Введение

Среди поражений голеностопного сустава и нижней трети большеберцовой кости основными заболеваниями являются: артрит, артроз, анкилоз — 59%, остеомиелит костей голени и стопы — 7%, остеопороз и редко встречающаяся вторичная гиперпаратиреоидная остеодистрофия — 8%, туберкулез — 2%, выраженные посттравматические деформации — 22%. Большую часть составляет группа артритов и артрозов различной этиологии. При этом C. Saltzman и соавт. в своем наблюдении более чем 600 пациентов отмечали, что основную группу (70%) составляли пациенты с посттравматическим остеоартритом, около 12% больных с ревматоидным артритом и до 7% — с идиопатическим [1].

Также выделяют группу больных (2%) с опухолевым поражением дистального отдела и суставного конца большеберцовой кости. Среди которых злокачественные опухоли составляют до 1%, доброкачественные опухоли и опухолеподобные заболевания до 6%, метастатические поражения — 93%. Стоит отметить, что локализации в нижней трети голени зачастую свойственно массивное поражение костной ткани при достаточно ограниченном количестве покровных мягких тканей, из-за чего очень остро встает проблема выбора хирургической операции[2].

В хирургии голеностопного сустава при грубом поражении суставных поверхностей основными операциями выбора являются: артродезирование, эндопротезирование и ампутация на уровне голени. При этом каждому их этих вариантов свойственны свои особенности [3].

Несомненно, органоуносящие операции в абсолютном большинстве приводят к инвалидизации, функциональным ограничениям и косметическим дефектам. Только одно лишь упоминание о проведении ампутации может сильно повлиять на моральное состояние пациента, приводя к мысли о статусе инвалида и глубокой депрессии и требуя привлечения помощи медицинского психолога. Основными осложнениями после проведения ампутации на уровне голени являются лигатурные свищи и концевой остеомиелит резецированной кости. Длительное неэффективное консервативное лечение побуждает принимать решение о реампутации, что в свою очередь продлевает формирование функциональной культи и затягивает начало реабилитационных мероприятий, приводя к формированию сгибательной контрактуры коленного сустава. Подобные осложнения крайне негативно сказываются на функциональном и косметическом результате протезирования и качестве жизни пациентов [4].

Наиболее распространенным методом хирургического лечения патологии голеностопного сустава является артродезирование. Дешевизна и общедоступность такого рода вмешательства дополняются купированием болевого синдрома у больных с артрозом II и III стадии наряду с сопутствующими заболеваниями, когда эндопротезирование просто невыполнимо ввиду противопоказаний или заведомо прогнозировано неудовлетворительным функциональным исходом [5, 6]. Большое количество вариаций артродеза голеностопного сочленения с использованием различных металлофиксаторов и их комбинаций лишь расширяет показания к проведению артродезирования, преимущественно во многих развивающихся странах, в том числе в России. При этом сводные показатели после перенесенного артродеза демонстрируют случаи: несращения переломов — 13,7%, нарушения оси конечности — 6,3%, инфекционных осложнений — 6,1%, ревизионных вмешательств — 10,3% [7].

Перспективной операцией как с биоинженерной, так и с клинической точки зрения с сохранением движений в голеностопном суставе является эндопротезирование. Однако сложная биомеханика, чрезвычайно высокие кратковременные экстремальные механические нагрузки, анатомические особенности строения голеностопного сустава предъявляют самые высокие требования к конструкции эндопротеза [8].

В настоящее время среди инженеров-конструкторов существуют разногласия в выборе материалов для изготовления эндопротезов и конструкции имплантов. Отдельно остается нерешенным вопрос подбора оптимальных материалов пары трения суставных поверхностей, а также методики установки [9]. Когда речь идет о протезировании с необходимостью сегментарной резекции большеберцовой кости, ситуация усугубляется полным рассечением удерживателей сухожилий, удалением блока мягких тканей, утратой капсульно-связочного аппарата, отсутствием дистального отдела большеберцовой, а зачастую и малоберцовой кости и, как следствие, отсутствие точек прикрепления связок создает большие реконструктивные проблемы для врачей-ортопедов. Частыми осложнениями при эндопротезировании голеностопного сустава являются случаи: нестабильности компонентов эндопротеза (причем почти в 100% нестабильность обусловлена ненадежной фиксацией таранного компонента в губчатом веществе кости); перипротезной инфекции, в основном вызванной метициллин-резистентным золотистым стафилококком (MRSA); реже отмечаются ишемия и краевой некроз кожного лоскута, крайне редко — металлоз мягких тканей (воздействие на обмен веществ реципиента частиц металла имплантата). Метастазы в мягкие ткани и местный рецидив встречаются в структуре онкологических осложнений и требуют дополнительных оперативных вмешательств. При этом осложнения при реэндопротезировании встречаются в 1,2 раза чаще, чем после первичной артропластики [10].

