Оптимизация спондилосинтеза при некоторых оскольчатых повреждениях позвонков грудопоясничной локализации

Промежуточная транспедикулярная фиксация — дополнительное введение транспедикулярных винтов в поврежденные позвонки, получающая в настоящее время распространение в клинической практике, является усовершенствованием наиболее популярного хирургического вмешательства по поводу повреждений позвоночника. Монолатеральное введение транспедикулярных винтов в поврежденные позвонки позволяет сочетать преимущества промежуточной транспедикулярной фиксации с возможностью выполнения переднего опорного корпородеза без перемонтажа транспедикулярной системы.

Цель исследования — с помощью компьютерного биомеханического моделирования оценить стабильность компоновки промежуточной транспедикулярной фиксации, позволяющей при необходимости выполнить передний опорный корпородез.

Материалы и методы. Использовали DICOM-файлы, полученные при КТ пациента с повреждением переходного грудопоясничного отдела позвоночника, и программный продукт ANSYS. Стабильность транспедикулярной системы и опороспособность дополняющего ее имплантата Mesh, устанавливаемого при наличии монолатеральных промежуточных транспедикулярных винтов, оценивались с использованием компьютерного моделирования, базирующегося на методе конечных элементов.

Результаты. По данным моделирования получены значения поля напряжений и перемещений для систем позвоночник–металлоконструкция различной компоновки.При моделировании нагрузок, соответствующих ходьбе, падению с высоты роста, максимальные нагрузки, превышающие предел прочности костной ткани (153–161 МПа), зарегистрированы при использовании стандартной 4-винтовой системы (190 МПа). Применение предложенной компоновки системы фиксации, дополненной промежуточными винтами, позволяет получить нагрузки в системе позвоночник–металлоконструкция, не превышающие пороговые величины. Дополнение транспедикулярной системы с промежуточными винтами эксцентрически установленным имплантатом Mesh увеличивает стабильность фиксации.

Заключение. Полученные результаты демонстрируют высокую степень механической стабильности предложенной компоновки металлоконструкциии и ее потенциальную эффективность в стабилизации переходного грудопоясничного отдела позвоночника.

