Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

Журнал «Травма» Том 23, №3, 2022

Вернуться к номеру

Характеристика параметрів серкляжного дроту при реконструкції кілеподібної деформації грудної клітки

Авторы: Камінська М.О. (1), Дігтяр В.А. (1), Карпінський М.Ю. (2), Шульга Д.І. (3)
(1) — Дніпровський державний медичний університет, м. Дніпро, Україна
(2) — ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України», м. Харків, Україна
(3) — ПП «Лікарня Святого Луки», м. Кропивницький, Україна

Рубрики: Травматология и ортопедия

Разделы: Клинические исследования

Версия для печати


Резюме

Атуальність. Одним із провідних методів реконструкції вродженої кілеподібної деформації грудної клітки є нерезекційна торакопластика. Для її здійснення використовується імплантована система, що складається з компресійної та 2 стабілізуючих пластин, які прикріплюються до неї і мають із боків 2 отвори, використовуються для кріплення до ребер дротяними швами, установлюються через невеликі бічні розрізи лише на рівні максимуму деформації. Але часто виникають ускладнення, пов’язані з порушенням стабільного з’єднання коригуючої пластини з ребрами внаслідок розриву ниток, прорізання дротяних швів через ребра. Мета: розрахувати необхідні параметри дроту як кріпильного матеріалу для стабільного з’єднання коригуючої пластини з ребрами при корекції деформації грудини. Матеріали та методи. Проведені розрахунки параметрів серкляжного кріплення для стабільного з’єднання коригуючої пластини з ребрами при корекції деформації грудини. За вхідних даних ми обрали коригуючі навантаження величиною від 150 до 600 Н із кроком 50 Н. Параметри серкляжного дроту обрали за даними фірми Aesculap, що виготовляє дріт діаметром від 0,3 до 1,2 мм. Марка сталі AISI 316L з межею міцності на розтягнення 505 МПа. Результати. Максимальне навантаження в 600 Н витримує петля з дроту, починаючи з діаметра 0,8 мм. Використання серкляжу менших діаметрів потребує його складання вчетверо та більше. Вирішити проблему межі міцності кісткової тканини можна шляхом накладання дроту у вигляді джгута зі щільним укладанням витків один до одного. При ширині джгута 6 мм та більше величини напружень, які виникають у кістковій тканині в місці їх контакту, не перевищують мінімального значення межі міцності кісткової тканини ребер. Оскільки накладання джгута мінімальної ширини 6 мм із максимально товстого дроту діаметром 1,2 мм потребує виконання 5 витків, це може бути дуже незручною процедурою під час оперативного втручання. З точки зору біомеханіки виконання реконструкції кілеподібної деформації грудної клітки супроводжується складною багатовекторною дією різноманітних факторів, а саме величини коригуючої сили, ригідності самої деформації, анатомічних розмірів ребер, щільності кісткової тканини пацієнта — усе це впливає на величину рівнодіючої коригуючої сили та зумовлює ефект корекції. Висновки. Петля з одиночного дроту будь-якого діаметра може витримати максимальне коригуюче навантаження 600 Н тільки при використанні дроту діаметром 0,9 мм і більше. Для забезпечення стабільної фіксації коригуючої пластини, при максимальному коригуючому навантаженні 600 Н і допустимому напруженні ребер 9,81 МПа, необхідно накладати джгут із серкляжного дроту мінімальної ширини 6 мм. У той же час як альтернативу можна використовувати кріпильну стрічку з параметрами ширини і товщини 6 та 0,3 мм відповідно.

