Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Актуальность проблемы нарушения регенерации костной ткани при лечении открытых переломов и пути её решения (обзор литературы) 13
1.1. Актуальность проблемы лечения открытых переломов длинных костей 13
1.1.1. Распространенность и основные проблемы лечения открытых переломов длинных костей 13
1.1.2. Общие принципы лечения открытых переломов
1.2. Роль внеочагового чрескостного остеосинтеза в современной травматологии и ортопедии 19
1.3. Нарушение репаративной регенерации костной ткани
1.3.1. Актуальность проблемы нарушения репаративной регенерации костной ткани и способы активации репаративной регенерации 21
1.3.2. Роль физических факторов в активации репаративного остеогенеза 22
1.3.3. Ультразвук и его возможности при лечении пациентов с нарушенной регенерацией костной ткани 24
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 33
2.1 Материалы и методы экспериментальных исследований 33
2.1.1. Стендовый эксперимент 33
2.1.2. Эксперимент на животных 41
2.2 Материалы и методы клинических исследований 47
ГЛАВА 3. Особенности течения термодинамических и диффузионных процессов, инициируемых ультразвуком в костной ткани (стендовый эксперимент) 57
ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование влияния низкочастотного ультразвука на процессы регенерации в костной и мягких тканях в условиях внеочагового остеосинтеза у животных . 65
4.1. Влияние ультразвука на общеклинические показатели 65
4.2. Влияние ультразвука на состояние гемостаза 69
4.3. Влияние ультразвука на течение воспалительных процессов 71
4.4. Влияние ультразвука на консолидацию переломов 76
4.5. Влияние ультразвука на гистологическую картину формирующегося регенерата 87
ГЛАВА 5. Результаты клинических исследований 92
5.1. Общеклинические данные в клиническом исследовании 92
5.2. Влияние низкочастотного ультразвука на заживление мягких тканей 97
5.3. Влияние низкочастотного ультразвукового воздействия на течение воспалительного процесса 103
5.4. Влияние низкочастотного ультразвукового воздействия на консолидацию переломов 105
5.5. Клинические примеры 113
Заключение 116
Выводы 122
Пракстические рекомендации 123
Список сокращений 124
Список литературы
- Актуальность проблемы нарушения репаративной регенерации костной ткани и способы активации репаративной регенерации
- Материалы и методы клинических исследований
- Влияние ультразвука на состояние гемостаза
- Влияние низкочастотного ультразвукового воздействия на течение воспалительного процесса
Введение к работе
Актуальность темы
Лечение открытых переломов костей голени по-прежнему сохраняет свою
актуальность, так как открытые переломы костей голени составляют до 70 % всех
открытых переломов костей скелета (Ахтямов И. Ф., 2016, Швед В. И., 2013,
Prez-Rivera O.M., 2013, Солдатов Ю. П., 2011, Мартель И. И., 2008,), а частота
неудовлетворительных результатов лечения таких переломов остается высокой,
достигая 50 % (Zhuang P., 2015, Мартель И. И., 2013). Учитывая высокую частоту
переломов у лиц трудоспособного возраста (Мартель И. И., 2008, Yokoyama K.,
2000), в ходе лечения открытых переломов костей голени необходимо добиваться
не только восстановления опороспособности конечности, но и
удовлетворительного функционального результата. Основные группы
осложнений при лечении открытых переломов — нарушение консолидации (до 30%), в виде замедленной консолидации и формирования псевдоартрозов (Haffner N., 2016, Santolini E., 2015), а также инфекционные осложнения — посттравматический остеомиелит (до 30-57 %) (Иванов П. А., 2015, Неведров А. В., 2015, Chadayammuri V., 2015, Zhuang P., 2015). Все эти причины являются взаимоотягощающими и взаимосвязанными, требующими комплексного подхода.
Нарушение консолидации обусловлено рядом факторов: деваскуляризацией
участка кости, что в условиях ограниченного анатомического кровоснабжения
костей голени приводит к формированию участков асептического некроза кости
(Богов А.А., 2013, Козлов И.В., 2007); повреждением мягких тканей, за счет
которых в значительной мере происходит восстановление кровообращения
поврежденного участка кости (Петров, 2009); тяжестью общего состояния
пострадавшего, которое всегда характерно для открытых повреждений трубчатых костей, изначально создавая неблагоприятные условия для течения регенерации поврежденной кости, а также тем, что открытое повреждение предрасполагает к наличию персистирующей инфекции, что тоже способствует замедлению консолидации (Roussignol X., 2015).
