بیومکانیک فیکساتور خارجی الیزاروف
بیومکانیک فیکساتور خارجی الیزاروف
معرفی خواص مکانیکال یک اکسترنال فیکساتور تعیین کننده محیط بیومکانیک شکستگی،استئوتومی یا نان یونیون است که با آن فیکساتور درمان می شود.دوگروه اصلی فیکساتورها که به طور معمول به کار می روند عبارتند از: 1- نوع قدیمی تر آن شامل هافمن که در آن از پین های محکم وضخیم چهارتا شش میلی متری برای پایداری استخوان استفاده می شود وتحت فشار، عمل می کنند وبرای ثابت شدن به استخوان حدیده دار هستند. (Cantileversبه عنوان کانتی لور(
2- نوع دوم فیکساتورهای حلقوی یا نیمه حلقوی می باشند که برای وایرهای کیرنشنر بدون حدیده وصاف با دیامترکم ساخته شده اند و برای ایجاد پایداری باید تحت کشش قرار گیرند.ضخامت این پین ها 5/1تا 8/1میلی متر می باشد.مزیت اصلی سیستم کانتی لور این است که می توان آن را به برای به حداقل رساندن ترانس فیکساسیون نسوج نرم وحجم فیکساتور به کار برد.نقطه ضعف سیستم (Uniplannar)به صورت یونی پلانار الیزاروف این است که بالقوه نسج نرم را به علت عبوروایرهااز یک سمت به سمت دیگر اندام ترانس فیکس می کند.از طرف دیگر مزیت کاربرد وایرهای با قطر کم کاهش را کسیون استخوان و نسج نرم و تحمل بهتر آن است.از نظر بیومکانیک نه تنها اصول دو نوع سیستم متفاوت است بلکه محیط بیومکانیک شکستگی هایی که با این دو سیستم درمان می شوند نیز به مقدار زیادی فرق می کند.از آنجا که محیط بیومکانیک اپتیمال برای ترمیم شکستگی ناشناخته است،همانند همه مطالعات بیومیکانیک اکسترنال فیکساتور،اهمیت بالینی اطلاعات به دست آمده از (optimal) نشان دادند که نیروی آگزیال سیکلیک برای ایجاد توده استخوان و (rubin) وروبین ( Lanyon) مطالعات قبلی محدود است.آقای لانیون )ثابت کردند که زمان ترمیم شکستگی در حیواناتی که Kenwright)و کن رایت(Goodship) شکل گیری مجدد آن مهم هستند.آقایان گودشیپ با اکسترنال فیکساتور ونیروی آگزیال سیکلیک درمان شده اند کوتاه تر است.گروه دوم در همین اواخر نشان داد که این اثردر شکستگی تیبیای انسان نتوانست چنین اثری را برای نیروی بندینگ جانبی سیکلیک نشان دهد.فاکتور دوم که (Charch) نیز صادق است.از طرف دیگر آقای چارچ است که در ترمیم وتشکیل استخوان مضر هستند.این تئوری ظاهراٌ منطقی است (Shear) مکرراٌمشاهده می شود نیروهایی از نوع شییر و مثال های عملی نیز آن راتا یید می کنند؛اما باید با مطالعات تجربی کنترل شده به اثبات برسد.به منظور معاینه تفاوت های بیومکانیک بین الیزاروف وفیکساتورهای خارجی قدیمی تر مطالعه اختصاصی برای حرکت گپ شکستگی لازم است. (Stiffnes)استحکام
