В 1950-х годах советский ученый Илизаров изобрел кольцевой тип внешнего фиксатора кости. Благодаря многочисленным клиническим практикам и фундаментальным исследованиям было установлено, что стабильная и медленная дистракция может стимулировать биосинтез и пролиферацию клеток живых тканей, и, наконец, был сформирован закон «напряжение-напряжение». Основными клиническими применениями являются.
(1) Чрескожное закрытие переломов позвоночника и эпифиза.
(2) Фаза I восстановления широкого спектра дефектов костей, нервов, сосудов и мягких тканей без пересадки тканей.
(3) Уплотнение кости для функциональных и косметических нужд.
(4) Перкутанное одноэтапное лечение врожденного и посттравматического псевдоартроза.
(5) Удлинение конечности или блокирование роста кости.
(6) Коррекция деформации костей и суставов, а также коррекция подковообразной деформации стопы.
(7) Лечение контрактуры суставов.
(8) Артропластика.
(9) Перкутанное сращение суставов.
(10) Лечение костных кист и остеонекроза.
(11) Лечение открытых костных дефектов и разрывов костей.
(12) Лечение остеомиелита.
(13) Удлинение ампутированной культи конечности.
(14) Дисплазия нижней челюсти и других костей.
(15) Окклюзионный васкулит.
(16) Лечение хондродисплазии и карликовости и т.д.
I. Основные технические принципы.
1. Стабильная фиксация.
Для обеспечения стабильной фиксации костного сегмента стабильный каркас должен обеспечивать разумную механическую и биологическую среду для конца перелома, а также поддерживать нагрузку на конечность и восстановление функции сустава. Слишком сильная фиксация ограничивает микроподвижность конца сломанной кости и вредит заживлению перелома. Нестабильная фиксация и неадекватное движение костного сегмента нарушает местную микроциркуляцию, ухудшает заживление перелома и приводит к остеогенезу через фиброхрящ. Надежная фиксация, ранняя переноска веса и активные упражнения на развитие мышечной функции увеличивают местное кровоснабжение и сокращают процесс образования и формирования костного струпа. Внешний фиксатор крепится к кости с помощью стальных штифтов, а ключ к определению степени стабильности фиксации зависит от: (1) количества стальных штифтов.
(2) Угол между двумя штифтами.
(3) Диаметр и количество фиксирующих колец и расстояние между ними.
(4) Жесткость фиксирующей конструкции.
(5) Плотность и форма кости и места проникновения спицы.
(6) Несогласованные силы, воспринимаемые конфигурацией рамы во время дистракции и компрессии.
(7) Форма и уровень перелома и остеотомии относительно продольной оси кости.
(8) Мягкие ткани, такие как миофасции и связки, прикрепленные к сегменту кости.
(9) Сила мышц конечности.
Кроме того, степень стабильности фиксации зависит от понимания биомеханики аппарата внешней фиксации и концепции коррекции. Неправильная фиксация не только приводит к снижению образования новой кости, но и вызывает дискомфорт у пациента и повышает вероятность инфицирования штифтового канала. Боль пациента ограничивает функциональные упражнения конечности и активность сустава, снижает нагрузку на конечность, постепенно вызывает остеопороз и приводит к ослаблению внешней фиксации; ослабление внешней фиксации еще больше затрудняет функциональные упражнения конечности, усиливает дискомфорт конечности и одновременно приводит к нарушению питания конечности, вызывая нарушение кровообращения, отек конечности, тугоподвижность сустава и обострение остеопороза.
2, Принцип проникновения иглы.
Зная анатомию кровеносных сосудов, нервов, мышц, связок и синовиальных оболочек, можно проникнуть стальной иглой в любой участок длинной кости.
Основной принцип проникновения иглы заключается в предотвращении термических ожогов кожи, мягких тканей и кости, вызванных процессом проникновения в кортикальную кость. Для уменьшения термических ожогов при проникновении в кортикальный стержень кости вместо тригониального наконечника можно использовать плоский призматический наконечник (штыкообразный проволочный наконечник); для дальнейшего уменьшения термических ожогов во время проникновения следует делать прерывистую паузу.