Предрасполагающими факторами для развития инфекционных осложнений являются нарушения микро- и макроциркуляции в области повреждения, микробная контаминация, посттравматическая иммуносупрессия, необходимость хирургических вмешательств, в том числе расширенных, с использованием дополнительных погружных конструкций (Chadayammuri V., 2015, Hake M., 2015).
Вопрос о способах лечения открытых переломов остатся актуальным, открытым и широко обсуждаемым в современной отечественной и зарубежной литературе. Имеются данные об использовании для оперативного лечения открытых переломов всех известных способов остеосинтеза – накостного, интрамедуллярного и внеочагового чрескостного. Лечение открытых переломом 1 типа по Gustilio осуществляется в соответствии с принципами лечения закрытых переломов. Переломы II и III типа по Gustilio требуют дифференцированного подхода в зависимости от степени и характера повреждения мягких тканей. Независимо от типа перелома его оперативная стабилизация создат благоприятные условия для заживления мягких тканей и уменьшает вероятность развития раневой инфекции. Традиционно основным методом лечения открытых переломов остатся внеочаговый чрескостный остеосинтез (Hossain E., 2013, Мартель И. И., 2009).
Использование аппарата внешней фиксации обеспечивает выполнение оперативного вмешательства с минимальной травматичностью, дат возможность проведения металлических конструкций вдали от очага повреждения и обеспечивает точную репозицию костных отломков, а также позволяет управлять репозицией во времени. Кроме того, остеосинтез аппаратом внешней фиксации обеспечивает возможность нагружать оперированную конечность в раннем послеоперационном периоде, что позволяет обеспечить раннюю работу мышц. В настоящее время используется методика, с помощью которой при обширных дефектах мягких тканей осуществляется остеосинтез костей аппаратом Г.А. Илизарова с временным острым укорочением и угловой деформацией костных отломков. Это позволяет сблизить края раны без натяжения, а также осуществлять
радикальное одномоментное иссечение поврежденных тканей, что впоследствии даст возможность избежать повторных хирургических обработок.
Несмотря на все преимущества внеочагового чрескостного остеосинтеза,
изолированное использование данной методики не решает всех проблем лечения
открытых переломов, в частности проблемы нарушения регенерации костной
ткани. Разработаны способы стимуляции остеогенеза в аппарате Илизарова – это
и дистракция костного отломка и компактизация дистракционного регенерата с
помощью двух спиц Киршнера (Гусейнов А. Г., 2005). Также возможно
внутрикостное напряженное эластичное армирование кости спицами с
остеоиндуцирующим покрытием наноразмерными частицами гидроксиапатита
(высококристалличный гидроксиапатит) в условиях внеочагового чрескостного
остеосинтеза (Попков А. В., 2015, Борзунов Д. Ю., 2009, Шевцов В. И., 2009). Еще
один способ стимуляции репаративного остеосинтеза в условиях аппарата
внешней фиксации – это инъекция в область формирующейся костной мозоли
компонентов плазмы крови (Аранович А. М., 2010, Гребнева О. Л., 2010). Также
при использовании аппарата Илизарова возможно использование
электромагнитных волн терагерцевого диапазона (Еманов А. А., 2012, Солдатов
Ю. П., 2012). Стимулирующим действием обладает и проведение спиц аппарата
Илизарова через акупунктурные точки (Пусева М. Э., 2015). Кроме того,
стимулирующее воздействие оказывают низкочастотные импульсные
ультразвуковые колебания (Шевцов В. И., 2004).
Использование физических факторов воздействия, в частности ультразвука, в условиях внеочагового чрескостного остеосинтеза ограничено по причине особенностей внешней конструкции аппарата Илизарова, которая затрудняет доставку источника ультразвука к области повреждения. Стимулирующее воздействие ультразвука на регенерацию костной ткани известно давно и изучено достаточно широко (Padilla F., 2016, Puts R., 2016, Raza H., 2016, Saltaji H., 2016, Mukudai Y., 2015, Nagasaki R., 2015). Известно, что чем больше расстояние от источника ультразвуковых колебаний, тем меньшей интенсивности ультразвук доходит до точки приложения и тем меньше его биологическое стимулирующее
воздействие. Максимальный эффект наблюдается при непосредственном воздействии на кость. Однако в настоящее время отсутствуют технологии, позволяющие обеспечить непосредственное ультразвуковое воздействие на кость, в том числе в условиях внеочагового чрескостного остеосинтеза.
