В настоящее время существует множество методик реконструкции ПКС с использованием различных материалов и укрепляющих их швов [1–3]. В литературе выделяются три основные методики реконструкции ПКС: транстибиальная, ретроградная и антеромедиальная. Транстибиальная методика реконструкции ПКС подразумевает использование двух сухожилий, так как формируется четырехпучковый трансплантат для оптимальных прочностных характеристик формируемого трансплантата [2, 4]. При выполнении реконструкции ПКС по антеромедиальной и ретроградной методикам для достижения четырехпучкового трансплантата достаточно одного сухожилия, так как используется особая техника формирования трансплантата, описанная Lubowitz [5]. В любом случае независимо от используемого одного или двух сухожилий при подготовке трансплантата используется большое количество нитей, которые проходят в толще трансплантата. Шовный материал имеет немаловажное значение, особенно в первые 6 месяцев на этапе ремоделирования трансплантата, поскольку он укрепляет трансплантат и играет важную роль в стабильности коленного сустава в раннем послеоперационном периоде [6, 7]. Кинетическая сила сгибания коленного сустава, воздействующая на трансплантат в реабилитационном периоде, может привести к повторному разрыву или растяжению трансплантата, что, по данным разных авторов, случается в 5–45% случаев [8, 9]. В литературе описано несколько факторов, влияющих на расслабление и растяжение трансплантата, которые связаны с шовным материалом и техникой формирования (прошивания) трансплантата, основным из которых является слабость в области базового шва свободных концов трансплантата. По разным оценкам, случаи разрыва и растяжения в области свободного конца трансплантата достигают 89% [7, 10-12]. Повторные разрывы трансплантата после реконструкции происходят, как правило, на начальных этапах реабилитации в первые 3 месяца. Некоторые авторы связывают это со слабой механической прочностью трансплантата, которая обусловлена несовершенством методики формирования трансплантата, что, в частности, может привести к разрыву свободного конца трансплантата в раннем послеоперационном периоде [11].
Цель исследования: оценить механическую прочность моделей трансплантатов из сухожилий полусухожильной и длинной малоберцовой мышц в эксперименте, подготовленных по разным техникам.
Материал и методы исследования
Для исследования были использованы 60сухожилий полусухожильной мышцы (средняя длина – 26±1,7см) и 60сухожилий длинной малоберцовой мышцы (средняя длина – 27±2,1см), взятых у 30трупов мужчин в возрасте от 32 до 76лет (средний возраст – 51,7±14,5года), умерших от травм и соматической патологии, не связанной с патологией соединительной ткани. Забор сухожилий производился не позднее 24ч с момента наступления смерти.
Материал для исследования получали на базе ГБУЗ ИОБСМЭ согласно постановлению Правительства РФ от 21.07.2012г. №750 «Об утверждении Правил передачи невостребованного тела, органов и тканей умершего человека для использования в медицинских, научных и учебных целях, а также использования невостребованного тела, органов и тканей умершего человека в указанных целях» (в соответствии с Федеральным законом от 21.11.2011 г. №323-ФЗ).
Техника формирование модели трансплантата из сухожилия полусухожильной мышцы способом Lubowitz
Проекционным разрезом послойно по передневнутренней поверхности верхней трети голени рассекали мягкие ткани и выделяли сухожилие полусухожильной мышцы, рассекали зону слияния дистальных частей сухожилий полусухожильной и тонкой мышц до их общего места прикрепления. Лавсановыми нитями № 4 обвивным швом прошивали и отсекали дистальный конец сухожилия полусухожильной мышцы. Стриппер погружали согласно методике (Moore et al. Method for using a tendon stripper and leader set. US Patent 4.773.417 29.09.1988) на глубину около 25 см и забирали трансплантат.
Сшивание модели трансплантата из сухожилия полусухожильной мышцы для исследования формировали следующим образом: концы сухожилия сшивали «конец в конец» лавсановыми нитями № 4, затем сухожилие сгибали так, чтобы получилась четырехпучковая модель трансплантата, концы которой прошивали обвивным швом нитями Vicryl 2-0 по 1,5 см с каждой стороны.
Техника формирования модели трансплантата из 1/2 ширины сухожилия длинной малоберцовой мышцы способом Lubowitz
Пальпаторно определяли сухожилие длинной малоберцовой мышцы проксимальнее голеностопного сустава на 3,0 см и кзади малоберцовой кости; отступив на 1,0 см, выполняли линейный прямой разрез скальпелем длиной 5,0 см. С помощью зажима типа «Москит» раздвигали мягкие ткани до обнаружения искомого сухожилия длинной малоберцовой мышцы, выделяли его на протяжении, прошивали нитями полипропилен № 4 обвивным швом и отсекали дистальный конец сухожилия. Cтриппером в проксимальном направлении отсекали и выводили в рану сухожилие длинной малоберцовой мышцы. После забора сухожилия выполняли ушивание операционной раны лавсановыми нитями № 4.
