Артрология и эндопротезирование суставов

Артрология (arthrologia) — раздел медицины, изучающий суставы и их заболевания. Современная артрология тесно связана с эндопротезиpованием как с одним из наиболее эффективных методов лечения патологии суставов, измененных вследствие травм или заболеваний дегенеративно-дистрофических, воспалительных, онкологических и др. В этой главе рассмотрены основные вопросы взаимосвязи артрологии и эндопротезирования. Краткое описание строения суставов человека и их патологии предшествует рассмотрению основных клинических аспектов эндопротезирования суставов. Проанализированы показания к хирургическому лечению, элементы предоперационного планирования и отдаленные результаты эндопротезирования суставов. Эволюция этих проблем и их оценка специалистами в области эндопротезирования отражена в историческом очерке.

СУСТАВЫ ЧЕЛОВЕКА И ИХ ПАТОЛОГИЯ

Анатомо-функциональная схема сустава человека показана на рис. 1. Основными структурными элементами сустава являются сопряженные кости, контактные поверхности которых покрыты гиалиновым хрящом, заключенные в суставную капсулу. Последняя образована фиброзной оболочкой, которая выстлана изнутри синовиальной оболочкой и заполнена смазочной средой — синовиальной жидкостью. Толщина гиалинового хряща находится в пределах 0,2−6,0 мм в зависимости от распределения нагрузки по поверхности контактирования в суставе.

Суставной хрящ состоит из хондроцитов и коллагенового каркаса. Хондроциты хрящевые клетки овальной или округлой формы с небольшими отростками, находятся в полостях (лакунах) коллагенового каркаса.

Взаимодействие структурных элементов сустава создает оптимальные биофизические условия для протекания обменных процессов между суставной полостью и кровеносным руслом, которые обеспечивают работоспособность суставов в течение длительного времени.

Форма суставных поверхностей соответствует поверхностям геометрических тел — цилиндра, эллипса, шара и т. д. (рис.2) и определяет количество осей, вокруг которых происходит вращательное движение в суставах с элементами скольжения. Цилиндрическая форма суставных поверхностей позволяет совершать движение лишь вокруг одной, эллипсоидная — вокруг двух, а шаровидная — вокруг трех взаимно перпендикулярных осей. Поэтому биомеханическая классификация суставов предполагает их разделение на одно-, двухи трехосные. К одноосным относятся цилиндрические и блоковидные (рис. 2, а) суставы. Двухосные суставы — эллипсовидный (б), седловидный (в) и мыщелковый (представляет собой переходную форму от блоковидного к эллипсовидному, например, коленный сустав). Трехосные суставы представляют собой сопряженные шар и впадину, в зависимости от глубины которой различают шаровидный (3 — плечевой сустав) и чашеобразный (тазобедренный) суставы.

Ниже рассмотрены представляющие наибольший интерес с позиций эндопротезирования суставы верхних и нижних конечностей.

Суставы верхней конечности — плечевой, локтевой, лучезапястный и суставы кисти.

Плечевой сустав (articulatio humeri) образован головкой плечевой кости и суставной впадиной лопатки. Головка плечевой кости шаровидная, а суставная впадина лопатки представляет собой уплощенную сферическую полость. Площадь покрытой хрящом поверхности головки примерно в 3 раза больше поверхности суставной впадины лопатки. Головка отклонена назад (ретроверзия) от продольной оси плечевой кости примерно на 30, а суставная впадина находится в положении ретроверзии 7−10 относительно поверхности лопатки. Эти анатомические особенности обусловливают большой объем движения в плечевом суставе.

Патологические состояния, являющиеся показаниями для эндопротезирования плечевого сустава, следующие:

тотальное эндопротезирование (замена всех компонентов сустава, образующих пару трения) плечевого сустава выполняется при дегенеративных изменениях хрящевых поверхностей головки и суставной впадины лопатки, которые возникают вследствие ревматоидного и других артритов, асептического некроза головки, гнойной инфекции, тяжелых переломов, переломо-вывихов и др.;

однополюсное эндопротезирование (замена одного компонента пары трения) на плечевом суставе чаще всего производят при многооскольчатых переломах, переломо-вывихах и расслаивании головки, компрессионных переломах головки с потерей 50% (и более) площади ее суставной поверхности, а также при переломах анатомической шейки плеча, когда отломанный фрагмент не связан с мягкими тканями и лишен кровоснабжения; эндопротезирование головки плеча выполняют только при сохраненном хряще суставной впадины лопатки.

