Остеосинтез и заполнение дефектов в костях с помощью ультразвуковой сварки

ОСТЕОСИНТЕЗ И ЗАПОЛНЕНИЕ ДЕФЕКТОВ В КОСТЯХ С ПОМОЩЬЮ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ

В. А. Поляков

Клиника травматологии и ортопедии (зав. — проф. В. А. Поляков) Центрального института усовершенствования врачей, Москва

Переломы костей и повреждения суставов по-прежнему встречаются очень часто. Из обратившихся в 1967 г. в нашу клинику 12991 пострадавшего у 2623 были обнаружены различные переломы костей.

Успехи врачей в лечении переломов несомненны. Но хирурги и травматологи, с одной стороны, и пациенты - с другой, пока не удовлетворены результатами лечения. Известный травматолог проф. И. Л. Крупко пишет (Вестник хирургии им. Грекова, 1967, № 6): «Мы прекрасно отдаем себе отчет в необходимости широких изысканий новых методов фиксации отломков, причем эти поиски, видимо, следует вести под углом зрения новейших достижений химии, техники и даже радиоэлектроники...»

Установлено, что результаты консервативных методов лечения переломов костей и повреждений суставов иногда бывают хуже, чем хирургическое лечение. Разнообразные способы остеосинтеза при строго определенных показаниях имеют объективно доказанные преимущества перед консервативными методами лечения.

Сейчас для скрепления сломанных костей используют металлические штифты, пластинки, гвозди, болты, проволоку, балки и т. д. Все эти операции остеосинтеза не свободны от многих опасностей и осложнений.

Введение в кости и мягкие ткани металлических конструкций не безразлично для организма, не безвредно для тканей, соприкасающихся с ними. Кроме того, при металлическом остеосинтезе обязательно нужно производить вторичную операцию — извлечение скрепляющих конструкций. Поэтому закономерными были попытки отказаться от громоздких металлических инородных тел и соединять сломанные фрагменты костей с помощью различных клеев.

Г. В. Головин и П. П. Новожилов предложили в 1955 г. склеивать отломки костей разработанным ими остеопластом. Б. Блох в 1958 г. начал применять для склеивания этоксилиновые смолы; Сальваторе и Мандарине в 1959 г. — полиуретан.

Идея проф. Г. В. Головина была и остается замечательной,.однако хорошо удаваясь на мертвых препаратах (сухие кости, извлеченные из организма), истинное склеивание живых костей in situ не получается. Ни один из предложенных клеев не прилипает к живой кости, не высыхает или не склеивает.

Современные способы склеивания костей сводятся к образованию короткого удерживающего штифта из отвердевшего клея или к созданию муфты из какой-нибудь ткани, пропитанной клеем. Естественно, что такие способы фиксации отломков оказываются недостаточными.

С 1964 г. на кафедре травматологии, ортопедии и комбинированных радиационных повреждений мы совместно с работниками Высшего технического училища им. Баумана начали эксперименты по сварке костей ультразвуком.

Вначале опыты производили на различных -препаратах костей. Они оказались успешными, и в апреле 1967 г. мы (В. А. Поляков, Г. А. Николаев, В. И. Лощилов, Г. Г. Чемянов) начали работать с живой экспериментальной 'моделью.

Предлагаемый способ соединения костей («остеосинтез сваркой») позволяет получить быстрое и достаточно прочное соединение живых костных фрагментов.

В лаборатории нашей кафедры было проведено 135 экспериментов.

У 74 опытных животных под местной анестезией 0,5% раствором новокаина (10 г) открывали доступ к лучевой кости и кусачками Листона производили полное поперечное ее пересечение. Фрагменты костей обрабатывали эфиром. На отломки лучевой кости в качестве припоя для сварки наносили тонкий слой жидкой пластмассы. На нижнюю поверхность костного гомотрансплантата также наносили тонкий слой жидкой пластмассы.

Затем костный гомотрансплантат накладывали в виде мостика на сломанные фрагменты лучевой кости; к середине его подводили экспоненциальный волновод специальной ультразвуковой установки.

Ультразвуковые колебания за несколько секунд приваривали гомотрансплантат к основным фрагментам лучевой кости, восстанавливая тем самым его непрерывность. Во всех опытах этой серии костный трансплантат оказался накрепко приваренным.

Рану па предплечье кролика зашивали наглухо кетгутовыми швами. Область операции закрывали марлевым валиком, фиксированным кетгутовыми нитями. Какую-либо иммобилизацию в послеоперационном периоде не применяли.

В одном опыте (при косом переломе) произведен успешный остеосинтез лучевой кости без трансплантата.

Серийные контрольные рентгенограммы костей экспериментальных животных свидетельствовали о нормальном течении регенерации костной ткани. Гомотрапсплантат подвергался постепенной перестройке. Прочная костная мозоль образовывалась в обычные сроки. Общее состояние животных было вполне удовлетворительным.

