К 90-летию со дня рождения Г.А. Илизарова. Вклад Г.А. Илизарова и созданной им школы в развитие метода чрескостного остеосинтеза

Автор: Шевцов Владимир Иванович

Журнал: Гений ортопедии @geniy-ortopedii

Рубрика: Оригинальные статьи

Статья в выпуске: 2, 2011 года.

Бесплатный доступ

В историческом плане приводятся данные о развитии метода чрескостного остеосинтеза по Илизарову. Для обоснования возможностей использования аппарата при лечении травматолого-ортопедических больных автором (Г.А. Илизаровым) проведены шесть серий экспериментов, позволивших установить влияние жесткости фиксации костных отломков, кровоснабжения, сохранения остеогенных элементов надкостницы, эндоста, костного мозга на течение остеогенеза и сроки консолидации. На основании полученных фундаментальных знаний были разработаны новые медицинские технологии лечения больных с псевдартрозами и дефектами костей, удлинения конечностей и коррекции их деформаций. Последующие исследования показали, что метод чрескостного остеосинтеза может быть использован в смежных медицинских дисциплинах: нейрохирургии, стоматологии, онкологии, ангиологии, хирургии кисти и других.

Еще

Остеосинтез, аппараты и инструменты, экспериментальные исследования, клиническое использование

Короткий адрес: https://sciup.org/142121434

IDR: 142121434

Текст научной статьи К 90-летию со дня рождения Г.А. Илизарова. Вклад Г.А. Илизарова и созданной им школы в развитие метода чрескостного остеосинтеза

На заре развития человеческого общества оказание помощи при травматических повреждениях тканей и переломах костей производили цирюльники, которые для фиксации поврежденной конечности использовали подручные средства. Но параллельно с развитием общества развивалась наука, в том числе и медицинская.

Постепенно сформировались научнообоснованные способы лечения не только травм, но и ортопедических заболеваний. На первых этапах использовались достаточно простые лубковые повязки, затем Н.И. Пирогов предложил гипсовую повязку, что радикально улучшило результаты лечения больных. В XIX и ХХ столетиях бурное развитие промышленного производства позволило получать ареактивные металлические сплавы и антибактериальные препараты. Эти возможности немедленно были использованы в травматологии и ортопедии – появились накостные и внутрикостные фиксаторы. Вершиной учения в области фиксации костных отломков стал метод внешней фиксации или чрескостного остеосинтеза, автором которого является советский ученый академик РАН Г.А. Илизаров [1, 32, 33].

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Как все ранее предложенные, так и метод чрескостного остеосинтеза рождался в муках. Необходимо было разработать тип фиксатора, обосновать его технические характеристики, изучить процессы, протекающие в тканях при воздействии на них разнонаправленных усилий. Для подтверждения основных принципов метода под руководством Г.А. Илизарова были про- ведены эксперименты на 480 взрослых собаках и 96 щенках для изучения влияния компрессии и дистракции на течение регенерации тканей. В

РЕЗУЛЬТАТЫ

Идея внешней фиксации имеет многовековую историю. Первые упоминания об использовании внешних фиксаторов имеются в библейских писаниях за 1536 год.

В 1936 г. Josef Bittner из Сиэттла (США) предложил свою конструкцию, которую он назвал «шина для репозиции переломов». Это устройство автор использовал только для репозиции костных отломков, последующая фиксация осуществлялась гипсовой повязкой.

Очень активно велись разработки внешних фиксаторов в первой половине прошлого столетия в Германии. R. Wittmoser в 1953 г. предложил свой аппарат для лечения переломов.

Обе конструкции (Биттнера и Витмозера) были достаточно прогрессивным проявлением изобретательской мысли, но из-за несовершенства они не получили признания и не были внедрены в клиническую практику, так как авторы аппаратов, как и многие другие, не видели проблемы в целом. Чаще предлагались устройства для лечения определенных переломов костей или для лечения повреждений костей на определенных уровнях.