فیکساتور الیزاروف به طور قابل توجهی نسبت به فیکساتورهای یونی پلانار در بندینگ لاترال(به صورت پلان خم شدن پین ها در فیکساتورهای یونی پلانار تعریف می شود)استحکام کمتر اما به همان اندازه یا بیشتر در بندینگ آنتروپوستریورودر چرخش مستحکم تر می باشد.در مقایسه با استحکام بیشتری دارد.مهمترین وجه تفاوت(Torsion) در بندینگ آنتروپوستریو،لاترال و تورشن (Biplannar) فیکساتورهای بی پلانار درآگزیال لویدینگ است.یعنی جایی که دستگاه الیزاروف استحکام کمتر از 75درصد را نشان می دهد و با برگشت الاستیک آن به نقطه شروع جبران می کند.درآزمایش فیکساتورهای قدیمی گاهی تغییر شکل پلاستیک به جای آلاستیک پین ها با لود آگزیال مشاهده می شود.تغییر مکان پین ها به صورت 135/45در رابطه با نیروی خم شدن آنتروپوستریور فقط در پلان پین ها یعنی در محل 135درجه تغییر نشان می داد؛امادر مقایسه با خم شدن لاترال،تورشن ولود آگزیال تفاوتی مشاهده نمی شود.غیر مرکز قراردادن استخوان در رینگ نیز نسبت به قرار گیری سنترال همراه با استحکام آگزیال بیشتروتورشنال کمتر می باشد.تغییر وایرها به نوع الیودار،افزایش قابل توجه در استحکام بندینگ،تورشن و آگزیال نشان می دهد.افزایش تنشن وایر از 90به 130کیلوگرم استحکام بندینگ وآگزیال را افزایش اما نوع تورشنال را کاهش می دهد. (Shear Siffnnes)استحکام شییر
توانایی فیکساتور درمقاومت برعلیه شییر ترانس لیشنال به صورت استحکام شییربیشتر باشد،مقاومت در برابر نیروهای شییربیشتر است.این مهم برای فیکساتورهای یونی پلانار در پلان پین ها همیشه بسیارزیاد است(خم شدن لاترال)امادرپلان بندینگ آنتروپوستریوروتورشنال بسیارکمتر است.این نوع استحکام در فیکساتورهای بای پلانار دربندینگ آنتروپوستریور و در تورشن بیشتر به صورت یکنواخت پراکنده ودر همه این پلان ها بالاست.اما نسبت به فیکساتورهای یونی پلانار در بندینگ لاترال کمتر است.فیکساتور الیزاروف نسبت به فیکساتورهای بای پلانار درتورشن قابل مقایسه است،امادر خم شدن آنتروپوستریور در همان حد یا کمتر است مقاومت شییر نسبت به تورشن بیشتر افزایش می یابد.استحکام بندینگ لاترال در قرارگیری پین ها به صورت 90/90نسبت به قرارگیری 135/45کمتراست.افزایش کشش وایر از 90به 130کیلوگرم به طور پارادوکس منجر به کاهش استحکام تورشنال می شود. (Axial stiffness)استحکام آگزیال
به توانایی فیکساتوربرای مقاومت دربرابر بسته شدن گپ گفته می شود(کاهش فضای دوانتهای استخوان).استحکام آگزیال بالانشان دهنده مقاومت شدیددربرابر اهرم لوید آگزیال موجود درمابین لویدبندینگ یا آگزیال است.مهم ترین تفاوت الیزاروف بافیکساتورهای با دیامتر بزرگتر قدیمی همین پارامتر است.همه فیکساتورها یونی وبای پلانار استحکام بسیار بالایی نسبت به لویدآگزیال نشان می دهند.برعکس نسبت به لوید بندینگ استحکام بسیار کمتری دارند.فیکساتور الیزاروف در مقایسه با دیگر فیکساتورهای قدیمی تر استحکام آگزیال کمتری(75درصد کمتر)نسبت به لوید آگزیال دارداما دربرابر لوید بندینگ«دقیقاٌ برخلاف دیگرالگوهای فیکساتورهای خارجی»استحکام آگزیال آن بیشتراست(به طور متوسط 2یا3برابر بیشتر). قرارگیری مرکزی نسبت به قرارگیری اکسانتریک همراه با استحکام آگزیال کمتر در برابر لوید آگزیال است.وایرالیوداراستحکام آگزیال راافزایش نمی دهدوقرارگیری135/45وایردرمقایسه با 90/90فقط باعث افزایش استحکام آگزیال دربندینگ لاترال می شود.با استنادبه تاریخ پزشکی،مطالعات بیومکانیک متعددی در رابطه با فیکساتور خارجی وانواع نصب پین ها را بررسی کرده اند.