Background. One of the leading methods for the reconstruction of congenital pectus carinatum is non-resection thoracoplasty. An implanted system is used for it, consisting of a compression plate and 2 stabilizing plates, which are attached to it and have 2 holes on the sides, are used for fastening to the ribs with wire sutures, and is installed through small side incisions only at the level of maximum deformation. But often there are complications related to the violation of the stable connection between the corrective plate and the ribs due to the breakage of the threads, the cutting of the wire seams through the ribs. The purpose was to calculate the necessary parameters of the wire as a fastening material for a stable connection of the corrective plate with the ribs when managing sternum deformity. Materials and methods. Calculations of the parameters of the cerclage wires for the stable connection between the corrective plate and the ribs during the correction of sternum deformity were carried out. According to the input data, we chose corrective loads ranging from 150 to 600 N, with an interval of 50 N. The parameters of the cerclage wire were chosen according to the data of the Aesculap company, which manufactures wire with a diameter of 0.3 to 1.2 mm. AISI 316L steel with a tensile strength of 505 MPa was used. Results. A loop made of wire with a diameter of not less than 0.8 mm can withstand a maximum load of 600 N. The use of a cerclage with smaller diameters requires folding it four time or more. It is possible to solve the problem of stress limit of bone tissue by applying a wire in the form of a tourniquet with a dense laying of loops to each other. When the width of the tourniquet is 6 mm or more, the amount of stress that occurs in the bone tissue at the point of their contact does not exceed the minimum value of the stress limit of the bone tissue of the ribs. Since applying a tourniquet with a minimum width of 6 mm that is made of a maximally thick wire with a diame-ter of 1.2 mm requires 5 loops, this can be a very uncomfortable procedure during surgery. From the point of view of biomechanics, the reconstruction of pectus carinatum is accompanied by a complex multi-vector effect of various factors, namely the magnitude of the corrective force, the rigidity of the deformation itself, the anatomical dimensions of the ribs, the density of the patient’s bone tissue — all this influences the magnitude of the resultant corrective force and determines the effect of the correction. Conclusions. A single wire loop of any diameter can withstand a maximum corrective load of 600 N, only when using a wire with a diameter of 0.9 mm or more. To ensure stable fixation of the corrective plate, with a maximum corrective load of 600 N and a permissible stress of the ribs of 9.81 MPa, it is necessary to apply a tourniquet made of a cerclage wire with a minimum width of 6 mm. At the same time, as an alternative, you can use a fastening tape with width and thickness parameters of 6 and 0.3 mm, respectively.


Ключевые слова

грудина; кілеподібна деформація; корекція; кріплення; межа міцності

sternum; pectus carinatum; correction; fastening; stress limit

Вступ

Одним із провідних методів реконструкції вродженої кілеподібної деформації грудної клітки (ВКДГК) є нерезекційна торакопластика за H. Abramson (2005). Для її здійснення використовується імплантована система, що складається з компресійної та 2 стабілізуючих пластин, які прикріплюються до неї і мають з боків 2 отвори, використовуються для кріплення до ребер дротяними швами, установлюються через невеликі бічні розрізи лише на рівні максимуму деформації [1].
Привабливість методики полягає в тому, що вона малоінвазивна, не вимагає протяжних розрізів, формування шкірних та м’язових клаптів, резекції ребер, остеотомії грудини та різних видів реконструкції. Ефективність та результати цієї торакопластики ВКДГК безпосередньо залежать від міцності та надійності фіксації пластини до ребер [2, 3].
Але часто виникають ускладнення, пов’язані з порушенням стабільного з’єднання коригуючої пластини з ребрами внаслідок розриву ниток, прорізання дротяних швів через ребра [4–7]. Вказані ускладнення обмежують можливості широкого використання нерезекційної торакопластики ВКДГК за H. Abramson, бо суттєво впливають на результати лікування.
Тому для вдосконалення методики та поліпшення результатів лікування важливими є пошук та раціональний вибір кріпильного матеріалу для стабільного та атравматичного з’єднання коригуючої пластини з ребрами при корекції деформації грудної клітки.
Мета: розрахувати необхідні параметри дроту як кріпильного матеріалу для стабільного з’єднання коригуючої пластини з ребрами при корекції деформації грудини.

Матеріали та методи

У лабораторії біомеханіки ДУ «Інститут патології хребта та суглобів ім. проф. М.І. Ситенка НАМН України» були проведені розрахунки параметрів серкляжного кріплення для стабільного з’єднання коригуючої пластини з ребрами при корекції деформації грудини. В основу розрахунків були покладені дані попередніх експериментальних досліджень та розрахункова схема (рис. 1), що були опубліковані раніше [8, 9].
Роботу схеми можна описати так. Коригуюча пластина 4 накладається на грудину 1 та кріпиться до ребер 2. Коригуюча пластина закріплюється за ребра за допомогою серкляжного дроту 5. До пластини прикладається розтягуюча сила Fр, у результаті чого виникає коригуюче навантаження у вигляді рівнодіючої сили F. Проведені нами експериментальні дослідження [8] показали, що пластина дією коригуючої сили F натискає на грудину. Водночас це призводить до того, що ребра намагаються відійти від пластини, діючи на кріпильні елементи 5, для яких використовується серкляжний дріт, з тією ж силою F. Тому як вхідні дані ми використали коригуючі навантаження величиною від 150 до 600 Н із кроком 50 Н, як і в експериментальних дослідженнях.
Як параметри серкляжного дроту обрали дані фірми Aesculap, що виготовляє дріт діаметром від 0,3 до 1,2 мм. Марка сталі AISI 316L із межею міцності на розтягнення 505 МПа.
Межу міцності ребер обрали за даними В.А. Березовського [10], згідно з якими межа міцності ребер людини на стискання визначається в межах від 9,81 до 39,0 МПа, залежно від віку, статі, раціону харчування та інших факторів.
Усі розрахунки базувались на законі Гука [11], згідно з яким гранично допустиме напруження в матеріалі прямо пропорційне прикладеному навантаженню та зворотно пропорційне площі його перетину:
де Fпр — гранично допустиме навантаження; S — площа перетину.
Для спрощення розрахунків ширину ребра обрали 10 мм.