Г.А. Илизаров подошел к решению этой проблемы комплексно. Он предложил не только аппарат, но и способ его применения. Предложенный способ предусматривал фиксацию костных отломков перекрестно проведенными через них спицами, а аппарат – соединенные между собой резьбовыми стержнями опоры в виде колец, к которым в натянутом состоянии крепились чреско-стно проведенные спицы [1, 32, 33, 39, 54].

В последующие годы, сохраняя основные принципы базовой конструкции, были предложены варианты новых деталей, способствовавшие расширению её функциональных возможностей: спицы с упорными площадками, пластинчатые приставки разных размеров, кронштейны и другие детали, позволяющие осуществлять закрытую репозицию и управляемую коррекцию отломков [54]. Были определены основные преимущества чрескостного остеосинтеза, которые включают минимальную травматичность, отсутствие дополнительной травмы в зоне патологического очага, так как костные фиксаторы вводятся вне зоны повреждения кости и мягких тканей. При этом сохраняются кровоснабжение и источники репаративной регенерации, обеспечивается точная закрытая репозиция и прочная фиксация костных отломков. На каждом сегменте выделено 8 уровней, в которых определены зоны, опасные для проведения спиц из-за возможности повреждения важных сосудисто-нервных образований [78].

Успешная разработка новых технических устройств требует их экспериментальной апробации, последующие годы данные экспериментальных исследований были адаптированы для скелета человека и внедрены в клиническую практику.

ИССЛЕДОВАНИЯ изучения биомеханических особенностей остеосинтеза и реакции тканей на механические воздействия. Для решения указанных проблем были проведены экспериментально-клинические исследования, которые можно представить определенными блоками.

Блок первый – экспериментальный [102]. Он включает известные медицинскому миру, ставшие теперь классическими, 7 серий экспериментов, в которых исследовались общебиологические реакции организма на действие травмирующих агентов.

В первых трех сериях убедительно доказаны роль и значение фиксации костных отломков для репаративного остеогенеза [37, 43, 45, 54, 58, 63, 79]. При этом установлено, что при недостаточной их фиксации (1-я серия экспериментов: две опоры, спицы не натянуты) новообразование костной ткани идет через фиброзно-хрящевую стадию c формированием замыкательных пластинок на концах отломков. При увеличении жесткости фиксации, что наблюдается при остеосинтезе аппаратом, состоящем из двух или из четырех опор, но с натянутыми в них спицами, в дистракционном регенерате по мере его увеличения формируются остеоидные или костно-остеоидные балочки.

Четвертой и пятой сериями экспериментов доказано влияние степени повреждения остеогенных элементов (надкостницы, art. nutritia) на формирование костного регенерата. При этом установлено, что обширное повреждение надкостницы ведет к формированию регенерата в форме песочных часов, а питательной артерии – к выраженному некрозу костного мозга.

Наконец, задачами 6 и 7 серий было выявление роли костного мозга в процессе остеогенеза и костеобразовании. Для этого создавались циркулярный и полуциркулярный дефекты диафиза кости с повреждением или сохранением костного мозга. Оказалось, что сохранение целостности костного мозга способствует замещению созданного дефекта, тогда как при его разрушении формируется хронический дефект кости.

Но эксперимент ценен тогда, когда он имеет прикладную направленность. Заслуга Г.А. Илизарова и его школы заключается в том, что экспериментальные данные успешно внедрены в клинику и применяются для лечения различной патологии опорно-двигательной системы.

Второй блок исследований касается разработки методик и способов остеосинтеза закрытых [17, 26, 52, 60] и открытых переломов костей конечностей [25, 61]. Для изучения влияния повреждений питательной артерии на сроки консолидации переломов костей проведена серия экспериментов с резекцией участка кости и сегмента питательной артерии и без повреждения a. nutritia. Результаты эксперимента убедительно доказали определяющую роль повреждения питательной артерии в развитии некробиотических процессов в костном мозге и, как следствие, пролонгации сроков консолидации [54].

