OPEN ACCESS LIBRARY SOWA Scientiic International Journal of the World Academy of Materials and Manufacturing Engineering publishing scientiic monographs in Polish or in English only Published since 1998 as Studies of the Institute of Engineering Materials and Biomaterials Volume 11 (17) 2012 Jerzy Nowacki Leszek A. Dobrzański Fabio Gustavo Implanty śródszpikowe w osteosyntezie kości długich
Jerzy Nowacki Leszek A. Dobrzański Fabio Gustavo Implanty śródszpikowe w osteosyntezie kości długich
Implanty śródszpikowe w osteosyntezie kości długich OPINIODAWCY: Prof. dr hab. Stanisław Mitura (Politechnika Koszalińska w Koszalinie) Prof. dr hab. inż. Zbigniew Rdzawski (Instytut Metali Nieżelaznych w Gliwicach) REDAKCJA TECHNICZNA: Mgr inż. Justyna Hajduczek-Jarka (Politechnika Śląska Gliwice) ISSN 2083-5191 ISBN 978-83-63553-07-4 EAN 9788363553074
OPEN ACCESS LIBRARY Scientiic International Journal of the World Academy of Materials and Manufacturing Engineering publishing scientiic monographs in Polish or in English only Published since 1998 as Studies of the Institute of Engineering Materials and Biomaterials Volume 11 (17) 2012 Editor-in-Chief Prof. Leszek A. Dobrzański Poland Editorial Board Prof. Gilmar Batalha Brazil Prof. Emin Bayraktar France Prof. Rudolf Kawalla Germany Prof. Klaudiusz Lenik Poland Prof. Petr Louda Czech Republic Prof. Cemal Meran Turkey Prof. Stanisław Mitura Poland Prof. Piotr Niedzielski Poland Prof. Jerzy Nowacki Poland Prof. Ryszard Nowosielski Poland Prof. Jerzy Pacyna Poland Patronage Prof. Peter Palček Slovak Republic Prof. Zbigniew Rdzawski Poland Prof. Maria Richert Poland Prof. Maria Helena Robert Brazil Prof. Mario Rosso Italy Prof. Stanislav Rusz Czech Republic Prof. Yuriy I. Shalapko Ukraine Prof. Božo Smoljan Croatia Prof. Mirko Soković Slovenia Prof. Zinoviy Stotsko Ukraine Prof. Leszek Wojnar Poland World Academy of Materials and Manufacturing Engineering Association of Computational Materials Science and Surface Engineering Institute of Engineering Materials and Biomaterials of the Silesian University of Technology, Gliwice, Poland Abstracting services Journal is cited by Abstracting Services such as: The Directory of Open Access Journals Reading Direct This journal is a part of Reading Direct, the free of charge alerting service which sends tables of contents by e-mail for this journal and in the promotion period also the full texts of monographs. You can register to Reading Direct at www.openaccesslibrary.com Journal Registration The Journal is registered by the Civil Department of the District Court in Gliwice, Poland Publisher International OCSCO World Press Gliwice 44-100, Poland, ul. S. Konarskiego 18a/366 e-mail: info@openaccesslibrary.com Bank account: Stowarzyszenie Komputerowej Nauki o Materiałach i Inżynierii Powierzchni Bank name: ING Bank Śląski Bank addres: ul. Zwycięstwa 28, 44-100 Gliwice Poland Account number/ IBAN CODE: PL 76105012981000002300809767 Swift code: INGBPLPW Gliwice 2012 International OCSCO World Press. All rights reserved The paper used for this Journal meets the requirements of acid-free paper Printed in Poland
Spis treści Streszczenie... 5 Abstract... 7 Wstęp... 9 1. Ogólna charakterystyka budowy i złamań kości długich... 13 1.1. Zarys budowy kości długich... 13 1.2. Biomechaniczne aspekty funkcjonowania kości udowej i stawu biodrowego... 18 1.3. Złamania kości udowej... 23 2. Przegląd implantów stosowanych do osteosyntezy śródszpikowej kości długich... 26 2.1. Osteosynteza kości długich... 26 2.2. Rozwój konstrukcji implantów śródszpikowych stosowanych w osteosyntezie kości udowej... 27 2.3. Złożone konstrukcje gwoździ śródszpikowych stosowanych w osteosyntezie kości udowej... 42 2.4. Gwoździe śródszpikowe stosowane w osteosyntezie kości piszczelowej i strzałkowej... 49 2.5. Gwoździe śródszpikowe w osteosyntezie kości ramiennej, przedramiennej i promieniowej... 50 3. Biomateriały w konstrukcji implantów... 52 3.1. Ogólne zasady projektowania implantów... 52 3.2. Ogólna charakterystyka biomateriałów... 54 3.3. Powłoki nanoszone na implantach metalowych... 63 3.4. Ogólna charakterystyka stali odpornych na korozję możliwych do zastosowania na implanty śródszpikowe... 64 3.5. Ogólna charakterystyka stopów tytanu możliwych do zastosowania na implanty śródszpikowe... 94 3.6. Ogólna charakterystyka stopów inteligentnych z pamięcią kształtu możliwych do zastosowania na implanty śródszpikowe... 106
Implanty śródszpikowe w osteosyntezie kości długich Spis treści 4. Spajanie biomateriałów i elementów implantów... 114 4.1. Ogólna charakterystyka technik spajania biomateriałów... 114 4.2. Zastosowanie cementów kostnych w chirurgii kostnej... 118 4.3. Spawalność stali austenitycznych stosowanych na implanty śródszpikowe... 126 4.4. Spawalność stopów tytanu stosowanych na implanty śródszpikowe... 128 5. Autorskie rozwiązania gwoździ śródszpikowych do stabilizacji kości udowej... 130 5.1. Gwoździe śródszpikowe z oddzielnym pozycjonowaniem kotwiczenia części proksymalnej i dystalnej... 130 5.2. Gwoździe śródszpikowe ze wspólnym pozycjonowaniem kotwiczenia części proksymalnej i dystalnej w kości... 136 5.3. Gwoździe śródszpikowe z jednoczesnym przemieszczaniem się żeber w części proksymalnej i dystalnej w kości... 141 5.4. Ogólna charakterystyka możliwości aplikacyjnych innowacyjnych rozwiązań konstrukcyjnych gwoździ śródszpikowych... 146 Literatura... 148
Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich Jerzy Nowacki Instytut In ynierii Materia owej, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Al. Piastów 19, 70-310 Szczecin, Polska Adres korespondencyjny e-mail: jnowacki@zut.edu.pl Leszek A. Dobrza ski Instytut Materia ów In ynierskich i Biomedycznych, Politechnika l ska, ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice, Polska Adres korespondencyjny e-mail: leszek.dobrzanski@polsl.pl Fabio Gustavo Instytut In ynierii Materia owej, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Al. Piastów 19, 70-310 Szczecin, Polska Adres korespondencyjny e-mail: conquistador86@wp.pl Streszczenie Cel: Celem monografii jest ocena stanu zagadnienia w obszarze konstrukcji implantów ródszpikowych ko ci d ugich i stosowanych na nie materia ów oraz prezentacja konstrukcji implantów opracowanych przez Autorów. W monografii przedstawiono zarys budowy ko ci d ugich, biomechaniczne aspekty ko ci udowej i stawu biodrowego, z amania ko ci udowej i problemy osteosyntezy ko ci d ugich. Przeprowadzono analiz materia owych i konstrukcyjnych aspektów implantów ródszpikowych w obszarze: problematyki stabilizacji z ama ko ci d ugich, obci e mechanicznych ko ci udowej, charakterystyki biomateria ów, metod spajania biomateria ów, konstrukcji gwo dzi ródszpikowych i nowych koncepcji ich konstrukcji. Projekt/metodologia/podej cie: Przedstawiono zarys budowy ko ci d ugich, biomechaniczne aspekty ko ci udowej i stawu biodrowego, z amania ko ci udowej i problemy osteosyntezy ko ci d ugich. Zdefiniowano problemy stabilizacji z ama ko ci d ugich, rozwoju konstrukcji implantów ródszpikowych oraz problematyki projektowania i doboru materia ów na implanty. Dokonano analiz mo liwo ci metod spajania biomateria ów i elementów bioimplantów w osteosyntezie. Streszczenie 5