Модель трансплантата из 1/2 ширины сухожилия длинной малоберцовой мышцы формировали аналогично технике формирования из сухожилия полусухожильной мышцы.
Техника формирования модели трансплантата из сухожилия полусухожильной мышцы и 1/2 ширины сухожилия длинной малоберцовой мышцы новым способом
Этапы забора не отличались и описаны выше.
Формирование модели трансплантата из сухожилия полусухожильной мышцы или 1/2 ширины сухожилия длинной малоберцовой мышцы выполняли следующим образом: усиливали их свободные концы накладным швом с двумя открытыми срезами с помощью лавсановой нити № 4. Один конец сухожилия накладывали на другой, при этом выпуск среза нижнего конца был равен 5–6 мм. Затем прошитый конец отворачивали на срез и накладывали второй ряд швов по ширине сухожилия. Далее прошитую часть сухожилия длинной малоберцовой мышцы двумя рядами швов сгибали пополам так, чтобы получился трансплантат из четырех пучков, и прошивали его обвивным швом на 1,5 см с обоих концов нитями Vicryl 2-0.
Из забранных сухожилий формировали четырехпучковую модель трансплантата длиной 6,3мм и толщиной от 6,1±1,14 до 6,57±1,25мм.
Для исследования механической прочности полученного трансплантата в зависимости от вида сухожилия и техники его формирования полученный материал разделили на четыре группы: 1-ягруппа – модели трансплантатов из сухожилия полусухожильной мышцы, 2-ягруппа – модели трансплантатов из 1/2 сухожилия длинной малоберцовой мышцы (формирование трансплантата в этих группах выполняли по известной методике (техника Lubowitz)), 3-ягруппа – модели трансплантатов из сухожилия полусухожильной мышцы, 4-я группа – модели трансплантатов из 1/2 сухожилия длинной малоберцовой мышцы (формирование трансплантатов в этих двух группах выполняли по авторской методике – ПатентРФ №2717369 от 23.03.2020 г. [13]).
Исследование биомеханических свойств моделей трансплантатов на растяжение проводилось в универсальной разрывной машине Shimadzu AGS-10kNXD на базе ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет».
Подготовленные модели трансплантата фиксировали в импровизированных зажимах со специальными S-образными крюками и закрепляли в разрывной машине (рис. 1).
Рис. 1. Вид фиксации модели трансплантата с помощью металлических крючков вимпровизированных зажимах
Для определения биомеханической прочности образцов трансплантатов на растяжение задавали скорость перемещения верхней траверсы 20мм/мин. После запуска испытания визуально оценивали поведение трансплантата и фиксировали график полициклических нагрузок – кривую «нагрузка – растяжение» с фиксацией разрыва трансплантата, выдаваемую машиной в автоматическом режиме. Параметры растяжения задавались с помощью компьютерной программы TRAPEZIUMX, а результаты данных обрабатывались в автоматическом режиме.
Статистическую обработку данных проводили при помощи компьютерной статистической программы IBM SPSS Statistics26 для Mac. Использовались непараметрический метод определения статистической значимости различий, критерий Манна–Уитни. Различия в сравниваемых группах считали статистически значимыми при р<0,01.
Результаты исследования и их обсуждение
При исследовании 1-й и 2-й группы моделей трансплантата из сухожилия полусухожильной мышцы и 1/2 сухожилия длинной малоберцовой мышцы, подготовленных по технике Lubowitz, было установлено, что трансплантат при растяжении проходит две стадии пластического разрушения: начальную (1-яфаза разрыва) и конечную (2-яфаза разрыва). Было установлено, что 1-яфаза разрыва трансплантата происходила в точке сшивания свободного конца трансплантата при максимальном приложении силы на трансплантат, далее во 2-йфазе разрыва наступала конечная стадия полного разрушения трансплантата, при этом показатель прикладываемой силы не увеличивался. Полученные данные представлены в таблице1.