Не менее важны экспериментальноклинические исследования, направленные на разработку новых технологий лечения огнестрельных переломов, сочетающихся с формированием дефектов магистральных сосудов и нервов. Впервые в мировой практике для восстановления целостности комплекса этих важных анатомических образований разработан в эксперименте и успешно применен в клинике способ, предусматривающий вначале укорочение сегмента, что позволяет восстановить целостность магистральных артерий и нервов [3, 46, 47, 86] с последующим восстановлением длины дозированной дистракцией. Эта методика нашла широкое применение в клиниках и военных госпиталях разных стран.

Разработка проблемы повреждений костей конечностей привела к созданию новых методик остеосинтеза множественных переломов, остеосинтеза переломов шейки бедра и костей таза [10, 85], что нашло свое применение при оказании помощи пострадавшим во время землетрясения в Армении [70]. Эти методики значительно снизили травматичность оперативных вмешательств, улучшили исходы и привели к сокращению сроков лечения в 2-4 раза.

Третий блок исследований проведен по изучению возможностей лечения последствий травм конечностей, включая дефекты и псевдоартрозы длинных костей [5, 8, 41, 84, 87, 89].

На фоне существовавших в середине прошлого столетия способов лечения данной патологии разработанные Г.А. Илизаровым и сотрудниками способы лечения псевдоартрозов и дефектов костей были абсолютно новыми. Вместо широко используемых в то время костных трансплантатов были предложены оригинальные, ставшие теперь классическими способы восстановления целостности и длины кости за счет формирования дистракционного регенерата собственных тканей.

Так, при тугих псевдоартроз-дефектах с укорочением сегмента конечности в качестве стимулятора репаративной регенерации предложено использовать напряжение растяжения в системе «аппарат-конечность», при котором постепенное разведение отломков стимулирует метаплазию межотломковой рубцовой ткани в костную. Было доказано, что не иссечение, а сберегательное отношение как к костным отломкам, так и к окружающим мягким тканям дает положительный результат [41, 59].

Другим, не менее значимым было предложение по возмещению диастаз-дефектов за счет удлинения одного из отломков. Вначале для этой цели использовалась одна спица, вводимая ретро- градно через дистальный фрагмент и зону дефекта. По достижении конца проксимального отломка конец спицы изгибался в виде крючка и вводился в промежуточный фрагмент, получаемый после остеотомии. Наружный конец спицы соединялся с винтовой тягой, с помощью которой производилось перемещение полученного промежуточного фрагмента для замещения дефекта. Затем эта методика была изменена и вместо одной стали вводить две дистракционно-направляющие спицы. Операция значительно упростилась, сохраняя основное предназначение оперативного вмешательства – возмещение диастаз–дефекта [5, 42, 54, 89].

Дальнейшие разработки данной методики привели к внедрению полилокального остеосинтеза в разных вариантах: одновременного удлинения обоих отломков с созданием в последующем компрессии на их стыке или удлинения одного отломка на двух и более уровнях. Сотрудниками РНЦ «ВТО» им. Г.А. Илизарова разработаны многочисленные методики возмещения дефектов различной протяженности. Так, для возмещения субтотальных дефектов одной из костей двукостного сегмента используется продольное расщепление второй кости или перемещение её цилиндрического трансплантата в зону дефекта [87, 89].

Предложенные методики, подтвержденные результатами их экспериментальной апробации и проведенными комплексными биохимическими, радиоизотопными, морфологическими, электрофизиологическими исследованиями [43, 76, 77, 80, 81], радикально изменили подходы к решению проблемы лечения этой тяжелой патологии.

В обширной клинической практике аппарат Илизарова изначально применялся в качестве фиксатора при переломах различной локализации, но переоценить его роль при лечении ортопедической патологии, в частности укорочения конечностей, невозможно.

