Резюме
Актуальність. Оптимальним методом лікування вродженої кілеподібної деформації грудної клітки є торакопластика за H. Abramson, що є мініінвазивною, не вимагає протяжних розрізів, формування шкірних та м’язових клаптів, резекції ребер, остеотомії грудини та різних видів реконструкції. Ефективність та результати цієї торакопластики залежать від міцності та надійності фіксації пластини до ребер. Мета: розрахувати необхідні параметри лавсанової лігатури для стабільного з’єднання коригуючої пластини з ребрами при реконструкції кілеподібної деформації грудини. Матеріали та методи. Проведені розрахунки параметрів серкляжного кріплення для стабільного з’єднання коригуючої пластини з ребрами при корекції деформації грудини. За вхідні дані ми обрали коригуючі навантаження величиною від 150 до 600 Н із кроком 50 Н. Межу міцності лавсанової нитки на розтягнення обрали 172,0 МПа, нитки Ethibond — 346,0 МПа. Розрахунки проводили для нитки діаметром від 0,3 до 1,2 мм. Результати. При використанні лавсанової нитки діаметром 1,0 мм достатньо застосовувати петлі у дві нитки, нитку діаметром 0,7 мм треба складати вчетверо. Нитку Ethibond у вигляді петлі достатньо обрати діаметром 1,1 мм, для петлі з 4 ниток діаметр нитки має становити 0,5 мм. Починаючи з навантаження 450 Н, нитка будь-якого діаметра викликає в кістковій тканині ребер напруження, що перевищує максимально можливу межу міцності кісткової тканини ребер. Альтернативним варіантом може бути використання кріпильної стрічки. При мінімальних значеннях товщини (0,3 мм) та ширини (6 мм) кріпильна стрічка з Ethibond витримує весь діапазон можливих навантажень. Менш міцний лавсан витримує максимальні навантаження величиною 600 Н при товщині стрічки 0,3 мм і ширині не менше ніж 11 мм. Висновки. Петля з однієї лавсанової нитки діаметром 1,2 мм не витримує максимальне навантаження величиною 600 Н. При використанні нитки діаметром 1,0 мм достатньо застосовувати петлі у дві нитки, нитку діаметром 0,7 мм треба складати вчетверо. Лавсанові нитки меншого діаметра використовувати недоцільно. Нитка Ethibond діаметром 1,2 мм не витримує максимально необхідного навантаження (600 Н), але для петлі в одну нитку достатньо обрати нитку діаметром 1,1 мм, із 4 ниток — 0,5 мм. Для забезпечення стабільної фіксації коригуючої пластини і запобігання ушкодженню ребер при максимальному коригуючому навантаженні 600 Н і допустимому напруженні ребер 9,81 МПа необхідно накладати джгут із ниток Ethibond мінімальною шириною 6 мм. У той же час як альтернативу можна використовувати кріпильну стрічку з шириною і товщиною 6 та 0,3 мм відповідно. При застосуванні стрічки з лавсану треба обирати оптимальні комбінації її ширини та товщини, які дозволяють витримати максимальне навантаження (600 Н).