Open Access Library Volume 11 (17) 2012 Osi gni cia: Oryginalnym osi gni ciem jest opracowanie nowych koncepcji konstrukcji implantów z innowacyjnymi sposobami ryglowania gwo dzia w ko ci. W konstrukcji implantu ródszpikowego do osteosyntezy ko ci udowej z oddzielnym pozycjonowaniem kotwiczenia cz ci proksymalnej i dystalnej zamiast os abiaj cych struktur ko ci rub rygluj cych zastosowano nieinwazyjny ródszpikowy uk ad stabilizuj cy. Ograniczenia bada /zastosowa : Proponowane rozwi zania konstrukcji implantu ródszpikowego do osteosyntezy ko ci udowej z oddzielnym pozycjonowaniem kotwiczenia cz ci proksymalnej i dystalnej dotycz g ównie w stabilizacji z ama trzonu ko ci d ugiej. Praktyczne zastosowania: Przewiduje si, po przeprowadzeniu szczegó owych bada uruchomienie produkcji implantu ródszpikowego do osteosyntezy ko ci udowej z proponowanym oddzielnym pozycjonowaniem kotwiczenia cz ci proksymalnej i dystalnej, znajduj cych zastosowanie g ównie w stabilizacji z ama trzonu ko ci d ugiej. Oryginalno /warto : Ocena aktualnego stanu konstrukcji implantów ródszpikowych, stosowanych w ich budowie materia ów i analiza mo liwo ci wykorzystania technik spajania w celu uproszczenia ich technologii oraz rozwa ania dotycz ce nowych mo liwo ci rozwi za konstrukcyjnych implantów decyduj o znaczeniu monografii. S owa kluczowe: Konstrukcja implantów ródszpikowych; Z amania ko ci udowej; Stabilizacja z ama ko ci d ugich; Biomateria y; Techniki spajania Cytowania tej monografii powinny by podane w nast puj cy sposób: J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo, Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich, Open Access Library, Volume 11 (17) (2012) 1-150. 6 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo
Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich Intramedullary implants for osteosynthesis of long bones Jerzy Nowacki Institute of Materials Science and Engineering, Szczecin University of Technology, Al. Piastów 19, 70-310 Szczecin, Poland Corresponding e-mail address: jnowacki@zut.edu.pl Leszek A. Dobrza ski Institute of Engineering Materials and Biomaterials, Silesian University of Technology, ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice, Poland Corresponding e-mail address: leszek.dobrzanski@polsl.pl Fabio Gustavo Institute of Materials Science and Engineering, Szczecin University of Technology, Al. Piastów 19, 70-310 Szczecin, Poland Corresponding e-mail address: conquistador86@wp.pl Abstract Purpose: The goal of the monograph is to assess the issues in the construction of long bone intramedullary implants in the area of construction, and materials used in their manufacturing, as well the presentation of the implants developed by the authors. In the monograph outline of the long bones structure, the mechanical aspects of the femur and hip fracture, and osteosynthesis problems of long bones are presented. An analysis of the material and structural aspects of intramedullary implants in the area of: the issue stabilize fractures of the long bones, the femur mechanical loads, characterization of biomaterials, methods of bonding biomaterials, intramedullary nailing design and the new concept of their design. Design/methodology/approach: The outline of the structure of the long bones, the mechanical aspects of the femur and hip fracture osteosynthesis problems of long bones. The stability problems of long bone fractures was defined, intramedullary implant design development, and problems of issues design as well the choice of materials for implants. There have been Abstract 7
Open Access Library Volume 11 (17) 2012 analyzing the possibility of welding methods of biomaterials and implants components in the osteosynthesis. Findings: The original achievement of the monograph is the development of new design concepts with innovative ways to implant locking nail in the bone. In the design of intramedullary implant for osteosynthesis of the femur with a separate positioning anchoring of the proximal and distal bone structure rather than weaken the locking screws used non-invasive intramedullary stabilization system. Research limitations/implications: The proposed solution design intramedullary implant for osteosynthesis of the femur with a separate positioning anchoring of the proximal and distal relate mainly to stabilize fractures of the long bones diaphysis. Practical implications: It is expected, after the detailed studies, the start of production intramedullary implants for osteosynthesis of the femur with the proposed separate positioning anchoring of the proximal and distal are used mainly to stabilize fractures of the long bones diaphysis. Originality/value: Assessment of the structure intramedullary implants current state of art used in their construction materials, and the analysis of the possibilities of the joining techniques application to simplify their technology, and consider the new possibilities of the implants design solutions determine the importance of the monograph. Keywords: Construction of intramedullary implants; Fracture of the femur; The long bone fracture stabilization; Bio-materials; Welding technology Reference to this paper should be given in the following way: J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo, Intramedullary implants for osteosynthesis of long bones, Open Access Library, Volume 11 (17) (2012) 1-150 (in Polish). 8 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo
Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich Wst p Rozszerzaj ce si mo liwo ci zastosowa implantów w chirurgii kostnej s warunkowane rozwojem ich konstrukcji i technologii, a tak e post pem w badaniach dotycz cych makroi mikrostruktury, w asno ci mechanicznych, odporno ci korozyjnej i biozgodno ci nowych biomateria ów. Implanty s zespo ami elementów medycznych wszczepianych do organizmu w celu rekonstrukcji naturalnej funkcji uszkodzonego organu zast puj cymi tkanki twarde i mi kkie i coraz cz ciej znajduj zastosowanie w dzia aniach leczniczych, maj cych za zadanie odtworzenie funkcji, np. stawów i ko ci. Wyró ni mo na dwa g ówne obszary rekonstrukcji funkcji tkanek lub elementów organów, np. stawów i ko ci, wykorzystuj ce biomateria y. Pierwszy obszar dotyczy alloplastyki stawu biodrowego, kolanowego, barkowego lub okciowego, natomiast drugi osteosyntezy ko ci d ugich, szczególnie ko ci udowej. Staw biodrowy maj cy zasadnicze znaczenie dla mechaniki chodu jest powszechnie nara ony na zmiany chorobowe i urazy. Przy ci kich zmianach zwyrodnieniowych lub po z amaniu szyjki ko ci udowej niezb dne jest wszczepienie sztucznej cz ci lub ca ego stawu w miejsce naturalnego. Zagadnienia alloplastyki stawu biodrowego nale do g ównych problemów wspó czesnej ortopedii. Z endoprotezoplastyk zwi zana jest mo liwo odtworzenia uszkodzonych struktur w uk adzie kostno-stawowym i przywrócenia im utraconych funkcji. Rozwój techniki implantacyjnej sukcesywnie przynosi coraz pomy lniejsze wyniki. Osi ga si je dzi ki nowym konstrukcjom endoprotez d cym do anatomicznego odtworzenia kszta tu oraz nowym materia om o korzystnych w asno ciach fizycznych i mechanicznych, zgodnych biologicznie z ywymi tkankami. Konstrukcja endoprotezy powinna zapewni w a ciwy zakres ruchu w stawie, przenoszenie obci e, odporno na przeci enia, t umienie drga, stymulacj masy kostnej, odporno na cieranie, a tak e mo liwo prostego zabiegu operacyjnego. Aby spe ni te wymagania nale y odpowiednio dobra cechy geometryczne endoprotezy i rodzaj materia u implantacyjnego. Na rozk ad napr e pomi dzy ko ci i implantem decyduj relacje pomi dzy ich w asno ciami spr ystymi. Wytrzyma o statyczna i zm czeniowa wp ywa na warto przenoszonych napr e i odporno na przeci enia, natomiast stan powierzchni oraz jej cechy fizyczne i chemiczne decyduj o naturze i sile wi zi na granicy faz ko -implant [4, 44]. Drugi wa ny obszar rekonstrukcji funkcji tkanek lub elementów organów, np. stawów i ko ci, wykorzystuj cy biomateria y dotyczy uszkodze ko ci d ugich ko czyn górnych i dolnych [5], Wst p 9
Open Access Library Volume 11 (17) 2012 szczególnie udowej oraz ich osteosynteza, co stanowi przedmiot niniejszej ksi ki. Regularne, udokumentowane próby rekonstrukcji brakuj cej, lub uszkodzonej tkanki kostnej albo jej zespalania innymi materia ami maj ponad stuletni histori. W 1827 roku dokonano zespolenia ko ci w postaci ciegu (Rogers), w 1827 roku zespolono ko ci za pomoc trzpieni srebrnych (Listers), w 1886 roku do osteosyntezy ko ci u yto p ytek ze srebra i mosi dzu, które po czono z ko ci przy pomocy rub (Hausman). W 20. wieku rozpoczynaj si systematyczne badania osteosyntezy stanowi ce podstaw dynamicznego rozwoju tego obszaru terapii. Ksi ka stanowi ocen stanu zagadnienia w obszarze konstrukcji gwo dzi ródszpikowych i stosowanych na nie materia ów oraz przegl d opracowa Autorów w tym obszarze. W ksi ce dokonano analizy materia owych i konstrukcyjnych aspektów implantów ródszpikowych w obszarze: problematyki stabilizacji z ama ko ci d ugich, obci e mechanicznych ko ci udowej, charakterystyki biomateria ów, metod spajania biomateria ów, konstrukcji gwo dzi ródszpikowych i nowych koncepcji w tym zakresie. W pierwszej cz ci przedstawiono zarys budowy ko ci d ugich, biomechaniczne aspekty funkcjonowania ko ci udowej i stawu biodrowego i z amania ko ci udowej. W drugiej cz ci przeprowadzono analiz problematyki stabilizacji z ama ko ci d ugich, rozwoju konstrukcji implantów ródszpikowych oraz problematyki projektowania i doboru materia ów na implanty. Trzecia cz ci ksi ki dotyczy metod spajania biomateria ów i elementów bioimplantów w alloplastyce i osteosyntezie. W czwartej cz ci zaprezentowano nowatorskie autorskie koncepcje konstrukcji implantów z innowacyjnymi sposobami ryglowania gwo dzia w ko ci. Autorzy dedykuj t ksi k Studentom, m odym Pracownikom naukowym, z zamiarem przybli enia z o onej tematyki implantologii w kontek cie uwarunkowa technicznych projektowania in ynierskiego implantów, zarówno konstrukcyjnego, jak i materia owego oraz technologicznego. Poniewa Autorzy zajmuj si wymienion problematyk od wielu lat, niektóre fragmenty ksi ki s zaczerpni te z Ich wcze niejszych w asnych publikacji naukowych i dydaktycznych, co umo liwia dope nienie tre ci prezentowanych w tej pracy. Ksi ka jest kolejnym przyk adem ilustracji konieczno ci wspó pracy pomi dzy rodowiskami medycznymi i in ynierskimi, dla poprawy warunków leczenia wielu zmian chorobowych i urazów. Poruszana w niej problematyka od lat stanowi przedmiot zainteresowa naukowych Autorów i wykonywanych przez nich bada. Zagadnienia materia owe zwi zane z in ynieri biomedyczn stanowi jeden z wa nych aspektów aplikacyjnych wspó czesnej in ynierii materia owej i st d ksi ka jest adresowana g ównie do studentów kierunku In ynieria 10 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo
Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich Materia owa, od kilku lat realizowanego jako kierunek zamawiany przez Ministra Nauki i Szkolnictwa Wy szego na Wydziale Mechanicznym Technologicznym Politechniki l skiej w Gliwicach. Autorzy ksi ki s ci le zwi zani z tym projektem, gdy Prof. Leszek A. Dobrza ski jest inicjatorem tego kierunku i g ównym autorem jego koncepcji programowej, a Prof. Jerzy Nowacki przez 2 lata jest Profesorem wizytuj cym, prowadz cym wyk ady na tym nowo utworzonym kierunku studiów, Mgr in. Fabio Gustavo uczestniczy w przygotowaniu ksi ki, a tak e m.in. wykona wiele autorskich rysunków. yczymy zatem zajmuj cej lektury ksi ki. Autorzy Gliwice, jesieni 2012 roku Wst p 11
Open Access Library Volume 11 (17) 2012 12 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo
Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich 1. Ogólna charakterystyka budowy i z ama ko ci d ugich 1.1. Zarys budowy ko ci d ugich Ko ci d ugie maj d ugo znacznie wi ksz ni ich szeroko i grubo. Makroskopowo ko ci d ugie sk adaj si z zewn trznej, zbitej ko ci korowej a w nasadach i cz ciach przynasadowych zawieraj równocze nie g bczast ko rdzeniow. Ko ci d ugie sk adaj si ze sztywnego trzonu, wewn trz którego znajduje si jama oraz ko ce: proksymalny i dystalny (bli szy i dalszy) o wi kszej spr ysto ci. W grupie ko ci d ugich znajduj si mi dzy innymi ko ci ko czyny dolnej: ko udowa, ko piszczelowa i ko strza kowa oraz ko czyny górnej: ko ramienna, ko okciowa, ko promieniowa. Wzrost (w okresie dojrzewania) chrz stki nasadowej znajduj cej si w ko ciach d ugich, decyduje o skokowym wzro cie w ko cowych latach wieku nastoletniego, po którym chrz stka nasadowa ulega skostnieniu [36]. Ko udowa nale y do ko ci d ugich i jest jedn z ko ci ko czyny dolnej (rys. 1.1 i 1.2). Ko udowa wspieraj ca tkanki mi kkie uda ko czyny dolnej, zaliczana jest do ko ci d ugich, tzn. takich, których d ugo jest istotnie wi ksza ni jej inne wymiary, posiada trzy podstawowe elementy: trzon, koniec bli szy i koniec dalszy i jest najd u sz ko ci w organizmie cz owieka. W cz ci proksymalnej (bli szej, górnej) ko ci znajduje si umieszczona w panewce stawu biodrowego kulista g owa ko ci, na której szczycie znajduje si do ek g owy ko ci udowej z przyczepem wi zad a g owy ko ci udowej. Ni ej umieszczony jest trzon ko ci udowej, nachylony pod k tem oko o 126 w stosunku do szyjki ko ci udowej. G ow na wysoko ci pachwiny czy z trzonem szyjka ko ci udowej, ustawiona pod k tem oko o 45 w stosunku do pionu. Mi dzy szyjk i trzonem znajduj si zgrubienia b d ce miejscami przyczepu mi ni uda, umiejscowiony z boku kr tarz wi kszy, w którego cz ci rodkowej znajduje si dó i z ty u kr tarz mniejszy, po czone od przodu kres mi dzykr tarzow i od ty u grzebieniem mi dzykr tarzowym. Dalsza cz ko ci udowej jest prosta i ma przekrój zbli ony do ko owego w odcinku górnym, a do przynasady, gdzie rozszerza si w kierunku dystalnym, staje si owalna i powi ksza pole swojego przekroju, by stworzy nasad element stawu kolanowego. Z ty u pod kr tarzem wi kszym znajduje si wynios o zwana guzowato ci po ladkow, poni ej kr tarza mniejszego jest kresa grzebieniowa. Wzd u trzonu na tylnej powierzchni ko ci udowej biegnie kresa chropawa z warg przy rodkow i boczn, stykaj cymi si w cz ci rodkowej trzonu i rozdzielaj cymi si ku do owi w kresy nadk ykciow przy rodkow i boczn, 1. Ogólna charakterystyka budowy i z ama ko ci d ugich 13
Open Access Library Volume 11 (17) 2012 które tworz trójk tne pole powierzchni podkolanow. Koniec dalszy tworz k ykie przy rodkowy i k ykie boczny po czone od strony przedniej powierzchni rzepkow, mi dzy którymi jest dó mi dzyk ykciowy. K ykie przy rodkowy, k ykie boczny i powierzchnia rzepkowa pokryte s chrz stk szklist. K ykie przy rodkowy i k ykie boczny z ty u czy kresa mi dzyk ykciowa, na ich powierzchniach bocznych s wynios o ci nadk ykciany: przy rodkowy i boczny. Na nadk ykciu przy rodkowym znajduje si wynios o guzek przywodzicieli [39, 73]. Ko piszczelowa nale y do ko ci d ugich i jest jedn z ko ci ko czyny dolnej. Ko piszczelowa jest drug co do d ugo ci ko ci w organizmie ludzkim i sk ada si dwóch ko ców, bli szego i dalszego, trzech brzegów i d ugiego trójk tnego trzonu z trzema powierzchniami przy rodkow, tyln i boczn (rys. 1.3), po o onymi kolejno: pierwsza ni ej guzowato ci ko ci piszczelowej, druga w tylnej cz ci ko ci, trzecia w bocznej. Do tych powierzchni przyczepione s liczne mi nie. g owa szyjka kr tarz wi kszy kresta mi dzykr tarzowa kr tarz mniejszy g owa szyjka kr tarz wi kszy kr tarz mniejszy trzon trzon nad ykie przy rodkowy nad ykie boczny powierzchnia rzepkowa Rysunek 1.1. Ko udowa prawa, widok z przodu [73] kresa mi dzyk ykciowa dó mi dzyk ykciowy k ykie boczny k ykie przy rodkowy Rysunek 1.2. Ko udowa prawa, widok z ty u [73, 79, 92] 14 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo
Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich Koniec bli szy g owa ko ci piszczelowej ma kszta t k ykcia bocznego i przy rodkowego z powierzchniami wchodz cymi w sk ad stawu kolanowego. Mi dzy k ykciami znajduje si wynios o mi dzyk ykciowa z guzkami bocznym i przy rodkowym. U podstawy k ykcia bocznego na jego tylno-bocznej powierzchni jest powierzchnia stawowa strza kowa, cz ca z g ow strza ki. Brzeg przedni ko ci piszczelowej i jej powierzchnia przy rodkowa pokryte s tylko skór i s dobrze przez ni wyczuwalne. Po stronie bocznej dalszej ko ci piszczelowej znajduje si wci cie strza kowe. W ko cu dalszym ko ci znajduje si powierzchnia stawowa dolna cz ca z ko ci skokow stopy [73]. Ko strza kowa nale y do ko ci d ugich i jest jedn z ko ci ko czyny dolnej. G ówne jej elementy s typowe dla ko ci d ugich: koniec bli szy, trzon i koniec dalszy (rys. 1.4). Koniec bli szy stanowi g owa strza ki na której jest powierzchnia stawowa cz ca ko strza kow z k ykciem bocznym ko ci piszczelowej, gdzie tworz staw piszczelowo-strza kowy. k ykie przy rodkowy guzowato brzeg mi dzykostny brzeg przedniy powierzchnia boczna powierzchnia przy rodkowa kostka przy rodkowa Rysunek 1.3. Ko piczczelowa, widok od przodu [34-37, 73, 82, 83, 86] 1. Ogólna charakterystyka budowy i z ama ko ci d ugich 15
Open Access Library Volume 11 (17) 2012 Trzon ko ci strza kowej posiada trzy powierzchnie i trzy brzegi, z których brzeg mi dzykostny zwrócony jest w kierunku ko ci piszczelowej. W ko cu dalszym ko ci strza kowej znajduje si sp aszczona kostka boczna, dochodz ca do kostki przy rodkowej, której powierzchnia stawowa czy si z ko ci skokow. Ko ramienna nale y do ko ci d ugich i jest jedn z ko ci ko czyny górnej. G ównymi jej elementami s, typowe dla ko ci d ugich: koniec bli szy, trzon i koniec dalszy (rys. 1.5). Na ko cu bli szym znajduje si g owa ko ci ramiennej z szyjk anatomiczn i dwoma guzkami wi kszym i mniejszym oddzielonymi bruzd. Poni ej guzków znajduje si szyjka chirurgiczna stanowi ca miejsce cz stych z ama. Nierówno na bocznej powierzchni trzonu ko ci ramiennej guzowato naramienna jest miejscem przyczepu mi nia naramiennego. Po obu stronach ko ca dalszego znajduj si wynios o ci, tzw. nadk ykcie boczny i przy rodkowy. Pod nadk ykciem przy rodkowym le y wierzcho ek g owy g owa g owa powierzchnia boczna guzek mniejszy brzeg mi dzykostny brzeg przedni guzek wi kszy szyjka trzon guzowato naramienna nad ykie boczny g ówka kostka boczna bloczek nad ykie przy rodkowy Rysunek 1.4. Ko strza kowa, widok od przodu [34-37, 73, 82, 83, 86] Rysunek 1.5. Ko ramienna [34-37, 73, 82, 83, 86] 16 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo
Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich bruzda nerwu okciowego. Powierzchnia boczna ko ci ramiennej cz ca j z ko ci promieniow znajduje si na g ówce z bloczkiem integruj cym si z ko ci okciow [73]. Ko okciowa nale y do ko ci d ugich i jest jedn z ko ci ko czyny górnej. Koniec bli szy ko ci okciowej posiada dwa wyrostki, wi kszy okciowy, jako górne zako czenie ko ci i ni ej po o ony mniejszy wyrostek dziobiasty (rys. 1.6). Trzon ko ci okciowej ma w przekroju poprzecznym kszta t trójk tny i ma trzy brzegi ograniczaj ce trzy powierzchnie: przedni, przy rodkow i tyln. G owa ko ci okciowej, b d ca nasad dalsz, przed u ona jest po stronie przy rodkowej wyrostkiem rylcowatym. Ko okciowa poprzez g ow i trójk tn chrz stk oddzielona jest od nadgarstka [36]. Ko promieniowa nale y do ko ci d ugich i jest jedn z ko ci ko czyny górnej (rys. 1.7). Na ko cu bli szym ko ci promieniowej znajduje si g owa oddzielona szyjk od trzonu. Koniec dalszy posiada powierzchni stawow nadgarstkow wci cie okciowe i wyrostek rylcowaty. Przekrój poprzeczny trzonu ko ci promieniowej jest trójk tny. wyrostek okciowy wyrostek dziobiasty guzowato g owa obwód stawowy szyjka guzowato wci cie promieniowe brzeg przedni brzeg mi dzykostny powierzchnia przednia brzeg przedni brzeg mi dzykostny powierzchnia przednia g owa wyrostek rylcowaty wyrostek rylcowaty Rysunek 1.6. Ko okciowa [36] Rysunek 1.7. Ko promieniowa [34-37, 73, 82, 83, 86] 1. Ogólna charakterystyka budowy i z ama ko ci d ugich 17
Open Access Library Volume 11 (17) 2012 W ko ci promieniowej wyst puj trzy brzegi: przedni oddzielaj cy powierzchni przedni od bocznej, tylny oddzielaj cy powierzchni tyln od bocznej i mi dzykostny, tzn. brzeg przy rodkowy, oraz trzy powierzchnie: przednia, tylna i boczna [73]. 1.2. Biomechaniczne aspekty funkcjonowania ko ci udowej i stawu biodrowego Uk ad kostny cz owieka, a w nim ko ci d ugie s przystosowane swoj budow do przenoszenia znacznych obci e. Przekrój poprzeczny ko ci d ugich jest zbli ony do wydr onego walca o ci g ych i agodnych zmianach wymiarów poprzecznych wzd u d ugo ci ko ci. W sk ad ko ci wchodz liczne tkanki o ró nych w asno ciach i zadaniach, np.: tkanka czna stanowi sk adnik cz ci nieobci onych uk adu kostnego, tkanka czna zbita sk adaj ca si z podobnie zorientowanych i silnie upakowanych w ókien o wi kszej wytrzyma o ci i spr ysto ci dzi ki zawarto ci kolagenu i elastyny, b d ca sk adnikiem ci gien, wi zade, torebek stawowych, tkanka chrz stna jest elementem podporowym powierzchni stawowych, tkanka kostna sk adaj ca si z osteocytów, osteoblastów i osteoklastów oraz twardej, zwartej substancji mi dzykomórkowej bogatej w nieorganiczne sole wapnia na powierzchni, przenosz ca g ówne napr enia. Funkcj biologiczn ko ci i ca ego aparatu mi niowo-nerwowo-naczyniowego jest wykonywanie ruchu, w tym przenoszenie obci e wynikaj cych z aktywno ci ruchowej cz owieka. Ko ci sk adaj si ze sk adników mineralnych, zapewniaj cych jej sztywno i sk adników organicznych, decyduj cych o elastyczno ci. G ównymi wyró niaj cymi cechami ko ci w aspekcie mechanicznym s : z o ona wielosk adnikowa struktura mi kkich i twardych komponentów o zró nicowanej morfologii, umo liwiaj ca przenoszenie du ych napr e i zapewniaj ca du ci gliwo, wielopoziomowo budowy niewielkie sk adniki cz si w wi ksze zespo y, które z kolei tworz jeszcze wi ksze zbiory, skr cenie w ókien tworz cych tkank kostn, zwi kszaj ce wytrzyma o na rozci ganie i ciskanie, mo liwo adaptacji struktury w zmiennych warunkach obci enia. O w asno ciach biomechanicznych ko ci (rys. 1.8, tabl. 1.1) decyduje jej struktura, zale na od wieku cz owieka, cech geometrycznych i, warunków obci enia. Tkanka kostna zawieraj ca prawid owy udzia kolagenu ma wi ksz odporno na p kanie, ni tkanka kostna osób starszych, ubo sza w kolagen [52, 75]. 18 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo
Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich Skala 1:4 Rysunek 1.8. Wizualizacja cech geometrycznych ko ci udowej z wykorzystaniem rentgenowskiej tomografii komputerowej a) sposób podzia u ko ci na przekroje; b) przeniesione cechy geometryczne; c) obrazy tomograficzne odpowiadaj ce poszczególnym przekrojom [62, 64, 76] 1. Ogólna charakterystyka budowy i z ama ko ci d ugich 19
Tablica 1.1. W asno ci biomechaniczne ko ci ludzkiej [52, 53] Open Access Library Volume 11 (17) 2012 W asno Warto wytrzyma o na rozci ganie 107 MPa graniczne wyd u enie 135% wytrzyma o na ciskanie 159 MPa wytrzyma o na zginanie 160 MPa wytrzyma o na skr canie 53 MPa graniczne odkszta cenie skr caj ce 0,027 ± 0,0005 modu spr ysto ci pod u nej (138-194) 10 3 MPa modu spr ysto ci poprzecznej 3,14 GPa wytrzyma o zm czeniowa, (1-3) 10 6 cykli 35 MPa wytrzyma o na rozszczepianie w kierunku promieniowym 84 MPa Rysunek 1.9. Budowa stawu biodrowego: 1 fragmnet ko ci miednicznej, 2 wi zad o kulszowo-udowe, 3 wi zad o biodrowo-udowe, 4 ko udowa, 5 obr bek panewkowy, 6 panewka, 7 g owa ko ci udowej, 8 wi zad o g owy ko ci udowej, 9 w ókna warstwy okr nej, 10 szyjka ko ci udowej, wed ug [78] W obszarze stawu biodrowego dzia a 27 aktonów mi niowych zespo ów mi ni stawu o jednakowym lub zbli onym przebiegu w ókien umo liwiaj cym realizacj samodzielnego jednakowego dzia ania wzgl dem osi stawu (rys. 1.9). Nale do nich odwodziciele, np. mi sie po ladkowy ma y i redni, przywodziciele, np. mi sie grzebieniowy, zginacze, np. mi sie prosty uda, prostowniki, np. mi sie po ladkowy wielki, oraz rotatory [66]. 20 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo
Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich Rysunek 1.10. Schemat obci e dzia aj cych na staw biodrowy (R si a wypadkowa, M si a reakcji mi ni, T si a reakcji pasma biodrowo-piszczelowego), wed ug [26] Biomechaniczna analiza dokonana w celu okre lenia stanu napr e, przemieszcze implantu oraz od amów kostnych jest wa na ze wzgl du na dobór materia u i struktury warstwy wierzchniej implantów [53]. W ko ciach ko czyny górnej przewa aj napr enia rozci gaj ce, a w dolnej ciskaj ce. Ko udowa podlega z o onemu stanowi napr e dynamicznych, a w ko cu proksymalnym przejmuje poprzez staw biodrowy napr enia, g ównie ciskaj ce, pochodz ce od obci enia uk adem kostnym i mi niowym cz owieka powy ej miednicy. Staw biodrowy jest uk adem o trzech stopniach swobody, cz cym ko ci udow i miedniczn, co decyduje o jego w asno ciach kinematycznych [24, 80]. Poprzez staw biodrowy obci enia z kr gos upa l d wiowego i miednicy przenoszone s do ko ci udowej. Obci enia te wywo ane s si ami zewn trznymi si ami grawitacji oraz si ami wewn trznymi wywo anymi przez aktywno pasm mi ni reguluj cych prac stawu (rys. 1.10) [24]. 1. Ogólna charakterystyka budowy i z ama ko ci d ugich 21