Еще в начале 60-х годов Г.А. Илизаров начал активно разрабатывать проблему удлинения тканей. Это явилось предметом четвертого блока исследований. Для разработки эффективной и безопасной технологии удлинения необходимо было решить ряд вопросов:

  • разработать способ нарушения целостности кости;

  • оптимизировать уровень остеотомии на протяжении сегмента;

  • обосновать темп и ритм удлинения (дистракции);

изучить состояние кровообращения в процессе удлинения.

Для получения ответов на поставленные вопросы в экспериментах на взрослых беспородных собаках и щенках отрабатывались способы и определялись уровни нарушения целостности кости. В первые годы для удлинения использовались дистракционный остеоэпифизеолиз, косопоперечная диафизарная или длинная косая мета-диафизарная остеотомия. В последующие годы с учетом онтогенетического роста остеотомии стали выполнять в метафизарных отделах костей, впоследствии заменив остеотомию кортикотомией с последующей противоразворотной остеоклазией. Были отработаны методики закрытой флексионной и ротационной остеоклазии. В настоящее время завершается экспериментальная апробация нового способа – безударной остеоклазии [34, 35, 36, 38, 43, 48, 49, 90, 104]. Морфологические, биохимические, радиологические, электрофизиологические исследования позволили подтвердить безопасность и физиологичность предложенной методики [20, 27, 30, 43, 54, 55, 76, 88, 90, 98].

Проведенными морфологическими исследованиями доказано наличие зональности дистракционного регенерата и факта, что на начальных этапах удлинения при сохранении оптимального темпа и ритма дистракции происходит активизация биосинтетических процессов или угнетение репаративной регенерации при превышении темпа дистракции, т.е. при удлинении с темпом 2 и более мм в сутки.

В историческом плане разработка проблемы удлинения конечностей прошла через несколько этапов:

  • 1.    Удлинение одного сегмента на одном уровне после длинных косых остеотомий с рассечением надкостницы, костного мозга, питательной артерии и других остеогенных тканей. Для фиксации костных отломков аппарат компоновался из двух опор с двумя перекрещивающимися спицами. Удлинение производилось с темпом по 1 мм за 4 приема. Данная методика была недостаточно эффективна, ввиду невозможности создания стабильной фиксации и значительного повреждения остеогенных тканей [34].

  • 2.    В дальнейшем разработана оригинальная методика удлинения конечностей на двух уровнях с перенесением остеотомий в метадиафизарные отделы [19, 22, 73]. Это сократило время удлинения в два раза, что позволило решить проблему увеличение роста у больных ахондроплазией.

  • 3.    Для дальнейшего сокращения сроков удлинения конечностей Г.А. Илизаров с присущим ему даром экспериментатора и на основе исключительной наблюдательности доказывает возможность и внедряет в практику методику одновременного удлинения нескольких сегментов на двух уровнях, что позволило сократить период реабилитации больных ахондроплазией в 6-8 раз [22, 73, 57, 90]. Данная технология базируется на имитации онтогенетического роста скелета, когда происходит одновременное увеличение физических размеров всех сегментов в процессе естественного роста. Эта методика – одно из самых больших достижений в проблеме удлинения конечностей, а затем и регуляции роста. Она получила абсолютное признание, внедрена в клиниках мира, хотя в последнее время появляются попытки использования для удлинения конечностей фиксаторов других конструкций. Но остает-

  • ся бесспорным факт, что способы удлинения конечностей, а отсюда и увеличения роста с использованием методики нарушения целостности кости на одном и двух уровнях, на одном, двух и более сегментах разработаны в Курганском научном центре Г.А. Илизаровым и коллективом сотрудников.