Цель исследования
Улучшение результатов лечения открытых переломов длинных трубчатых костей путем сочетания внеочагового чрескостного остеосинтеза и контактного низкочастотного ультразвукового воздействия.
Задачи исследования
-
Изучить в эксперименте характеристики и особенности течения термодинамических и диффузионных процессов, инициируемых ультразвуком в костной ткани.
-
Изучить в эксперименте влияние низкочастотного ультразвука на процессы регенерации в костной и окружающих мягких тканях в условиях внеочагового чрескостного остеосинтеза.
-
Разработать инструмент, позволяющий осуществлять контактное низкочастотное ультразвуковое воздействие на кость в условиях внеочагового чрескостного остеосинтеза.
-
Провести клиническую оценку результатов лечения открытых переломов длинных трубчатых костей с применением внеочагового чрескостного остеосинтеза в сочетании с прямым контактным низкочастотным ультразвуковым воздействием.
Научная новизна исследования
Впервые определены оптимальные физические параметры (мощность 50 Вт,
частота 26,6 кГц) и режимы долговременного контактного воздействия
(непрерывно 3 мин 1 раз в 3 дня) низкочастотного ультразвука, стимулирующие
процессы регенерации костной ткани и обеспечивающие улучшение исходов
лечения открытых переломов длинных костей (сроки клинического
выздоровления сокращаются в 1,23 раза р < 0,05 по сравнению с аналогичным лечением без ультразвукового воздействия).
Разработан новый волновод-инструмент — канюлированный стержень-шуруп для аппарата внешней фиксации с вводимым в него волноводом и способ его долговременного позиционирования в кости (монокортикально) в составе аппарата внешней фиксации для стабилизации отломков и одновременного дискретного стимулирующего воздействия на регенерат.
Впервые разработана и применена на практике методика лечения отрытых переломов трубчатых костей с использованием пролонгированного контактного низкочастотного ультразвукового воздействия
Новизна исследования подтверждается получением патентов РФ: Пат. № 159221 Российская Федерация МПК А61В17/60, А61N7/02, А61Н23/00. Диафизарный волновод шуруп / Резник Л. Б., Рожков К. Ю. Новиков А. А., Лебедева Д. А.; заявитель и патентообладатель: ГБОУ ВПО «Омский государственный медицинский университет». —№2014150743; заявл. 15. 12. 2014, опубл. 12. 01. 2016
Пат. № 143507 Российская Федерация МПК А61В17/56. Стержень-шуруп для аппарата внешней фиксации / Резник Л. Б., Рожков К. Ю. Новиков А. А., Лебедева Д. А.; заявитель и патентообладатель: ГБОУ ВПО «Омская государственная медицинская академия». —№2014109497/14; заявл. 13. 03. 2014; опубл. 27. 07. 2014
Заявка на изобретение РФ «Способ активации репаративного остеогенеза» 2015124669, Резник Л. Б., Рожков К. Ю. Новиков А. А., Лебедева Д. А. дата подачи заявки 23. 06. 2016, решение о выдаче патента 26. 08. 2016
Практическая значимость работы
Предложенный и апробированный в клинике способ прямого контактного
ультразвукового воздействия на место перелома позволил улучшить результаты
лечения открытых переломов костей голени по сравнению с лечением без
ультразвукового воздействия. Научно обоснованы физические параметры,
способы и кратность ультразвукового воздействия, а также способы фиксации
стержня, через который осуществляется ультразвуковое воздействие.
Установлено, что контактное низкочастотное ультразвуковое воздействие способствует наступлению полноценной регенерации костной ткани при наличии условий, предрасполагающих к е замедлению.
Положения, выносимые на защиту:
-
Включение разработанного стержня-шурупа в структуру аппарата внешней фиксации обеспечивает возможность проведения дискретного контактного ультразвукового воздействия на зону перелома без необходимости изменения режимов фиксации перелома в аппарате.
-
Эффективное контактное влияние низкочастотного ультразвука на процессы регенерации при лечении открытых переломов костей обеспечивается при монокортикальной фиксации канюлированного стержня-шурупа c вводимым в него волноводом, на расстоянии до 30 мм от места перелома при частоте ультразвукового воздействия 26,6 кГц, продолжительностью 3 мин.