Локтевой сустав (articulatio cubiti) образован соединением трех костей: плечевой, локтевой и лучевой. Между ними сформированы три сустава плечелоктевой, плечелучевой и проксимальный лучелоктевой (рис. 2).

Плечелоктевой сустав (articulatio humeroulnaris, блоковидный) образован соединением блока плечевой кости и блоковидной вырезки локтевой кости. Поверхность блока плечевой кости покрыта гиалиновым хрящом не полностью, а на дуге 300^о в сагиттальной плоскости (проходящей вертикально спереди — назад вдоль тела).

Плечелучевой сустав (articulatio humeroradialis, шаровидный) представляет собой соединение головчатого возвышения плечевой кости и суставной ямки в головке лучевой кости.

Проксимальный лучелоктевой сустав (articulatio radioulnaris, цилиндрический) образован соединением суставной окружности (цилиндрической образующей) головки лучевой кости и соответствующей ей лучевой вырезки локтевой кости.

Ортопед должен оценить взаимную ориентацию соединений костей, образующих локтевой сустав, чтобы восстановить объем его движений после эндопротезирования. Трудность этой задачи связана со множеством плоскостей вращения в суставе и спецификой взаимного расположения осей вращения в каждом соединении.

Показания для тотального эндопротезирования локтевого сустава: анкилоз — неподвижность сустава, обусловленная сращением суставных поверхностей; деформирующий артроз, ложные суставы надмыщелковой зоны плеча; разрушения опухолевыми процессами костей, образующих сустав.

Частичное эндопротезирование локтевого сустава (термин «однополюсное эндопротезирование» мы не применяем в связи с тем, что локтевой сустав образован соединением трех костей) в настоящее время представляет лишь исторический интерес. Его применяли только на раннем этапе эндопротезирования суставов. Современные конструкции эндопротезов предусматривают только тотальное замещение локтевого сустава.

Лучезапястный сустав (articulatio radiocarpalis) образован запястной суставной поверхностью лучевой кости, суставным диском и проксимальными (расположенными ближе к плечу) поверхностями первого ряда костей запястья (рис.2). Кости запястья располагаются между костями предплечья и пястными, обеспечивая разнообразие движений кисти. Они входят в следующие суставы: лучезапястный, среднезапястный, межзапястные и запястно-пястный. По форме суставных поверхностей лучезапястный сустав является эллипсовидным с двумя осями движения: фронтальной (перпендикулярной сагиттальной плоскости) и сагиттальной.

Хотя в суставах запястья осуществляются сложные движения, ось вращения запястья при сгибании-разгибании, лучевом и локтевом отклонениях проходит через фиксированную точку головчатой кости (одна из костей запястья). Положение этой точки не зависит от объема движения в лучезапястном суставе. Она расположена на расстоянии ј длины головчатой кости от проксимальной части последней.

Суставные поверхности костей запястья представляют собой часть поверхности тора (геометрическое тело, напоминающее баранку) с различными радиусами кривизны при сгибании-разгибании (R₁) и луче-локтевом отклонениях (R₂), R₁ < R₂. Такая форма поверхностей трения определила типичную схему эндопротеза лучезапястного сустава с головкой в виде эллипсоида и соответствующим углублением в контртеле (рис. 2, б).

Тотальное эндопротезирование лучезапястного сустава выполняется при выраженном болевом синдроме, вызванном обширными дегенеративно-дистрофическими изменениями костей запястья, вследствие ревматоидного артрита или при тяжелых посттравматических артрозах лучезапястного сустава. К эндопротезированию ортопеды вынуждены обращаться также в случаях неудовлетворительных исходов традиционных вариантов костнопластических операций или удаления пораженных костей. Последнее приводит к смещению оставшихся костей кистевого сустава, нарушению конгруэнтности поверхностей трения и к прогрессированию дегенеративных изменений.