Результати та обговорення

Першим етапом роботи визначали величину максимального навантаження, яку може витримати серкляжний дріт відповідного діаметра, для чого скористалися законом Гука (1) в перетвореному вигляді:
                         
Результати розрахунку наведені в табл. 1.
Наочно величини гранично допустимого навантаження для серкляжного дроту різного діаметра подані на графіку (рис. 2).
Як бачимо, навіть дріт діаметром 1,2 мм не витримує максимального навантаження 600 Н. Але при практичному використанні цього графіка слід враховувати той факт, що кріплення пластини здійснюється у вигляді петлі, отже, петля витримує вдвічі більші навантаження. Навіть у такому випадку максимальне навантаження 600 Н витримує петля з дроту, починаючи з діаметра 0,8 мм. Використання серкляжу менших діаметрів потребує його складання вчетверо та більше.
Далі розглянемо, які напруження викликає петля з одиночного дроту різних діаметрів у місцях контакту з кістковою тканиною ребер. Результати розрахунків наведені в табл. 2.
Наочно порівняти результати розрахунку величин напружень, які викликає петля з одиночного серкляжного дроту різних діаметрів у кістковій тканині в місцях контакту, із величиною межі міцності на стискання ребер дозволяє графік (рис. 3).
Як бачимо з рис. 3, починаючи з навантаження 450 Н дріт будь-якого діаметра викликає в кістковій тканині ребер напруження, що перевищують максимально можливу межу міцності кісткової тканини ребер. Дріт діаметром 0,3 та 0,4 мм викликає напруження, що перевищують максимальну межу міцності кісткової тканини ребер навіть при мінімальному навантажені 150 Н. 
Для розв’язання проблеми межі міцності кісткової тканини, згідно із законом Гука (1), напрошується рішення про збільшення площі контакту серкляжного дроту з кістковою тканиною. Це можна реалізувати шляхом накладання дроту у вигляді джгута зі щільним укладанням витків один до одного. Розрахуємо величини напружень, які виникають при взаємодії джгута різної ширини з кістковою тканиною при різних величинах навантаження. У даному випадку має значення тільки ширина джгута, діаметр дроту має значення тільки для розрахунку кількості витків для отримання необхідної ширини. Результати розрахунків наведені в табл. 3.
Для більш зручного порівняння результатів розрахунку величин напружень, які викликає джгут із серкляжного дроту різної ширини в кістковій тканині в місцях контакту залежно від величини навантаження, з величиною межі міцності на стискання ребер був побудований графік (рис. 4).
Результати проведених розрахунків показали, що при ширині джгута 6 мм та більше величини напружень, які виникають у кістковій тканині в місці їх контакту, не перевищують мінімального значення межі міцності кісткової тканини ребер. Оскільки накладання джгута мінімальної ширини 6 мм з максимально товстого дроту діаметром 1,2 мм потребує виконання 5 витків, це може бути дуже незручною процедурою під час оперативного втручання. Альтернативним варіантом може бути використання кріпильної стрічки. Розрахуємо величини напружень, які можуть виникати у стрічці товщиною 0,3 мм залежно від її ширини та величини прикладеного навантаження. Результати розрахунків наведені в табл. 4. 
Графік (рис. 5) дозволяє наочно порівняти величини напружень, що виникають у кріпильній стрічці різної ширини залежно від величини прикладеного навантаження, із величиною межі міцності хірургічної сталі.
Наведений графік наочно показує, що навіть при мінімальних значеннях товщини 0,3 мм та ширини 5 мм кріпильна стрічка витримує весь діапазон можливих навантажень, бо виникаючі в ній напруження не перевищують показника межі міцності.
Таким чином, із точки зору біомеханіки виконання реконструкції кілеподібної деформації грудної клітки супроводжується складною багатовекторною дією різноманітних факторів, а саме: величини коригуючої сили, ригідності самої деформації, анатомічних розмірів ребер, щільності кісткової тканини пацієнта — усе це впливає на величину рівнодіючої коригуючої сили та зумовлює ефект корекції. Тому ми будували графіки (рис. 3–5) так, щоб при підготовці до операції лікар, маючи кріпильний матеріал відомих параметрів, мав можливість прийняти рішення, скільки разів скласти дріт, орієнтуючись або на максимальні, або на середні показники параметрів, які є варіабельними.