Апробация работы
Основные положения работы доложены на следующих научных форумах:
Всероссийской конференции молодых ученых Северо-западного
Федерального округа, 10 апреля 2015 г.(Санкт-Петербург); Научно-практической конференции с международным участием «Илизаровские чтения», 10—11 июня 2015 г.(Курган); Ежегодной научно-практической конференции с международным участием «Вреденовские чтения», 8—10 октября 2015 г.(Санкт – Петербург); Межрегиональной научно-практической юбилейной конференции «Клинические и прикладные аспекты критических состояний», посвященной 25-летию БУЗОО «ГК БСМП №1» - 4 декабря 2015 г. (Омск); Заседании региональной ассоциации травматологов-ортопедов Омской области.
Структура и объем диссертации
Актуальность проблемы нарушения репаративной регенерации костной ткани и способы активации репаративной регенерации
Нарушение консолидации обусловлено рядом факторов: 1) наличие раны над местом перелома вызывает деваскуляризацию участка кости, что в условиях ограниченного анатомического кровоснабжения костей голени приводит к формированию участков асептического некроза кости [9, 145]; 2) повреждение мягких тканей, за счет которых в значительной мере происходит восстановления кровообращения поврежденного участка кости, ухудшает течение регенерации костной ткани [54, 56]. При этом значимы как повреждения мягких тканей как от самого травмирующего воздействия, так и вторичные повреждения в результате расстройств микроциркуляции, местной гипоксии и вторичных некротических изменений [9, 119]; 3) тяжесть общего состояния пострадавшего, которая всегда характерна для открытых повреждений трубчатых костей, изначально создавая неблагоприятные условия для течения регенерации поврежденной кости; 4) открытые переломы часто сопровождаются дефектом костной ткани, что также замедляет консолидацию; 5) открытое повреждение может предрасполагать к наличию персистирующей инфекции, что также способствует замедлению консолидации [8, 12, 24, 36, 82, 107].
Предрасполагающими факторами для инфекционных осложнений являются нарушения микро- и макроциркуляции в области повреждения, микробная контаминация, посттравматическая иммуносупрессия, необходимость хирургических вмешательств, в том числе расширенных, с использованием дополнительных погружных конструкций [115, 136, 139, 166]. Частота развития инфекционных осложнений коррелирует с объёмом мягкотканных повреждений (тип перелома по Gustilio), и именно объём повреждения мягких тканей во многом определяет исход открытого перелома [61]. Также развитие инфекционных осложнений зависит от времени, прошедшего с момента получения травмы до хирургической обработки и стабилизации перелома [93, 97]. Чем короче временной промежуток, тем меньше вероятность инфекционных осложнений [12]. Однако в большей степени это относится к обширным повреждениям в результате высокоэнергетической травмы. При низкоэнергетических повреждениях время хирургической обработки места повреждения (до 6 ч с момента травмы и более 6 ч) не оказывает значимого влияния на вероятность развития инфекции [6].
В настоящее время не существует единого подхода к лечению открытых переломов трубчатых костей, что подтверждается большим количеством работ по данному вопросу [55, 82, 115, 136, 139, 166, 153]. Не вызывает сомнений, что при лечении открытого перелома необходимо решать 2 параллельные проблемы: лечение повреждения и дефекта мягких тканей и стабилизации перелома. Если стабилизация перелома может осуществляться с помощью консервативных и оперативных методов, то вопрос 0 лечении мягких тканей однозначен – во всех случаях необходима хирургическая обработка раны.
Хирургическая обработка раны — неотложное мероприятие, которое должно осуществляться в как можно более ранние сроки (6 — 8 часов после травмы). Его целью является максимальная оценка состояния всех травмированных структур (мягкотканных и костных), удаление всех инородных тел, девитализированных мягких тканей и костных фрагментов, уменьшение бактериальной обсемененности. Остаётся открытым вопрос о способах ведения послеоперационной раны. С одной стороны, открытое ведение раны — мощный фактор профилактики анаэробной инфекции и развития вторичных ишемических повреждений тканей, которые неминуемо развиваются вследствие появления посттравматического отека; оно облегчает дренирование раны и при необходимости выполнение её повторных обработок [119]. С другой стороны, открытое ведение удлиняет сроки заживления самой послеоперационной раны, и, следовательно, стационарного лечения. Закрытие раны способствует сокращению сроков стационарного лечения и снижению частоты инфекционных осложнений, а также снижению длительности заболевания. Однако ушивание раны возможно только при полной уверенности в её радикальной обработке, что способствует более значительной резекции поврежденных тканей, в том числе тканей с сомнительной жизнеспособностью [54, 56].