Второй принцип заключается в том, что стальную иглу перед вдеванием следует держать перпендикулярно позвоночнику через мягкие ткани, а после проникновения кончика иглы в кору контралатеральной кости по хвосту иглы следует ударить молотком для проникновения в контралатеральные мягкие ткани, чтобы избежать повреждения мягких тканей в результате вращения кончика иглы.
В-третьих, с точки зрения механической механики, вертикальная фиксация поперечными штифтами может обеспечить наиболее разумную стабильность стального кольца; в то время как из-за анатомических и функциональных ограничений угол наклона поперечных штифтов обычно не может быть вертикальным, а меньше, и часто требуются вспомогательные штифты для улучшения стабильности каждой плоскости каркаса.
В-четвертых, для обеспечения максимальной подвижности сустава необходимо следить за тем, чтобы при проникновении в мышцу она оставалась растянутой, при проникновении в мышцу-разгибатель сгибать соседний сустав, а при проникновении в мышцу-сгибатель выпрямлять соседний сустав.
В-пятых, перед проникновением иглы обратите внимание на регулировку положения кожи. Если необходимо выполнить компрессию конца кости, положение кожи канала иглы должно быть соответственно удалено от места остеотомии; напротив, при выполнении удлинения конечностей и костей кожа канала иглы должна стремиться к месту остеотомии, чтобы сохранить максимально доступную эластичность кожи.
3, фиксация стальной иглой и стальным кольцом …… удлинение конечности, следует рассматривать в соответствии с различным сопротивлением мышц для баланса различных плоскостей инструментов конечности. Например, при удлинении икры, поскольку сильное миофасциальное сопротивление против разгибания возникает на латеральной стороне икры, чем на медиальной стороне, поэтому для предотвращения вальгусной деформации, вызванной дистракцией, стальной штифт и стальное кольцо на проксимальном конце большеберцовой кости должны быть наклонены на 10° в медиальную сторону, чтобы противодействовать тенденции кости к вальгусной деформации угла во время дистракции. Аналогично, в сагиттальной плоскости может возникнуть угловая деформация передней дуги из-за сильного сопротивления икроножной мышцы gastrocnemius. В свою очередь, при исправлении угловых деформаций большее сопротивление оказывается в мягких тканях на вогнутой стороне. Конфигурация и установка аппарата должна соответствовать ходу и выравниванию сегмента кости, в противном случае произойдет отклонение механической оси сегмента кости и плохое выравнивание сломанного конца кости.
Необходимо соблюдать осторожность при фиксации стального штифта к стальному кольцу: следить за тем, чтобы кольцо находилось в одной позе со штифтом; если штифт будет насильно согнут и зафиксирован на кольце, это может привести к смещению конца кости и компрессионному некрозу мягких тканей кожи. Стабильность фиксации может быть обеспечена при условии поддержания надлежащего натяжения стального штифта. Деформация стального штифта приведет к уменьшению натяжения и остеопорозу, поэтому необходимо поэтапное натяжение штифта, особенно при компрессии остеогенной кости и при удлинении кости на нужную длину.
Количество стальных колец в каркасе зависит от характеристик перелома и остеотомии, а также от присущей конечности стабильности. При удлинении конечности стабильности каркаса способствует присущее мягким тканям эластичное напряжение, и для поддержания стабильности каркаса достаточно только по одному кольцу на верхнем и нижнем концах. При косых и коммитированных переломах количество стальных колец должно быть увеличено для возвращения и стабилизации сломанного конца кости.
4. Удаление внешнего фиксатора.
Перед удалением кольцевого внешнего фиксатора следует постепенно снять компрессию или натяжение, чтобы убедиться, что соединение рамы и гайки и винты нейтральны и не имеют натяжения в любом направлении. Удаление внешнего фиксатора основывается на: завершении лечения, выполнении регенерации кости в дистракционном промежутке и надежном заживлении перелома.
II. Другие технические принципы.
1. Предоперационная подготовка.
Техника Илизарова обычно используется для лечения некоторых сложных ортопедических заболеваний. Предоперационное планирование очень важно и сложно, в основном оно включает: определение места деформации, анализ костного дефекта и мягких тканей, определение механической и анатомической оси конечности. На основании этого разрабатывается соответствующая стратегия управления, основанная на соответствующих биологических и механических потребностях.
