Автореферат (Биомеханическое обоснование эндопротезирования коленного сустава при структурно-функциональных нарушениях), страница 3

Эти показатели были сравнимы с таковыми вдругих ведущих учреждениях России, однако существенно отличались от данныхшведского регистра (в Швеции пациентов с ожирением при планируемой артропластике КСзначительно меньше).Таблица 3 – Распределение пациентов по ИМТ при первичной артропластике КС2011 г.ИМТ,2012 г.2013 г.2014 г.2015 г.кг/м2n%n%n%n%n%≤24,96818,49420,973148011,95910,225–29,912934,91443217633,821231,618231,430–34,96718,18218,29518,313920,71222135–39,98823,810723,814427,718427,516428,3≥40184,8235,1326,2558,3539,1W0,840,840,850,850,840,840,860,860,860,86p<0,05<0,05<0,05<0,05<0,05<0,05<0,05<0,05<0,05<0,05Итого37010045010052010067010058010015У пациентов ретроспективных групп преобладал ОА III стадии (69,1%), впроспективных группах II стадия была у 432 (40%), IIIА стадия – у 360 (33,3%), IIIВ стадия– у 288 (26,7%).В 1560 (60,2%) случаях встречалась варусная деформация КС: 1 степени – у 1152(73,8%), 2 степени – у 250 (16,1%), 3 степени – у 158 (10,1%); в 663 (25,6%) наблюденияхбыла вальгусная деформация: 1 степени – у 537 (80,9%), 2 степени – у 69 (10,5%), 3 степени– у 57 (8,6%).

В проспективных группах сгибательная контрактура встретилась у 164(15,2%) пациентов: 1 степени – у 112 (68,3%), 2 степени – у 34 (20,8%), 3 степени – у 18(10,9%); разгибательная контрактура – у 495 (45,8%) больных: 1 степени – у 367 (74,1%), 2степени – у 88 (17,8%), 3 степени – у 40 (8,1%); смешанная контрактура отмечена у 307(28,4%) больных; рекурвация – у 68 (6,3%).Биомеханика коленного суставаНа данном этапе при помощи аппарата Toshiba Aquilion ONE 640 осуществленанализ биомеханики 53 КС при сгибании у 51 пациента. Мужчин среди обследованныхбыло 16 (30,2%), женщин – 37 (69,8%), большинство пациентов (81,1%) были в возрасте от40 до 65 лет, у 83% рост определялся в пределах от 155 до 175 см (d=0,087; 0,078; р>0,2).Пациенты были разделены на четыре группы (Таблица 4).Таблица 4 – Распределение пациентов по группамГруппаОписаниеIIIПациенты со здоровым КСПациенты со остеоартрозом КСПациенты, перенесшиеартропластику КС эндопротезомCRПациенты, перенесшиеартропластику КС эндопротезомPSIIIIVКоличество наблюденийабс.

(n)%713,21630,2Итого1732,11324,553100На любом этапе сгибания коленного сустава происходит взаимное скольжение ивращение бедренной и большеберцовой костей при сохранении его тенсегрированности,обеспеченной изометрией связочных структур (Рисунок 5).16баРисунок 5 – Схематичное изображение КС: а – полное разгибание и сгибание КС (F –бедренная кость; Т – большеберцовая кость); б – схематичное изображение платобольшеберцовой кости слева (Lat – наружный отдел; Med – внутренний отдел; LM –наружный мениск; MM – внутренний мениск; Х – перекрест крестообразных связок)Нами исследована дистанция бедренной кости (FF-FE), дистанция большеберцовойкости (TF-TE: красная и зеленая стрелка), а также переднезаднюю длину мыщелков иливеличину большеберцового компонента (синяя и желтая стрелки).В I группе во внутреннем отделе преимущественно происходит фронтальноевращение, скольжение составляет 19,3% переднезаднего размера, в наружном отделе оносоставляет 60,8% переднезаднего размера, т.е. в I группе скольжение в наружном отделе в3,2 раза превышает переднезаднее смещение во внутреннем.