Никем не оспаривается положение о необходимости обработки раны и места перелома большим количеством раствора антисептика, для дебридмента и орошения места повреждения. Однако вопрос и типе антисептика и давлении, под которым будет проводиться обработка раны, считается дискуссионным Проведено многоцентровое исследование, в ходе которого установлено, что тип антисептика и давление, под которым подается раствор антисептика (очень низкое, низкое и высокое), не оказывает значимого различия на исход, который определялся по количеству осложнений (воспаления мягких тканей) и количеству повторных операций на мягких тканей. Кроме того доказано, что при лечении открытых переломов костей голени использование пульсирующего лаважа с высоким давлением, способствует развитию вторичных некрозов мягких тканей [109, 125].
В ряде случаев при открытых переломах имеется дефект мягких тканей, в частности кожи, при этом закрытие раны не представляется возможным: ушивание раны с натяжением будет приводить к ишемии здоровых тканей, что способствует расширению объёма поврежденных тканей. Выполнение послабляющих разрезов также становится дополнительным фактором травмирования мягких тканей в области повреждения, приводит к нарастанию отека в зоне повреждения и способствует развитию вторичных некротических нарушений с неизбежным инфицированием [54, 56]. Существуют способы закрытия дефектов мягких тканей с использованием методики выкраивания мышечных лоскутов. При этом авторы показывают хорошие и удовлетворительные результаты. Однако недостатком данного метода является увеличение времени операции, травматичность вмешательства, и невозможность его выполнения при тяжелом состоянии пострадавших.
Также существует способ первичного закрытия кожного мягкотканного дефекта с использованием свободной кожной аутопластики. Однако отек окружающих тканей, их повреждение во время травмы приводят к высокой частоте некротизации лоскутов, хотя есть методики, для улучшения питания свободных лоскутов, например, системное введение перфторана, снижающее количество некрозов лоскутов.
В настоящее время всё большее распространение получают системы, создающие отрицательное давление в ране [119], что оказывается благоприятным и при открытом, и при закрытом ведении раны, как для её заживления, так и для всего перелома в целом. Таким образом, повреждение мягких тканей — важная составляющая открытого перелома, которую нельзя не учитывать при лечении. Важным аспектом является сохранение жизнеспособности травмированных, но ещё не некротизированных мягких тканей, путем улучшения их кровоснабжения и уменьшения травматического отека.
Материалы и методы клинических исследований
Время консолидации под воздействием ультразвука — 155 ± 22 суток, без ультразвука — 125 ± 11 суток. Авторы объяснили это тем, что металлический стержень поглощает ультразвуковые колебания, поэтому их стимулирующийся эффект в костях не развивается [164]. Другие исследователи (E. Mayr et al.) выдвинули, а впоследствии и обосновали гипотезу о том, что мягкотканный комплекс, окружающий кость, оказывает влияет на эффект ультразвука. Мягкие ткани поглощают ультразвуковые колебания, и до кости доходит ультразвук меньшей интенсивности. Подтвердили авторы это тем, что наилучшие результаты по стимуляции репаративного остеогенеза достигнуты при ультразвуковом воздействии на расположенные поверхностно под кожей ладьевидную кость и дистальный метаэпифиз лучевой кости. Срок консолидации при этом сокращался на 38 % [139]. Полученные данные подтверждаются работами M. Hantes с соавторами, которые выполнили эксперименты на группе овец, помещая ультразвуковой излучатель непосредственно на надкостницу большеберцовой кости после её остеотомии. Сроки консолидации при этом сокращались на 23 % [118].
