Морфометрические параметры головки лучевой кости человека - основа индивидуализированного подхода к ее протезированию

Самохина А.О., Шемяков С.Е., Ратьев А.П. Морфометрические параметры головки лучевой кости человека – основа индивидуализированного подхода к ее протезированию. Морфологические ведомости. 2022;30(4):730. (4).730

Samokhina AO, Shemyakov SE, Rat'ev AP. Morphometric parameters of the human radial bone head are the basis of an individualized approach to its prosthetics. Morfologicheskie Vedomosti – Morphological newsletter. 2022;30(4):730. (4).730

Article received 28 June 2022

Article accepted 26 December 2022

Введение. Морфометрические характеристики костей человека являются важными анатомическими параметрами, которые учитываются при проведении ан- тропологических исследований, в диагностике с помощью лучевых методов исследования (рентгенография, компьютерная томография и т.д.) и выполнении хирургических операций в травматологии и ортопедии. Сведения о размерных характеристиках эпифизов длинных трубчатых костей конечностей имеют особое значение для специалистов медикотехнического профиля в контексте формирования моделей и изготовления протезов суставов. Следует подчеркнуть, что в последние десятилетия именно протезирование является более перспективным методом лечения сложных травм и патологий суставов [1-4].

Цель исследования - систематизировать представленные в литературе данные о количественных и качественных параметрах головки лучевой кости человека для дальнейшего возможного их использования при изготовлении ее протезов.

Материалы и методы исследования заключались в поиске статей и научной литературы в базах данных РИНЦ и PubMed (NLM) по следующим ключевым словам: локтевой сустав, лучевая кость, головка, шейка, протезирование, elbow joint, radial bone, radius, radius head, radius neck, prosthetics.

Результаты исследования и обсуждение. Одним из самых подвижных и функционально нагруженных суставов в организме человека является локтевой сустав. Частота переломов костей этого сустава составляет около 5% от всех повреждений скелета [5-6]. Переломы головки лучевой кости составляют 56% от всех переломов проксимальных отделов костей предплечья и часто (до 20%) сопровождаются переломом шейки лучевой кости. Более 80% повреждений головки и шейки лучевой кости наблюдается у пациентов в возрасте от 20 до 60 лет [7-10]. Несмотря на относительную редкость переломов в локтевом суставе, проблема их лечения достаточно актуальна, поскольку традиционные методы часто приводят к неудовлетворительным результатам [12-19]. Многие исследователи занимаются вопросами диагностики, обезболивания, лечения переломов костей локтевого сустава, которые направлены на адекватное и своевремен- ное выздоровление пациентов без ухудшения качества их жизни [5-6, 20].

Головка лучевой кости играет важную роль в биомеханике локтевого сустава. Сочленение между головкой лучевой кости и головкой мыщелка плечевой кости стабилизирует осевую и вальгусную нагрузку на предплечье и локоть, предотвращая вывих и чрезмерное вальгусное отклонение [21-23]. Исторически распространенной хирургической процедурой для оперативного лечения переломов головки лучевой кости и посттравматических состояний было ее иссечение, но это зачастую приводило к увеличению вальгусной деформации локтевого сустава и проксимального отклонения лучевой кости [22, 24-25].

Основателем функциональной артропластики локтевого сустава считается Julius Hass (1944). Наблюдая 15 пациентов в среднем 5,5 лет, он сообщил о долгосрочном удовлетворительном результате в 73% случаев [26]. При иссечении головки лучевой кости нагрузки, первоначально воспринимаемые лучелоктевым суставом, передаются на локтевой сустав с увеличенной силой и в конечном итоге приводят к раннему остеоартриту [22, 27]. Более того, иссечение головки лучевой кости при повреждении центрального отдела межкостной мембраны может привести к нестабильности, проксимальной миграции лучевой кости и импинджмент-синдрому между локтевой костью и костями запястья [28]. Резекция головки лучевой кости используется не только для лечения переломов костей локтевого сустава, но и при хронических ревматоидных и посттравматических артритах. Есть мнение, что удаление головки лучевой кости может использоваться для облегчения любого состояния, мешающего движениям между лучевой и локтевой костями или между лучевой костью и головкой мыщелка плечевой кости [29]. Иссечение головки лучевой кости может восстановить движение не только за счет снятия боли, но и за счет удаления механического блока, вызванного деформированной головкой лучевой кости [30]. Однако, такие радикаль- ные решения зачастую приводят к серьезным послеоперационным осложнениям.

