Журнал «Травма» Том 23, №5, 2022

Травматичні переломи грудного відділу хребта становлять від 4 до 10 % серед усіх переломів. Основним методом хірургічного лікування цих переломів є транспедикулярна фіксація. Але досі не визначено, який обсяг інструментації є необхідним і достатнім при різних ступенях руйнування хребцево-рухових сегментів. Мета: на математичній моделі хребта з грудною кліткою вивчити зміни її напружено-деформованого стану залежно від обсягу руйнувань хребця Th6 і варіантів монтажу транс-педикулярної конструкції. Матеріали та методи. Розроблена базова скінченно-елементна модель хребта, яка була доповнена грудною кліткою. На основі базової моделі були розроблені моделі з порушенням цілісності хребця Th6 різного ступеня і різними варіантами остеосинтезу транспедикулярними конструкціями. При моделюванні до моделі хребта прикладали вертикальне розподілене навантаження величиною 350 Н, що відповідає половині середньої ваги тіла людини. Результати. При навантаженні неушкодженого хребта в зоні хребців Th4-Th8 напруження по хребцях розподіляються досить рівномірно. Руйнування тіла хребця Th6 і остеосинтез транспедикулярною конструкцією з кріпленням 4 гвинтами на хребцях Th5 і Th7 призводить до підвищення рівня напружень у ніжках дуг саме хребців Th5 і Th7 до величин 22,2 і 15,4 МПа відповідно. Збільшення обсягу руйнування тіла хребця Th6 при використанні того ж самого способу фіксації викликає мінімальні зміни величин напружень у хребцях моделі. Збільшення протяжності транспедикулярної фіксації на хребці Th4 і Th8 дозволило різко знизити рівень напружень в усіх структурних елементах хребців Th5 і Th7. Найбільші зміни торкнулися ніжок дуг хребців, де напруження знизилися до рівня 3,9 і 4,1 МПа відповідно. У випадку заміни тіла хребця титановим міжтіловим кейджем саме кейдж приймає на себе основні навантаження, про що свідчить високій рівень напружень у ньому — 46,0 МПа. Високий рівень напружень у кейджі також обумовлений його конструкцією, яка являє собою перфоровану трубку, що забезпечує дуже невелику площу контакту кейджа з тілами хребців, з якими він взаємодіє. Висновки. Найбільший рівень напружень визначається в ніжках дуг і навколо фіксуючих гвинтів у хребцях Th5 і Th7 при монтажі транспедикулярної конструкції виключно на ці хребці. Поширення транспедикулярної конструкції на хребці Th4 і Th8 дозволяє значною мірою вирівняти напруження в хребцях на всьому протязі фіксації. Заміна зруйнованого тіла хребця Th6 міжтіловим титановим кейджем дозволяє вирівняти напруження практично в усіх структурних елементах хребців Th4-Th8 за рахунок того, що основне навантаження приймає на себе саме кейдж. На фіксуючих гвинтах найбільші напруження виникають у хребцях Th5 і Th7 при монтажі транспедикулярної конструкції тільки на ці хребці. Подовження довжини інструментації на хребці Th4 і Th8 дозволяє значно знизити рівень напружень на всіх гвинтах транспедикулярної конструкції. На рівень напружень у стрижнях обсяг руйнувань і варіанти монтажу транспедикулярної конструкції практично не впливають.

Background. Traumatic fractures of the thoracic spine account for 4 to 10 % of all fractures. The main method of surgical treatment in these fractures is transpedicular fixation. But it is not quite determined what volume of instrumentation is necessary and sufficient for different degrees of destruction of the spinal motion segments. Objective: on the mathematical model of the spine with the rib cage, to study its stress-strain state depending on the amount of destruction of the Th6 vertebra and options for the transpedicular structure. Materials and methods. A basic finite element model of the spine was created, it was supplemented with a rib cage. Using the basic model, models with a violation of the integrity of the Th6 vertebra of various degrees and different options for osteosynthesis with transpedicular structures were developed. During modeling, a vertical distributed load of 350 N was applied to the spine model, which corresponds to half of the average weight of the human body. Results. When the intact spine is loaded in the area of the Th4-Th8, the stresses on the vertebrae are distributed fairly evenly. Destruction of the Th6 body and osteosynthesis with a transpedicular construction using 4 screws on the Th5 and Th7 vertebrae leads to an increase in the stress level in the legs of the arches of the Th5 and Th7 to 22.2 and 15.4 MPa, respectively. An increase in the amount of destruction of the Th6 body when using the same method of fixation causes minimal changes in the stress values in the vertebrae of the model. An increase in the length of the transpedicular fixation on the Th4 and Th8 made it possible to dramatically reduce the stress level in all structural elements of the Th5 and Th7 vertebrae. The changes were biggest in the legs of the vertebral arches, where the stresses decreased to 3.9 and 4.1 MPa, respectively. In case of replacing vertebral body with a titanium interbody cage, the cage itself takes on the main loads, as evidenced by the high level of stresses in it — 46.0 MPa. The high level of stress in the cage is also due to its design, which is a perforated tube that provides a very small contact area with vertebral bodies with which it interacts. Conclusions. The highest stress level is determined in the legs of the arches and around the fixing screws in the Th5 and Th7 when mounting the transpedicular structure exclusively on these vertebrae. The spread of the transpedicular construction on the Th4 and Th8 allows significantly equalize the stress in the vertebrae throughout the fixation. Replacing the destroyed Th6 body with a titanium interbody cage allows equalize the stress in almost all structural elements of the Th4-Th8 vertebrae because the main load is taken on by the cage itself. On the fixing screws, the greatest stresses occur in the Th5 and Th7 when installing the transpedicular structure only on these vertebrae. Extending the length of instrumentation on the Th4 and Th8 vertebrae significantly reduces the stress level on all screws of the transpedicular construction. The amount of destruction and options for mounting the transpedicular structure have almost no impact on the level of stress in the rods.

грудний відділ хребта; перелом; транспедикулярна фіксація

thoracic spine; fracture; transpedicular fixation