Mechaniczne aspekty stabilizacji kręgosłupa szyjnego, Publikacje z Meccanica Applicata

Pobierz Mechaniczne aspekty stabilizacji kręgosłupa szyjnego i więcej Publikacje w PDF z Meccanica Applicata tylko na Docsity! SYSTEM DERO: ROZWÓJ TECHNIK OPERACYJNEGO LECZENIA KRĘGOSŁUPA 107 Romuald Będziński, Celina Pezowicz 1 Janusz Mstowski, Lechosław F. Ciupik 2 Mechaniczne aspekty stabilizacji kręgosłupa szyjnego Streszczenie: Przedstawiono kryteria i wymogi stawiane stabilizatorom szyjnym. Dokonano analizy czynników wpływających na stabilność odcinka szyjnego kręgo- słupa. Pakazano mechanizmy urazów, przyczyny powstawania i metody stabiliza- cji, dokonując porównania różnych systemów przeznaczonych do operacyjnego le- czenia kręgosłupa w odcinku szyjnym. 1 Romuald B ę d z i ń s k i , Celina P e z o w i c z, Politechnika Wrocławska. Kierownik Zakładu: Prof. dr hab. inż. R . B ę d z i ń s k i . 2 Lechosław C i u p i k, Janusz M s t o w s k i, LfC Zielona Góra, Prezes. dr inż. L . C i u p i k WSTĘP Kręgosłup u człowieka spełnia rolę pod- porową - statyczną, ruchową - dyna- miczną i ochronę dla rdzenia kręgowego. Wielokręgowa, segmentarna budowa krę- gosłupa oraz ścisłe powiązanie zadań sta- tycznych i dynamicznych powodują, że przy wszelkiego rodzaju ruchach, nagłych obciążeniach i przeciążeniach może on spełniać rolę amortyzatora, który w spo- sób płynny „wygasza” gwałtownie działa- jące siły obciążeń. To „wygaszanie” siły umożliwia wie- lokręgowa budowa kręgosłupa, a szcze- gólnie istnienie sprężystych krążków mię- dzykręgowych, jąder miażdżystych , apa- ratu więzadłowego oraz układu mięśni, szczególnie krótkich, spełniających rolę uczynionych więzadeł [6]. URAZY ODCINKA SZYJNEGO KRĘGOSŁUPA Uszkodzenia struktur odcinka szyjnego kręgosłupa może zachodzić w wyniku trzech podstawowych mechanizmów: - zgięciowe, - wyprostne (przeprostne), - zgnieceniowe. Aby pokazać złożoność problemu przedstawiono szczegółowe rozróżnienie uszkodzeń powstających w odcinku szyj- nym - tab.1. PRZECIĄŻENIE I STABILNOŚĆ 1. Ruchliwość odcinka szyjnego Największy zakres wykonywanych ruchów odbywa się w części szyjnej krę- gosłupa co wiąże się charakterystyczną budową tego odcinka W prawie wszystkich ruchach głowy oprócz stawów głowy bierze udział rów- nież cały kręgosłup szyjny, zwiększając tym samym zakres tych ruchów. Połącze- nie głowy z kręgosłupem opiera się na sześciu stawach. Tego rodzaju budowa jest korzystna zarówno dla utrwalania po- łączenia głowy z kręgosłupem i wzmocnienia równowagi głowy, jak i dla precyzji wykonywanych ruchów. 108 R. Będziński, C. Pezowicz, L. Ciupik, J. Mstowski 2. Wpływ przeciążenia na stabilności Stosunkowo duża ruchliwość odcinka szyjnego w stosunku do reszty kręgosłupa jest czynnikiem, który naraża część szyj- ną na zwiększoną urazowość. Dodatkowo możliwości różnego sposobu obciążenia tego odcinka w powiązaniu z jego możli- wościami ruchowymi sprzyja powstawa- niu uszkodzeń i zniszczeń rys.1. Tabela 1. Uszkodzenia kręgosłupa szyjnego: mechanizmy urazu [4]. Ściskanie (pionowe ściskanie) Złamanie Jeffersona Złamanie wieloodłamowe atlasu Złamanie zgnieceniowe trzonu Złamanie zmiażdżeniowe (wybuchowe) Ściskanie - zgięcie do przodu Sklinowacenie trzonu Zwichnięcie hiperzgięciowe Jednostronne przemieszczenie wyrostka Dwustronne przemieszczenie wyrostka Złamanie „kapiąca łza” Ściskanie - przeprost Złamanie tylnych elementów kręgu Rozciąganie Przemieszczenie stawu górnego Rozciąganie - przeprost Rozerwanie więzadła podłużnego przedniego Rozerwanie dysku Złamanie poprzeczne trzonu Złamanie wisielcze (złamanie kata) Złamanie „kapiąca łza” Rozciąganie - zgięcie do przodu Dwustronne przemieszczenie wyrostków Rotacja (obrót) Rotacyjne przemieszczenie stawu dolnego Ścinanie poprzeczne Przednie i tylne podwichnięcie stawu dolnego Złamanie zęba obrotnika Poprzeczne pęknięcie więzadeł Zgięcie boczne Rozerwanie rdzenia kręgowego Poprzeczny