درحالی که استحکام خودفریم نیز علی رغم اینکه قابل قبول همگان است که حرکت نسبی انتهای استخوان درمحل شکستگی پارامتری بسیارمهم در ترمیم شکستگی به شمار می آید.اطلاعات بیشتر در این رابطه رامی توان با مطالعه خواص حرکتی انتهاهای استخوان به طور عملی وتحت شرایط لویدهم زمان به دست آورد.حتی این اطلاعات نیز ارزش تئوری حرکت نسبی به فاصله گپ (perren) محدود دارند چون مانمی دانیم کدام الگوی حرکتی در ترمیم شکستگی خوب وکدام بد است.آقای پرن فریم های (Dynamization) شکستگی دارد. هرچه این فاصله کمتر باشد حرکت کمتری تحمل می شود. مطالعات اخیر بر روی دینامیزیشن فیکساتور معطوف شده است.اساساٌ دونوع دینامیزیشن آگزیال وبیدینگ وجود دارد.اکثریت مطالعات کنترل شده درتاریخ طب برروی دینامیزیشن آگزیال متمرکز شده است.فعالیت تجربی آقای لانیون و روبین نشان داد که در استخوان بال پرندگان که شکل گیری مجدداستخوان یعنی پارامتری که آگزیال سیلیک تحریک می شود.آقای ولف و (Micromotion) ارتباط دارد با میکروموشن (wolff) مستقیماٌبه ترمیم شکستگی و قانون ولف همکارانش نشان دادند که ترمیم شکستگی با میکروموشن آگزیال الاستیک سیکلیک در استخوان ساق خرگوش،تحریک می شود.اخیراٌکارتجربی و (Cast Bracing) بالینی آقای گودشیپ و کن رایت همان نتایج را اثبات کردند.درحقیقت، فلسفه روش های ترمیم شکستگی درروش کاست بریس وفیکساتور آقای الیزاروف همین دینامیزیشن آگزیال است.میکروموشن بندینگ سیکلیک ازدرازمدت به عنوان محرک ترمیمSarmiento آقای شکستگی شناخته شده است.اما متاسفانه این مسئله به طور جدی مورد بررسی دقیق قرارنگرفته است.یکی از مسائل مطرح شده این است که جدا کردن حرکت آگزیال از بندینگ مشکل ویا غیرممکن است ودرحقیقت این دو در طبیعت همیشه با هم هستند.حتی در شرایط آزمایشگاهی هم همیشه اکسترنال فیکسیشن الاستیک را درترمیم شکستگی مطرح نمودکه باکاهش (Burny جابه جایی آگزیال با هرنیروی بندینگ وجود دارد.آقای بورنی ( استحکام آن،مثلا ٌبرداشتن یکی از بارها،به نوعی دینامیزیشن فیکساتور خارجی انجام می شود.دراین موارد به نظرمی رسد جزء آگزیال موجب تحریک یونیون استخوان می شود و دلیلی وجود ندارد که میکروشن بندینگ درترمیم شکستگی خاصیت تحریکی داشته باشد.اگرچه به اطلاعات موجود،نمی توان درمورد آن اظهار نظر قطعی نمود.فاکتور مهم دیگری که به طور کلی درترمیم شکستگی مهم است شییر با جا به جایی استخوان می باشد که هرگز به طور تجربی مطالعه نشده است. نیروی شییر با جا به جایی استخوان، فاکتور مضری است که منجر به تشکیل بافت فیبرو درمحل شکستگی می شود.آقای الیزاروف اثر ناپایداری رادرروند رژنریشن استخوانی که تحت کشش است،مثلاٌدربلند کردن اندام،(Fibrous) (Trabeculae)موردمطالعه قرارداد (دیستراکشن استئوژنزیس). در شرایط پایداری استخوان،به طورنرمال درمحل گپ شکستگی ترابکول های فیبری ظریف دربین انتهاهای استخوان(Interzone) دیده می شوند که به طورطولی و موازی قرارگرفته اندو مستقیماٌ از یک اینترزون استخوانی مسیر ترابکول های طولی موجدار ومایل می گردندو اینترزون بین آنها با بافت فیبری ضخیم می شود. اثر غالب نیروی شییر ظهور فیبروکارتیلاژ خواهد بود.