Также необходимо предоперационное обучение и психологическое консультирование, требующее от пациента и его семьи понимания вариантов хирургического вмешательства, рисков лечения, ожидаемых результатов, длительности лечения (включая: хирургический и послеоперационный латентный период, продолжительность дистракции, период заживления кости, реабилитацию после удаления внешней фиксации), переносимости боли при использовании внешнего фиксатора, а также необходимых послеоперационных регулировок внешней фиксации, ухода за трактом штифта, скорости дистракции и функциональных упражнений, ношения бандажа и т.д.
2. Остеотомия.
Место остеотомии обычно выбирается на эпифизе, который обладает более сильной способностью к регенерации кости, чем остеотомия диафиза. Для защиты местного кровообращения и надкостницы следует использовать низкоэнергетическую остеотомию. Защита надкостницы особенно важна, большое количество экспериментов подтвердило, что надкостница вносит основной вклад в дистракционную регенерацию кости.
3.Скорость ретракции.
Скорость ретракции, т.е. длина удлинения кости и мягких тканей (измеряется в сантиметрах) в день, зависит от множества факторов. Экспериментальные исследования подтвердили, что 0,5-2,0 см/день могут вызвать хорошую регенерацию кости, а Илизаров считает, что 1 см/день более благоприятен для формирования кости. Однако на практике скорость следует регулировать в зависимости от конкретной ситуации, например, скорость следует замедлить, если кортикальный остеокортекс толстый и кровообращение на поверхности кости плохое. Как правило, взрослые должны втягиваться медленнее; дети должны втягиваться быстрее, чем на 1 см в день, особенно в проксимальном эпифизе, чтобы избежать преждевременного заживления костной щели. При удлинении кости, требующем одновременной коррекции угловых деформаций, особое внимание следует уделить выбору соответствующей скорости ретракции; важно не допустить преждевременного заживления кости на выпуклой стороне и не превысить потенциальную способность регенерации сосудистого питания на вогнутой стороне, что приведет к плохой регенерации кости. Следует также учитывать влияние скорости дистракции на мягкие ткани; часто скорость дистракции 1 см/день кажется слишком быстрой для мышц, связок и т.д., в то время как для периферических нервов она относительно терпима. Частота дистракции обычно классифицируется как 4-6 раз в день, что может уменьшить боль пациента и более благоприятно для формирования кости.
В-третьих, клиническое применение.
1.Удлинение конечностей.
Техника Илизарова, применяемая для удлинения конечностей, имеет много уникальных преимуществ: (1) каркас внешней фиксации более стабилен; (2) удлинение конечности можно проводить одновременно с коррекцией комбинированных деформаций; (3) можно обеспечить защиту соседних суставов; (4) можно выполнять больше повседневных действий; (5) можно удлинять конечности на большие расстояния.
Удлинение конечности может сопровождаться дополнительными осложнениями: инфекция штифтового канала и локализованный остеомиелит; преждевременное заживление кости, замедленное заживление, незаживление, осевое отклонение сгибания и перелом; контрактура сустава, вывих сустава и дегенерация суставного хряща; повреждение нервов и сосудов; местный отек; постоянная боль; системная гипертензия; вегетативные нервные расстройства; синдром фасциального отсека; остеосаркома и плохая структура костного волокна и т.д.
2. Коррекция деформации.
Самое большое преимущество метода Илизарова при коррекции деформации конечностей заключается в том, что можно одновременно исправить деформацию костей, мягких тканей и суставов, с низким риском, малой травматичностью, полной коррекцией деформации и низкой частотой рецидивов. Перед операцией деформация тщательно анализируется по клиническим признакам и рентгеновским снимкам для определения центра вращения ангуляции CORA. Конфигурация внешней фиксации с шарниром и дистракционным винтом должна быть разработана в соответствии с характеристиками деформации, при этом следует обратить внимание на соответствие шарнира состоянию деформации во время установки.
3. Разрыв костной ткани.
Преимущества техники Илизарова при лечении остеохондроза: стабильная фиксация, высокая скорость заживления кости, отсутствие необходимости использования костного трансплантата во избежание повреждения других частей, одновременная коррекция комбинированной угловой деформации, устранение дефекта кости, удаление костной инфекции, восстановление длины конечности, при этом обеспечивается хорошая функция сустава и не ограничивается нагрузка на конечность.
