Введение. В послеоперационном периоде при оперативном лечении переломов голени в целях активизации восстановительных процессов заживления перелома необходима ранняя ограниченная по величине и продолжительности нагрузка на травмированную конечность. По мере заживления перелома нагрузку можно постепенно увеличивать. Однако, если нагрузка на конечность, а значит и на травмированную кость как на передаточное для нагрузки звено, окажется избыточно большой, то костный регенерат, образующийся в области контакта отломков травмированной кости будет подвержен частичному или полному механическому разрушению. Такое разрушение является причиной осложнений, увеличивает продолжительность лечения и снижает его качество [1, 18, 21].

Клиническая практика показывает, что появляющаяся при повседневных движениях пациента нагрузка на травмированную конечность, неизбежно передаваемая путем механического контактного взаимодействия с одного костного отломка на другой, должна находиться в интервале, рекомендованном лечащим врачом. Это особенно важно на ранних стадиях заживления перелома [18, стр. 88]. Поэтому необходим постоянный контроль величины нагрузки на фрагменты костей в процессе лечения переломов.

Материалы и методы. Прямые измерения взаимного давления костных отломков в данном случае технически невозможны. Поэтому необходимы устройства, в которых реализовано косвенное измерение указанной выше силы. При косвенных измерениях искомая величина непосредственно не измеряется, а вычисляется по результатам измерений других связанных с ней величин. Например, зная нагрузку на голеностопный сустав можно определить силы контактного взаимодействия костных отломков с учетом особенностей методики остеосинтеза.

В свою очередь, для определения нагрузки на голеностопный сустав травмированной конечности могут быть использованы данные о контактном взаимодействии стопы пациента и опорной поверхности. Существует ряд методик и устройств для исследования контактного взаимодействия стопы и опорной поверхности [http://www.diaserv.ru/scan.html; https://www.uni-due.de/~qpd800/ и др.]. Таким образом, данные о давлении по стопе, являясь результатом прямых измерений, могут быть использованы в качестве исходных данных для моделирования контактного взаимодействия костных отломков как друг с другом, так и с элементами фиксирующих устройств [11, 12, 19, 20].

Результаты и обсуждение. Необходимость ограничения сил контактного взаимодействия костных отломков в процессе заживления перелома обосновывается с учетом биомеханических аспектов регенерации костной ткани, физиологических и клинических аспектов [1–20]. С учетом этих данных, а также социальной значимости затронутой проблемы был разработан вариант устройства для мониторинга нагрузки на фрагменты костей голени в процессе лечения переломов [19].

В предлагаемом устройстве технический результат выражается в улучшении результатов лечения и в профилактике осложнений, для достижения чего в устройстве используются блок цифрового преобразования величины давления по опорной поверхности стопы в величину взаимного давления отломков травмированной кости, а также и аудиовизуальная информация, передаваемая пациенту в виде  звуковых и световых сигналов. Указанный результат достигается тем, что устройство снабжено электронным блоком преобразования величины давления по опорной поверхности стопы в величину взаимного механического давления костных отломков травмированной конечности. Реализация предлагаемого устройства осуществлена с применением микроэлектронных компонентов.

Например, если в начальной стадии послеоперационного лечения перелома нагрузка на травмированную конечность при осторожной ходьбе с дополнительной опорой не должна превышать 10 % от веса пациента, то данное значение устанавливается (программируется) в предлагаем устройстве в качестве предельного. По мере приближения нагрузки к предельному значению, а также при его достижении пациенту выдаётся в аудиовизуальном виде соответствующая предостерегающая информация. Кроме того, названные выше результаты прямых и косвенных измерений по беспроводному каналу передаются в запоминающее устройство для дальнейшей обработки и обоснования рекомендаций по улучшению результатов лечения переломов с учетом индивидуальных особенностей пациента [10, 11].

Заключение. Доклинические испытания рассмотренного устройства выполнены в Больнице скорой медицинской помощи (г. Петрозаводск) [http://www.petrsu.ru/news.html?action=single&id=12015]. Подтверждено, что применение телекоммуникационных технологий и современных датчиков давления по площади контакта стопы с основанием позволяет с использованием методов численного моделирования биомеханических систем обеспечить дополнительные возможности в профилактике послеоперационных осложнений при лечении переломов голени.