از نظر بالینی شکستگی های نوع شییر و(Pacudarthrosis) ودر صورت عدم اصلاح آن پسودآرتروز (Fibrocartilage) شکستگی هایی که در معرض نیروی شییر قرارمی گیرند(اگر این نیروهای شیرینگ برطرف نشوند)مسائل بیشتری در ارتباط با ترمیم خود خواهند درثابت کردن استخوان است.برای تفسیررابطه بالینی نکات بیومکانیک فوق به اطلاعات موجوددرمورد حرکتAO داشت واین همان شعار روش گپ شکستگی نیازاست.دوتئوری زیرپیشنهاد می شود: 1- میکروموشن آگزیال سیکلیک برای ترمیم شکستگی مفید است. 2- شییر ترانس لیشنال در محل شکستگی برای ترمیم شکستگی مضراست. در صورتی که تئوری بالا را معتبر بدانیم اگر فیکساتور،محیط بیومکانیک مناسبی فراهم کندبراساس این معیارها جراح ارتوپد متمایل به انتخاب فیکساتوری است که استحکام شییربیشتر،استحکام آگزیال کمتر وبدون تغییر شکل پلاستیک باشد.با استفاده از وایرهای الیودار،فیکساتور الیزاروف بالاترین استحکام شییررا به دست می آورد.همه انواع دیگر فیکساتورها در استحکام شییر به طور نسبی با آن قابل مقایسه هستند.تیبیا جایی قرارگرفته است که در فعالیت های روزانه نیروهای فیزیولوژیک به طور غالب درجهت قدامی خلفی برآن واردمی شوندوبنابراین مقاومت ماکزیمم شییربرای فریم هاف رینگ،وقتی است که درقدام قرارگیرد اما به طور تئوریک مطمئن ترین کنترل شییربافیکساتورالیزارووف با چهاررینگ سیرکولار و وایرهای الیودار با کشش 130کیلوگرم به دست می آید.کمترین استحکام آگزیال بدون دفورمیتی پلاستیک در فیکساتور الیزاروف دیده تحت تنشن مربوط می شود به طوری(Flexible) می شود.این فیکساتور خاصیت منحصر به فردی دارد که به قرار گیری رادیال وایرهای فلکسیبل است و به طور خالص به صورت آگزیال،به شکل تلسکوپیک و بدون شییر انجام(Load-Dependet) که بسته شدن گپ شکستگی به لوید وابسته می گیردودرعین حال نیروی الاستیک که دردوجهت ایجاد شده است انتهاهای استخوان را به وضعیت قبل از اعمال لوید برمی گرداند.این مهم به هیچ مقدار درهیچ یک از فیکساتورهای نوع کانتی لور قدیمی دیده نمی شود.این نوع فیکساتورها به علت مقاومت زیاد آنها در انسداد گپ شکستگی، با لویدآگزیال دفورمیتی پلاستیک پیدا می کنند که در این حالت نیروی الاستیک برای برگشت به وضع اولیه وجود ندارد.برعکس،درهمه آنها درانسداد گپ بیدینگ استحکام کمتری دیده می شود.بنابراین به طور خلاصه وبراساس توضیحات فوق،فیکساتور الیزاروف بعضی از خواص بیومکانیک اپتیموم برای ترمیم شکستگی راداراست وتفاوت مهم آن از فیکساتورهای قدیمی با پین های بزرگ دراین است که الاستیسیته آگزیال آن بهتر است.کیفیت فیکساتورهای خارجی قدیمی رامی توان با به کاربردن پین ها در جهت های متفاوت و بادینامیزیشن آگزیال ارتقاءداد.دونوع دینامیزیشن درحال حاضروجود دارد: (dynabrace oxford) 2- الاستیک/قابل تنظیم (Hoffman.Ao.orthofix)1- همه یا هیچ ازآنجا که هیچ کدام از فیکساتورهای قدیمی ذاتاٌ دینامیک نیستند با دینامیزیشن آنها،مسئله مهم گیر کردن قطعات تلسکوپی اتفاق می افتد.
