Введение к работе
Актуальность проблемы. Травматические повреждения, заболевания и пороки развития позвоночного столба, характеризующиеся патологическими изменениями размеров и формы его анатомических образований, в значительном числе случаев приводят к стойкой инвалидности. При этом патологические процессы у детей вызывают, как правило, серьёзные нарушения формирования позвоночника с развитием выраженных деформаций и, как следствие, - необратимую утрату его функций (В.Д. Чаклин, 1962, 1968; З.В.Базилевская, 1962, 1968; И.А. Мовшович, 1964, 1982; Я.Л. Цивьян, 1964,
-
1971; Е.А. Абальмасова, 1965, 1983; В.Л. Зотикова, 1966; А.В. Каплан,
-
1979; М.В. Волков, 1968; Д.И. Глазырин, 1968, 1981; Г.С. Юмашев, Г.В. Валенцев, 1969; ПГ. Корнев, 1971; Б.М. Зильберштейн, 1978, 1993; М.Ф. Дуров, 1979; Э.А. Рамих, 1983, 1996, И.И. Камалов, 1984, 1986, 1992; А.Н. Горячев, 1984; В.Л. Андрианов с соавт., 1985; Э.В. Ульрих, 1985, 1995; В.Д. Усиков, 1994, 1996; В.М. Михайловский, 1995).
Консервативные методы лечения повреждений и заболеваний позвоночного столба малоэффективны, не позволяют восстановить размеры, форму, нормальные взаимоотношения анатомических структур и, в конечном итоге, не устраняют его функциональную недостаточность (Я.Л. Цивьян, 1964-1985; Э.А. Рамих, 1965-1996; G. Gelehrter, W. Ehalt,1961).
Известные оперативные способы коррекции различных анатомо-функциональных нарушений позвоночного столба с использованием ал-лотрансплантатов или металлоостеосинтеза весьма травматичны и трудоёмки (J.P. Metaizeau, 1989). Они не обеспечивают в должной мере стабильную сегментарную фиксацию оперируемого отдела позвоночника как в раннем
послеоперационном периоде, так и на этапах лечения, что обуславливает значительный процент неудовлетворительных результатов (М.А. Никольский, 1981; Т.С. Юмашев с соавт.,1984; А.А. Корж с соавт.,1985; А.И. Продан с соавт., 1987; Б.Л. Гольдман, Б.М. Корнилов, 1989; Б.М. Зильберштейн, 1993; Н. Gutsche et al,1987; RRudggieri et al,1988; S. Olerud et al, 1988; J.M. Vital, 1988).
Все это определяет актуальность проблемы и необходимость проведения экспериментальных исследований, направленных на разработку новых подходов к лечению патологии позвоночного столба.
Новые перспективы в реконструктивно-восстановительной хирургии позвоночника открылись при внедрении в медицинскую практику метода чреско-стного компрессионно-дистракционного остеосинтеза. В основе метода лежит установленное академиком Г. А. Илизаровым «Общебиологическое свойство тканей отвечать на дозированное растяжение ростом и регенерацией (Эффект Илизарова)»- (Диплом № 355 СССР. Опубл.:23.04.89; Бюл. № 15.-С.З. Приоритете. 11.70).
С начала 80-х годов нашего столетия в Российском научном Центре «Восстановительная травматология и ортопедия» под руководством академика Г.А. Илизарова стали проводиться экспериментальные исследования, направленные на изучение возможности получения дистракционного регенерата тела позвонка с целью моделирования (восстановления) его анатомической формы (Г.А. Илизаров, A.M. Мархашов, И.А. Имерлишвили, 1984; К.П.Кирсанов, 1985). Их результаты позволили по новому, на основе активного воздействия на формообразовательные процессы в тканях позвоночника, подойти к решению этой проблемы (В.И. Шевцов с соавт., 1993-1996; К.П. Кирсанов, 1994-1996).