Во II группе нами отмеченыснижение скольжения в наружном отделе КС в 1,63 раза и сохранение величиныпереднезаднего смещения во внутреннем компартменте по сравнению с показателями в Iгруппе, хотя во II группе у 68,8% пациентов диагностирован ОА преимущественномедиальных отделов. Кроме того, мы определили большую вариабельность биомеханики упациентов II группы по сравнению с первой. В III группе мы обнаружили снижениескольжения в МО в 1,4 раза и в ЛО – в 1,5 раза по сравнению с таковым в I группе.Соотношение переднезаднего смещения в наружном и внутреннем отделах КС составило1:2,9 (Таблица 5, Рисунок 6).17Таблица 5 – Сравнение биомеханики наружного и внутреннего отделов КС в группахГруппаµ ЛО/µ МО, %IIIIIIIV60,80/19,2937,33/19,2139,39/13,4912,89/13,09КритерийФишера1,4813,914,771,04t-критерийр дисп.р49,869,9627,57-0,460,650,0000070,00330,94<0,0001<0,05<0,050,65группа 3Диаграмма размахагруппа 4Диаграмма размаха4513,84013,613,43513,23013,02512,82012,6151012,4Среднее12,2Среднее±Ст.ош.Среднее±1,96*Ст.ош.ЛО, %МО, %ЛО, %МО, %СреднееСреднее±Ст.ош.Среднее±1,96*Ст.ош.абРисунок 6 – Биомеханика наружного и внутреннего отделов КС III группы (а) и IV группы(б)Анализируя группы между собой, мы обнаружили схожие показатели биомеханики вI и III группах (Таблица 6).Таблица 6 – Сравнение результатов в группахСравниваемыегруппыI гр.

vs II гр.I гр. vs III гр.I гр. vs IVгр.II гр. vs III гр.II гр. vs IV гр.III гр. vs IV гр.µ ЛО/МО vsµ ЛО/МО3,15/1,943,15/2,963,15/0,991,94/2,961,94/0,992,96/0,99КритерийФишера1,753,3317,421,9030,5658,09t-критерийр дисп.р9,151,1832,08-7,6610,7816,220,500,14<0,00010,22<0,0001<0,0001<0,00010,25<0,0001<0,0001<0,0001<0,0001Достоверно доказано, что эндопротез с сохранением задней крестообразной связкимаксимально точно воспроизводит биомеханику здорового КС, а эндопротез с замещениемзадней крестообразной связки конструктивно уравнивает соотношение скольжения ивращения в обоих компартментах (Рисунок 7).18Диаграмма размаха 17v*53c4,54,03,5ЛО/МО,%3,02,52,01,51,00,5группа 1группа 2группа 3группа 4Медиана25%-75%Размах без выбр.ВыбросыКрайние точкиРисунок 7 – Сравнение всех группНаучно доказанная биомеханика здорового КС и кинематика движения приразличных типах эндопротезов послужили основой для дальнейшей научной работы в этомнаправлении.Математическое моделирование напряжений в коленном суставе до и послеартропластики эндопротезами различных типовОдним из этапов теоретического научного познания являются моделирование ипроведение мысленного эксперимента.

Численное конечно-элементное математическоемоделирование было выполнено фирмой «Hexa», обладающей самым богатым опытомматематического моделирования в медицине. Мы создали 3 математические моделинижней конечности: при здоровом КС и в случаях применения эндопротеза с сохранениеми замещением задней крестообразной связки (применяли эндопротез фирмы DePuy P.F.C.Sigma – CR и PS) (Рисунок 8).19Рисунок 8 – Математическая модель эндопротеза: с сохранением задней крестообразнойсвязки (слева); с замещением задней крестообразной связки (справа)На данном этапе работы мы впервые с помощью математического моделированияопределили распределение напряжений, возникающих в КС, подлежащей к эндопротезукости, а также связочном аппарате, и сравнили их между собой.