1. Ankomah F., Ikpeze T., Mesfin A. The top 50 most-cited articles on thoracolumbar fractures. World Neurosurg 2018; 118: e699–e706, https://doi.org/10.1016/j.wneu.2018.07.022.
2. Зарецков В.В., Арсениевич В.Б., Лихачев С.В., Шульга А.Е., Степухович С.В., Богомолова Н.В. Застарелое повреждение переходного грудопоясничного отдела позвоночника. Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста 2016; 4(2): 61–66, https://doi.org/10.17816/PTORS4261-66.
3. Shul’ga A.E., Norkin I.A., Ninel’ V.G., Puchin’yan D.M., Zaretskov V.V., Korshunova G.A., Ostrovskii V.V., Smol’kin A.A. Contemporary views on the pathogenesis of trauma of the spinal cord and peripheral nerve trunks. Neurosci Behav Physi 2015; 45(7): 811, https://doi.org/10.1007/s11055-015-0148-y.
4. Deqing L., Kejian L., Teng L., Weitao Z., Dasheng L. Does the fracture fragment at the anterior column in thoracolumbar burst fractures get enough attention? Medicine (Baltimore) 2017; 96(6): e5936, https://doi.org/10.1097/MD.0000000000005936.
5. Alanay A., Acaroglu E., Yazici M., Oznur A., Surat A. Short-segment pedicle instrumentation of thoracolumbar burst fractures: does transpedicular intracorporeal grafting prevent early failure. Spine (Phila Pa 1976) 2001; 26(2): 213–217, https://doi.org/10.1097/00007632-200101150-00017.
6. Aono H., Ishii K., Tobimatsu H., Nagamoto Y., Takenaka S., Furuya M., Chiaki H., Iwasaki M. Temporary short-segment pedicle screw fixation for thoracolumbar burst fractures: comparative study with or without vertebroplasty. Spine J 2017; 17(8): 1113–1119, https://doi.org/10.1016/j.spinee.2017.03.022.
7. Wei F.X., Liu S.Y., Liang C.X., Li H.M., Long H.Q., Yu B.S., Chen B.L., Chen K.B. Transpedicular fixation in management of thoracolumbar burst fractures: monosegmental fixation versus short-segment instrumentation. Spine (Phila Pa 1976) 2010; 35(15): E714–E720, https://doi.org/10.1097/BRS.0b013e3181d7ad1d.
8. Лихачев С.В., Зарецков В.В., Шульга А.Е., Грамма С.А., Щаницын И.Н., Бажанов С.П., Зарецков А.В., Донник А.М. Повреждения переходного грудопоясничного отдела позвоночника: библиометрический анализ англоязычной литературы. Хирургия позвоночника 2018; 15(4): 52–69, https://doi.org/10.14531/2018.4.52-69.
9. De Iure F., Lofrese G., De Bonis P., Cultrera F., Cappuccio M., Battisti S. Vertebral body spread in thoracolumbar burst fractures can predict posterior construct failure. Spine J 2018; 18(6): 1005–1013, https://doi.org/10.1016/j.spinee.2017.10.064.
10. McLain R.F., Sparling E., Benson D.R. Early failure of short-segment pedicle instrumentation for thoracolumbar fractures. A preliminary report. J Bone Joint Surg Am 1993; 75(2): 162–167, https://doi.org/10.2106/00004623-199302000-00002.
11. Liao J.C., Fan K.F. Posterior short-segment fixation in thoracolumbar unstable burst fractures — transpedicular grafting or six-screw construct? Clin Neurol Neurosurg 2017; 153: 56–63, https://doi.org/10.1016/j.clineuro.2016.12.011.
12. Лихачев С.В., Зарецков В.В., Арсениевич В.Б., Шульга А.Е., Щаницын И.Н., Скрипаченко К.К. Био­механи­ческие аспекты циркулярного спондилосинтеза переходного грудопоясничного отдела позвоночника. Саратовский научно-медицинский журнал 2018; 14(3): 560–566.
13. Ahsan M.K., Mamun A.A., Zahangiri Z., Awwal M.A., Khan S.I., Zaman N., Haque M.H. Short-segment versus long-segment stabilization for unstable thoracolumbar junction burst fractures. Mymensingh Med J 2017; 26(4): 762–774.
14. Tian J.W., Wang L., Xia T., Liu C.Y., Zhao Q.H., Dong S.H. Posterior short-segmental fixation combined with intermediate screws vs conventional intersegmental fixation for monosegmental thoracolumbar fractures. Orthopedics 2011; 34(8): e389–e396, https://doi.org/10.3928/01477447-20110627-08.
15. Ye C., Luo Z., Yu X., Liu H., Zhang B., Dai M. Comparing the efficacy of short-segment pedicle screw instrumentation with and without intermediate screws for treating unstable thoracolumbar fractures. Medicine (Baltimore) 2017; 96(34): e7893, https://doi.org/10.1097/MD.0000000000007893.
16. Dai L.Y., Jiang S.D., Wang X.Y., Jiang L.S. A review of the management of thoracolumbar burst fractures. Surg Neurol 2007; 67(3): 221–231, https://doi.org/10.1016/j.surneu.2006.08.081.
17. Бабкина Т.А., Савелло В.Е. Рентгенография и компьютерная томография в оценке эффективности стабилизации позвоночника у пациентов с позвоночно-спинномозговой травмой грудной и поясничной локализации. Радиология — практика 2013; 4: 6–14.
18. Wang X.Y., Dai L.Y., Xu H.Z., Chi Y.L. Kyphosis recurrence after posterior short-segment fixation in thoracolumbar burst fractures. J Neurosurg Spine 2008; 8(3): 246–254, https://doi.org/10.3171/SPI/2008/8/3/246.
19. Herrera A., Ibarz E., Cegoñino J., Lobo-Escolar A., Puértolas S., López E., Mateo J., Gracia L. Applications of finite element simulation in orthopedic and trauma surgery. World J Orthop 2012; 3(4): 25–41, https://doi.org/10.5312/wjo.v3.i4.25.