Значительные трудности в проведении онкологического эндопротезирования голеностопного сустава обусловлены проблемой создания оптимальной конструкции протеза, во-первых, позволяющего выдерживать значительные, зачастую чрезмерные, разнонаправленные нагрузки, во-вторых, имеющего надежный тип фиксации к костной ткани, в-третьих, имеющего компактные размеры для полноценного укрытия местными мягкими тканями без натяжения.

Цель исследования — оценить ближайшие результаты использования разработанного эндопротеза голеностопного сустава на клиническом примере лечения грубой посттравматической деформации дистального отдела большеберцовой кости.

Материал и методы

Данная работа выполнена в условиях Федерального государственного бюджетного общеобразовательного учреждения высшего образования «Самарский государственный медицинский универститет» Минздрава России (ФГБОУ ВО СамГМУ Минздрава России) и была одобрена локальным Этическим комитетом при ФГБОУ ВО СамГМУ Минздрава России, протокол №241 от 01.12.21.

Коллективом авторов врачей — травматологов-ортопедов, врачей-онкологов совместно с сотрудниками отдела проектирования биомеханических конструкций НИИ бионики и персонифицированной медицины СамГМУ была разработана оригинальная конструкция эндопротеза голеностопного сустава отечественного производства. При проектировании опирались на современные зарубежные аналоги классических и онкологических моделей протезов голеностопного сустава, учитывая их особенности и недостатки.

В разработке конструкции мы применили концепцию комплексного подхода: не только клинического анализа проведенных ранее оперативных вмешательств, но и экспериментальных, биомеханических и кинематических тестов. Проведена обширная работа по подбору материалов, используемых при производстве компонентов протеза. Экспериментальная часть работы выполнена в центре клинических испытаний СамГМУ, была направлена на проверку к цитотоксичности и биологической совместимости каждого из применяемых образцов материалов с организмом человека на мезенхимальных стромальных клетках костного мозга. Предложенная конструкция эндопротеза тщательно прорабатывалась конструкторами в программе Ansys.

На основании персонифицированного прочностного анализа элементов голеностопного сустава произведен расчет оптимального среза таранной кости с минимально возможной толщиной таранного компонента, сохранив при этом радиус скольжения суставного хряща таранной кости (рис. 1). Анализ усилий и их векторов, возникающих в голеностопном суставе при выполнении движений, включающих также критические углы, приводящие к вывиху, совместно с конечно-элементным анализом позволил установить величину уклона и форму боковых выступов таранного компонента [11]. На разработанную конструкцию протеза голеностопного сустава получен патент РФ на полезную модель [12].

Рис. 1. Расчет оптимального среза таранной кости с сохранением радиуса кривизны суставной поверхности.

Для более детальной и объективной оценки выполнена установка экспериментальной натурной 3D-модели (рис. 2) эндопротеза голеностопного сустава на кадаверном материале.

Рис. 2. 3D-модель протеза голеностопного сустава.

Кадаверные испытания на натурной модели продемонстрировали полное замещение деформации большеберцовой кости, восстановление оси конечности и воссоздание протезируемого сочленения, укрытие мягкими тканями и кожей без натяжения (рис. 3). При проверке объема движений в голеностопном суставе на кадаверном материале, учитывая стадию трупного окоченения: тыльное сгибание 15°, подошвенное сгибание 20°.

Рис. 3. Установленная экспериментальная 3D-модель протеза голеностопного сустава на кадаверном материале.

Клинический пример: в отделение травматологии и ортопедии №2 Клиники СамГМУ поступил пациент П., 1976 года рождения, с диагнозом: закрытый застарелый неправильно сросшийся многооскольчатый внутрисуставной перелом костей левой голени в нижней трети с подвывихом стопы кнутри. Варусная контрактура голеностопного сустава. Синдром Зудека—Турнера (рис. 4, 5).

Рис. 4. Общий вид левой голени пациента П.

Варусная контрактура голеностопного сустава. Синдром Зудека—Турнера.