نکات بیومکانیک خاص و اصول و روش فیکسا تور اکسترنال الیزاروف تفاوت بین یک وایر که به صورت 90/90نسبت به 135/45قرار گرفته این است که این پایداری مورد دوم درفلکشن به طور قابل توجهی کمتر است.ازاین مطالعات این گونه نتیجه گیری می شودکه به منظور به حداکثر رساندن پایداری وبه حداقل رساندن شییر،اگر شرایط آناتومیک اجازه بدهد وایرها راباید نزدیک به زاویه 90درجه قرار دهیم.عناصر دیگری که درپایداری دستگاه نقش دارند عبارتند از: ــ دیامتر وایر ــ افرایش تنشن وایر ــ کاهش دیامتر رینگ براساس مطالعات آماری ثابت شده است که کاهش 2سانتی متردر شعاع رینگ موجب 77درصد افزایش در استحکام آگزیال با لوید 1000نیوتون و86 درصد با لوید500نیوتون می شود.افزایش شعاع رینگ منجر به کاهش استحکام آگزیال تا32درصد ونوع بندینگ تا15 درصد می شود.فقط استحکام آگزیال را فقط 10درصد افزایش می دهد.قدرت واستحکام وایر به صورت مربع دیامتر وایر افزایش می یابد.ازنظر بیومکانیک الاستیسسته وایر یکی از خواص ماده به شمار می آید وبادیامتر وایرتغییری نمی کند.درحقیقت آنچه رامابه طور کلی الاستیسیته وایر می نامیم،ناشی از کاهش استحکام وایرهای نازک می باشد.دلیل اینکه چرادرفیکساتور الیزاروف وایرهای 5/1تا8/1میلی متری به کار می برند این است که می خواهند در عین حالی که مقاومت دربرابر شکستگی یا تغییر شکل پلاستیک حفظ می شود استحکام آن نیز کم باشد.نقطه ای که درآن یک وایر دربرابرتنشن به یا (Ultimate) و نقطه ای که در آن می شکند نقطه نهایی تحمل (Yield Point) صورت پلاستیک دفورمه می شود نقطه ییلد مینامند.وایرهایی که دردستگاه الیزاروف به کار می روند،نقطه ییلد 120کیلوگرم برمیلی متر مربع یعنی 210Ultimate Tensile Strength کیلوگرم برای وایر5/1میلی متری و305کیلوگرم برای وایر8/1میلی متری دارند. تنشن اپتیموم وایر چقدر است؟ )،نباید این نیرو از 50درصد قدرت ییلد یک وایر بیشتر باشد تا عارضه شکستگی و استرچ یک وایر به Bagnoli ) طبق نظر آقای باگنولی حداقل برسد.اگرچه آقای الیزاروف90-80کیلوگرم را توصیه می کند؛اما این مقدار برای وایرهای 5/1میلی متری105کیلوگرم و وایرهای 8/1میلی (Loko) متری 150کیلوگرم ارزیابی می شود.اخیراٌبا ابداع تنشنرمدرج به نام دینامومتر،برمقدارتنشن توجه خاص معطوف شده است.گروه لوکو درایتالیابه طورروتین130کیلوگرم تنشن برای رینگ های کامل و90کیلوگرم برای هاف رینگ اعمال می کنند.درحالی که به طور تئوری انتظار میزان بالای شکستگی وایر را با این مقدار کشش داریم؛اماازنظر بالینی این امر تایید نشده است.اولاٌدرتنشن اپتیموم وایر توجه به این نکته مهم است که وایر به چه منظوری به کارمی رود.به عنوان مثال دربلند کردن اندام ممکن است به علت افزایش یابد.این موضوع ممکن است به علت افزایش یابد.این موضوع ممکن است تنشن اولیه را حتی تا 50کیلوگم افزایش دهد.بنابراین دربلند کردن اندام یعنی جایی که تنشن در طی افزایش طول مرتب افزایش می یابد بهتر است وایرها را فقط 80تا90کیلوگلرم تحت کشش قرار دهیم.رینگ الیزاروف نیز در پایداری دستگاه نقش دارد با افزایش دیامتر رینگ طول وایر افزایش و پایداری دستگاه کاهش می یابد.به طور ساده،دیامتر رینگ متناسب با قطر اندام درآن سطح تعیین می شود.