Background. The optimal method for the treatment of congenital keel chest deformity is thoracoplasty according to H. Abramson, it is minimally invasive, does not require extensive incisions, formation of skin and muscle flaps, resection of ribs, osteotomy of the sternum and various types of reconstruction. The effectiveness and results of this thoracoplasty depend on the strength and reliability of the fixation of the plate to the ribs. The purpose was to calculate the necessary parameters of mylar ligature for a stable connection of the corrective plate with the ribs during the reconstruction for keel chest deformity. Materials and methods. Calculations of the parameters of the cerclage fastening for the stable connection of the corrective plate with the ribs during the correction of sternum deformity were carried out. As baseline data, we chose corrective loads ranging from 150 to 600 N, with an interval of 50 N. The tensile strength limit of mylar thread was chosen to be 172.0 MPa, Ethibond suture — 346.0 MPa. Calculations were made for a thread with a diameter from 0.3 to 1.2 mm. Results. When using mylar thread with a diameter of 1.0 mm, it is enough to use a loop of 2 threads, a thread with a diameter of 0.7 mm should be folded into four. It is enough to choose Ethibond suture in the form of a loop with a diameter of 1.1 mm; for a loop of 4 threads, a diameter must be 0.5 mm. Starting with a load of 450 N, a thread of any diameter causes tension in the bone tissue of the ribs, exceeding the maximum possible strength limit. An alternative can be the use of fastening tape. With a minimum thickness (0.3 mm) and width (6 mm), the Ethibond fastening tape withstands the entire range of possible loads. Less durable mylar can withstand maximum loads of 600 N
with a tape thickness of 0.3 mm and a width of at least 11 mm. Conclusions. A loop made of one mylar thread with a diameter of 1.2 mm cannot withstand a maximum load of 600 N. When using a thread with a diameter of 1.0 mm, it is enough to use a loop of two threads, a thread with a diameter of 0.7 mm should be folded into four. It is impractical to use mylar threads of a smaller dia-meter. Ethibond suture with a diameter of 1.2 mm does not withstand the maximum required load of 600 N, but in the form of a single thread loop, it is enough to choose a thread with a diameter of 1.1 mm, for a loop with 4 threads — with a diameter of 0.5 mm. To ensure stable fixation of the corrective plate, and to prevent damage to the ribs, at the maximum corrective load of 600 N and the allowable tension of the ribs of 9.81 MPa, it is necessary to apply a harness made of Ethibond sutures 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. When using mylar tape, choose the optimal combinations of its width and thickness, which allow you to withstand a maximum load of 600 N.
Вступ
Вроджена кілеподібна деформація грудної клітки (ВКДГК) — це складна вада розвитку, що характеризується вираженим косметичним дефектом, а саме надмірним зміщенням грудини та прилеглих ребер вперед та кардіореспіраторними порушеннями. Оптимальним методом лікування ВКДГК є мініінвазивна торакопластика за H. Abramson. Для її здійснення використовується імплантована система, що складається з компресійної та 2 стабілізуючих пластин, які прикріплюються до неї і мають з боків 2 отвори, застосовуються для кріплення до ребер дротяними швами, та встановлюється через невеликі бічні розрізи лише на рівні максимуму деформації [1].
Привабливість методики полягає в тому, що вона мініінвазивна, не вимагає протяжних розрізів, формування шкірних та м’язових клаптів, резекції ребер, остеотомії грудини та різних видів реконструкції. Ефективність та результати цієї торакопластики ВКДКГ 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 з частотою 5,2–16,6 % [4–7]. Вказані ускладнення обмежують можливості широкого використання нерезекційної торакопластики ВКДГК за H. Abramson, бо не усуваються деформації грудинно-реберного комплексу з урахуванням естетичних вимог пацієнта.
Тому для вдосконалення методики та покращення 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 лавсанової лігатури для стабільного з’єднання коригуючої пластини з ребрами при реконструкції кілеподібної 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 лавсанової нитки для забезпечення стабільного з’єднання коригуючої пластини з ребрами при реконструкції кілеподібної деформації грудини. В основу розрахунків були покладені дані попередніх експериментальних досліджень та розрахункова схема (рис. 1), які були опубліковані раніше [8, 9].
Проведені нами експериментальні дослідження [8] показали, що коригуюча сила F підтягує грудину до пластини, але водночас це призводить до того, що ребра намагаються відійти від пластини, діючи на кріпильні елементи 5 — лавсанову лігатуру та нитку Ethibond, що являє собою лавсанову нитку зі спеціальним покриттям, — із тією самою 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.
Межу міцності лавсанової нитки на розтягнення обрали 172,0 МПа [10], нитки Ethibond — 346,0 МПа [11]. Розрахунки проводили для нитки діаметром від 0,3 до 1,2 мм.
Межу міцності ребер обрали за даними В.А. Березовського [12], згідно з якими межа міцності ребер людини на стиск 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 [13], згідно з яким гранично допустиме напруження в матеріалі прямо пропорційне прикладеному навантаженню та обернено пропорційне площі його перетину:
де F — гранично допустиме навантаження; S — площа перетину.