rozwój złamania e) d) Rys.1. Podstawowe ruchy kręgosłupa szyjnego: a) pozycja naturalna (swobodna), b) zgięcie do przodu, c) zgięcie do tyłu (przeprost), d) zgięcie boczne, e) rotacja - skręca- nie, [4] a ) b ) c ) Mechaniczne aspekty stabilizacji kręgosłupa szyjnego 111 przybierających kształt litery „H” - Syn- thes (rys.3c), „S” - Sofamor-Danek (rys.3d). Stabilizatory płytkowe są im- plantowane z dostępu przedniego, dlatego też często profilowane w płaszczyźnie po- przecznej dla lepszego dopasowania do kształtu anatomicznego przedniej części trzonu do której są mocowane. Stabilizatory prętowe to przede wszystkim elementy prętowe mocowane do kręgosłupa za pomocą haków lub śrub. Pręty mogą być gładkie, moletowne lub z naciętym gwintem (stabilizator śrubowy kompresyjno-dystrakcyjny - DERO-LfC, rys.4b). Implantowane są z dostępu tylne- go w związku z czym są wykorzystywane również do stabilizacji odcinka potylicz- no-szyjnego czaszki (wspornik potylicz- no-szyjny - DERO-LfC - rys.4c. Pręty do tego typu stabilizacji mają kształt przysto- sowany do mocowania w części potylicz- nej czaszki w postaci profilowanego pła- skiego wspornika mocowanego wkrętami kostnymi do, CCD Cervical - Sofamor- Danek). Ponadto do korekcji i stabilizacji szyji powstał unikatowy zestaw prętowo- hakowy M-DERO (mini-DERO) wcho- dzący w skład systemu DERO, który ba- zują na profilowanym pręcie 4 oraz la- minarnych hakach szyjnych odpowiednio do C1 i C2 mniejszych do C3-C7. Charakte- rystycznym dla zestawu jest to, że daje dodatkową możliwość mocowania hakami lub wkrętami do potylicy i łączenia cało- ści z niżej położonymi segmentami kręgo- słupa w układzie M-DERO-P-DERO- DERO. Innym rozwiązaniem jest stabilizacja (z dostępu tylnego) implantem typu ramka Luque - rys.4a. Ten prosty stabilizator przeznaczony jest do leczenia niezbyt ciężkich urazów kręgosłupa, jednakże wymagających interwencji chirurgicznej. Spotyka się także zespolenie elemen- tów tylnych kręgosłupa przy pomocy dru- tu ortopedycznego lub innych rozwiązań typu „pętlowego”. Sposób ten stanowi prostą stabilizację bez dużej ingerencji elementów metalowych w tkankę żywą. OCENA UŻYTECZNOŚCI STABILIZATORÓW KRĘGOSŁUPA SZYJNEGO Stabilizatory typu ramkowego (np. ramka Luque, Neck Frame - LfC) są im- plantami stosowanymi do wąskiej grupy urazów. Ich dużą zaletą jest na pewno prosta technika montażu i zawężona do niezbędnego minimum ilość elementów (ramka, drut ortopedyczny). Ujemną ce- chą jest ograniczenie jego zastosowania a) b) c) Rys.4. Systemy ramowe i prętowe: a) Neck Frame DERO - LfC, b) Stabilizator śrubowy kompresyjno-dystrakcyjny DERO - LfC, c) Wspornik potyliczno-szyjny DERO - LfC. 112 R. Będziński, C. Pezowicz, L. Ciupik, J. Mstowski tylko do lekkich urazów. Wadą może być także to, że przy oplataniu węziny drut przeciągany jest przez kanał kręgo- wy, a więc w pobliżu rdzenia kręgowego co może wiązać się z ryzykiem naruszenia układu nerwowego. Mocowanie drutu wokół węziny czy wyrostków kolczystych może powodować, szczególnie w trakcie ich obciążania, niekorzystne zjawisko wrzynania się drutu w kość. Tak więc sta- bilizatory ramkowe mimo dużej zalety ja- ką jest ich prostota posiadają wady, które wymagałyby wprowadzenia pewnych zmian łagodzących ich skutki. Płytkowe systemy stabilizujące dają możliwość leczenia stabilnych oraz nie- stabilnych urazów kręgosłupa szyjnego. Technika ta należy do tych nielicznych, które dają możliwość wykorzystania prze- szczepów kostnych przy leczeniu uszko- dzeń odcinak szyjnego, co przedstawia ry- sunek 5. Fragment przeszczepu kostnego mocowany jest za pomocą śrub do płytki w jej części środkowej i tak przygotowany stabilizator mocuje się do dwóch sąsied- nich, zdrowych kręgów. Dużą wadą stabilizatorów płytkowych jest obluzowanie wkrętów kostnych. Usztywnienie kręgosłupa powoduje unie- ruchomienie najczęściej 2 segmentów ru- chowych, na które składa się 6 stawów o złożonych możliwościach wielopłasz- czyznowych ruchów. Powoduje to wystą- pienie mikroruchów w miejscu zespolenia i szybkie obluzowanie implantów płytko- wych [5]. Najczęstsze przyczyny obluzowań sta- bilizatorów płytkowych to: 1.Zastosowanie zbyt krótkich lub zbyt cienkich wkrętów. 