Вместе с тем, следует отметить, что аппараты внешней фиксации как технические средства, обеспечивающие стабилизацию патологически изменённого отдела позвоночного столба, в клинической вертебрологии начали применять ещё с 70-х годов (Б.И. Вызов, Я.Б. Вызов, 1978-1987; А.С. Чикунов, 1978). С начала 80-х годов стали использовать аппараты, в основу которых был положен принцип транспедикулярного введения стержней фиксаторов в тела позвонков с креплением их наружных концов на внешних опорах (Г. А. Или-заров, А.М. Мархашов, 1985-1989; Б.И. Вызов с соавт., 1989; Н.С. Клепач, 1987, 1989; A.M. Лавруков, А.Б. Томилов, Д.И. Глазырин, СМКутепов, 1992; B.G. Weber, F. Magerl, 1985;-P. Kluger, H.I. Gerner, 1986; Н. Ulrich, 1986; S. Olerud et al, 1988; E.H. Simmons, W.N. Capicotto, 1988; W. Knopt et al, 1989; H. Mendian et al, 1989). Отмечены положительные результаты их применения как при лечении травматических повреждений позвоночного столба, так и при различных его заболеваниях, связанных с потерей костного вещества позвонков (В.Н. Лавров, 1986-1990; К.И. Тимершин с соавт., 1992; Г.Х. Грунтовский с соавт., 1992-1996; Е.К. Валеев с соавт., 1994; Д.И. Глазырин с соавт., 1994-1996; В.И. Шевцов с соавт., 1994- 1996; B.G. Weber, F. Magerl.1985; P. Kluger, 1986; W. Knopt et al, 1989).
Однако, до последнего времени не были разработаны принципы применения метода управляемого чрескостного остеосинтеза в вертебрологии, отсутствовало экспериментальное обоснование способов дозированного воздействия на ткани позвоночного столба, обеспечивающих активное и целенаправленное изменение размеров и формы анатомических образований, а также коррекцию его анатомо-функциональных нарушений.
Сложность решения этих вопросов связана с тем, что прямое перенесение в хирургию позвоночника приёмов управляемого чрескостного остеосинтеза, разработанного для длинных трубчатых костей, крайне затруднено. Это обу-
словлено как анатомическими особенностями его строения, так и сложностями в разработке оптимальных технических средств, обеспечивающих стабильную фиксацию позвонковых сегментов и возможность дозированного целенаправленного воздействия на формообразовательные процессы костной ткани позвонков.
Кроме того, оставались нерешёнными вопросы топографо-анатомического обоснования приёмов управляемого остеосинтеза позвонков. Не были изучены особенности процесса репаративной регенерации при различных видах их травматических повреждений в условиях внешней стабильной аппаратной фиксации, состояние дисков и мягкотканных образований как при повреждении, так и в процессе восстановления, а также особенности формирования и органотшшческой перестройки дистракционного регенерата передних и задних отделов позвонков при экспериментальной апробации метода управляемого чрескостного остеосинтеза.
Решение этих задач, систематизация и обобщение накопленного опыта делают настоящую работу актуальной в плане экспериментально-теоретических аспектов и значимой для клинической практики.
Цель исследования: экспериментально обосновать возможность и эффективность целенаправленного воздействия на репаративные и формообразовательные процессы в позвоночном столбе при его реконструкции путём создания условий стабильной фиксации и/или напряжения на основе метода управляемого чрескостного остеосинтеза. Для достижения поставленной цели нами решались следующие задачи.
Задачи исследования:
-
Провести топографо-анатомическое и морфометрическое исследования для определения средних значений остеометрических характеристик каждого поясничного позвонка; доказать возможность и обосновать безопасность внешней фиксации передних и задних структур поясничных позвонков экспериментальных животных (собак) фиксаторами спицевого и стержневого типов; выявить оптимальные технические характеристики наружных стержней фиксаторов при различных вариантах фиксации поясничных позвонков.
-
Разработать способы фиксации поясничного отдела позвоночника и таза экспериментальных животных (собак) аппаратом внешней фиксации для управляемого остеосинтеза сегментов позвоночного столба, доказать эффективность и безопасность их использования.
-
Разработать компрессионно-дистракционное устройство (его различные компоновки), обеспечивающее внешнюю стабильную управляемую фиксацию поясничного отдела позвоночного столба и таза экспериментальных животных.