Наряду с разработкой разных способов нарушения целостности кости (остеотомии) проводилось изучение влияния на течение репаративного остеогенеза темпа и ритма дистракции. Вначале удлинение проводилось механическим путем с темпом по 1мм в сутки и ритмом по 0,25 мм 4 раза в день [56, 82, 90, 104]. Но в результате эволюционных преобразований были разработаны специальные устройства – автоматические дистракторы. Их внедрение позволило автоматизировать процесс удлинения и проводить его по заданной программе с темпом 1 мм за 60-120 приемов. Такой способ удлинения приближается к ритму естественного роста и способствует формированию прочного костного регенерата ещё в процессе удлинения, значительно сокращая время его минерализации и достижения необходимых биомеханических характеристик [18, 105].

Пятый блок включает разработки, касающиеся коррекции деформаций сегментов конечностей [103], моделирования их формы и утолщения. На основании большой серии экспериментальных исследований была доказана возможность костеобразования не только при продольной, но и поперечной тракции костных фрагментов. При этом поперечно ориентированный регенерат может быть получен при перемещении костного фрагмента, полученного после продольной остеотомии материнской кости или перемещением цилиндрического фрагмента одной из парных костей в поперечном направлении. Развивающееся напряжение межкостной мембраны ведет к отслойке надкостницы, развивается бурное периостальное костеобразование, в результате происходит утолщение кости. Эти закономерности были использованы в клинике для моделирования формы голени при постполиомиелитической атрофии или для утолщения костей и повышения их механической прочности (при врожденных ложных суставах) [4, 8, 21, 44, 50, 53, 68, 69, 71].

Косорукость и косолапость являются распространенной ортопедической патологией, разработка методики их лечения с применением чрескостного остеосинтеза начата в 70-е годы прошлого столетия. За это время доказано, что у детей до 14 летнего возраста возможна бескровная коррекция всех видов деформаций стоп, при которой в результате перераспределения кровообращения и нагрузок меняется форма костей и достигается стойкий лечебный эффект. Разработан алгоритм действий врача при лечении косолапости у детей в зависимости от возраста и степени выраженности деформации стопы. Для коррекции деформаций стоп у взрослых в зави- симости от этиологии деформации, её вида, длины стопы предложены оперативные методики [2, 9, 11, 51, 97].

При пяточной деформации разработана остеотомия соответствующей кости с разворотом полученного фрагмента вокруг фронтальной оси. Избыточная тыльная флексия служит показанием к переднему артроризу, а стойкие сложные рецидивирующие деформации стопы – к V-образной остеотомии костей стопы с постепенным разворотом сегментов и коррекцией деформации.

Особую группу составляют больные с посттравматическими или врожденными культями голени. Для улучшения опорно-двигательной функции Г.А. Илизаровым предложена остроумная и уникальная методика моделирования изгиба голени подобно стопе. Эта методика – достояние Курганского центра и составляет его золотой фонд [7, 97].

Не менее значителен вклад сотрудников центра в реконструктивную хирургию кисти, что связано с разработкой мини-фиксатора для остеосинтеза коротких костей. С его использованием стали возможны оперативные вмешательства при гипоплазии кисти, синостозах пястных и других костей, моделирование пальцев при их культях. При синдактилии за счет поперечной тракции достигается создание запаса кожи в межпальцевых промежутках как подготовительный этап формирования пальцев. Образовавшийся в последнее время тандем мини-фиксатора и микрохирургии еще более расширил возможности реконструктивной хирургии кисти, что является отличительной новинкой современной реабилитации в ортопедии [54, 72].

Нельзя не остановиться на проблеме лечения деформирующих артрозов и врожденных вывихов тазобедренных и других суставов. И здесь коллективом центра внесен определенный вклад. Разработанная ранее операция двойной корригирующе-удлиняющей остеотомии бедра для создания дополнительной точки опоры и восстановления длины конечности при вывихе бедра [14, 92] уступила место двойной или тройной остеотомии костей таза после предварительного низведения бедра и центрации его головки в вертлужную впадину [64]. Разработаны показания для ротационно-дренирующих операций при дегенеративнодистрофических изменениях и при асептических некрозах головки бедра (болезнь Пертеса) у детей и лиц пожилого возраста [65, 94].