Схожие результаты получены и Protopappas с группой авторов [146]. Yoshiyasu, Uchiyama в своём исследовании использовали ультразвуковое воздействие при консервативном лечении гипсовой повязкой стресс переломов диафизов костей голени у спортсменов. Ультразвуковое воздействие способствовало купированию болевого синдрома в среднем через 3,8 месяца, картина ремоделирования кости возникала через 10 месяцев, и пациенты могли возвращаться к спортивной нагрузке через 3 месяца. В группе без ультразвука – боли сохранялись 6—9 месяцев, активное занятие спортом стало возможно через 7,5 – 11 месяцев, кость ремоделировалась в течение 11 месяцев. Таким образом, наблюдалось значительно более раннее купирование болевого синдрома более раннее начало занятий спортом, а срок костного ремоделирования остался практически прежним. Полученные результаты сравнимы с результатами оперативного лечения аналогичных переломов (блокируемый интрамедуллярный остеосинтез, остеоперфорации), но отсутствуют риски послеоперационных осложнений, психологической травмы от операции, а также ограничений, связанных с наличием металлоконструкции [165]. Также проводилась оценка экономических затрат на лечение пациентов с замедленноконсолидирующимися переломами и несросшимися переломами трубчатых костей оперативным методом (интрамедуллярный остеосинтез) и консервативным лечением с ежедневным стимулирующим ультразвуковым воздействием. Затраты оценивались по данным результатов многоцентровых клинических рандомизированных исследований. В группе с консервативным лечением с дополнительным использованием ультразвука положительные результаты (консолидация) у 84—90 % пациентов (216 из 256 с замедленной консолидацией, 46 из 51 с несросшимися переломами) в сроки 5,6 – 6,2 месяца. Лечение при этом оценено в 4500 евро. При оперативном лечении стоимость лечения — 6900 евро на одного пациента с сопоставимыми сроками лечения и числом положительных результатов (наступление консолидации в 70—100% случаев, сроки консолидации 3,1— 6,5 месяцев). Консервативное лечение вялоконсолидирующихся переломов с ультразвуковым воздействием может считаться конкурентоспобным методом в сравнении с оперативным лечением [129].
В работах российских авторов при изучении влияния низкочастотного ультразвукового воздействия на остеорепарацию были получены противоречивые результаты. В 2004 г. В. И. Шевцовым не выявлено положительного эффекта [98]. В 2013 году К. Н. Сергеев с соавторами использовали для ультразвукового воздействия аппарат EXOGEN. В ходе исследования они выявляли перенесших накостный остеосинтез пациентов с переломами дистального отдела большеберцовой кости, у которых по данными рентгенографии на сроке 12 недель выявлялись признаки замедленной консолидации. Этим пациентам проводились курсы лечения, состоявшие из 60 ежедневных сеансов ультразвукового воздействия (по 20 мин каждый) на аппарате Exogen экспресс. Рентгенологический контроль через 20—22 недели после операции показал признаки полной консолидации переломов у 100 % пациентов с ультразвуковым воздействием [80]. С. В. Ивашенко с группой авторов установили, что импульсный ультразвук 22, 44 и 60 кГц снижает минеральную насыщенность, прочностные показатели костной ткани, стимулирует ее перестройку без поражения структур, отвечающих за регенерацию кости [36].
На основании анализа работ по изучению влияния ультразвука на регенерацию костной ткани X. L. Griffin сделал вывод, что данные различных исследований хоть и показывают благоприятное воздействие ультразвука, но до настоящего время еще нет достаточной доказательной базы для его рутинного использования в повседневной практике [121]. Резюме. Таким образом, использование физических факторов оказывает стимулирующее воздействие на репаративную регенерацию костной ткани. Литературные данные показывают, что перспективным для использования в травматологии и ортопедии является низкочастотный ультразвук, который способен оказывать положительное влияние на процесс регенерации костной ткани. Однако, несмотря на интерес к данной проблеме, в мировой литературе имеется недостаточное количество исследований по применению низкочастотного ультразвукового воздействия на регенерацию костной ткани. Это приводит к тому, что в настоящее время в повседневной практике нет широкого распространения данного способа стимуляции репаративного остеогенеза при лечении переломов костей. Кроме того, в литературе отсутствуют данные об оптимальных параметрах ультразвукового воздействия (частота, мощность ультразвука, продолжительность и кратность воздействия) и точках его приложения по отношению к области перелома. Учитывая имеющийся мировой опыт по применению низкочастотного ультразвука в травматологии и ортопедии, следует признать дальнейшие исследования в этом направлении перспективными.