-
Изучить особенности репаративного остеогенеза позвонков после различных видов травматических повреждений позвоночного столба в условиях внешней стабильной фиксации. Для этого: разработать модели травматических повреждений позвоночника животных и провести экспериментальную апробацию предложенных способов; изучить особенности течения репаративной регенерации позвонков, состояние межпозвонковьгх дисков, мягкотканных структур (мышц, связок) и спинного мозга на уровне оперированного отдела позвоночника, а также влияние спондило-эпифизеолиза на рост поясничных позвонков (по данным рентгенометрии).
-
Разработать способы увеличения высоты поясничных позвонков, способы увеличения размеров и моделирования формы позвоночного канала и межпозвонковых отверстий, способы переднего спондилодеза поясничного отдела позвоночника и экспериментально обосновать эффективность их применения. Для этого: разработать методики оперативных вмешательств; определить и обосновать сроки начала дистракции; изучить динамику формирования и органотипической перестройки дистракционного регенерата при моделировании размеров и формы анатомических образований позвоночного столба.
-
Изучить влияние создаваемых в тканях позвоночника условий напряжения растяжения на состояние позвонков, межпозвонковьгх дисков, мяг-котканных структур и спинного мозга на уровне оперированного отдела позвоночника; изучить состояние мышц тазовых конечностей и рост поясничных позвонков при увеличении их кранио-каудального размера и моделировании формы методом дистракционного спондилоэпифизеолиза.
-
Проанализировать допущенные ошибки и связанные с ними осложнения при апробации метода управляемого чрескостного остеосинтеза в экспериментальной вертебрологии.
Положения, выносимые на защиту:
-
Метод управляемого чрескостного остеосинтеза обеспечивает возможность целенаправленного воздействия на формообразовательные процессы в тканях позвоночного столба и является эффективным средством его реконструкции и анатомо-функционального восстановления.
-
Внешняя стабильная управляемая фиксация позвоночника, его сегментов и их отдельных фрагментов с возможностью дозированной репозиции создаёт оптимальные механо-биологические условия для формирования первичного костного сращения, что позволяет приблизить сроки восста-
новления целостности позвонков к естественному репаративному циклу, обеспечивая полное анатомо-функциональное восстановление повреждённых структур позвоночного столба в кратчайшие сроки. 3. Создание и поддержание в тканях позвоночного столба условий напряжения, как источника их роста и регенерации, подчиняется тем же закономерностям, которые выявлены при формировании регенерата длинных трубчатых костей, и обеспечивает возможность целенаправленного моделирования (восстановления) размеров и формы его анатомических структур с сохранением компенсаторных механизмов адаптации окружающих тканей.
Научная новизна. В результате выполненного исследования впервые:
экспериментально доказана возможность и эффективность целенаправленного воздействия на репаративные и формообразовательные процессы в тканях позвоночного столба путём создания условий стабильной фиксации и/или напряжения при их реконструкции и анатомо-функциональном восстановлении на основе метода управляемого чрескостного остеосинте-за. При этом разработаны и экспериментально апробированы способы, обеспечивающие увеличение размеров и моделирование формы анатомических структур позвоночного столба;
изучен процесс репаративной регенерации позвоночного столба при различных видах повреждений в условиях его внешней стабильной фиксации аппаратом. Для этого разработаны и экспериментально апробированы модели стабильных и нестабильных повреждений позвоночника, использование которых позволило установить, что в условиях стабильной управляемой фиксации позвоночного столба при его травматических повреждениях достигается первичное костное сращение, которое формируется за счёт эндостального регенерата;
целенаправленно получены дистракционные регенераты губчатой кости тела позвонка, а также его дуги, что открывает принципиально новые подходы к решению вопросов восстановительной хирургии позвоночника. Определены оптимальные сроки начала дистракции при увеличении анатомических размеров и моделирования формы позвонков и позвоночного канала. Изучены особенности рентгено-гистологической динамики дист-ракционного остеогенеза и продолжительность органотипической перестройки сформированных регенератов передних и задних отделов позвонков;
изучено влияние создаваемых в тканях позвоночного столба условий напряжения растяжения на состояние позвонков, межпозвонковых дисков, мягкотканных структур (мышц, связок) и спинного мозга оперированного отдела позвоночника; изучено состояние мышц тазовых конечностей и рост поясничных позвонков в условиях дистракционного спондилоэпифи-зеолиза. Приоритетность результатов проведённого исследования подтверждается разработанными в ходе эксперимента 8-ю техническими решениями, выполненными на уровне изобретений.