Висновки

1. Петля з одиночного дроту будь-якого діаметра може витримати максимальне коригуюче навантаження 600 Н тільки при використанні дроту діаметром 0,9 мм і більше. 
2. Для забезпечення стабільної фіксації коригуючої пластини, при максимальному коригуючому навантаженні 600 Н і допустимому напруженні ребер 9,81 МПа, необхідно накладати джгут із серкляжного дроту мінімальної ширини 6 мм. У той же час як альтернативу можна використовувати кріпильну стрічку з параметрами ширини і товщини 6 мм та 0,3 мм відповідно.
Конфлікт інтересів. Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів та власної фінансової зацікавленості при підготовці даної статті.
 
Отримано/Received 15.07.2022
Рецензовано/Revised 22.07.2022
Прийнято до друку/Accepted 30.07.2022

Список литературы

1. Abramson H. A minimally invasive technique to repair pectus carinatum. Preliminary report. Arch. Bronconeumol. 2005 Jun. 41(6). 349-51.
2. Kocher G., Gioutsos K., Nguyen T.L., Sesia S. Minimally invasive repair of pectus carinatum using the Abramson technique. Multimed. Man. Cardiothorac. Surg. 2021 Dec 6. 2021. doi: 10.1510/mmcts.2021.082.
3. Yuksel M., Lacin T., Ermerak N.О., Sirzai E.Y., Sayan B. Minimally Invasive Repair of Pectus Carinatum. Ann. Thorac. Surg. 2018 Mar. 105(3). 915-923. doi: 10.1016/j.athoracsur.2017.10.003. 
4. Abramson H., Aragone X., Blanco J.В., Ciano A., Abramson L. Minimally invasive repair of pectus carinatum and how to deal with complications. J. Vis. Surg. 2016 Mar 23. 2. 64. doi: 10.21037/jovs.2016.03.11. 
5. Cohee A.S., Lin J.R., Frantz F.W. et al. Staged management of pectus carinatum. J. Pediatr. Surg. 2013. 48. 315-20. https://doi.org/10.1016/j.jpedsurg.2012.11.008.
6. Katrancioglu O., Akkas Y., Karadayi S., Sahin E., Kaptanoğlu M. Is the Abramson technique effective in pectus carinatum repair? Asian J. Surg. 2018 Jan. 41(1). 73-76. doi: 10.1016/j.asjsur.2016.09.008. 
7. Muntean A., Stoica I., Saxena A.K. Pigeon chest: comparative analysis of surgical techniques in minimal access repair of pectus carinatum (MARPC). World J. Pediatr. 2018 Feb. 14(1). 18-25. doi: 10.1007/s12519-018-0121-2.
8. Дігтяр В.А., Камінська М.О., Карпінський М.Ю., Карпінська О.Д. Значення механічних властивостей пластини в разі торакопластики вродженої лійкоподібної деформації грудної клітки. Ортопедия, травматология и протезирование. 2021. 1. 18-22. DOI: 10.15674/0030-59872021118-22.
9. Дігтяр В.А., Камінська М.О., Яресько О.В. Математичний розрахунок та значення коефіцієнта відновлення форми грудної клітки при плануванні торакопластики вродженої лійкоподібної деформації грудної клітки. Травма. 2021. 1. 45-51. DOI: 10.22141/1608-1706.1.22.2021.226408.
10. Березовский В.А., Колотилов Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека: справочник. К.: Наукова думка, 1990. 224 с.
11. Александров А.В., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 2000. 560 с.

Вернуться к номеру