Приводится статистика таких осложнений, среди которых плечелокте-вой остеоартрит составляет 24%, остеоартрит неуточненного генеза 14%, остеоартрит запястья 2,3%, положительная локтевая дисперсия 14,6%, вальгусная нестабильность 7%, лучелоктевой подвывих 8,8%, гетеротопическая оссификация 13,5%, частичное отрастание головки лучевой кости 2,9%, лучелоктевой синостоз 0,6%, синовит 0,3%, свободные тела 0,3%, поражение локтевого нерва 7,9%, остеопороз головки плечевой кости 2,0%, отрыв костного фрагмента от локтевого отростка 0,3%, кальцификация суставной капсулы 0,3%, выделения из раны 0,3%, остаточные костные фрагменты 0,9% [24]. Часть исследований показали, что осложнения, вызванные резекцией головки лучевой кости, вынуждали пациентов столкнуться и с социальными неудобствами - 30% пациентов с вторичным иссечением были вынуждены сменить работу, 62% должны были отказаться от занятий спортом [31]. Различные осложнения (чаще всего контрактуры) при лечении травм локтевого сустава возникают у 15–40% пострадавших, к инвалидизации приводят около 20% случаев [32]. Таким образом, полученный массив данных о состоянии здоровья пациентов, его накопление и анализ с помощью новейших технологий позволят сформировать оптимальный баланс деятельности, и процессов восстановления для каждого конкретного индивидуума [33].

Есть случаи более долгосрочного наблюдения за пациентами после резекции головки лучевой кости. В исследовании Coleman et al. были обследованы 17 пациентов, у которых ранее был диагностирован закрытый переломом головки лучевой кости и с момента ее резекции прошло от 8 до 46 лет [34]. Результаты исследования показали, что диапазон движений лучезапястного и локтевого суставов оставался почти в норме, изменения коснулись только пронации и супинации. Амплитуда этих движений уменьшилась в среднем на 7 и 15 градусов, соответственно. Отмечалась положительная динамика локтевой дисперсии, увеличившейся в среднем на 2 миллиметра, а вальгусная деформация увеличивалась в среднем на 9 градусов. У некоторых пациентов сохранялись жалобы на болевой синдром, у одного пациента развился лучелоктевой синостоз [34].

В другом исследовании приняли участие 15 пациентов после перелома головки или шейки лучевой кости: у 4 и 11 пациентов были диагностированы переломы II и III типов по Мэйсону, соответственно. Им была проведена ранняя резекция головки лучевой кости. Все пациенты повторно обследовались в среднем через 10 (3–18) лет. Результаты диагностики показали, что в послеоперационном периоде у 10 из 15 пациентов наблюдался болевой синдром и у всех пациентов была уменьшена сила в локтевом суставе [35].

В последнее время в связи с внедрением новых методов хирургического лечения патологий локтевого сустава, существуют разногласия относительно показаний к артропластике головки лучевой кости [24]. Наиболее современным методом лечения является протезирование головки лучевой кости. Ее металлические имплантаты используются тогда, когда невозможно восстановить собственную головку лучевой кости пациента или, когда локоть либо предплечье нестабильны. Проблемы возникают при недостаточно точном подборе размеров используемого протеза головки лучевой кости. Установка чрезмерно широкого протеза может привести к эрозии головки мыщелка плечевой кости [36]. Чтобы предотвратить развитие осложнений (болевой синдром, отек, эрозия имплантата и т.д.) размер имплантата должен соответствовать нормальной анатомии проксимального эпифиза лучевой кости и суставных поверхностей локтевой и плечевой костей по форме и размерам. В этой связи важно подобрать оптимальный размер имплантата до операции.

Зачастую при производстве протезов головки лучевой кости используются статистически усредненные морфометрические параметры, полученные путем мета-сопоставления и суммирования резуль- татов исследований без учета конституциональных и локальных антропометрических особенностей.