Практическая значимость работы. Предложенные способы фиксации позвоночного столба, костей таза экспериментальных животных и технические средства для их осуществления, включая унифицированные узлы и детали аппарата, обеспечивают внешнюю безопасную стабильную управляемую фиксацию как отдельных сегментов позвоночника, так и изолированно их передних и задних отделов, позволяют добиться дозированного перемещения выделенных фрагментов позвоночного столба в заданном направлении.
Результаты изучения механизмов получения травматического повреждения позвонков и происходящих в них изменений могут быть использованы ДЛЯ оценки травм позвоночника и состояния окружающих тканей. Данные рент-10
геноморфологических исследований доказывают, что репаративная регенерация позвоночного столба при нарушении целостности эпифизарной хрящевой пластинки роста, стабильных и нестабильных переломах позвоночника в условиях его внешней стабильной фиксации аппаратом адекватна естественному репаративнодгу циклу. Это даёт возможность выработать тактику и обосновать сроки лечения больных методом чрескостного остеосинтеза.
Разработанные технические приёмы выполнения способов, обеспечивающих на основе метода управляемого чрескостного остеосинтеза активное и целенаправленное изменение размеров и формы анатомических образований позвоночного столба, могут найти широкое практическое применение при лечении больных с врождённой и приобретённой патологией позвоночного столба при адаптации технических средств к анатомо-функциональным особенностям позвоночного столба человека. Полученные данные рентгеномор-фологических исследований позволяют определить сроки начала и режим дистракции, планировать продолжительность периодов формирования и перестройки дистракционного регенерата, и в целом - сроки лечения больных.
В целом, экспериментальное обоснование применения метода управляемого чрескостного остеосинтеза в вертебрологии является фундаментальным исследованием, подтверждающим возможность, необходимость и значимость этого метода для реконструктивно-восстановительной хирургии позвоночного столба.
Внедрение результатов исследования. Результаты работы включены в учебные планы кафедры усовершенствования врачей Российского научного центра «Восстановительная травматология и ортопедия» имени академика Г. А. Илизарова. Экспериментально апробировано 12 технических решений,
из которых 8 являются авторскими разработками, выполненными на уровне изобретений. Внедрено 30 рационализаторских предложений.
Апробация работы и публикации результатов исследования. Материалы диссертации доложены на Международных конференциях (Курган, 1986, 1993, 1996гг.); Международном симпозиуме «Регенерация и рост тканей в условиях дозированного растяжения» (Курган, 1996); Ш съезде анатомов, гистологов и эмбриологов РФ (Тюмень, 1994); Юбилейной конференции травматологов-ортопедов НИЦ «ВТО» Татарстана (Казань, 1994); Y11 республиканской школе с участием специалистов СНГ «Биология опорно-двигательного аппарата (Харьков, 1994); Республиканской конференции «Проблемы хирургии позвоночника и спинного мозга» (Новосибирск, 1996); научном совещании «Гистогенетический анализ изменчивости и регенерация тканей» (С.-Пб, 1997); заседаниях Курганского областного научного общества травматологов-ортопедов (1992 -№№ 187,188; 1996-№№ 193,195; 1997 -№ 202).
Результаты исследования отражены в 43-х печатных работах и 4-х отчетах по НИР, выполненных в РНЦ «ВТО».
Объём н структура работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Изложена на 298-и страницах машинописного текста без списка литературы и приложения. В диссертации 133 рисунка и 11 таблиц. Список литературы включает 549 источников, из них отечественных - 416, иностранных - 133. Диссертационная работа выполнена по плану НИР РНЦ «ВТО» имени академика Г.А.Илизарова (№ государственной регистрации 01.95.0011814).