20. Donnik A.M., Kirillova I.V., Kossovich L.Yu., Zaretskov V.V., Lykhachev S.V., Norkin I.A. Biomechanical modeling of reconstructive intervention on the thoracolumbar transition. AIP Conference Proceedings 1959; 090002(2018), https://doi.org/10.1063/1.5034741.
21. Mlyavykh S.G., Bokov A.E., Yashin K.S., Karyakin N.N., Anderson D.G. Pedicle-lengthening osteotomy for the treatment of lumbar spinal stenosis: pre-clinical study of novel orthopedic devices. Sovremennye tehnologii v medicine 2018; 10(2): 37–46, https://doi.org/10.17691/stm2018.10.2.04.
22. Донник А.М., Иванов Д.В., Коссович Л.Ю., Лев­ченко К.К., Киреев С.И., Морозов К.М., Островский Н.В., Зарецков В.В., Лихачев С.В. Создание трехмерных твердотельных моделей позвоночника с транспедикулярной фиксацией с использованием специализированного программного обеспечения. Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Математика. Меха­ника. Информатика 2019; 19(4): 424–438, https://doi.org/10.18500/1816-9791-2019-19-4-424-438.
23. Донник А.М., Иванов Д.В., Киреев С.И., Коссо­вич Л.Ю., Островский Н.В., Норкин И.А., Левченко К.К., Лиха­чев С.В. Извлечение клинически значимых данных из биомеханического моделирования вариантов хирурги­ческого ле­чения травмы позвоночника при повреждении позвонков TH10, TH11. Известия Саратовского уни­вер­ситета. Новая серия. Серия Математика. Меха­ника. Информатика 2019; 19(4): 439–453, https://doi.org/10.18500/1816-9791-2019-19-4-439-453.
24. Wuertinger C., Annes R.D.À., Hitzl W., Siepe C.J. Motion preservation following total lumbar disc replacement at the lumbosacral junction: a prospective long-term clinical and radiographic investigation. Spine J 2018; 18(1): 72–80, https://doi.org/10.1016/j.spinee.2017.06.035.
25. Havaldar R., Pilli S.C., Putti B.B. Insights into the effects of tensile and compressive loadings on human femur bone. Adv Biomed Res 2014; 3: 101, https://doi.org/10.4103/2277-9175.129375.
26. Mirzaali M.J., Schwiedrzik J.J., Thaiwichai S., Best J.P., Michler J., Zysset P.K., Wolfram U. Mechanical properties of cortical bone and their relationships with age, gender, composition and microindentation properties in the elderly. Bone 2016; 93: 196–211, https://doi.org/10.1016/j.bone.2015.11.018.
27. Jang H.D., Bang C., Lee J.C., Soh J.W., Choi S.W., Cho H.K., Shin B.J. Risk factor analysis for predicting vertebral body re-collapse after posterior instrumented fusion in thoracolumbar burst fracture. Spine J 2018; 18(2): 285–293, https://doi.org/10.1016/j.spinee.2017.07.168.
28. Dobran M., Nasi D., Brunozzi D., di Somma L., Gladi M., Iacoangeli M., Scerrati M. Treatment of unstable thoracolumbar junction fractures: short-segment pedicle fixation with inclusion of the fracture level versus long-segment instrumentation. Acta Neurochir (Wien) 2016; 158(10): 1883–1889, https://doi.org/10.1007/s00701-016-2907-0.
29. Elmasry S., Asfour S., Travascio F. Effectiveness of pedicle screw inclusion at the fracture level in short-segment fixation constructs for the treatment of thoracolumbar burst fractures: a computational biomechanics analysis. Comput Methods Biomech Biomed Engin 2017; 20(13): 1412–1420, https://doi.org/10.1080/10255842.2017.1366995.
30. Sun C., Guan G., Liu X., Zhang H., Wang B. Comparison of short-segment pedicle fixation with versus without inclusion of the fracture level in the treatment of mild thoracolumbar burst fractures. Int J Surg 2016; 36(Pt A): 352–357, https://doi.org/10.1016/j.ijsu.2016.11.086.
31. Tong M.J., Tang Q., Wang C.G., Xiang G.H., Chen Q., Xu H.Z., Tian N.F. Efficacy of using intermediate screws in short-segment fixation for thoracolumbar fractures: a meta-analysis of randomized controlled trials. World Neurosurg 2018; 110: e271–e280, https://doi.org/10.1016/j.wneu.2017.10.157.
32. Усиков В.Д. Руководство по транспедикулярному остеосинтезу позвоночника. СПб: Гиппократ; 2006; 176 с.
33. Mei L., Sang W., Chen Z., Lou C., Zheng L., Jin K., Huang W., He D. Titanium mesh bone grafting combined with pedicle screw internal fixation for treatment of Ku[Combining Diaeresis]mmell disease with cord compression. Medicine (Baltimore) 2018; 97(36): e12183, https://doi.org/10.1097/MD.0000000000012183.
34. Cho Y. Corpectomy and circumferential fusion for advanced thoracolumbar Kümmell’s disease. Musculoskelet Surg 2017; 101(3): 269–274, https://doi.org/10.1007/s12306-017-0480-1.
35. Wang S.J., Liu X.M., Zhao W.D., Wu D.S. Titanium mesh cage fracture after lumbar reconstruction surgery: a case report and literature review. Int J Clin Exp Med 2015; 8(4): 5559–5564.
36. Шульга А.Е., Зарецков В.В., Коршунова Г.А., Смоль­кин А.А., Сумин Д.Ю. Хирургическая коррекция грубой посттравматической деформации грудного отдела позвоночника. Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста 2017; 5(3): 80–86, https://doi.org/10.17816/PTORS5380-87.

Likhachev S.V., Arsenievich V.B., Ostrovskiy V.V., Shulga A.E., Zaretskov A.V., Ivanov D.V., Dol A.V., Donnik A.M., Zaretskov V.V. Optimization of Spondylosynthesis for Certain Thoracolumbar Burst Fractures. Sovremennye tehnologii v medicine 2020; 12(4): 30, https://doi.org/10.17691/stm2020.12.4.04