Влияние ультразвука на состояние гемостаза
Пациенты были разделены на 2 равные по количеству участников группы — основную и контрольную случайным образом. Пациенты основной группы на протяжении лечения получали контактное низкочастотное ультразвуковое воздействие в условиях внеочагового чрескостного остеосинтеза. Пациенты контрольной группы получали стандартное лечение аппаратом внешней фиксации. В клиническом исследовании участвовали 24 чел, которые поступили в отделение травматологии и ортопедии БУЗОО «МСЧ № 4» с 2014-го по 2016 г. Объём выборки производился по расчетной таблице объемов выборки, необходимых для проверки статистической достоверности различия двух средних на уровне значимости 0,05 и при мощности критерия 0,80 для различных значений d/SD, где d — клинически значимая разность групповых средних значений, SD — среднеквадратическое отклонение для двух групп. Пример расчета по срокам демонтажа аппарата внешней фиксации: групповое среднее и среднеквадратичное отклонение в группах рассчитывалось с использованием приложения Statistiсa 6.1 (таблица 2)
Наименование показателя Группы Основная Контрольная Групповое среднее, дней 12,92 16,58 Среднеквадратическое отклонение в группе, дн. 0,67 0,90 Число пациентов в группе, чел. 12 12 Далее рассчитывалась клинически значимая разность групповых значений средних: d = 16,58—12,92 = 3,67. Расчет общего среднеквадратического отклонения для двух групп производился по формуле: SD0 = ((SD12 N1 + SD22 N2)/(N1 + N2))1/2, где SD0 – среднеквадратическое отклонение для двух групп вместе, SD1 – среднеквадратическое отклонение, полученное в основной группе, SD2 – среднеквадратическое отклонение, полученное в контрольной группе, N1 – количество пациентов в основной группе, N2 – количество пациентов в контрольной группе. SD0 = ((0,672 12 + 0,902 12)/(12+12))1/2 = 3,1. Отношение клинически значимой разности групповых средних значений к среднеквадратическому отклонению для двух групп d/SD = 3,67/3,1 = 1,19. По таблице для данного показателя d/SD объем выборки, необходимой для проверки статистической достоверности различия двух групп при уровне значимости 0,05 и при мощности критерия 0,8, составляет 11. Аналогичные данные получены по остальным показателям. Поэтому 12 пациентов в каждой группе достаточно для получения достоверных результатов.
У всех пациентов имелись открытые переломы костей голени, тип переломов 42 (43) А2-3, В2-3 (классификация АО-ASIF), по Gustilo и Anderson II и III А тип Контрольная группа Основная группа Рисунок 17 — Распределение пациентов по полу Группы сопоставимы по полу (рисунок 17) и возрасту (молодой возраст по классификации ВОЗ)
Травма получена в сроки 3,16 ± 1,7 часов, в результате низкоэнергетического воздействия и была изолированной. Всем пациентам при поступлении проводилось стандартное обследование и выполнялось оперативное лечение в объёме первичной хирургической обработки раны, остеосинтеза костей голени аппаратом внешней фиксации. Для остеосинтеза использовалась модель спице-стержневого аппарата внешней фиксации, состоящего из четырех колец (трех колец и полукольца), соединенных штангами, спиц, стержней-шурупов (регистрационное удостоверение № ФСР 2007/00756 от 03. 02. 2014). Если линия перелома проходила на расстоянии менее 6 см от суставной щели голеностопного сустава, то спицы проводились через пяточную кость и фиксировались в полукольце.
Если дистальный отломок был размером больше 6 см, то спицы проводились через дистальный метаэпифиз большеберцовой кости и фиксировались в кольце. После достижения репозиции в проксимальный конец дистального отломка и/или дистальный конец проксимального отломка устанавливался стандартный стержень-шуруп (контрольная группа) или канюлированный стержень-шуруп (основная группа) (изготовлен по индивидуальному заказу на заводе НПО «Деост», г. Пущино, по прототипу стержня-шурупа регистрационное удостоверение № ФСР 2007/00756 от 03. 02. 2014; разрешение Этического комитета при ГБОУ ВПО «Омский государственный медицинский университет» Минздрава России). Фиксировался стержень-шурупа при помощи кронштейна с хвостовиком к кольцу. Первичную хирургическую обработку раны проводили в соответствии с принятыми принципами (рассечение раны, иссечение нежизнеспособных тканей, удаление инородных тел, гемостаз, послойное ушивание раны). После ушивания раны осуществлялось пассивное дренирование резиновым дренажем.
Влияние низкочастотного ультразвукового воздействия на течение воспалительного процесса
Гистологическая картина дополняет клинические и рентгенологические данные — у животных основной группы № 1 по данным рентгенологического исследования к 42-м суткам достигнута полноценная консолидация, мозоль имеет высокую оптическую плотность, клинически отсутствует патологическая подвижность, гистологическая картина сформированной костной ткани. У животных основной группы № 2 — рентгенологическая картина ложного сустава, визуализируемая костная мозоль имеет низкую оптическую плотность, клинически патологическая подвижность отсутствует, однако сохраняется тугая микроподвижность. В контрольной группе полноценная консолидация достигнута только у двух животных (по данным рентгенографии), гистологически мозоль у этих животных представлена формирующейся мозолью в которой процесс формирования костной ткани не завершен, сохраняется активный остеобластический процесс. Оптическая плотность имеет оптическую плотность, сравнимую с основной группой № 2 и меньшую по сравнению с основной группой № 1. У четырех животных имеется вялая консолидация, при которой отсутствует выраженная периостальная мозоль, однако линия перелома не визуализируется.