Для спрощення розрахунків ширину ребра обрали 10 мм.
Результати та їх обговорення
Першим етапом роботи визначали величину максимального навантаження, що може витримати лавсанова нитка відповідного діаметра, для чого скористалися законом Гука (1) у перетвореному вигляді:
Результати розрахунку наведені в табл. 1.
Наочне уявлення про величини гранично допустимого навантаження для лавсанової нитки різного діаметра можна отримати за допомогою графіка, що наведений на рис. 2.
Як показано на графіку, навіть петля з однієї лавсанової нитки діаметром 1,2 мм не витримує максимальне навантаження величиною 600 Н. При використанні нитки діаметром 1,0 мм достатньо застосовувати петлі у 2 нитки, нитку діаметром 0,7 мм треба складати вчетверо. Нитку діаметром 0,6 мм доведеться складати у 8 разів, тому лавсанові нитки меншого діаметра використовувати недоцільно.
Другим етапом роботи виконували розрахунок величини максимального навантаження, що можуть витримати нитки Ethibond різного діаметра. Результати розрахунків наведені в табл. 2.
Наочне уявлення про величини гранично допустимого навантаження для нитки Ethibond різного діаметра можна отримати за допомогою графіка, що наведений на рис. 3.
На наведеному графіку видно, що найміцніша нитка Ethibond діаметром 1,2 мм не витримує максимально необхідного навантаження 600 Н, але для петлі в одну нитку достатньо обрати нитку діаметром 1,1 мм, із 4 ниток — 0,5 мм.
Далі розглянемо, які напруження викликає петля в одну нитку різних діаметрів у місцях контакту з кістковою тканиною ребер. У даному разі результат не залежить від механічних властивостей кріпильного матеріалу, а тільки від його діаметра. Тому результат розрахунків справедливий і для лігатури з лавсану, і для нитки Ethibond. Результати розрахунків наведені в табл. 3.
Наочно порівняти результати розрахунку величин напружень, які викликає петля в одну нитку різних діаметрів у кістковій тканині в місцях контакту, із величиною межі міцності на стиск ребер дозволяє графік, що наведений на рис. 4.
Як бачимо з графіка, починаючи з навантаження 450 Н, нитка будь-якого діаметра викликає в кістковій тканині ребер напруження, що перевищують максимально можливу межу міцності кісткової тканини ребер. Нитка діаметром 0,3 та 0,4 мм викликає напруження, що перевищують максимальну межу міцності кісткової тканини ребер навіть при мінімальному навантажені 150 Н. Ураховуючи той факт, що дійсна величина межі міцності в конкретного пацієнта невідома, використання петлі в одну нитку будь-якого діаметра для кріплення коригуючої пластини недопустимо.
/13.jpg)
Для розв’язання проблеми межі міцності кісткової тканини, згідно із законом Гука (1), напрошується рішення щодо збільшення площі контакту лавсанової нитки з кістковою тканиною. Це можна реалізувати шляхом накладання дрота зі джгута в декілька ниток. Розрахуємо величини напружень, які виникають при взаємодії джгута різної ширини з кістковою тканиною, при різних величинах навантаження. У даному разі має значення тільки ширина бандажа, діаметр нитки має значення тільки для розрахунку кількості ниток у джгуті для отримання необхідної ширини. Результати розрахунків наведені в табл. 4.
Для більш зручного порівняння результатів розрахунку величин напружень, які викликає джгут із лавсанових ниток різної ширини в кістковій тканині, у місцях контакту, залежно від величини навантаження, із величиною межі міцності на стиск ребер був побудований графік, що наведений на рис. 5.
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 із максимально товстої нитки діаметром 1,2 мм потребує скручування 5 ниток, це може бути дуже незручною процедурою під час оперативного втручання. Альтернативним варіантом може бути використання кріпильної стрічки. Розрахуємо величини напружень, які можуть виникати в стрічці товщиною 0,3 мм, залежно від її ширини та величини прикладеного навантаження. Результати розрахунків наведені в табл. 5.