آقای الیزاروف حداقل 2سانتی متر بین رینگ و سطح پوست رابرای تورم نسج نرم و پانسمان محل پین لازم می داند.بادرنظر گرفتن این مطلب کچکترین دیامتر رینگ را انتخاب می کنیم.سه فاکتور پایدار کننده دیگر عبارتند از: ــ کاربرد وایرهای الیودار ــ تعداد وایرهایی که به کار می رود ــ شکل و تعداد سطح ثابت کردن استخوان در هرسگمان آقای باگنولی نشان داد که استفاده ازوایرهای الیودار دردو جهت مخالف یکدیگر پایداری فیکساسیون رادرشکستگی های مایل به مقدار زیادی Gioia وNovarine افزایش می دهد.این موضوع برای اصلاح یا جلوگیری از دفورمیتی،علیرغم بلند کردن اندام بسیارقابل توجه است.آقای نشان دادند که تعداد آنها پایداری افزایش می یابد.نقطه منفی این روش افزایش آسیب وترانس فیکساسیون نسوج نرم است.درنهایت سطوح فیکساسیون نیز اهمیت دارد به طوری که اگرچهار رینگ برای ثابت کردن یک شکستگی به کار رود پایداری دستگاه مقدار زیاد افزایش می یابد. به طور خلاصه فاکتورهای مربوط به دستگاه برای افزایش پایداری و ثبات استخوانی عبارتند از: 1- وایرهای ترانس اوسئوس نزدیک به زاویه 90/90قرار گیرند. 2- دیامتر وایر افزایش یابد. 3- تنشن وایر افزایش یابد. 4- اندازه رینگ کاهش یابد. 5- ازوایرهای الیودار استفاده شود. 6- تعداد وایرها افزایش یابد. 7- رینگ های مرکزی راهرچه نزدیک تر به کحل شکستگی یا نان یونیون به کار بریم. علاوه بر موارد فوق پنج فاکتور زیر را نیز به طور تئوریک در پایداری دستگاه دخیل می دانند: 1- مساحت سطح تماس بین دو انتهای استخوان نسوج بین دو انتهای استخوانmodulus2- الاستیسیته
3- فاصله گپ بین دوانتهای استخوان 4- شکل مکانیکال و اینترلاک انتهای استخوان 5- تنشن نسوج نرم اطراف استخوان فهم دقیق این پارامتر به جراح کمک می کندتا بداند کی یک گپ دیستراکشن برای دینامیزیشن آماده است.وقتی دستگاه الیزاروف بار بیشتری را تحمل نکند،برای حفاظت از کوتاه شدن استخوان لازم نیست؛اما چون استخوان به اندازه کافی برای مقاومت دربرابر لویدهای بندینگ بالغ نیست(مثل ترمیم آگزیال قبل از ترمیم بندیگ انجام می شود)دستگاه رابرای حفاظت درجهت بندینگ و آزادی درجهت لوید آگزیال برروی اندام نگه می دارند. شکل دو انتها ی استخوان و روشی که آنها در هم قفل می شوند و یا می توانیم آنها رادرهم قفل کنیم به مقدار قابل توجهی در پایداری سیستم دخالت دارد.این مهم یک مزیت دردرمان نان یونیون وبعضی از شکستگی ها است.پایداری سیستم را می توان با شکل دادن انتهای استخوان به طوری که یکی دردیگری فرورود یایک سطح خوب برای کمپرشن داشته باشد افزایش داد.در افزایش طول استخوان،شکل کورتیکوتومی را می توان برای ،زاویه دار شدن قدامی یاخلفی به جای عرضی به شکل مایل بلند تغییرداد. نهایتاٌ افزایش (valgus) یا واگلوس (varus) مقاومت در برابر
کشش نسج نرم پایداری دوانتهای استخوان را افزایش می دهد.این موضوع به پزشک اجازه می دهد که برای پایدار کردن افزایش طول استخوان،فقط دورینگ به کاربرد هوشمندانه فیکساتورالیزاروف،درنظرگرفتن فاکتورهای بیومکانیکال اکسترنسیک است.این موضوع همراه با اصول بیولوژیک که شخص الیزاروف ترسیم نموده است ترکیبی از بیولوژی خوب با بیومکانیک خوب است که نهایتاٌ نتیجه خوب نیز به دنبال خواهد داشت.