Open Access Library Volume 11 (17) 2012 Czas cyklu Rysunek 1.11. Si a obci aj ca dynamicznie uk ad ruchu w obszarze stawu biodrowego w czasie jednego cyklu chodu cz owieka [62, 76, 78] Obci enie stawu biodrowego ko ci zale y od fazy styku stopy z pod o em. Towarzysz ce tym fazom ruchy cia a cz owieka sprawiaj, e odtworzenie pe nego, rzeczywistego modelu obci e stawu biodrowego i ko ci udowej nie jest w pe ni mo liwe. Na rysunku 1.11 przedstawiono zale no wielko ci si y obci aj cej dynamicznie uk ad ruchu w obszarze stawu biodrowego i ko ci udowej w czasie jednego cyklu chodu cz owieka, opracowany na podstawie istniej cych danych literaturowych i modeli zaczerpni tych z literatury, opisuj cych obci enie stawu podczas chodu [13, 62]. Jak wskazuje rysunek 1.11, warto si y obci aj cej 22 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo
Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich dynamicznie uk ad ruchu w obszarze stawu biodrowego w czasie jednego cyklu chodu cz owieka, mo e przekracza czterokrotn warto ci aru cia a cz owieka. 1.3. Z amania ko ci udowej Z amanie ko ci udowej (najd u szej ko ci w organizmie cz owieka) nale y do jednych z najpowa niejszych urazów wyst puj cych najcz ciej u osób w wieku powy ej 60 lat, szczególnie kobiet. Liczba z ama powi ksza si w wyniku wzrostu w populacji udzia u osób w wieku podesz ym. W tej grupie wiekowej z amania s cz sto efektem pozornie drobnych urazów, podczas gdy wzrost liczby z ama ko ci udowej u ludzi m odych spowodowany jest najcz ciej powa nymi urazami, w efekcie wypadków komunikacyjnych lub uprawiania sportu [25, 28, 70]. Z amania górnego odcinka ko ci udowej obejmuj : z amanie szyjki, z amania przezkr tarzowe charakteryzuj ce si czasami du fragmentacj ko ci [42, 48, 93]. Z amanie w obr bie g owy lub szyjki ko ci udowej, jest nast pstwem niewielkiego urazu w wyniku upadku, potkni cia, mocnego nadepni cia. Ryzyko z amania jest wi ksze u osób starszych, cz ciej u kobiet. Czynnikami ryzyka s : osteoporoza, przerzuty nowotworowe, choroby uk adu nerwowego, wtórna nadczynno przytarczyc w przebiegu zaawansowanej niewydolno ci nerek. Do z amania trzonu ko ci udowej dochodzi zwykle przy wypadkach komunikacyjnych lub sportowych. Z amania trzonu ko ci udowej obejmuj : z amanie wielood amowe, sko ne z amanie spiralne. Z amania obwodowego ko ca ko ci udowej powstaj najcz ciej w wyniku wypadków, którym towarzyszy: uraz bezpo redni, np. silne uderzenie boczne powoduj ce z amanie dwu- lub wielood amowe, najcz ciej w wypadkach komunikacyjnych; uraz po redni skr tny w efekcie dzia ania momentu skr caj cego od piszczeli i stopy przez staw kolanowy; najcz ciej ma miejsce w czasie upadków podczas aktywno ci sportowej; do takiego urazu dochodzi np. podczas upadków narciarskich, gdzie du a si a skr caj ca, poprzez d wigni (któr jest narta), skr ca ko a do z amania; dochodzi wtedy do z amania spiralnego, które tworzy dwa bardzo ostre od amy. 1. Ogólna charakterystyka budowy i z ama ko ci d ugich 23
Open Access Library Volume 11 (17) 2012 Rysunek 1.12. Z amania trzonu podudzia do stabilizacji ródszpikowej Rysunek 1.13. Z amania w obr bie g owy lub szyjki do stabilizacji ródszpikowej 24 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo
Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich Z amania obwodowego ko ca ko ci udowej mog by : pozastawowe, ródstawowe. W ród licznych rodzajów z ama ko ci do wa niejszych mo na zaliczy (rys. 1.12 i 1.13) [84-87]: zupe ne (ci g o ko ci przerwana na ca ym jej przekroju poprzecznym), cz ciowe (ci g o ko ci przerwana na cz ci jej przekroju poprzecznego), z amanie wielood amowe (ko z amana na wi cej ni dwa fragmenty), z amanie zaklinowane (z amane fragmenty wgniecione w siebie), z amanie patologiczne (z amanie ko ci os abionej lub uszkodzonej wcze niej w wyniku zmian patologicznych, cz sto spowodowane dodatkowym niewielkim urazem). 1. Ogólna charakterystyka budowy i z ama ko ci d ugich 25
2. Przegl d implantów stosowanych do osteosyntezy ródszpikowej ko ci d ugich 2.1. Osteosynteza ko ci d ugich Open Access Library Volume 11 (17) 2012 Zastosowanie osi gni z ró norodnych obszarów nauk technicznych staje si coraz bardziej potrzebne w leczeniu, a implantologia jest jedn z dziedzin medycyny, w której osi gni cia w zakresie konstrukcji, technologii i nauki o materia ach s wykorzystywane powszechnie. Przewidywanie skutków wprowadzania do organizmu cz owieka obcych cia jakimi s implanty wymaga licznych analiz wp ywu na reakcje organizmu ludzkiego ich cech konstrukcyjnych i w asno ci materia owych, takich jak: ich cech geometrycznych, w asno ci mechanicznych elementów i tworzonych z nich uk adów biomechanicznych, oraz napr e. Skutecznym sposobem leczenia zaawansowanych chorób zwyrodnieniowych i uszkodze np. ko czyny dolnej, stawów: biodrowego, kolanowego, skokowego jest osteosynteza, czyli operacyjne wszczepianie czasowe lub na sta e w miejsce chorobowo zmienionej lub zniszczonej tkanki elementu lub zespo u elementów metalicznych, ceramicznych, polimerowych, lub kompozytowych w celu poprawy dzia ania chorego lub uszkodzonego narz du [37]. W efekcie zabiegu zostaje przywrócona w leczonym obszarze ruchomo i kontrola mi niowa decyduj ce o u yteczno ci statycznej i dynamicznej organu. W obszarze chirurgii kostnej jedn z technik operacyjnego leczenia z ama i nieprawid owo ci zrostu ko ci d ugich ko ci ko czyny górnej i dolnej jest osteosynteza ródszpikowa (osteon ko, synthesis zestawienie) czyli proces operacyjnego zespolenia ko ci we w a ciwym ustawieniu z u yciem metalowych implantów kostnych p ytek, klamer, gwo dzi, wkr tów lub aparatów [33]. W efekcie osteosyntezy ródszpikowej powstaje mo liwo przenoszenia przez stabilizuj cy implant si wyst puj cych w czasie codziennej aktywno ci ruchowej pacjenta w okresie do wyleczenia ko ci. Dzi ki w a ciwej stabilizacji uszkodzonej ko ci nie jest konieczne unieruchomienie jej opatrunkiem gipsowym, mo liwe jest skrócenie hospitalizacji i szybki powrót do sprawno ci ruchowej chorego [82, 85, 94]. Gwo dziowanie ródszpikowe, jako szeroko rozpowszechniona i uniwersalna technika stabilizacji z ama ko ci i metoda terapeutyczna jest systematycznie rozwijana i modyfikowana 26 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo
Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich w czo owych o rodkach ortopedycznych na wiecie. Nadal jednak poszukiwana jest konstrukcja gwo dzia ródszpikowego, który przy atwej technice implantacji eliminowa lub istotnie ogranicza ryzyko powik a pooperacyjnych. 2.2. Rozwój konstrukcji implantów ródszpikowych stosowanych w osteosyntezie ko ci udowej Leczenie zachowawcze za pomoc wyci gu szkieletowego coraz cz ciej ust puje operacyjnemu leczeniu z ama metod DHS (j.ang.: Dynanmic Hip Screw) rubo-p ytki ze lizgowej lub zespolenia ródszpikowego, np. gwo dziem Gamma lub pr tem Endera. Jednym z warunków prawid owego zrostu z amania i przywrócenia sprawno ci uszkodzonej cz ci cia a jest skuteczna stabilizacja z amania, która cz sto wymaga zespolenia ko ci i prawid owego jej ustawienia za pomoc sztywnych elementów cz cych, w postaci rub, gwo dzi lub aparatów zewn trznych stosowanych do unieruchomienia nastawionych od amów kostnych, do czasu powstania zrostu [7, 8, 9, 14, 47, 85]. Z amanie ko ci udowej o umiarkowanym stopniu z o ono ci nastawiane jest za pomoc gwo dzia ródszpikowego metalowego pr ta, wprowadzanego do jamy szpikowej od strony kr tarza przez naci cie w okolicy po ladka i nawiercenie ko ci wzd u jamy szpikowej, cz sto ryglowanego przez wprowadzenie rub, poprzecznie w stosunku do gwo dzia przez dodatkowe mniejsze naci cia na po ladku. Z o one wielood amowe z amania ko ci udowej zespalane s p yt i rubami wprowadzanymi przez boczne ci cie o znacznej d ugo ci i miejscowe odwarstwienie okostnej [83]. W z amaniach szyjki ko ci udowej stosuje si endoprotezy stawu biodrowego lub zespolenie za pomoc gwo dziowania. W z amaniach kr tarzowych maj zastosowanie gwo dzie, ruby i p ytki k towe. W z amaniach podkr tarzowych stosuje si gwó d z d ug p ytk k tow i specjaln rub biodrow zak adan ródszpikowo [93]. W wymienionych metodach leczenia, gwó d ródszpikowy metalowy pr t, stosowany jest do leczenia z ama g ównie ko ci d ugich w wyniku czasowego unieruchomienia od amów kostnych w kanale ródszpikowym, który jest wa nym i powszechnie stosowanym narz dziem w stabilizacji z o onych z ama ko ci udowej, piszczelowej lub ramiennej. Stabilizacja z amania ko ci d ugiej stanowi element procesu leczenia poprzedzonego dzia aniami wcze niejszego przygotowania mechanicznych elementów do stabilizacji z amania w wyniku opracowania ich konstrukcji, doboru materia ów, opracowania technologii i zalece produkcyjnych. 2. Przegl d implantów stosowanych do osteosyntezy ródszpikowej ko ci d ugich 27
Open Access Library Volume 11 (17) 2012 W obszarze zastosowa implantów ródszpikowych obserwuje si sta y rozwój, zmierzaj cy do zwi kszenia dok adno ci implantacji, skuteczno ci ryglowania i niezawodno ci cech eksploatacyjnych [53, 71]. Nadal jednak, mimo wielu lat do wiadcze, brak jest uniwersalnych rozwi za konstrukcji gwo dzi ródszpikowych zapewniaj cych idealny zrost ko ci, wobec licznych czynników decyduj cych o konstrukcji implantu i zro cie ko ci, do których zaliczy mo na: indywidualne cechy pacjenta, np. wzrost, masa cia a, wiek, p e, grupa etniczna, rodzaj z amania i stan ko ci, technik operacyjn i post powanie pooperacyjne. Te czynniki decyduj o warunkach przenoszenia obci e w czasie u ytkowania przez stabilizuj cy implant. Obecnie s produkowane oraz u ytkowane implanty bardzo zró nicowane pod wzgl dem cech konstrukcyjnych, które maj zapewni przede wszystkim wymagan sztywno, wytrzyma o, elastyczno oraz dopasowanie do ko ci. Gwo dzie chirurgiczne maj ró ne kszta ty i wymiary, zale ne od d ugo ci i wielko ci przekroju poprzecznego ko ci. Najcz ciej stosowane konstrukcje gwo dzi ródszpikowych, w zale no ci od krzywizny pod u nej, przekroju poprzecznego, rednicy i budowy, obejmuj mi dzy innymi gwo dzie pe ne, dr one, naci te ca kowicie lub cz ciowo, o ró nych przekrojach poprzecznych [12, 17]. Przekrój poprzeczny implantu mo e by zamkni ty lub otwarty w wyniku naci cia na ca ej d ugo ci [41, 53]. Najbardziej rozpowszechnionymi rozwi zaniami konstrukcyjnym gwo dzi ródszpikowych s [3, 40, 53, 54, 86]: gwó d Küntschera ostro zako czony pr t o przekroju U- lub V- zako czony otworem u atwiaj cym usuni cie, u ywany w ródszpikowym zespalaniu z ama trzonów ko ci d ugich, gwó d Rusha posiadaj cy zakrzywiony koniec stosowany do stabilizacji z ama cz ci dystalnych ko ci, gwó d Endera pr t o krzywi nie odpowiadaj cej krzywi nie kana u ródszpikowego, gwó d Nyströma pr t o kwadratowym przekroju i obieniach na bokach, nagwintowany u podstawy, stosowany do zespalania z ama szyjki ko ci udowej, gwó d Smitha-Petersena posiadaj cy centralny kana na drut Kirschnera i trzy pod u ne listwy na kraw dziach rozmieszczonych co 120 do zespalania z ama szyjki ko ci udowej, 28 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo
Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich gwó d Steinmanna pr t jednostronnie zaostrzony, wprowadzany w kierunku poprzecznym nast pnie czony z ramionami klamry wyci gowej, gwó d Metaizeau drut pediatryczny cechuj cy si mo liwo ci zmiany jego d ugo ci i kszta tu, stosowanym w elastycznych stabilnych zespoleniach ródszpikowych. Najstarsze konstrukcje gwo dzi ródszpikowych by y proste, co utrudnia o dopasowanie do zespalanej ko ci i sta o si przyczyn wprowadzenia krzywizny profilu implantu, zgodnie z anatomi ko ci, cho do dzi, nawet w najnowocze niejszych rozwi zaniach implantów udowych, jest ona nadal mniejsza ni krzywizna naturalnej ko ci. Taki brak odzwierciedlenia rzeczywisto ci powoduje nieco gorsze dopasowanie wewn trz kana u szpikowego, ale za to zdecydowanie poprawia stabilizacj gwo dzia, dzi ki zwi kszonemu dociskowi i tarciu implantów nieryglowanych [30, 41]. Klasyczna konstrukcja wspó czesnego gwo dzia ródszpikowego o przekroju poprzecznym w kszta cie litery V zosta a opracowana w latach 40. dwudziestego wieku przez Gerharda Küntschera. Przekrój gwo dzia umo liwia jego odkszta cenie poprzeczne i lepsze dopasowanie do kana u szpikowego, co ze wzgl du na jego prostoliniowy kszta t mia o istotne znaczenie. Cechy geometryczne przekroju poprzecznego gwo dzia ródszpikowego podlega y licznym modyfikacjom zmierzaj cym do zwi kszenia wytrzyma o ci, spr ysto ci, elastyczno