Рис. 5. Рентгенограмма левой голени в 2 проекциях до операции.

Учитывая молодой возраст пациента, активный повседневный и трудовой образ жизни, категорический отказ больного от предложенной операции артродезирования, принято коллегиальное решение о выполнении эндопротезирования левого голеностопного сустава индивудуальным эндопротезом разработанной конструкции (Согласно Федеральному закону «Об основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации» от 21.11.11 №323-ФЗ, Статья 38. Медицинские изделия, пункт 5).

Оперативное вмешательство выполняли по следующему алгоритму: после рассечения кожи и мягких тканей, рассечения верхнего и нижнего удерживателей разгибателей сухожилий передняя большеберцовая мышца, длинный разгибатель пальцев стопы, длинный разгибатель I пальца стопы выделены и отведены медиально. Визуализировали и выделяли на необходимом протяжении нижний отдел большеберцовой кости с отсечением от нее межкостной перепонки, дельтовидной связки и капсулы сустава. Выполняли остеотомию большеберцовой кости сагиттальной пилой на необходимом уровне с целью устранения деформации, при этом сохраняя малоберцовую кость и латеральную лодыжку. Острым путем отделяли заднюю группу мышц голени: длинный сгибатель I пальца стопы вместе с камбаловидной и икроножной мышцами. Вывихивание и удаление дистального сегмента большеберцовой кости позволили полностью открыть и осуществить свободный доступ к телу и суставной поверхности таранной кости. Устанавливали кондуктор на ногу, на который дополнительно фиксировали шаблон для резекции таранной кости. Выполняли шаблонную резекцию таранной кости с формированием поперечного желоба (рис. 6).

Рис. 6. Этапы операции. Резекция таранной и большеберцовой костей, подготовка к установке компонентов эндопротеза.

Таранный компонент с двумя выступами, препятствующими миграции, фиксировали 3 спонгиозными винтами к таранной кости. После удаления кондуктора вкладыш защелкивали в корпусе большеберцового компонента за счет клипс-защелок. Устанавливали корпус большеберцового компонента с вкладышем на таранный компонент, соединяя сочленяющиеся поверхности продольным направляющим пазом. Затем, после подготовки костно-мозгового канала, имплантировали интрамедуллярную ножку безцементной фиксации вместе с верхней частью большеберцового компонента, устанавливали на направляющие штифты и фиксировали винтами к корпусу большеберцового компонента, соединяя все компоненты эндопротеза непосредственно в ране, что особенно важно ввиду ограниченного операционного пространства (рис. 7).

Рис. 7. Этапы операции. Установка компонентов эндопротеза.

При интраоперационной проверке объема пассивных движений в протезируемом сочленении голеностопного сустава: тыльное сгибание 25°, подошвенное сгибание 35°. При ушивании послеоперационной раны было отмечено натяжение кожи, которое удалось компенсировать ротационным кожным лоскутом с медиальной поверхности голени с послабляющими разрезами (рис. 8).

Рис. 8. Этапы операции. Общий вид послеоперационной раны конечности.

Конечность иммобилизировали гипсовой лонгетой по задней поверхности от кончиков пальцев до верхней трети левой голени. В послеоперационном периоде проводилась необходимая посиндромная консервативная терапия, физиотерапевтические процедуры с противоотечной целью, сеансы гипербарической оксигенации.

На контрольной рентгенограмме (рис. 9), выполненной на 2-е сутки после операции, отмечали восстановление длины и оси конечности, правильное положение компонентов эндопротеза, плотное прилегание к резецированным участкам кости, центральное расположение интрамедуллярной ножки в костно-мозговом канале большеберцовой кости. Винты таранного компонента за пределы кости не выходили.

Рис. 9. Рентгенограмма в двух проекциях. Состояние после эндопротезировани голеностопного сустава.

На 4-е сутки после операции был выявлен краевой некроз кожного лоскута (рис. 10) и принято решение об иссечении некротизированного участка кожи с одномоментным замещением дефекта суральным кожно-фасциальным лоскутом. Выполнено иссечение неротизированного участка кожного лоскута размером около 7×5 см. Круговой разрез кожи с выделением лоскута 7×5 см выполнен по задней поверхности средней трети правой голени с дополнительным линейным разрезом для выделения сосудистой ножки. Деликатной диссекцией у проксимального края лоскута выделены n. suralis и v. saphena parva, перевязаны и пересечены. Последовательно выделен и мобилизован икроножный кожно-фасциальный лоскут на питающей ножке. Лоскут проведен в подкожном тоннеле в медиальную сторону и уложен в пострезекционный дефект. Лоскут подшит узловыми швами (рис. 11). Донорская зона укрыта дерматомным лоскутом. При проверке сурального лоскута симптом «белого пятна» и кровяной росы положительный. Окончательный вид больного — на рис. 12.

