Внедрение эндохирургии в клиническую практику значительно облегчило тяжесть многих операций для больных, однако существенно увеличило таковую для хирургов, прежде всего за счет увеличения продолжительности ряда вмешательств с продолжительным нахождением в вынужденной позе, повышением при этом тонуса мышц, что создает предпосылки к развитию заболеваний опорно-двигательного аппарата.

К числу основных профессиональных вредных факторов работы эндохирурга относят значительное нервно-эмоциональное и психическое перенапряжение, статическую нагрузку на множественные группы мышц, длительное вынужденное положение тела [1]. Все эти факторы являются синергистами, усугубляющими профессиональную вредность и приводящими к потере нетрудоспособности в тот период, когда хирург достигает вершины своего профессионального мастерства. В том числе и поэтому хирургов неслучайно относят к категории людей со льготным пенсионным обеспечением.

При исследовании профессиональных заболеваний у хирургов-онкологов в Центре Андерсона Техасского университета было выявлено, что у 90% хирургов имеются проблемы с опорно-двигательным аппаратом, проявляющиеся болями, скованностью и чувством тяжести в спине, а 28% из них были вынуждены обратиться за специализированным лечением, закончившимся у каждого шестого хирургической операцией. Для профилактики заболеваний опорно-двигательного аппарата авторы предлагают использование специальных амортизирующих ковриков под ноги [2].

Экзоскелеты достаточно широко применяются для военных и промышленных нужд, облегчая работу военнослужащих во время учений и военных действий, персонала атомных электростанций при эксплуатации специального оборудования, снятия статического напряжения при работе на конвейерах. В медицине экзоскелеты верхних конечностей используют для абилитации и реабилитации больных с верхним вялым парапарезом [3].

Пассивные экзоскелеты верхних конечностей до настоящего времени не использовались для облегчения труда медицинских работников. Выполнив подробный аналитический обзор по использованию экзоскелетов в медицине, мы не нашли аналогичных устройств, поэтому сочли необходимым сформулировать требования, предъявляемые к экзоскелетам эндохирурга, исходя из строения здоровых верхних конечностей и их функций в момент выполнения хирургических вмешательств, для чего нам потребовалось проведение анатомического анализа движений эндохирургов [4]. Считаем, что разработка устройства, облегчающего труд эндохирургов на основе использования принципов биоинженерии и снижающего для них профессиональные вредности, является актуальной задачей медицины.

Цель исследования — на основе анализа движений эндохирургов во время выполнения оперативных вмешательств определить основные клинико-анатомические требования к разработке экзоскелета.

Материал и методы

Материалом для настоящего исследования послужил анатомический и биомеханический анализ движений и поз эндохирургов и их ассистентов в момент выполнения оперативных вмешательств с использованием методов фото и видеофиксации.

Как известно, основными суставами рук, участвующими в базовых движениях при выполнении эндохирургических манипуляций, являются плечевой, локтевой, лучезапястный, а также пястно-фаланговые и межфаланговые сочленения. При этом три последних, являющиеся дистальными на верхних конечностях, не нуждаются в специальной поддержке и не могут быть заключенными в аппарат. Результаты анализа амплитуды и характера движений эндохирургов при выполнении оперативных вмешательств представлены в таблице.

Примечание.* Исходное положение кисти в физиологическом состоянии полной пронации, движения в межфаланговых и пястно-фаланговых суставах не рассматривались, как не имеющие отношения к разрабатываемой конструкции.

Было выявлено, что амплитуда движений и осанка эндохирургов во время операций напрямую зависят от ряда факторов:

— особенности оперативного доступа;

— положение хирургов за операционным столом;

— угла между эндохирургическими манипуляторами и телом больного;

— соотношение роста хирургов и высоты операционного стола;

— симметричность положения рук во время выполнения операций;

— равномерность распределения нагрузки при опоре на ноги.

Косвенно позиция эндохирургов зависит от степени освоения мануальных навыков и сложившегося стереотипа работы.