Нагрузку производили наголовку бедренной кости (80 кг) и оценивали 3 положения нижней конечности: полноеразгибание, сгибание до угла 45º и 90º. На основе сопоставления результатовмоделирования можно составить представление о перегрузках костных и мягко-тканныхструктур у конкретного пациента (Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11).абвРисунок 9 – Эквивалентные напряжения в костной ткани здорового коленного сустава: а –расчетный случай №1; б – расчетный случай №2; в – расчетный случай №320абвРисунок 10 – Эквивалентные напряжения в костной ткани после артропластики коленногосустава эндопротезом с сохранением задней крестообразной связки: а – расчетный случай№1; б – расчетный случай №2; в – расчетный случай №3абвРисунок 11 – Эквивалентные напряжения в костной ткани после артропластики коленногосустава эндопротезом с замещением задней крестообразной связки: а – расчетный случай№1; б – расчетный случай №2; в – расчетный случай №3Мы выяснили, что в здоровом КС при сгибании 0º напряжение в большеберцовойкости в 2,29 раза выше, чем в бедренной кости, а при сгибании КС напряжение в костнойткани увеличивается, причем больше – в бедренной кости.

В результате численногоконечно-элементного математического моделирования нами достоверно определено, чтопри использовании эндопротеза PS по сравнению с эндопротезом CR напряжение в костнойткани выше при всех углах сгибания, а именно: в бедренной кости выше в 2,24 раза приугле сгибания 0º, в 1,11 раза – при угле сгибания 45º, в 1,91 раза – при угле сгибания 90º, а в21большеберцовой кости выше в 1,26 раза при угле сгибания 0º, в 1,28 раза – при углесгибания 45º, в 1,63 раза – при угле сгибания 90º.

Эквивалентные напряжения в БК и ТКвыше у эндопротеза PS при всех углах сгибания. Распределение напряжения вполиэтиленовом вкладыше при использовании эндопротеза PS оказались ниже, чемэндопротеза CR, что мы связываем с увеличением поверхности контакта компонентов вслучае эндопротеза с замещением задней крестообразной связки.Система выбора эндопротеза и тактики артропластикиВ процессе хирургической практики мы выяснили, что диагноз ОА КС врачи разныхспециальностей трактуют по различным классификациям, используя и степени, и стадиипатологического процесса. При этом классификация костного дефекта при первичнойартропластике в отечественной и зарубежной литературе отсутствует.

Имеющийся диагнозникоим образом не структурирует дегенеративно-дистрофическое заболевание КС и темболее не несет полезной информации о дальнейшей тактике лечения.На 4-м этапе нашей работы мы усовершенствовали клинико-рентгенологическуюклассификацию Н.С. Косинской, разделив III стадию на 2 (IIIА и IIIВ), предложиликлассификацию костного дефекта при артропластике КС. К этому нас побудило то, чтобольшинство врачей для структурирования костного дефекта применяют классификациюAORI, однако при таком подходе, по нашим данным, из 181 дефекта только 3 (1,66%) былиII и III типов. Посчитав эту классификацию неподходящей для разделения дефектовкостной ткани при первичном эндопротезировании КС, мы предложили разделять костныйдефект по стороне поражения, площади и глубине вовлечения в патологический процесс(Таблица 7).Таблица 7 – Предлагаемая классификация дефектов костной ткани при первичномэндопротезировании КСFTБедренная костьБольшеберцоваякостьСтепень пораженияСторонаДефект костипораженияLMНаружныйПлощадьГлубина, ммI1/3 мыщелкаA5II½ мыщелкаB6–10IIIВесь мыщелокC>10отделВнутреннийотдел22В соответствии с предложенной нами классификацией, из 181 пациента дефект IAтипа был у 106 (58,5%), IB типа – у 39 (21,5%), IC – у 7 (3,8%), IIA – у 16 (8,9%), IIB – у 8(4,4%), IIC – у 1 (0,6%), IIIA – у 2 (1,1%), IIIB – у 1 (0,6%), IIIC – у 1 (0,6%).Данные, полученные на 2-м и 3-м этапах нашей работы, а также предложенныеклассификации ОА и костного дефекта легли в основу сформированной системы выбораэндопротеза и хирургической тактики артропластики.На пятом этапе мы создали 9 алгоритмов работы на связочном аппарате КС,позволяющих добиться симметричных и равномерных сгибательного и разгибательногопромежутков (Таблица 8).Созданный алгоритм основан на тенсегрированности КС приразных фазах его сгибания.