Широкомасштабные поиски методов лечения патологии позвоночника и спинного мозга [23] нашли выход в практической реализации. В отделении вертебрологии проводится лечение больных с повреждениями и заболеваниями позвоночника и спинного мозга, а в качестве фиксатора используется специально разработанный и адаптированный для позвоночника человека аппарат [95]. После большой серии экспериментов по созданию и возмещению дефектов пло- ских костей черепа [15, 29, 93] доказана возможность их регенерации, что положено в основу лечения больных с очаговыми поражениями головного мозга [74].

Разработаны устройства и методики возмещения дефектов и удлинения крупных нервных стволов [16, 67, 100]. Это достигается:

  • дозированным растяжением тканевых структур за счет изменения аппаратом положения в смежном суставе;

  • тракцией нерва в поперечном направлении;

встречной дозированной тракцией концов поврежденного нервного ствола.

Г.А. Илизаров был очень наблюдательным человеком. И то, что порою ускользало из поля зрения других сотрудников, четко фиксировалось им. При заливке сосудов конечностей после выведения животного из эксперимента после удлинения или утолщения кости отмечается развитие густой сосудистой сети как в кости, так и в мягких тканях. Феномен реакции сосудисто-нервного пучка на хронический раздражитель он предложил использовать при лечении больных с облитерирующими заболеваниями сосудов конечностей. Так родилась новая методика [13, 53]. В последующем нами было изменено отношение к спицам и оказываемому ими влиянию на протекающие в тканях процессы. Спица, по нашему мнению, не только элемент фиксации, но и мощный раздражитель кровообращения, эндоста и обменных процессов. На основе этого были предложены разные способы лечения облитерирующих поражений сосудов. Суть их состоит в использовании стимулирующего воздействия хронического раздражителя, вызывающего усиление кровообращения, нормализирующего биосинтетические процессы в тканях при интрамедуллярном или поперечном к продольной оси сегмента введении спиц. Активизация указанных процессов ведет к эпите-лизации трофических язв, развившихся на фоне недостаточного кровообращения, отпадает необходимость ампутации конечностей [28, 75, 101].

Перечень проблем был бы неполон, если бы мы не остановились на проблеме лечения остеомиелитических поражений костей. На базе функционирующего отделения гнойной ортопедии и травматологии разработан комплекс уникальных методик, позволяющих ликвидировать это тяжелое осложнение в остеологии. Отделение заслуженно является школой передового опыта, где хирурги в совершенстве овладели навыками реабилитации больных с этим тяжелейшим заболеванием костей и суставов [12, 40, 54, 83, 91].

Много лет в Центре проводится совместная работа с онкологами по разработке органосохраняющих операций, дающих хорошие клинические результаты при лечении опухолевых поражений костей [62].

Таким образом, разработанный в Российском научном центре «Восстановительная травматология и ортопедия» имени академика Г.А. Илизаро- ва метод чрескостного остеосинтеза усилиями коллектива сотрудников получил всестороннее экспериментально-теоретическое и клиническое обоснование. Он может быть использован не только в травматологии и ортопедии, но и в нейрохирургии [6, 66, 93, 95, 100, 122], при патологии кисти [72], в ангиологии [75], онкологии [62], стоматологии [24] и других областях медицины. Неограниченные возможности, разнонаправлен-ность использования послужили основанием для самого широкого внедрения метода в разных странах, независимо от степени их экономиче- ского развития. Это обусловлено тем, что в отличие от больных с патологией внутренних органов, пациенты с физическими дефектами и уродствами вызывают нездоровый интерес окружающих, что является причиной подавленности, чувства неполноценности и неадекватной самооценки. Метод чрескостного остеосинтеза способствует восстановлению гармонии физических возможностей и духовного состояния наших пациентов, что послужило основанием для его популярности и всемирного признания.

Статья научная