Рис. 10. Общий вид конечности, 4-е сутки после операции. Краевой некроз лоскута.

Рис. 11. Этапы операции. Удаление некротизированного лоскута кожи.

Замещение дефекта суральным лоскутом на осевом кровоснабжении.

Рис. 12. Общий вид конечности, 28-е сутки после операции.

Результаты

При оценке функционального состояния прооперированной конечности использовали адаптированный вариант шкалы оценки состояния стопы и голеностопного сустава Американской ассоциации ортопедов стопы и голеностопного сустава (AOFAS clinical rating systems) [13]. По шкале AOFAS оцениваются: болевой синдром, объем движений и стабильность плюснефаланговых и межфаланговых суставов, опороспособность стопы по плоской поверхности. Максимальным значением для выраженности болевого синдрома являются 40 баллов, 45 баллов выделяются для оценки функции и 15 баллов — опороспособности. Эталонный результат может быть приравнен к 100 баллам, что будет соответствовать абсолютному отсутствию боли, полному объему движений и устойчивости в суставах стопы, хорошей опороспособности стопы и отсутствию ограничений в ношении обуви пациентом. Отличным считается результат от 95 до 100 баллов, хорошим — от 75 до 94 баллов, удовлетворительным — от 51 до 74 баллов. Результат в нашем клиническом случае по шкале AOFAS составил 75 баллов. Через 4 нед после операции: пациента изредка беспокоили умеренные боли, рана зажила первичным натяжением. Амплитуда активных движений в голеностопном суставе составила: тыльное сгибание 20°, подошвенное сгибание 30°. Периферическая пульсация и чувствительность сохранены. Отмечается выпадение кожной чувствительности по тыльной поверхности стопы вследствие забора сурального лоскута. Пациент встает, стоит и передвигается при помощи костылей с дозированной (до 30—40% от массы тела) нагрузкой на ногу.

Обсуждение

В результате междисциплинарных исследований, межотраслевых взаимодействий на базе СамГМУ впервые в РФ был разработан и изготовлен эндопротез голеностопного сустава связанного типа. Эндопротез создан полностью на отечественной сырьевой базе. В проектировании и производстве эндопротеза были использованы самые передовые разработки СамГМУ, в том числе слоистые биосовместимые покрытия на основе циркония и оксида циркония. Данный протез является условно-связанным, так как в нем присутствуют практически все степени свободы здорового сустава, но с ограничителями во всех плоскостях. Эта концепция была применена специально, на основании анализа кинематики, биомеханики и клинической анатомии голеностопного сустава.

Появление асептического некроза кожного лоскута в раннем послеоперационном периоде соответствует общей статистике при протезировании голеностопного сустава подобными конструкциями. Несмотря на это, в данном клиническом случае удалось добиться хорошего результата лечения (75 баллов по шкале AOFAS).

При планировании операции отдельное внимание следует уделять оценке трофического состояния кожи и мягких тканей, особенно у пациентов, перенесших травму или оперативное вмешательство в анамнезе. Для избегания проблем с укрытием эндопротеза, связанных с дефицитом мягких тканей, необходимо проводить реабилитацию и подготавливать мягкие ткани консервативными методами в предоперационном периоде.

Заключение

Таким образом, клиническое применение эндопротеза голеностопного сустава разработанной конструкции продемонстрировало простоту и легкость интраоперационной установки благодаря составной конструкции и возможности сборки непосредственно в ране.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Котельников Г.П., Колсанов А.В.

Редактирование рукописи текста — Николаенко А.Н.

Проведение операций, сбор и анализ материала, написание текста — Иванов В.В.

Проведение экспериментальных исследований, описание экспериментальной части работы — Долгушкин Д.А.

Проведение хирургических манипуляций, сбор и анализ данных — Панкратов А.С.

Клиническая курация пациента, написание текста — Дороганов С.О.

Проведение кадаверных исследований — Огурцов Д.О.

Оформление библиографии, перевод на английский язык — Стройкова А.Д.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.