При гипертрофическом разрыве кости, обусловленном хорошим местным кровообращением, если нет укорочения конечности, проводится только компрессия конца кости; при комбинированном укорочении конечности можно проводить непосредственно удлинение конца кости или прерывистую компрессию и удлинение; при комбинированном дефекте кости следует использовать технику скольжения сегмента кости. При атрофическом разрыве кости из-за атрофии конца кости, плохого местного кровообращения и низкой остеоиндуктивной способности можно провести повторную стимуляцию, сначала надавливая на конец кости, а затем вытягивая его; или удалить атрофическую некротическую кость, а затем, в зависимости от ситуации, провести компрессию конца кости, скольжение конца кости и удлинение кости и конечности. Если несращение кости сочетается с инфекцией кости и мягких тканей, то сначала следует удалить инфицированную кость и контролировать инфекцию мягких тканей, чтобы получить хорошо циркулирующий конец кости, а лечение компрессии конца кости, соскальзывания конца кости и удлинения кости и конечности можно проводить поэтапно или одновременно.
4. Лечение переломов.
Техника Илизарова имеет больше преимуществ при лечении высокоэнергетических переломов и околосуставных переломов. Чрескожное введение спиц, стабильная фиксация и ранние упражнения с отягощением благотворно влияют на заживление перелома, движение в суставе и восстановление функции конечности. Процесс заживления перелома также может быть синхронизирован с коррекцией существующих деформаций, а заживление перелома может быть достигнуто путем применения методов скольжения костного сегмента и компрессии костного конца в сочетании с костными дефектами, что позволяет избежать травмы и риска костной пластики. Преимущества техники Илизарова более очевидны при тяжелых открытых повреждениях и сочетанной потере мягких тканей. С освоением и пониманием техники Илизарова появляется больше возможностей для спасения и лечения тяжелых травм конечностей.
5. Лечение сложной деформации стопы и голеностопного сустава.
Сложная деформация стопы и голеностопного сустава — это многокомпонентная и разнонаправленная деформация, которую трудно полностью исправить традиционными методами, с большой травмой, высоким риском, плохим внешним видом и многими плохими функциями. С помощью техники Илизарова внешний фиксированный ортез разрабатывается и устанавливается в соответствии с деформацией стопы, и после операции напряженные и сжатые мягкие ткани стопы и лодыжки медленно вытягиваются в определенном направлении для перестройки деформации костей и суставов стопы и лодыжки в относительно нормальное положение, таким образом, достигается удовлетворительная коррекция деформации. Независимо от того, насколько плохое состояние конечности пациента, в сочетании с местным изъязвлением, инфекцией, нарушением кровообращения, рубцеванием кожи и т.д., иглу можно вдеть и зафиксировать. Скорость втягивания и степень прилегания ретрактора к конечности можно регулировать в любое время в зависимости от ситуации, а риски можно эффективно контролировать. Поскольку втянутые ткани могут регенерироваться, это позволяет максимально предотвратить рецидив деформации и дальнейшую ригидность мягких тканей.
6. Другие применения.
С улучшением и развитием понимания техники Илизарова, ее клиническое применение становится все более обширным. Она также может использоваться в ортопедии для лечения контрактуры колена и локтя, жесткости бедра и некроза головки бедра, удлинения культи ампутированной конечности, коррекции деформации позвоночника, восстановления функции конечности при опухоли кости и т.д.; кроме того, она достигла многообещающих результатов в других специализированных областях, таких как хирургическая стоматология, хирургия мозга, сосудистая хирургия и т.д.
IV. Текущие проблемы.
Текущие проблемы клинического применения в основном сосредоточены на следующих вопросах: как ускорить формирование и заживление костей; стимулировать рост мышц; упростить проникновение иглы внешнего фиксатора, особенно минимизировать проникновение всей иглы; эффективное сочетание интрамедуллярной иглы и других материалов внутренней фиксации с внешней фиксацией; применение метода дистракционной регенерации для реконструкции крестообразной связки; лечение некоторых сложных ортопедических заболеваний и т.д.