ОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Нейрохирургия
doi: 10.25005/2074-0581-2024-26-2-190-202
ОПТИМИЗАЦИЯ ХИРУРГИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ ЗОНЫ ГРУДОПОЯСНИЧНОГО ПЕРЕХОДА: СРАВНИТЕЛЬНОЕ БИОМЕХАНИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ТРАНСПЕДИКУЛЯРНОЙ ФИКСАЦИИ ПРИ РОТАЦИОННОМ НАГРУЖЕНИИ

А.С. НЕХЛОПОЧИН1, В.В. ВЕРБОВ2, Е.В. ЧЕШУК2, М.В. ВОРОДИ2, М.Ю. КАРПИНСКИЙ3, А.В. ЯРЕСЬКО3

1Отделение патологии спинного мозга, Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины, Киев, Украина
2Отделение восстановительной нейрохирургии, Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины, Киев, Украина
3Лаборатория биомеханики, Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины, Харьков, Украина

Цель: провести анализ биомеханических особенностей различных вариантов транспедикулярной (ТП) стабилизации зоны грудопоясничного перехода (ГПП) при ротационных нагрузках

Материал и методы: в рамках исследования была разработана математическая конечно-элементная модель грудопоясничного отдела позвоночника. Модель включает позвонки Th9-Th11 и L2-L5, исключая Th12 и L1. Также в неё интегрированы элементы металлических конструкций: межтеловой телозамещающий имплант и ТП система. Модель имитирует состояние позвоночника после декомпрессивно-стабилизирующей операции, проводимой при травматических повреждениях типа C. Анализировались четыре варианта ТП фиксации с различной длиной винтов и разным наличием либо отсутствием поперечных стяжек

Результаты: выявлено, что при ротационном нагружении максимальное напряжение в костных структурах возникает в зоне контакта межтеловой опоры с замыкательными пластинами позвонков, смежных с резецированными. В металлических конструкциях наибольшее напряжение наблюдается на межтеловой опоре и в ТП винтах, установленных в тела Th10 и Th11 позвонков. Сравнительный анализ показывает, что ТП система с короткими монокортикальными винтами и без поперечных стяжек обеспечивает умеренные уровни напряжения. Использование бикортикальных винтов без поперечных стяжек приводит к значительному увеличению напряжения, особенно в замыкательных пластинах позвонков, контактирующих с межпозвоночной опорой. Комбинация поперечных стяжек с короткими винтами снижает напряжение, представляя собой оптимальный вариант стабилизации. В то же время, бикортикальные винты с поперечными стяжками не показали значительного преимущества

Заключение: анализ биомеханической эффективности различных вариантов ТП стабилизации с акцентом на распределение напряжений демонстрирует, что наиболее равномерное распределение нагрузок достигается при использовании ТП системы с монокортикальными винтами и двумя поперечными стяжками

Ключевые слова: грудопоясничный переход, взрывной перелом, транспедикулярная фиксация, конечно-элементный анализ, ротационное нагружение.

Скачать файл:

Литература
  1. Sharif S, Shaikh Y, Yaman O, Zileli M. Surgical techniques for thoracolumbar spine fractures: WFNS Spine Committee Recommendations. Neurospine. 2021;18(4):667-80. https://doi.org/10.14245/ns.2142206.253
  2. Zhu Q, Shi F, Cai W, Bai J, Fan J, Yang H. Comparison of anterior versus posterior approach in the treatment of thoracolumbar fractures: A systematic review. International Surgery. 2015;100(6):1124-33. https://doi.org/10.9738/ INTSURG-D-14-00135.1
  3. Verlaan JJ, Diekerhof CH, Buskens E, van der Tweel I, Verbout AJ, Dhert WJ, et al. Surgical treatment of traumatic fractures of the thoracic and lumbar spine: A systematic review of the literature on techniques, complications, and outcome. Spine (Phila Pa 1976). 2004;29(7):803-14. https://doi.org/10.1097/01. brs.0000116990.31984.a9
  4. Leucht P, Fischer K, Muhr G, Mueller EJ. Epidemiology of traumatic spine fractures. Injury. 2009;40(2):166-72. https://doi.org/10.1016/j.injury.2008.06.040
  5. Oliver M, Inaba K, Tang A, Branco BC, Barmparas G, Schnuriger B, et al. The changing epidemiology of spinal trauma: A 13-year review from a Level I trauma centre. Injury. 2012;43(8):1296-300. https://doi.org/10.1016/j. injury.2012.04.021
  6. Vaccaro AR, Oner C, Kepler CK, Dvorak M, Schnake K, Bellabarba C, et al. AOSpine thoracolumbar spine injury classification system: Fracture description, neurological status, and key modifiers. Spine (Phila Pa 1976). 2013;38(23):2028- 37. https://doi.org/10.1097/BRS.0b013e3182a8a381
  7. Roy-Camille R, Saillant G, Mazel C. Internal fixation of the lumbar spine with pedicle screw plating. Clin Orthop Relat Res. 1986;203:7-17.
  8. Altay M, Ozkurt B, Aktekin CN, Ozturk AM, Dogan O, Tabak AY. Treatment of unstable thoracolumbar junction burst fractures with short- or long-segment posterior fixation in magerl type a fractures. Eur Spine J. 2007;16(8):1145-55. https://doi.org/10.1007/s00586-007-0310-5
  9. Muller U, Berlemann U, Sledge J, Schwarzenbach O. Treatment of thora-columbar burst fractures without neurologic deficit by indirect reduction and posterior instrumentation: Bisegmental stabilization with mon-osegmental fusion. Eur Spine J. 1999;8(4):284-9. https://doi.org/10.1007/s005860050175
  10. Ugras AA, Akyildiz MF, Yilmaz M, Sungur I, Cetinus E. Is it possible to save one lumbar segment in the treatment of thoracolumbar fractures? Acta Orthopaedica Belgica. 2012;78(1):87-93.
  11. Xu HZ, Wang XY, Chi YL, Zhu QA, Lin Y, Huang QS, et al. Biomechani-cal evaluation of a dynamic pedicle screw fixation device. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2006;21(4):330-6. https://doi.org/10.1016/j.clinbiomech.2005.12.004
  12. Aly TA. Short segment versus long segment pedicle screws fixation in management of thoracolumbar burst fractures: Meta-analysis. Asian Spine J. 2017;11(1):150-60. https://doi.org/10.4184/asj.2017.11.1.150
  13. Alimohammadi E, Bagheri SR, Joseph B, Sharifi H, Shokri B, Khodadadi L. Analysis of factors associated with the failure of treatment in thoracol-umbar burst fractures treated with short-segment posterior spinal fixation. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 2023;18(1):690. https://doi.org/10.1186/s13018- 023-04190-w
  14. Fradet L, Petit Y, Wagnac E, Aubin CE, Arnoux PJ. Biomechanics of thoracolumbar junction vertebral fractures from various kinematic conditions. Medical & Biological Engineering & Computing. 2014;52(1):87-94. https://doi.org/10.1007/ s11517-013-1124-8
  15. Verheyden AP, Spiegl UJ, Ekkerlein H, Gercek E, Hauck S, Josten C, et al. Treatment of fractures of the thoracolumbar spine: Recommendations of the Spine Section of the German Society for Orthopaedics and Trauma (DGOU). Global Spine J. 2018;8(2 Suppl):34S-45S. https://doi.org/10.1177/2192568218771668
  16. Akay KM, Baysefer A, Kayali H, Beduk A, Timurkaynak E. Fracture and lateral dislocation of the T12-L1 vertebrae without neurological deficit – case report. Neurol Med Chir (Tokyo). 2003;43(5):267-70. https://doi.org/10.2176/ nmc.43.267
  17. Matsuzaki H, Tokuhashi Y, Matsumoto F, Hoshino M, Kiuchi T, Toriya-ma S. Problems and solutions of pedicle screw plate fixation of lumbar spine. Spine (Phila Pa 1976). 1990;15(11):1159-65. https://doi.org/10.1097/00007632- 199011010-00014
  18. Cowin SC. Bone mechanics handbook. 2nd ed. Boca Raton, USA: CRC Press; 2001. 980 p.
  19. Boccaccio A, Pappalettere C. Mechanobiology of fracture healing: Basic principles and applications in orthodontics and orthopaedics. In: Klika V, editor. Theoretical Biomechanics. United Kingdom: IntechOpen; 2011. p. 21-48.
  20. Nekhlopochin A, Nekhlopochin S, Karpinsky M, Shvets A, Karpinskaya E, Yaresko A. Mathematical analysis and optimization of design characteristics of stabilizing vertebral body replacing systems for subaxial cervical fusion using the finite element method. Hirurgiâ pozvonočnika. 2017;14(1):37-45. https://doi. org/10.14531/ss2017.1.37-45
  21. Radchenko VA, Kutsenko VA, Popov AI, Karpinskуi MY, Karpinska OD. Modeling the variants of transpedicular fixation of the thoracic spine in the rejection of onethree vertebrae. Trauma. 2022;18(5):95-102. https://doi.org/10.22141/1608- 1706.5.18.2017.114125
  22. Niinomi M. Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for biomedical applications. J Mech Behav Biomed Mater. 2008;1(1):30-42. https://doi. org/10.1016/j.jmbbm.2007.07.001
  23. Bruno AG, Burkhart K, Allaire B, Anderson DE, Bouxsein ML. Spinal loading patterns from biomechanical modeling explain the high incidence of vertebral fractures in the thoracolumbar region. Journal of Bone and Mineral Research. 2017;32(6):1282-90. https://doi.org/10.1002/jbmr.3113
  24. Kurowski PM. Engineering analysis with COSMOSWorks 2007. USA: SDC Publications; 2007. 263 p.
  25. Rao SS. The finite element method in engineering. Netherlands: Elsevier Science; 2005. 663 p.
  26. Goel VK, Gilbertson LG. Basic science of spinal instrumentation. Clin Orthop Relat Res. 1997(335):10-31.
  27. Margulies JY, Thampi SP, Bitan FD, Cora DC. Practical biomechanical considerations for spine implant testing. Chir Narzadow Ruchu Ortop Pol. 1999;64(3):347-64.
  28. Huang P, Gupta MC, Sarigul-Klijn N, Hazelwood S. Two in vivo surgical approaches for lumbar corpectomy using allograft and a metallic implant: A controlled clinical and biomechanical study. Spine J. 2006;6(6):648-58. https://doi.org/10.1016/j. spinee.2006.04.028
  29. La Barbera L, Ottardi C, Villa T. Comparative analysis of international standards for the fatigue testing of posterior spinal fixation systems: The importance of preload in ISO 12189. Spine J. 2015;15(10):2290-6. https://doi.org/10.1016/j. spinee.2015.07.461
  30. Sangondimath G, Sen RK, T FR. DEXA and imaging in osteoporosis. Indian J Orthop. 2023;57(Suppl 1):82-93. https://doi.org/10.1007/s43465-023-01059-2
  31. Yoganandan N, Myklebust JB, Ray G, Sances A, Jr. Mathematical and finite element analysis of spine injuries. Crit Rev Biomed Eng. 1987;15(1):29-93.
  32. Wang MC, Kiapour A, Massaad E, Shin JH, Yoganandan N. A guide to finite element analysis models of the spine for clinicians. J Neurosurg Spine. 2024;40(1):38-44. https://doi.org/10.3171/2023.7.SPINE23164
  33. Ko S, Jung S, Song S, Kim J-Y, Kwon J. Long-term follow-up results in patients with thoracolumbar unstable burst fracture treated with temporary posterior instrumentation without fusion and implant removal surgery: Follow-up results for at least 10 years. Medicine. 2020;99(16).
  34. Dai LY, Jiang SD, Wang XY, Jiang LS. A review of the management of thoracolumbar burst fractures. Surg Neurol. 2007;67(3):221-31; discussion 231. https://doi. org/10.1016/j.surneu.2006.08.081
  35. Han Y, Wang X, Wu J, Xu H, Zhang Z, Li K, et al. Biomechanical finite element analysis of vertebral column resection and posterior unilateral vertebral resection and reconstruction osteotomy. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 2021;16(1):88. https://doi.org/10.1186/s13018-021-02237-4
  36. Nekhlopochyn OS, Verbov VV, Cheshuk IV, Karpinsky MY, Yaresko OV. Biomechanical characteristics of thoracolumbar junction under rotational loading after decompression-stabilization surgery. Bulletin of Problems Bi-ology and Medicine. 2023;1(3). https://doi.org/10.29254/2077-4214-2023-3-170-233- 244