2.Przyłożenie nadmiernej siły w trakcie implantowania śrub. 3.Brak zachowania równowagi naprężeń ponieważ oteosynteza płytki nie była wykonana w jednej płaszczyźnie z po- wierzchnią trzonu kręgu. 4.Błędne zamocowanie wkrętu kostnego: w krążku międzykręgowym, bez opar- cia wkrętu na tylnej korówce trzonu, po- zostawienie przestrzeni między płytką a powierzchnią trzonu. 5.Zły stan tkanki kostnej (np. osteoporo- za). 6.Przedwczesne działanie sił na połącze- nie, które jest niedostatecznie wyleczo- ne. 7.Infekcje. 8.Przebudowa (remodeling oraz shielding) Systemy stabilizacji prętowej implan- towne z dostępu tylnego dają możliwość wykonania dystrakcji i kompresji, czego nie można uzyskać innymi implantami używanymi do leczenia uszkodzeń odcin- ka szyjnego kręgosłupa. Pręt o przekroju kołowym daje więcej wariantów konfiguracji układu niż płytka. Głównymi elementami tych stabilizatorów jest pręt nośny, na którym mocowane są haki oraz łączniki poprzeczne. Zastoso- wanie haków do łączenia pręta z kręgo- słupem pozwala utrzymać pręt z dala od tkanki kostnej, eliminując ucisk tkanek i zagrożenie powstania martwicy. Instrumentarium to umożliwia także odtworzenie naturalnej krzywizny odcinka Rys.5. Sposób odtwarzania frag- mentu zniszczonego elementu kręgu przy użyciu przeszczepu. Mechaniczne aspekty stabilizacji kręgosłupa szyjnego 113 szyjnego, dzięki możliwości kształtowania prętów nośnych. W praktyce klinicznej przeważa zwy- czaj stosowania stabilizacji kręgosłupa szyjnego z dostępu przedniego. Wynika to między innymi z bezpieczeństwa prowa- dzonego zabiegu jak i możliwości uzy- skania lepszej stabilizacji leczonego od- cinka. Zachowanie ciągłości odkształceń w przypadku implantu stwarza szansę, że nie powstanie złamanie poza tym implan- tem. Dlatego ważna staje się identyfikacja obciążeń czy też naprężeń i odkształceń wywoływanych przez stabilizatory. Iden- tyfikacja taka możliwa jest do uzyskania dzięki badaniom doświadczalnym. Naj- szersze zastosowanie w metodach ekspe- rymentalnej oceny przemieszczeń i od- kształceń znajdują takie techniki jak: ela- stooptyka, tensometria oporowa, interfe- rometria holograficzna i fotografia plam- kowa. Często stosuje się także metodę elementów skończonych [1]. Przy czym każda z wymienionych metod daje odpo- wiedź na inne pytanie. Stosowanie różnego rodzaju implan- tów, wszczepów kostnych powoduje, że bardzo istotne stają się odpowiednie rela- cje odkształceniowe, naprężeniowe, wa- runkujące prawidłową współpracę wszczepu i kości [1]. To natomiast zależy od implantów stosowanych do stabilizacji. Dlatego ważnym aspektem w rozwoju nowych systemów stabilizacji jest ich do- świadczalna weryfikacja. Przykładem eks- perymentalnej oceny implantu jest bada- nie które miało na celu ocenę wpływu im- plantu płytkowego na stabilność. W bada- niach wykorzystano metodę interferome- trii holograficznej, która jest bezdotykową metodą pomiaru przemieszczeń o wysokiej czułości, przedstawiającą peł- ny obraz badanego obiektu [2]. Wyniki badań są pewnym wskazaniem do sposobu implantowania stabilizatora jak i modyfikacji jego sztywności. a) b) c) Rys.6. Schematy: a) badana płytka, b) interferogram holograficzny dla ściskania, c) wykres przemieszczeń powstających w trakcie ściskania, [2] KRYTERIA I WYMOGI STAWIANE STABILIZATOROM SZYJNYM Leczenie operacyjne uszkodzeń kręgo- słupa powinno spełniać trzy podstawowe wymogi:  zapewnić, przez odbarczenie, takie wa- runki aby rdzeń i korzenie nerwowe funkcjonowały w sposób normalny,  odtworzyć w sposób najbardziej zbliżo- ny do fizjologicznego struktury anato- 1 2 3 d[m] 1 2 A A A A D D B B C C