Во 2-й серии экспериментов мы у 30 животных воспроизвели отрывной перелом, отломки были сварены друг с другом без трансплантата. В этой серии опытов под местной анестезией 0,5% растворо:м новокаина (10 г) открывали доступ к правому локтевому суставу кролика. Пилой Джигли отпиливали достаточную часть локтевого отростка. На поверхности излома наносили тонким слоем жидкую пластмассу.

Отломанный локтевой отросток укладывали на место и к нему подводили волновод ультразвукового аппарата. Во всех 30 опытах отломок локтевой кости приваривали за 1,5—2 сек.

Сущность сварки костей состоит в том, что электрические колебания, вырабатываемые специальным генератором, подаются на обмотку магнитостриктора, который преобразует электрические колебания в механические. Эти колебания трансформируются с помощью специального инструмента — волновода.

Колебания, доходя до границы раздела двух костей, заполненной припоем, воздействуют на него и образуют прочное сварочное соединение костей. Например, прочность соединения костей с помощью гомотрансплантата составляет на срез 100 кг/см², что вполне удовлетворяет условиям остеосинтеза.

Испытав ультразвуковую сварку при простых переломах костей, мы решили применить этот метод и для восстановления целости костей при

Рис. 2. На место перелома в виде мостика уложен костный г.омо-трансплаитат.

раздробленных, многооскольчатых переломах, после резекции диафизов на протяжении или после удаления суставных концов костей.

Мы произвели 30 таких экспериментов (3-я серия опытов). У 28 кроликов был резецирован на протяжении 2—3 см диафиз лучевой кости, дефект обработан эфиром и заполнен мелкой костной ауто- и гомо-щебенкой. Костные кусочки заливали небольшим количеством жидкого припоя. После воздействия ультразвуком костная щебенка «сваривается», превращаясь в единый костный конгломерат, заполняющий дефект в кости, образовавшийся после частичной резекции.

Таким способом можно не только восполнять утраченную часть кости, но и заполнять полости в костях после остеомиелитов, удаления опухолей и т. д.

В 2 опытах мы искусственно воссоздали локтевые отростки кролика после хирургического удаления их. Этот метод можно использовать вместо пересадки полу- и целых гомологических суставов. Возможность «наварить» новый суставной конец из смеси костных ауто- и гомоосколков выгоден еще и потому, что элементы собственной костной ткани оперируемого могут создать как бы авторские «опорные пункты» регенерации при последующей неизбежной перестройке костного сварного трансплантата (рис. 1—7).

Предлагаемый метод ультразвуковой сварки живой костной ткани с помощью припоев может изменить обычные способы остеосинтеза. В клинике метод можно использовать для соединения сломанных трубчатых костей при отрывных переломах, при заполнении дефектов в костях, при трансплантации костной  ткани и пересадках суставов. Его следует испытать при пластике черепа, при переломах челюстей. Приваривание искусственных пластмассовых зубов облегчит  современное  зубное протезирование.

Рис. 4. Рентгенограмма правого предплечья кролика. Видны место остеотомии лучевой кости и тень гомотрансплантата.

Антисептический эффект ультразвукового воздействия может оказаться полезным при сварке костей в инфицированной ране, что и явится предметом исследований в 4-й серии наших экспериментов.

Сварка костей ультразвуком позволяет быстро соединить живые фрагменты и, насколько нам удалось установить, не нарушает естественных процессов регенерации костной ткани.

При изучении этой интересной и, возможно, весьма перспективной проблемы у нас возникло много вопросов, которые ждут своего разрешения. Следует изучить биохимию костной ткани после ультразвуковой сварки, -гистологию и рентгенологию костной мозоли, изменения, происходящие в основных фрагментах костей и в костных осколках. Нужно исследовать васкуляризацию костной ткани после сварки и проследить фазы перестройки трансплантата и вновь созданного конгломерата из костной щебенки.

Рис. 5. Рентгенограмма правого предплечья кролика. Через 21 день после операции видна тень костной мозоли, исходящая из основных фрагментов.

Рис. 6. Рентгенограмма локтевого сустава кролика. Видно место остеотомии локтевого отростка.

Особый интерес представляет изучение микрофлоры открытых и огнестрельных переломов, влияние на нее ультразвуковой сварки, возможности вторичной обработки ран и отсроченного остеосинтеза сваркой.

Наконец, необходимо проверить состояние внутренних органов и гигиенические аспекты действия ультразвуковой сварки.

Возникают и технические проблемы — усовершенствование волновода, испытание различных припоев, поиски способа временного и поверхностного размягчения костей для сварки, формовка вновь создаваемой костной ткани, повышения прочности ультразвуковой сварки.

Рис. 7.  Рентгенограмма локтевого сустава. Через 21  день после операции видна тень .костной мозоли, спаивающая фрагменты локтевого отростка.

Предлагаемый метод благодаря возможной универсальности может найти применение в хирургии и травматологии мирного и военного времени.