Графік, що наведений на рис. 6, дозволяє наочно порівняти величини напружень, що виникають у кріпильній стрічці різної ширини, залежно від величини прикладеного навантаження, із величиною межі міцності лавсану.
Наведений графік наочно показує, що навіть при мінімальних значеннях товщині 0,3 мм та ширині 6 мм кріпильна стрічка з Ethibond витримує весь діапазон можливих навантажень, тому що напруження, що виникають в ній, не перевищують показника межі міцності. Менш міцний лавсан витримує максимальні навантаження величиною 600 Н при товщині стрічки 0,3 мм і ширині не менше ніж 11 мм. Тому був побудований графік (рис. 7), що дозволяє обрати стрічку з лавсану залежно від її товщини та ширини, яка гарантовано витримує навантаження 600 Н.
Даний графік наочно демонструє, що всі комбінації товщини та ширини лавсанової стрічки, які розташовані нижче від лінії межі міцності лавсану, гарантовано втримають навантаження величиною 600 Н.
Важливо, що виконання реконструкції ВКДГК супроводжується складною багатовекторною дією різноманітних біомеханічних факторів, а саме величиною коригуючої сили, ригідністю самої деформації, анатомічними розмірами ребер, щільністю кісткової тканини пацієнта — все це впливає на величину рівнодіючої коригуючої сили та зумовлює ефект корекції. Тому ми будували графіки таким чином, щоб при підготовці до операції лікар, маючи кріпильний матеріал відомих параметрів, мав можливість прийняти рішення, скільки разів скласти нитку чи використовувати стрічку, орієнтуючись або на максимальні, або на середні показники параметрів, які є варіабельними.
Висновки
1. Петля з однієї лавсанової нитки діаметром 1,2 мм не витримує максимальне навантаження величиною 600 Н. При використанні нитки діаметром 1,0 мм достатньо застосування петлі у дві нитки, нитку діаметром 0,7 мм треба складати вчетверо. Лавсанові нитки меншого діаметра використовувати недоцільно.
2. Нитка Ethibond діаметром 1,2 мм не витримує максимально необхідного навантаження 600 Н, але для петлі в одну нитку достатньо обрати нитку діаметром 1,1 мм, для петлі з 4 ниток — 0,5 мм.
3. Для забезпечення стабільної фіксації коригуючої пластини і запобігання ушкодженню ребер при максимальному коригуючому навантаженні 600 Н і допустимому напруженні ребер 9,81 МПа необхідно накладати джгут із ниток Ethibond мінімальною шириною 6 мм. У той же час як альтернативу можна використовувати кріпильну стрічку з шириною і товщиною 6 та 0,3 мм відповідно.
4. При використанні стрічки з лавсану треба обирати оптимальні комбінації її ширини та товщини, які дозволяють витримати максимальне навантаження 600 Н.
Конфлікт інтересів. Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів та власної фінансової зацікавленості при підготовці даної статті.
Отримано/Received 04.08.2022
Рецензовано/Revised 20.08.2022
Прийнято до друку/Accepted 25.08.2022
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.O., 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.B., 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. С. 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. С. 45-51. DOI: 10.22141/1608-1706.1.22.2021.226408.
10. Гуль В.Е. Структура и механические свойства полимеров. М.: Высшая школа, 1966. С. 28.
11. Leandro Cardoso Gomide, Dagoberto de Oliveira Campos, Cleudmar Amaral Araújo, Gabriela Lima Menegaz, Rafael Silva Cardoso, Sérgio Crosara Saad Júnior. Mechanical Study of the Properties of Sutures used in Orthopedics Surgeries. Rev. Bras. Ortop. 2019. 54(3). 247-252. DOI: 10.1055/j.rbo.2018.02.001.
12. Березовский В.А., Колотилов Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека: Справочник. К.: Наукова думка, 1990. 224 с.
13. Александров А.В., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 2000. 560 с.
/10.jpg)
/10_2.jpg)
/10_3.jpg)
/11.jpg)
/12.jpg)
/13.jpg)
/15.jpg)
/14.jpg)