Таблица1
Результаты исследования механической прочности моделей трансплантатов, подготовленных по известной технике (Lubowitz), при растяжении
|
Модель трансплантата |
n |
Среднее |
р |
|
Сила СПМ (Lubowitz) (Н) |
30 |
351,84±133 |
0,000* |
|
Сила СДДМ (Lubowitz) (Н) |
607,80±193,7 |
||
|
Растяжение СПМ (Lubowitz) (мм) |
30 |
26,44±14,99 |
0,015* |
|
Растяжение СДММ (Lubowitz) (мм) |
51,38±35,7 |
Примечание: СПМ (Lubowitz) – модель трансплантата из сухожилия полусухожильной мышцы, подготовленная известным способом (техника Lubowitz); СДММ (Lubowitz) – модель трансплантата из 1/2 сухожилия длинной малоберцовой мышцы, подготовленная известным способом (техника Lubowitz); p – статистическая значимость различий между группами; * – статистически значимые различия между группами, р≤0,05.
При исследовании 3-й и 4-й группы сформированных трансплантатов из сухожилия полусухожильной мышцы и 1/2 сухожилия длинной малоберцовой мышцы, подготовленных по новой технике, было установлено, что поведение трансплантата по фазам разрыва не отличается от поведения моделей 1-й и 2-й группы, но происходит это при больших величинах прилагаемой силы. Данные представлены в таблице2.
Таблица2
Результаты исследования механической прочности моделей трансплантатов, подготовленных по новой технике, при растяжении
|
Модель трансплантата |
n |
Среднее |
р |
|
Сила СПМ (New) (Н) |
30 |
633,0±193,45 |
0,000* |
|
Сила СДДМ (New) (Н) |
820,5±140,6 |
||
|
Растяжение СПМ (New) (мм) |
30 |
27,07±29,20 |
0,906 |
|
Растяжение СДММ (New) (мм) |
17,96±7,52 |
Примечание: СПМ (New) – модель трансплантата из сухожилия полусухожильной мышцы, подготовленная новым способом; СДММ (New) – модель трансплантата из сухожилия 1/2 сухожилия длинной малоберцовой мышцы, подготовленная новым способом. p – статистическая значимость различий между группами; * – статистически значимые различия между группами, р≤0,05.
При изучении биомеханической прочности моделей трансплантатов из сухожилия полусухожильной и 1/2 ширины длинной малоберцовой мышц, подготовленных двумя разными техниками, нами было установлено, что разрыв модели трансплантата происходит в две фазы, что соответствует основам биомеханики пластического разрушения. Наиболее значимой точкой в условиях проведенного эксперимента является место сшивания свободного конца сухожилия, где наступает 1-я фаза разрыва. Так, трансплантат из сухожилия полусухожильной мышцы, подготовленный по стандартной методике (Lubowitz), начинал разрушаться при усилии 351,84±133Н, а изготовленный по предложенной методике с усиливающим швом начинал разрушаться при усилии 633,00±193,45Н. При изучении поведения на разрыв трансплантата из 1/2 ширины длинной малоберцовой мышцы было установлено, что 1-яфаза разрыва наступает при стандартной методике (Lubowitz) его прошивания при усилии 607,80±14,99Н, а для начального разрушения трансплантата, подготовленного по предложенной методике, требуется сила 820,52±29,20Н.
Для того чтобы доказать значимость показанных отличий, использовали статистические критерии (U-критерий Манна–Уитни). Во всех случаях были выявлены статистически значимые отличия между выборками (p<0,01, 0,001).
Кроме этого, нами было отмечено, что имелись отличия в исследуемых группах в зависимости от вида использованного сухожилия; так, показатели были выше для трансплантата из сухожилия длинной малоберцовой мышцы, что очевидно говорит о ее большей механической прочности и согласуется с данными литературных источников [14]. В задачи нашей работы изучение механических свойств каждого сухожилия не входило.
Заключение
В проведенном исследовании экспериментально доказано, что прочность модели трансплантата, подготовленного по предлагаемому способу с использованием 1/2 ширины сухожилия длинной малоберцовой мышцы, более чем в 2 раза превышает прочность модели трансплантата, подготовленного по известной технике (Lubowitz) с использованием сухожилия полусухожильной мышцы (среднее значение силы, при которой происходит разрыв модели трансплантата, составило 820,5±140,6 Н и 351,8±133,0Н соответственно).
Полученные результаты экспериментального исследования позволяют сделать вывод, что использование предлагаемого способа подготовки модели трансплантата из 1/2 сухожилия длинной малоберцовой мышцы с усиливающим швом свободных концов обеспечивает большую механическую прочность в сравнении с известной техникой подготовки модели трансплантата. Также можно предположить, что за счет двух фаз разрыва и усиления базового, свободного конца трансплантата возможно снизить риск повторных разрывов в момент повторной травмы или во время ускоренной реабилитации.
Таким образом, использование нового способа подготовки трансплантата из сухожилия 1/2 длинной малоберцовой мышцы позволит приступить к ранней разработке движений в коленном суставе и улучшить результаты восстановительного периода лечения пациентов с повреждением ПКС.