Биомеханическое обоснование способа внешнего остеосинтеза аппаратом Илизарова при огнестрельных переломах проксимального отдела бедренной кости

Введение.  Поиски  оптимального  способа  внешнего  остеосинтеза  при  переломах  проксимального отдела  бедренной  кости  без  фиксации  таза  вновь  приобрели  свою  актуальность.  Это  связано  с  поступлением в военно-медицинские организации раненых с огнестрельными переломами данной локализации, сопровождающимися обширными дефектами мягких тканей.

Цель  работы  —  путем  биомеханического  моделирования  обосновать  возможность  использования разработанного  способа  внешнего  остеосинтеза  аппаратом  Илизарова,  обеспечивающего  возможность движений в тазобедренном суставе и дозированной опорной нагрузки на оперированную конечность при огнестрельных переломах проксимального отдела бедренной кости.

Материалы и методы. По данным компьютерной томографии построена биомеханическая модель перелома проксимального отдела бедренной кости, разработаны способы его остеосинтеза при помощи различных фиксирующих устройств. Изучены напряжения и деформации, возникающие при дозированной опоре на оперированную нижнюю конечность. В ходе стендовых испытаний на специально подготовленных макетах исследованы упруго-прочностные моделей аппарата Илизарова, выделены и проанализированы максимальные механические нагрузки, которые способны выдержать исследуемые фиксаторы.

Результаты.  Применение  аппарата  Илизарова  со  стабилизацией  проксимального  отломка  пучком спиц диаметром 3 мм и дополнительной его фиксацией опорными штангами обеспечивает наиболее благоприятные  параметры  напряженно-деформированного  состояния  в  системе  «кость-фиксатор» в сравнении с моделями аппарата Илизарова, не имеющими усиления. Результаты конечно-элементного моделирования подтверждены стендовыми испытаниями. Сопоставление результатов биомеханического моделирования вариантов внешнего остеосинтеза аппаратом Илизарова и проксимальным бедренным гвоздем свидетельствуют о преимуществах внутренней фиксации.

Обсуждение. Полученные данные полностью согласуются с результатами опубликованных исследований, представивших результаты биомеханического моделирования вариантов остеосинтеза при переломах костей голени. По мнению авторов, в системе «кость–блокируемый стержень» механическое напряжение в фиксаторе меньше, чем в системе «кость–аппарат внешней фиксации». При этом длительная концентрация напряжений на элементах фиксирующего устройства способна стать причиной их  ослабления.  Вместе  с  тем  отсутствие  возможности  применения  технологий  внутреннего  остеосинтеза у рассматриваемой категории раненых обосновывает разработку и клиническое применение предложенной компоновки аппарата Илизарова. Подтверждённые стендовыми испытаниями параметры напряженно-деформированного состояния аппарата Илизарова наиболее близки к проксимальному бедренному гвоздю.

Заключение. Полученные данные обосновывают возможность использования разработанного способа внешнего остеосинтеза аппаратом Илизарова в клинической практике. Результаты экспериментального  исследования  доказывают  перспективу  применения  предложенной  компоновки  аппарата Илизарова для длительной стабилизации переломов рассматриваемого типа в условиях дозированной опорной нагрузки на оперированную конечность и движений в тазобедренном суставе в течение всего периода консолидации.

1. Хоминец В.В., Шаповалов В.М., Михайлов С.В., Брижань Л.К. Лечение раненых в конечности в войнах и вооруженных конфликтах. СПб.: Историческая иллюстрация; 2021:304.

2. Соломин, Л.Н. Основы чрескостного остеосинтеза: частные вопросы. М.: БИНОМ; 2015;2:696.

3. Крюков В.Н. Судебная медицина. М.: Медицина; 1998:140-144.

4. Колчанов С.Н., Филипченков Л.С., Фадеев М.Ф. и др. Дозированная тензометрическая нагрузка в восстановительном лечении больных с диафизарными переломами костей голени. Тихоокеанский медицинский журнал. 2008;(4):26-28.

5. Сеппо А.И. Металлоостеосинтез переломов костей на основе точных клинико-технических наук. Таллин : Периодика; 1978:79.

6. Янсон Х.А. Биомеханика нижней конечности человека. Рига: Зинатне; 1975:324.

7. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир; 1975:542.

8. Кудяшев А.Л., Хоминец В.В., Иванов Д.В. и др. Величина шеечно-диафизарного угла ножки эндопротеза тазобедренного сустава как биомеханическая предпосылка развития асептической нестабильности вертлужного компонента (экспериментальное исследование). Гений ортопедии. 2022;28(6):811-816. doi: 10.18019/1028-4427-2022-28-6-811-816.

9. Хоминец И.В., Мамедов К.Д., Кудяшев А.Л. Биомеханическое обоснование использования двухрядной пластины LCP при диафизарных переломах. Известия Российской военно-медицинской академии. 2019;(S1-2):248-253.

