Металлоконструкции из материала с эффектом запоминания формы для остеосинтеза и стабилизации грудино-реберного комплекса

11 Сентября в 10:23 1441 0


В последние 10-15 лет в травматологии, ортопедии, нейрохирургии начали широко применяться различные виды имплантатов из материалов с ЭЗФ. В настоящее время из таких материалов для применения в медицине разрешены сплавы на основе никелида титана (зарубежное название нитинол). Этот материал представляет собой интерметаллид TiNi, получаемый сплавлением равного количества титана и никеля. Он обладает высокой коррозионной стойкостью и биологической инертностью. Главными отличительными особенностями никелида титана являются проявляемые им ЭЗФ и сверхупругость. ЭЗФ заключается в том, что изделия, охлажденные ниже определенной температуры (Мд), могут быть легко деформированы.

Эта деформация устраняется при нагреве изделия в интервале температур начала и конца восстановления (Анв, Акв). Выше температуры Акв материал проявляет сверхупругость: значительные нелинейные деформации изделия, возникающие при нагрузке, полностью устраняются при разгрузке (рис. 10).

Деформационные свойства пластин из металла «с памятью формы»
Рис. 10. Деформационные свойства пластин из металла «с памятью формы».

Сверхупругие свойства изделия из никелида титана во многом подобно таковому биологических тканей. Поэтому сплавы на основе никелида титана, в отличие от обычных конструкционных сплавов (нержавеющих сталей, титановых и кобальтовых сплавов), обладают механической совместимостью с организмом, т.е. из материала с ЭЗФ можно создавать конструкции, которые будут вести себя «под нагрузкой» аналогично биологическим тканям - костям, связкам и др.

Важной особенностью имплантатов из никелида титана является то, что, если препятствовать восстановлению исходной формы, при нагреве в них возникают реактивные напряжения, т.е., если изначально прямая пластина была после охлаждения изогнута и прикреплена с такой формой к какой-либо основе (например, к кости), то при нагреве, стремясь вернуться к исходной форме, она будет ее выпрямлять. Поэтому, имплантаты из никелида титана могут оказывать заданную компрессию или дистракцию на структуры организма.

Для успешного применения металлоконструкций из никелида титана они должны обладать строго регламентированными техническими характеристиками: температурными, деформационными, силовыми, а также высокой надежностью.

Температурные характеристики включают температуру Мд, ниже которой можно изменять форму конструкции для того, чтобы ее было удобно устанавливать, а также температуры начала (Анв) и конца (Акв) восстановления исходной формы.

К деформационным характеристикам относятся предельные величины, на которые конструкцию можно растянуть, сжать или изогнуть. Превышение этих величин может привести к неполному восстановлению исходной формы конструкции при нагреве и потере ее работоспособности.

Силовые характеристики включают усилия компрессии (дистракции), которые развивает конструкция при нагреве, и жесткость противодействия внешним нагрузкам.

Под надежностью таких конструкций, как правило, понимают способность не разрушаться и не изменять свои температурные и силовые характеристики при многократном воздействии на них циклической нагрузки (не менее 50 000 циклов).

Из-за сложной зависимости указанных характеристик от точного химического состава сплава и технологии производства изделий долгое время не удавалось обеспечить их требуемый уровень. Это зачастую приводилок трудностям их установки во время операции, а в некоторых случаях и к неблагоприятному ее исходу. Так, несоблюдение температурных характеристик могло привести либо к тому, что конструкция не возвращалась к исходной форме, либо возвращалась очень быстро, и хирург не успевал установить ее должным образом. Кроме того, требовалось применение сильных хладагентов для предварительной деформации конструкции (жидкий азот, хлорэтил и т.п.). Несоблюдение силовых характеристик также грозит либо слишком малой компрессией (дистракцией), либо опасностью разрушения конструкции и костной структуры.



В последние годы металлургия и технология производства изделий из никелида титана значительно изменились. Так, в «МАТИ-Медтех» при Российском государственном технологическом университете им. К.Э. Циолковского разработана оригинальная технология изготовления изделий из сплавов на основе никелида титана. Эта технология использовалась ЗАО «КИМПФ» для производства различных видов имплантатов с саморегулирующейся компрессией для нейрохирургии, травматологии и ортопедии. Для этих изделий характерна высокая точность (± ГС) поддержания температурных характеристик (Мд = 10°С; Акв = 27°С; Анв = 35°С). Силовые характеристики зависят от назначения имплантатов и соблюдаются с точностью до 100 Н.

Предлагаемый набор для фиксации грудино-реберного комплекса после торакопластики по поводу ВДГК также разработан на основе этой технологии, он включает в себя грудинные фиксаторы для остеосинтеза после поперечной стернотомии и опорные пластины.

Грудинные фиксаторы имеют изогнутую спинку, которая позволяет соединять фрагменты грудины под углом 60°, что необходимо при ее коррекции по поводу воронкообразности. Эти фиксаторы имеют 4 типоразмера, отличающихся диаметром проволоки, из которой они изготовлены, и длиной ножек, погружаемых в кость. Это позволяет использовать такие фиксаторы у больных различного возраста и телосложения.

Опорные пластины имеют 7 типоразмеров, отличающихся длиной и изгибом, соответствующим анатомическому строению больных различного телосложения. На концах опорных пластин имеются отверстия для того, чтобы крепить ее к ребрам.

Эти имплантаты стерилизуются всеми известными методами, кроме сухожарового шкафа.

Для охлаждения имплантатов во время операции желательно использовать стерильный физиологический раствор температуры около 0°С (температура тающего льда). Время охлаждения не менее 3 мин. Охлажденные имплантаты деформируются с помощью зажимов или иглодержателей. Грудинным фиксатором выпрямляют изогнутые ножки и разводят их до параллельности. Опорные пластины выгибают в обратную сторону относительно исходного изгиба так, чтобы можно было легко ввести в загрудинное пространство. Измененную форму имплантаты будут сохранять долго до тех пор, пока их температура не повысится до 27°С.

Для установки грудинных фиксаторов с двух сторон от линии поперечной стернотомии по шаблону с помощью шила готовят каналы. В эти каналы вставляют ножки фиксатора и вводят его до упора. При необходимости можно использовать досылатель, легким постукиванием по которому добиваются полного касания спинки фиксатора грудины.

Для того чтобы фиксаторы достаточно быстро могли развить необходимую компрессию, после установки их необходимо оросить теплым физиологическим раствором температуры 40-45°С. В этом случае компрессия развивается в течение нескольких секунд и можно сразу оценить степень стабильности соединенных фрагментов грудины. Без нагрева теплым физиологическим раствором время развития компрессии может быть более 5 мин.

Опорные пластины после установки и подшивания к ребрам нагревать теплым физиологическим раствором не нужно. В этом случае усилия конструкции, выводящие грудину в правильное положение, развиваются постепенно. Исходная форма пластины восстанавливается в течение 2-3 ч. Таким образом, меньше травмируются подлежащие ткани.

Благодаря упругости материала, из которого изготовлена пластина, стабилизация грудино-реберного комплекса является не жесткой, как в случае применения титановой пластины, а динамической. Это снимает перегрузку тканей в местах закрепления пластины при движениях грудной клетки.

При осмотре удаленных через 6 мес пластин отмечено, что их технические характеристики не изменились и отсутствуют следы какой-либо коррозии металла и изменения внешнего вида. Это позволило в нескольких случаях установить пластины повторно другим пациентам.

А.А. Вишневский, С.С. Рудаков, Н.О. Миланов
Похожие статьи
показать еще
 
Торакальная хирургия