King et al. сравнили параметры го ловки лучевой кости к онтралатеральных локтевых суставов на 28 трупных верхних конечностях и на 40 рентгенограммах. Результаты исследования показали, что максимальный и минимальный диаметры головки лучевой кости составляли 24,3±2,4 мм и 22,6±2,4 мм, соответственно. Средняя разница между этими диаметрами составила 1,7±0,7 мм (0,12–3,27 мм). Глубина суставной ямки головки лучевой кости составила в среднем 2,4±0,5 мм, а среднее смещение головки от лучевой шейки – 4,2±2,5 мм. Был сделан вывод, что размеры проксимального отдела лучевой кости имеют индивидуальный характер, что должно учитываться при проведении гемиартропластики головки лучевой кости [37]. Отсюда, во избежание осложнений, полученных в результате неправильно подобранного размера протеза, специалисты многих стран переходят на индивидуальные протезы, то есть изготовленные по размерам контрлатеральных костей самого пациента.

При изучении 17 правых и левых локтевых суставов, полученных при аутопсии трупов людей, была проверена гипотеза отсутствия различий между геометрией левой и правой лучевых костей. Авторы определяли ряд наиболее важных, по их мнению, параметров, которые определяют анатомические особенности проксимального отдела лучевой кости и могут использоваться для изготовления протеза. Были получены следующие результаты: максимальный диаметр головки лучевой кости в среднем составил 23,36 мм, минимальный диаметр 22,26 мм, высота головки в среднем 10,14 мм, глубина суставной ямки в среднем составила 1,92 мм, максимальный радиус головки – 20,27 мм, минимальный радиус головки – 15,73 мм. Результаты показали отсутствие билатеральных различий [38]. Данное исследование в определенной степени подтверждает целесообразность использования морфометрических показателей контрлатеральной кости при установлении протеза.

Одной из задач нашего обзора была стандартизация морфометрических показателей проксимального отдела лучевой кости, с целью выбора необходимого и достаточного количества параметров для моделирования протеза. Shin Seong-Ho et al. в исследовании изучили 15 трупных локтевых суставов (10 мужских и 5 женских) и 12 компьютерных томограмм локтевых суставов, сделанных у пациентов-мужчин [39]. При измерениях на трупе средняя площадь суставной ямки головки лучевой кости составила 247,3±52,6 мм2, средняя площадь медиальной суставной поверхности венечного отростка составила 232,29±36,5 мм2, а средняя площадь боковой фасетки 141,9±33,3 мм2. При выполнении компьютерной томографии средняя площадь суставной ямки головки лучевой кости составила 258,9±26,3 мм2, средняя площадь суставной поверхности венечного отростка составила 376,9±37,0 мм2. Таким образом, при сравнении результатов морфологических и рентгенологических исследований оказалось, что соотношение площади суставной поверхности головки лучевой кости к венечному отростку, определяемое с помощью рентгенологического исследования больше и составляет 1:1,51 при исследованиях на трупах и 1:1,46 при использовании компьютерной томографии.

Для расчета усредненного размера протеза некоторые авторы проводили измерения головки лучевой кости на 82-х контрлатеральных локтевых суставах 41-го забальзамированного трупа (19 мужских, 22 женских) [40]. Измерения проводились после удаления мягких тканей с использованием цифрового штангенциркуля. Авторы показали, что среднее значение наибольшего и наименьшего диаметров головки лучевой кости составили 24,2 мм (диапазон 19,9–30,3 мм) и 22,5 мм (диапазон 18,9–27,5 мм), соответственно; средняя длина лучевой кости равнялась 23,8 см (диапазон 20,1–27,1 см), а средняя длина локтевой кости 23,0 см (диапазон 19,3– 26,3 см), средний диаметр передне-задней поверхности головки составил 16,2 мм (диапазон 10,4–21,0 мм), средний кранио-каудальный диаметр 17,0 мм (диапазон 10,0–23,9 мм). В результатах исследования показана высокая степень корреляции полученных результатов, что может применяться для предоперационной оценки сустава [40].

В работе Калантырской и соавт. (2014) рассматривалась проблема разнообразия и выбора оперативного лечения переломов головки лучевой кости в зависимости от степени ее разрушения [41]. На 20 препаратах локтевых суставов 10 трупов были изучены параметры головки лучевой кости. Авторы получили следующие результаты: диаметр головки был равен 23,8±1,9 мм, длина окружности головки - 71,8±7,7 мм, минимальная высота головки лучевой кости составила 9,5±1,1 мм, максимальная высота головки лучевой кости 16,0±2,3 мм. Для лечения путем остеосинтеза, как «последнего метода» перед удалением и протезированием головки авторы ввели дополнительные параметры: угол не артикулирующего сектора 108,2°±6,4°, длина дуги не артикулирующего сектора 21,5±3,3 мм.