1. Akulich Y.V., Podgaets R.M., Sotin A.V. the calculation of loads acting on the femur during normal human walking // Russian Journal of Biomechanics. 2000. Т. 4. № 1. С. 49.
2. Акулич Ю.В. Мматематическая модель процесса внутренней адаптационной перестройки спонгиозной и кортикальной костных тканей человека // Механика композиционных материалов и конструкций. 2005. Т. 11. № 2. С. 157-168.
3. Акулич Ю.В., Акулич А.Ю., Подгаец Р.М., Торопицин М.Н. Динамика нижней конечности человека в положении лежа на спине // Российский журнал биомеханики. 2003. Т. 7. № 3. С. 44-51.
4. Акулич Ю.В., Денисова Е.В., Холкина А.И. Влияние схемы внешних нагрузок на усилия мышц бедра и давление в тазобедренном суставе при движении нижней конечности в положении лежа на спине // Российский журнал биомеханики. 2004. Т. 8. № 1. С. 76-83.
5. Акулич Ю.В., Подгаец Р.М., Торопицин М.Н., Холкина А.И. Определение усилий мышц и реакций в суставах при движении нижней конечности в тренажере с отягощениями // Российский журнал биомеханики. 2004. Т. 8. № 4. С. 80-85.
6. Акулич Ю.В., Акулич А.Ю., Брюханов П.А., Денисов А.С. Контролируемое восстановление кортикальной костной ткани после лечения в аппаратах внешней фиксации // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2011. Т. 11. № 1. С. 50-59.
7. Акулич Ю.В., Акулич А.Ю., Денисов А.С., Подгаец Р.М. Адаптационные процессы в кости после остеосинтеза шейки бедра упругими резьбовыми фиксаторами // Российский журнал биомеханики. 2007. Т. 11. № 3. С. 39-53.
8. Акулич Ю.В., Акулич А.Ю., Денисов А.С., Подгаец Р.М. адаптационные процессы в кости после остеосинтеза шейки бедра упругими резьбовыми фиксаторами // Российский журнал биомеханики. 2007. Т. 11. № 3. С. 39-53.
9. Акулич Ю.В., Акулич А.Ю., Денисов А.С., Мерзляков М.В., Шулятьев А.Ф. Влияние геометрических, биомеханических и хирургических факторов на величины индивидуальных моментов закручивания фиксаторов при контролируемом остеосинтезе перелома шейки бедра. Сообщение i: постановка задачи // Российский журнал биомеханики. 2013. Т. 17. № 2 (60). С. 64-74.
10. Верховод А.Ю., Баракат М.Ф. Биомеханический анализ причин осложнений остеосинтеза блокируемыми интрамедуллярными стержнями неопорных оскольчатых диафизарных переломов костей голени // Фундаментальные исследования. 2012. № 10-2. С. 236-243.
11. Верховод А.Ю., Иванов Д.В. Применение метода конечных элементов для сравнительной оценки стабильности остеосинтеза оскольчатых диафизарных переломов костей голени блокируемыми интрамедуллярными стержнями и аппаратами наружной фиксации // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 4. С. 75.
12. Верховод А.Ю., Мельцер Р.И., Колесников Г.Н. Биомеханические аспекты остеосинтеза оскольчатых диафизарных переломов костей голени // Биомеханика 2010: тезисы докладов Десятой Всероссийской конференции (Саратов, 16-22 мая 2010 г.). Саратов, 2010. С. 51-52.
13. Колесников Г.Н. Дискретные модели механических и биомеханических систем с односторонними связям // Петрозавод. гос. ун-т. Петрозаводск, 2004. 204 с.
14. Колесников Г.Н., Раковская М.И. Энергетический критерий очередности перехода односторонних связей в действительное состояние // Обозрение прикладной и промышленной математики. 2006. Т. 13. С. 652.
15. Колесников Г.Н. Алгоритм декомпозиции линейной задачи дополнительности и его применение для моделирования соударений балансов в корообдирочном барабане // Resources and Technology. 2013. Т. 10. № 2. С. 111-138.
16. Колесников Г.Н. Биомеханическая модель скелетно-мышечной системы, построенная без субъективных критериев оптимальности // Российский журнал биомеханики. 2004. Т. 8. № 3. С. 19-29.
17. Колесников Г.Н. Дискретные модели механических и биомеханических систем с односторонними связями // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Петрозаводский государственный университет. Петрозаводск, 2004
18. Янсон Х.А. Биомеханика нижней конечности человека // Рига.1975. 324 с.
19. Шелестов А.С., Колесников Г.Н., Мельцер Р. И., Екимов Д.А., Тихомиров А.А., Верховод А.Ю. Устройство для мониторинга нагрузки на фрагменты костей при лечении переломов // Патент РФ 135245.
20. Писарев В.В., Алейников А.В., Васин И.В., Ошурков Ю.А. Оценка результатов лечения различных типов диафизарных переломов костей голени при накостном и внутрикостном остеосинтезе // Травматология и ортопедия России. 2013. № 3 (69). С. 29-36.
21. Прокопьев А. Н., Прокопьев Н. Я. Влияние функциональных нагрузок на анатомическое восстановление и репаративную регенерацию переломов длинных трубчатых костей (краткий обзор литературы) // Молодой ученый. 2013. №. 1. С. 393-399.

Все статьи автора «Колесников Геннадий Николаевич»