Резюме. Таким образом, проведенное исследование на животных показывает, что контактное низкочастотное ультразвуковое воздействие оказывает влияние на регенерацию костной ткани. В экспериментальной модели перелома были созданы неблагоприятные условия для консолидации: дефект костной ткани, остеосинтез аппаратом внешней фиксации без возможности динамической нагрузки на место перелома. Без дополнительного стимулирующего воздействия в контрольной группе полноценная консолидация возникла только у двух животных, оптическая мозоль имеет плотность, ниже плотности здорового участка кости, гистологическая картина мозоли представлена хрящевой тканью с рыхлым матриксом неоднородной плотности. В формирующихся межбалочных пространствах рыхлая волокнистая ткань с тонкостенными новообразованными сосудами. Остеобласты неравномерно пролиферируют, местами располагаются плотными цепочками. У животных основной группы № 1 с контактным ультразвуковым воздействием частотой 26,6 кГц и мощностью 50 Вт во всех случаях достигнута полноценная консолидация, мозоль при этом имеет высокую оптическую плотность, соответствующую оптической плотности здоровой кости, гистологически представлена сформированными костными балками различной формы и размеров, с параллельными упорядоченными линиями склеиваниями, плотным однородным матриксом и неактивными остеобластами. Иным образом обстоит дело у животных основной группы № 2, получавших контактное ультразвуковое воздействие частотой 42,2 кГц и мощность 150 Вт. В этой группе полноценной консолидации не было ни у одного животного, кроме того, наблюдалась нестабильность стержня-волновода. Гистологическая картина представлена началом формирования неупорядоченных примитивных костных балок, различной формы и размеров на основе хрящевой ткани с неоднородным матриксом. Механизмов стимулирующего действия ультразвука несколько. На клеточном уровне ультразвуковые колебания вызывают кавитацию в клетках и межклеточных пространствах. Это способствует избирательному изменению проницаемости мембран клеток, в частности повышается проницаемость для калия, активизируются обменные процессы. Также ультразвук модулирует аденилатциклазу, простогландин Е, трансформирующий фактор роста. Всё это способствует активизации репаративных процессов. Кроме этого, ультразвуковое воздействие способствует неоангиогенезу. На микроскопическом уровне это способствует адекватной доставке кислорода к профилирующим клеткам, на макроскопическом уровне — восстановлению кровоснабжения деваскуляризованных участков кости, что особенно актуально в условиях открытого перелома. Ультразвуковое воздействие также вызывает локальную гипертермию (что подтверждено данными стендового эксперимента), которая вызывает активизацию обменных процессов и ферментов, в частности коллагеназ. На макроскопическом уровне ультразвуковое воздействие улучшает микроциркуляцию, что способствует уменьшению отека, улучшает кровоснабжение места повреждения. Также ультразвуковые колебания механически способствуют лизированию посттравматической гематомы, которая вызывает компрессию и ишемию окружающих тканей. Кроме этого, ультразвуковые колебания, вызывая расщепление молекул воды на Н+ и ОН- ионы способствуют уменьшению кислотности среды (изменяют рН в щелочную сторону), что способствует уменьшению локальных и системных воспалительных процессов, а также оказывает анальгезирующее действие. Это дает возможность давать более раннюю нагрузку на оперированную конечность, что также способствует лучшей консолидации. Помимо этого каждой структурной единице организма соответствует определенный спектр частотных колебаний. Развитие патологических процессов, в частности перелома, изменяет эти колебания. Частота ультразвуковых колебаний близка к естественным колебаниям здоровых тканей, поэтому внешнее воздействие колебаниями, соответствующими колебаниями здоровых тканей способствует купированию патологического процесса.
Данные эксперимента на животных показывают, что стимулирующее воздействие на регенерацию костной ткани оказывает контактное низкочастотное ультразвуковое воздействие с параметрами 50 Вт, 26,6 кГц в непрерывном режиме 3 минуты, которое передаётся с помощью канюлированного стержня-шурупа с вводимым в него волноводом. Поэтому для дальнейшего клинического исследования использован данный способ контактного ультразвукового воздействия.