ci u atwiaj cej dopasowanie do ko ci oraz wp ywaj cych na u atwienie implantacji w wyniku mo liwo ci zastosowania elementów prowadz cych [29, 30, 68]. Obecnie stosowane s gwo dzie o ró nych przekrojach np.: okr g ych rurowych lub pe nych, owalnych, lub kszta cie gwiazdy lub wielok tów, oraz implantów o ma ych rednicach do zespalania ko ci z w sk jam szpikow [30, 53]. Zamkni te przekroje gwo dzi ródszpikowych zapewniaj wi ksz ich sztywno i stabilno wymiarów. Przekroje otwarte lub rozwini te powi kszaj si spojenia z ko ci, ale utrudniaj usuni cie. W ród zró nicowanych konstrukcji gwo dzi ródszpikowych nale y wyró ni nierozwiercane i rozwiercane. Do pierwszych zalicza si gwó d Küntschera o trójlistnym przekroju oraz gwo dzie wygi te dla lepszego dopasowania implantu w kanale ko ci d ugiej. Przyk ady konstrukcji nierozwiercanych gwo dzi ródszpikowych do leczenia z ama ko ci d ugich przedstawiono na rysunkach 2.1-2.5. Do grupy rozwiercanych gwo dzi zaliczy mo na otwarty gwó d Küntschera oraz inne umieszczane w rozwierconym kanale szpikowym, zapewniaj ce lepsze dopasowanie, powi kszenie rednicy gwo dzia oraz mo liwo blokowania rubami rygluj cymi (rys. 2.6, 2.7). 2. Przegl d implantów stosowanych do osteosyntezy ródszpikowej ko ci d ugich 29
Open Access Library Volume 11 (17) 2012 Rysunek 2.1. Przekroje poprzeczne stosowanych gwo dzi ródszpikowych [53] Rysunek 2.2. Prosty gwó d Küntschera [30] Rysunek 2.3. Gwó d Rusha [30] Rysunek 2.4. Gwó d Endera [30] 30 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo
Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich Rysunek 2.5. Druty Metaizeau do osteosyntezy ródszpikowej [83] Rysunek 2.6. Gwó d ródszpikowy udowy blokowany [30] Rysunek 2.7. Gwó d ródszpikowy rekonstrukcyjny [30] Stosowane s dwa sposoby blokowania gwo dzi ródszpikowych: dynamiczne i statyczne. Blokowanie dynamiczne z ama stabilnych jest efektem zablokowania implantu w cz ci proksymalnej lub dystalnej. Blokowanie statyczne z ama niestabilnych, wielopoziomowych oraz wielood amowych polega na ryglowaniu implantu w cz ci proksymalnej i dystalnej. Dynamizacja blokowania statycznego jest rekomendowana dopiero po paru tygodniach od stabilizacji, przed rozpocz ciem pe nego obci enia. Wykonywana jest w wyniku wykr cenia ruby rygluj cej proksymalnej lub dystalnej i w zaawansowanym stadium zrostu, nadaje uk adowi cechy dynamiczne [30]. Te tradycyjnie stosowane gwo dzie ryglowane s skuteczne w leczeniu z ama ko ci udowej na odcinku od 10 mm poni ej kr tarza mniejszego a do 100 mm powy ej powierzchni stawu kolanowego. W przypadku z ama powy ej kr tarza mniejszego i okolicy k ykci ko ci udowej, nie gwarantuj kompletnej stabilizacji uk adu. 2. Przegl d implantów stosowanych do osteosyntezy ródszpikowej ko ci d ugich 31
Open Access Library Volume 11 (17) 2012 Rysunek 2.8. Gwó d Gamma [30] Wi kszo stosowanych gwo dzi posiada otwory do proksymalnego blokowania za pomoc rub wprowadzanych sko nie (130 ). W z amaniach podkr tarzowych, ten rodzaj stabilizacji nie daje mo liwo ci wykorzystania zjawiska ze lizgu. Zaawansowane rozwi zania gwo dzi maj szersz cz proksymaln w celu przeprowadzenia przez ni ruby ze lizgowej do szyjki. Zmniejsza to mo liwo uszkodzenia gwo dzia lub ruby i przenoszenia obci e przez od amy, a tak e wp ywa na przyspieszenie procesu zrostu kostnego [6, 30]. Po czeniem u yteczno ci ruby ze lizgowej i blokowania dystalnego cechuje si tzw. gwó d Gamma (rys. 2.8). Zastosowanie implantów ródszpikowych w alloplastyce ko ci udowej umo liwia bardziej równomierny rozk ad si ni w przypadku stabilizacji p ytowej [52]. Kryteria, jakie maj spe nia implanty ródszpikowe s efektem: cech geometrycznych kana u ródszpikowego charakteryzuj cego si owalnym przekrojem o zmiennej powierzchni oraz brakiem prostoliniowo ci na d ugo ci, konieczno ci przenoszenia znacznych i zmiennych w czasie obci e, pracy w rodowisku tkanek. Konstrukcja i materia implantu ródszpikowego uwarunkowane s nie tylko jego w asno- ciami operacyjnymi, ale tak e wielko ci maksymalnych obci e tego elementu w czasie zwyk ej, ale i ekstremalnej, aktywno ci ruchowej cz owieka. Zastosowania nowoczesnych tworzyw konstrukcyjnych zapewniaj ce osi gni cie wysokich w asno ci mechanicznych, umo liwi o zmniejszenie powierzchni przekroju poprzecznego i masy gwo dzia ródszpikowego. 32 J. Nowacki, L.A. Dobrza ski, F. Gustavo
Implanty ródszpikowe w osteosyntezie ko ci d ugich Gwó d ródszpikowy stosowany w osteosyntezie ko ci udowej musi spe nia wymagania dotycz ce: wymiarów i cech geometrycznych: optymalne dopasowanie do krzywizny i owalnego przekroju kana u szpikowego o zmniejszonym przekroju w jego cz ci rodkowej; implant ródszpikowy do stabilizacji z ama ko ci udowej stanowi pr t o przekroju zgodnym z wymiarami przekroju kana u ródszpikowego ( rednica sta a lub zmienna 8,5-15 mm), d ugo ci 260-500 mm, cz ci prostoliniowej o d ugo ci oko o 70 mm i pozosta ej cz ci wygi tej o promieniu 2000-2500 mm; ryglowany gwó d ródszpikowy wyposa ony jest w poprzeczne otwory, najcz ciej 2-3 proksymalne oraz 3-4 dystalne lub obszary wype nione tworzywem polimerowym, co umo liwia przewiercenie i zablokowanie go w ko ci; ruby blokuj ce w odcinku proksymalnym s wprowadzone sko nie lub prostopadle do osi implantu, a w odcinku dystalnym prostopadle; w niektórych konstrukcjach gwo dzi ródszpikowych stosowany jest dodatkowy pod u ny otwór, do którego wprowadzana jest ruba blokuj ca, naciskana od góry przez rub ciskaj c, co umo liwia poosiowe przemieszczanie si od amów [41, 53]; w asno ci mechanicznych: du a granica plastyczno ci; du a wytrzyma o na zginanie; oraz du a wytrzyma o zm czeniowa; biozgodno ci: brakiem reakcji tworzywa, z którego zosta wykonany gwó d ródszpikowy a otaczaj c tkank, w tym brakiem ostrych lub przewlek ych reakcji lub stanu zapalnego hamuj cych procesy zrostu; brakiem ostrych lub przewlek ych reakcji toksykologicznych i immunologicznych oraz dra nienia tkanek. W zale no ci od rodzaju oraz miejsca z amania ko ci, wykorzystywane s ró ne gwo dzie ródszpikowe [12, 53, 68] (rys. 2.9, tabl. 2.1-2.3). Istnieje wiele szczegó owych rozwi za konstrukcyjnych implantów ródszpikowych, odró niaj cych je od pierwotnej koncepcji prostego gwo dzia Küntschera lub nadaj cych im indywidualne cechy. Nale y do nich np. zastosowanie naci cia w formie zamka w górnej 2. Przegl d implantów stosowanych do osteosyntezy ródszpikowej ko ci d ugich 33