Результаты и обсуждение

Клинико-анатомический анализ осанки показал ряд наиболее часто встречающихся позиций эндохирургов за операционным столом, которые удобнее рассматривать в сагиттальной и фронтальной плоскостях. Ортотопическая позиция эндохирургов предусматривает прямую спину, прямое надплечье, развернутую грудь, равную опору на обе ноги, близость к оперативному доступу, согнутые в локтевых суставах руки под углом 110—120° при отведении рук не более 15° (чаще приведены к туловищу), сгибание-разгибание в плечелопаточном сочлении по 20°, положение манипуляторов под острым углом к телу больного, кисти хирургов находятся на уровне ниже пупка (рис. 1). Межпозвонковые диски при этом подвергаются осевой компрессии с равномерным распределением давления пульпозного ядра к краям диска. Отдельные группы мышц туловища и нижних конечностей не испытывают чрезмерной нагрузки. Ортотопическая позиция эндохирургов наиболее физиологична, однако в большинстве случаев невыполнима.

Вынужденная позиция эндохирургов с наклоном вперед предусматривает сгибание позвоночника в грудном отделе с увеличением грудного кифоза, отведение надплечья вперед, впалую грудь, равную опору на обе ноги, отдаленность от оперативного доступа, согнутые в локтевых суставах руки под углом 80—110°, отведение рук более 30°, сгибание в плечелопаточном сочлении 20—30°, положение манипуляторов под углом, близком к прямому по отношению к телу больного, кисти хирургов находятся на уровне пояса или выше него (рис. 2). Межпозвонковые диски при этом подвергаются неравномерной компрессии в переднем отделе и устремлении пульпозного ядра в задний отдел. Остистые, ягодичные, седалищно-бедренные мышцы и мышцы задних групп бедра и голени подвергаются чрезмерному тоническому сокращению, приводящему к их быстрому утомлению и болезненным мышечным ощущениям. Мышцы живота, наоборот, находятся в расслабленном состоянии, позволяя животу выдаваться вперед и ниже пояса. Стремление постоянно держать в поле зрения зону операции на мониторе приводит к запрокидыванию головы в шейном отделе (шейному гиперлордозу) и/или закатыванию глазных яблок вверх (взгляд исподлобья). Руки эндохирургов, не имеющие опоры, передают избыточную статическую нагрузку на поясничный и грудной отделы позвоночника. Такое суставное нарушение создает предпосылки к возникновению артроза позвоночника на большом протяжении.

Вынужденная позиция эндохирургов с гиперэкстензией позвоночника чаще всего возникает вследствие смены предыдущей позиции как компенсирующая чрезмерную нагрузку на отдельные группы мышц и предусматривает сгибание позвоночника в поясничном отделе с увеличением поясничного лордоза, отведение надплечья назад, развернутую грудь, равную опору на обе ноги, отдаленность от оперативного доступа, согнутые в локтевых суставах руки под углом 110—140°, отведение рук не более 20°, сгибание в плечелопаточном сочлении 30—40°, положение манипуляторов под углом, близком к прямому по отношению к телу больного, кисти хирургов находятся выше (рис. 3). Межпозвонковые диски при этом подвергаются неравномерной компрессии в заднем отделе, создавая предпосылки к выходу межпозвонковых грыж и ущемлению дисков. Длинные мышцы спины, мышцы живота и мышцы передней группы бедра подвергаются чрезмерной нагрузке, приводящей к их утомлению и болезненным мышечным ощущениям. Стремление постоянно держать в поле зрения зону операции на мониторе приводит к уменьшению шейного лордоза. Руки эндохирургов, не имеющие опоры, передают избыточную статическую нагрузку на поясничный и грудной отделы позвоночника.

Первые три позиции касаются сагиттальной плоскости, используются эндохирургами при относительно симметричном положении рук и равномерном распределении нагрузки на обе конечности, что не всегда возможно, заставляя принимать нефизиологичную и неудобную для себя позицию, однако позволяющую в полном объеме осуществлять необходимые манипуляции (рис. 4).

Ортотопическая позиция эндохирургов во фронтальной плоскости предусматривает одинаковую опору на обе ноги, прямую спину с горизонтальным положением линий надплечья (проходит через ключично-акромиальное сочленение) и таза (проходит через малый размер ромба Михаэлиса), руки согнуты в локтевых суставах под углом 110—70°, при отведении — 30—60°; линия, проведенная между локтевыми отростками, параллельна линиям надплечья и таза; мышечные натяжители расположены симметрично и равномерно распределяют свои усилия на верхний и нижний отделы позвоночника, взаимно уравновешивая друг друга (рис. 5). Межпозвонковые диски при этом подвергаются осевой компрессии с равномерным распределением давления пульпозного ядра к краям диска.