10. Доль А.В., Доль Е.С., Иванов Д.В. Биомеханическое моделирование вариантов хирургического реконструктивного лечения спондилолистеза позвоночника на уровне L4-L5. Российский журнал биомеханики. 2018;22(1);31-44. doi: 10.15593/RZhBiomeh/2018.1.03.

11. Bessonov LV, Golyadkina AA, Dmitriev P, et al. Constructing the dependence between the Young’s modulus value and the Hounsfield units of spongy tissue of human femoral heads. Izvestiya of Saratov University. Mathematics. Mechanics. Informatics. 2021;21(2):182-193. doi: 10.18500/1816-9791-2021-21-2-182-193.

12. Шаповалов В.М., Хоминец В.В. Возможности последовательного остеосинтеза при лечении раненых с огнестрельными переломами длинных костей конечностей. Гений ортопедии. 2010;(3):5-12.

13. Kata N, Abidin N, Abd Aziz AU, et. al. Finite element analysis of external fixator for treating femur fracture: analysis on stainless steel and titanium as material of external fixator. Malaysian Journal of Fundamental and Applied Sciences. 2021;17(3):274-284. doi: 10.11113/mjfas.v17n3.2104.

14. El Sallah MZ, Benbarek S, Abderahmane S, et.al. Numerical simulation of the femur fracture under static loading. Structural engineering and mechanics. 2016;60(3):405-412. doi: 10.12989/sem.2016.60.3.405.

15. Pochrząst M, Basiaga M, Marciniak J, Kaczmarek M. Biomechanical analysis of limited-contact plate used for osteosynthesis. Acta Bioeng Biomech. 2014;16(1):99-105. doi: 10.5277/abb140112.

16. Wang C, Duan N, Li Z, t al. Biomechanical evaluation of a new intramedullary nail compared with proximal femoral nail antirotation and InterTAN for the management of femoral intertrochanteric fractures. Front Bioeng Biotechnol. 2024;12:1353677. doi: 10.3389/fbioe.2024.1353677.

17. Radcliffe IA, Taylor M. Investigation into the affect of cementing techniques on load transfer in the resurfaced femoral head: a multifemur finite element analysis. Clin Biomech (Bristol). 2007;22(4):422-430. doi: 10.1016/j.clinbiomech.2006.12.001.

18. Elmedin M, Vahid A, Nedim P, Nedžad R. Finite element analysis and experimental testing of stiffness of the Sarafix external fixator. Procedia Engineering. 2015;100:1598-1607. doi: 10.1016/j.proeng.2015.01.533.

19. Pitkin M, Shukeylo Y, Gritsanov A. Mathematical modeling of fixation of a bone fragment in a new Double-needle external Fixator compared to hoffmann ii fixator. Ser Biomech. 2007;23(1):96-103.

20. Vitins V, Dobelis M, Middleton J, et.al. Flexural and creep properties of human jaw compact bone for FEA studies. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 2003;6(5-6):299-303. doi: 10.1080/10255840310001637257.

21. Ding M. Age variations in the properties of human tibial trabecular bone and cartilage. Acta Orthop Scand Suppl. 2000;292:1-45. doi: 10.1080/000164700753749791.

22. Верховод А.Ю. Иванов Д.В. Применение метода конечных элементов для сравнительной оценки стабильности остеосинтеза оскольчатых диафизарных переломов костей голени блокируемыми интрамедуллярными стержнями и аппаратами наружной фиксации. Современные проблемы науки и образования. 2012;(4). URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=6905 (дата обращения: 15.04.2026).

23. Маслов Л.Б., Козлов М.В. Конечно-элементный программный комплекс "Механика" – приложение в инженерном деле и биомеханике. Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2001(2):23-28. EDN: IMSSPI.

24. Мельцер Р.И. Иванов Д.В. Лозовик И.П. и др. Послеоперационное ведение больных с неопорными переломами костей голени в условиях контролируемой осевой нагрузки. Ученые записки Петрозаводского государственного университета. 2013;(8):37-39.

25. Teoh SH. Fatigue of biomaterials: a review. International Journal of Fatigue. 2000;22(10):825-837. doi: 10.1016/S0142-1123(00)00052-9.

26. Хоминец В.В., Щукин А.В., Михайлов С.В., Фоос И.В. Особенности лечения раненых с огнестрельными переломами длинных костей конечностей методом последовательного внутреннего остеосинтеза. Политравма. 2017;(3):12-22.

27. Шаповалов В.М., Овденко А.Г., Хоминец В.В. Внешний остеосинтез при лечении раненых. СПб.: НПО «Профессионал»; 2013:284.

28. Боровой И.С., Герусов М.А., Агарков А.В. и др. Хирургическое лечение огнестрельных повреждений области таза и тазобедренного сустава. Политравма. 2023;(1):39-44. doi: 10.24412/1819-1495-2023-1-39-44.

29. Аллахвердиев А.С., Солдатов Ю.П.. Монолатеральное спице-стержневое устройство для остеосинтеза переломов проксимального отдела бедренной кости и их последствий. Гений ортопедии. 2013;(3):77-79. doi: 10.18019/1028-4427-2013-0-2-77-79.