Сведения об авторах:

Нехлопочин Алексей Сергеевич,
MD, PhD, старший научный сотрудник отдела спинальной нейрохирургии, Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины
Researcher ID: P-3103-2017
Scopus ID: 57221505431
ORCID ID: 0000-0002-1180-6881
E-mail: alexeyns@gmail.com

Вербов Вадим Витальевич,
кандидат медицинских наук, нейрохирург отделения восстановительной нейрохирургии, Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины
ORCID ID: 0000-0002-3074-9915
E-mail: v.verbov@gmail.com

Чешук Евгений Валериевич,
нейрохирург отделения восстановительной нейрохирургии, Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины
ORCID ID: 0000-0002-8063-2141
E-mail: evcheshuk@gmail.com

Вороди Милан Вадимович,
нейрохирург отделения восстановительной нейрохирургии, Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины
ORCID ID: 0000-0001-5099-4603
E-mail: milanfanmj@gmail.com

Карпинский Михаил Юрьевич,
кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории биомеханики, Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины
Scopus ID: 35292430800
ORCID: 0000-0002-3004-2610
E-mail: korab.karpinsky9@gmail.com

Яресько Александр Васильевич,
младший научный сотрудник лаборатории биомеханики, Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины
ORCID ID: 0000-0002-2037-5964
E-mail: avyresko@gmail.com

Информация об источнике поддержки в виде грантов, оборудования, лекарственных препаратов

Финансовой поддержки со стороны компаний-производителей лекарственных препаратов и медицинского оборудования авторы не получали

Конфликт интересов: отсутствует

Адрес для корреспонденции:

Нехлопочин Алексей Сергеевич,
MD, PhD старший научный сотрудник отдела спинальной нейрохирургии, Институт нейрохирургии им. акад. А.П. Ромоданова НАМН Украины

04050, Украина, г. Киев, ул. Платона Майбороды, 32

E-mail: alexeyns@gmail.com

Тел.: +38 (095) 0330448

Материалы по тематике:

◄ Возврат к списку