В одном из исследований авторы оценили морфометрию головки лучевой кости с использованием компьютерной томографии и сравнили результаты с несколькими имеющимися в продаже протезами головки лучевой кости. Было сделано 30 компьютерных томограмм локтевых суставов трупа с последующей трехмерной реконструкцией проксимального отдела лучевой кости в двух плоскостях. Были получены следующие результаты: cредний диаметр головки лучевой кости на уровне ямки составил 19±1,58 мм (диапазон 15,82–21,81 мм) в переднезадней плоскости и 18,62±1,78мм (диапазон 15,48– 22,21 мм) в лучевой плоскости. Средний диаметр головки лучевой кости в самой широкой ее части составлял 23,15±1,94 мм (диапазон 19,45–26,49 мм) в переднезадней плоскости и 22,44±1,73 мм (диапазон 19,64– 25,44 мм) в лучевой плоскости. Средний диаметр головки лучевой кости на уровне сочленения головки и шейки кости составил 15,42±1,59 мм (диапазон 11,80–18,46 мм) в переднезадней плоскости и 14,75±1,39 мм (диапазон 12,32–17,31 мм) в лучевой плоскости. После проведенного исследования авторы сделали вывод, что, при нестабильных переломах костей локтевого сустава правильный размер имплантата является важным фактором, позволяющим избежать подвывиха головки лучевой кости. Также авторы доказали, что измерение контралатеральной стороны является допустимым вариантом для определения размера головки лучевой кости и выбора правильного размера имплантата [42].

При изучении проксимальной части лучевой кости на компьютерных томограммах и при использовании техники обратного моделирования для получения и анализа трехмерной внутренней и внешней геометрии объекта были определены следующие параметры: средняя длина лучевой кости – 240±17,3 мм; диаметр головки лучевой кости – 20,5±1,9 мм; наружный диаметр шейки – 14,7±1,0 мм; толщина головки – 12,9±1,4 мм; диаметр костномозгового канала шейки – 7,4±1,4 мм; глубина суставной ямки – 1,5±0,4 мм. Благодаря трехмерному изображению оказалось возможным воспроизвести реальную анатомическую форму кости, рассчитать большее количество параметров, которые невозможно визуализировать на стандартной рентгенограмме, что играет немаловажную роль для реконструкции протеза [43].

Заключение. Представленный обзор литературы показал, что при изучении локтевого сустава и проксимального отдела лучевой кости общепринятыми показателями, используемыми как в антропометрических, так и в клинических исследованиях, являются три параметра: максимальный и минимальный диаметры головки лучевой кости и глубина суставной ямки. Учитывая тот факт, что исходно головка лучевой кости не является круглой, а имеет форму усеченного конуса с достаточно вариабельными элипсовид-ными основаниями, то для воспроизведения наиболее точной модели нельзя учитывать только перечисленные параметры. Поэтому каждый из исследователей дополнительно вводит еще ряд показателей: среднюю площадь суставной ямки головки лучевой кости, среднюю площадь медиальной фасетки венечного отростка, среднюю площадь боковой фасетки, среднюю длину лучевой кости, среднюю длину локтевой кости, средний переднезадний диаметр головки лучевой кости, средний кранио-каудальный диаметр, высоту головки лучевой кости, максимальный радиус головки лучевой кости, смещение суставной поверхности от лучевой шейки и т.д. Эти параметры, по мнению авторов, могут служить дополнительными характеристиками индивидуальных особенностей строения лучевой кости. Однако, единого стандартизированного подхода к их измерению не существует.

Проведенный анализ доказывает необходимость дополнительных исследований, конкретизирующих набор морфометрических показателей и позволяющих наиболее точно смоделировать головку лучевой кости. Объединив классические анатомические и рентгенологические параметры мы остановились на выборе следующих критериев: наибольшей длины лучевой кости, физиологической длины лучевой кости, ширины диафиза лучевой кости, сагиттального диаметра середины диафиза лучевой кости, сагиттального диаметра шейки по