Вынужденная позиция эндохирургов с наклонами во фронтальной плоскости предусматривает перенос опоры на одну ногу (правую при наклоне вправо и левую при наклоне влево), изгибание позвоночника с наклоненными под углом к горизонту линиями надплечья и таза, руки согнуты в локтевых суставах под углом 70—110°, при отведении рук до 100° (меньший угол наблюдается на стороне наклона); линия, проведенная между локтевыми отростками, как правило, находится под углом к горизонту и зачастую не параллельна линиям надплечья и таза; мышечные натяжители расположены асимметрично и неравномерно распределяют свои усилия на верхний и нижний отделы позвоночника, вызывая сколиотические искривления вправо или влево от своей оси (рис. 6). Межпозвонковые диски при этом подвергаются осевой и угловой компрессии с неравномерным распределением давления пульпозных ядер к краям дисков.

На протяжении достаточно долгого времени во время рабочего дня позвоночник хирурга подвергается серьезному воздействию. Так, у человека массой тела 80 кг масса головы составляет около 3 кг, верхних конечностей — 14 кг, туловища — 30 кг. Если предположить, что на уровне крестца позвоночник несет ²/₃ массы туловища (около 20 кг), то путем сложения мы получим давление 37 кг, что составит почти половину массы тела. При этом давление на межпозвоночные диски может зависеть от тонуса мышц позвоночника, которые поддерживают его в состоянии покоя, регулируясь экстрапирамидальной системой. При любой дополнительной нагрузке, связанной с избыточной массой тела, длительными и неудобными статичными позами, держании дополнительных инструментов, становится ясно, что диски в поясничном отделе и на уровне крестца у эндохирургов подвергаются регулярному воздействию сил, которые превышают их резистентность, особенно в зрелом и пожилом возрасте. Поэтому диски не могут восстановить свою исходную толщину даже после снятия нагрузки, приводя к целому ряду нарушений опорно-двигательного аппарата.

Заключение

Руки эндохирургов, не имеющие опоры во время операции, передают длительную избыточную статическую нагрузку на поясничный и грудной отделы позвоночника. Следовательно, для оптимальной работы эндохирургов требуется разгрузка рук и спины, что реально сделать, используя экзоскелет верхних конечностей, отвечающий следующим клинико-анатомическим требованиям: быть безопасным для здоровья хирургов и пациентов; иметь возможность опоры на локоть; поддерживать руки в состоянии «невесомости»; не ограничивать объем движений хирургов в основных суставах, особенно в суставах кисти; поддерживать спину с прямой позиции, препятствуя наклону туловища вперед; быть легким и прочным; быть независимым от источников питания или не требовать таковых; не ограничивать передвижений хирургов в операционной и не иметь заданной траектории движений; иметь возможность адаптации (регулировки) под размеры тела; иметь возможность стерилизации и/или нахождения под стерильным халатом; быть доступным по цене для массового потребителя; не влиять на работу электронного и оптического оборудования; иметь возможность замены элементов конструкции по мере износа и включения дополнительных опций (модульный принцип); иметь мобильную версию, размещенную на несущем жакете, и стационарную, размещенную на рабочем месте эндохирургов; иметь возможность комбинирования с устройством для разгрузки ног; быть независимым от зарубежных комплектующих.

Имеющийся опыт разработки и внедрения пассивного экзоскелета верхних конечностей («ЭКЗАР») для больных с верхним вялым пара/монопарезом позволил нам разработать, запатентовать, выпустить экспериментальный образец и апробировать в клинике экзоскелет эндохирурга, отвечающий всем указанным требованиям. Разработанный нами экзоскелет назван REX-S (роботизированный экзоскелет хирургический) и не имеет отечественных и зарубежных аналогов.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — А.А. Воробьев

Сбор и обработка материала — Ф.А. Андрющенко

Написание текста — И.В. Михин, А.В. Китаева

Редактирование — А.Г. Бебуришвили

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.