Частичное эндопротезирование (замену отдельных костей запястья) осуществляют при локализованных патологических процессах и ложных суставах.

Суставы пальцев кисти соединяют кости пястья с пальцами и фаланги пальцев между собой (пясть — часть верхней конечности между запястьем и основными фалангами пальцев). В рассматриваемую совокупность входят две группы суставов.

Пястно-фаланговые суставы (articulationеs metacarpophalangeales) образованы поверхностями головок пястных костей и основаниями проксимальных фаланг. Суставные поверхности головок округлые, а суставные впадины проксимальных фаланг — эллипсоидные. В пястно-фаланговых суставах возможны движения вокруг двух осей. Вокруг фронтальной оси происходит сгибание-разгибание суставов в пределах 90. Эти движения напоминают складывание-раскладывание зонта. Вокруг сагиттальной оси совершаются отведение и приведение пальцев (45−50). В пястно-фаланговых суставах возможны также круговые движения. Современные конструкции эндопротезов этих суставов обеспечивают восстановление оси сгибательно-разгибательных движений, но они не могут восстановить у пациента ощущение стабильности при выполнении «тонких» движений.

Межфаланговые суставы кисти образованы головками и основаниями соседних фаланг. Все суставы по форме суставных поверхностей являются типичными блоковидными. В этих суставах возможны движения только вокруг фронтальной оси — сгибание и разгибание в пределах 90.

Показаниями к эндопротезированию пястно-фаланговых и межфаланговых суставов кисти являются значительные деструктивные изменения в них, как правило, вследствие ревматоидного артрита. Трудности получения хороших функциональных результатов эндопротезирования связаны с тем, что при ревматоидном полиартрите происходят необратимые дегенеративные изменения в сухожилиях, мышцах и связках кисти. Однако при дегенеративных изменениях травматического характера одного или нескольких суставов эндопротезирование дает стойкие положительные результаты.

Суставы нижней конечности — тазобедренный, коленный, голеностопный, суставы стопы. Особенности их строения соответствуют функциям этих суставов: перемещение тела в пространстве, поддержание равновесия.

Тазобедренный сустав (articulatio coxae) образован вертлужной впадиной тазовой и головкой бедренной костей. По форме контактных поверхностей он относится к чашеобразным. При движениях в этом суставе в трении участвует вся суставная поверхность головки бедра и часть хрящевой поверхности вертлужной впадины, названная полулунной поверхностью. С краем вертлужной впадины сращено волокнисто-хрящевое образование — вертлужная губа, увеличивающая объем вертлужной впадины. Поэтому в тазобедренном суставе имеют место вращения вокруг трех осей. Вокруг фронтальной оси возможно сгибание и разгибание. При согнутом коленном суставе сгибание достигает 118−121, при разогнутом 84−87. Разгибание в тазобедренном суставе не превышает 13. Вокруг сагиттальной оси происходит отведение и приведение нижней конечности к туловищу (80−90). Вокруг вертикальной оси осуществляется вращение головки бедренной кости (угол вращения достигает 40−50). Объем движений в тазобедренном суставе ограничивают мощные связки и сильные мышцы, расположенные вокруг него, а также связка головки бедренной кости. Эта цилиндрическая связка прикреплена одним концом к головке бедренной кости, а другим — к тазовой кости в области вертлужной впадины.

С помощью эндопротезирования реализуется близкое к нормальному функционирование реконструированного тазобедренного сустава. Последний должен обеспечивать повседневную активность больного, в том числе, при сидении, вставании, ходьбе, подъеме по лестнице и т. д., исключая атлетическую деятельность и другие экстремальные нагрузки.

Тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава как основной метод оперативного лечения показано при стадиях дегенеративно-дистрофических изменений сустава, которые сопровождаются выраженным болевым синдромом, обусловливающим ограничение физической активности больного и постоянный прием медикаментов. Эти изменения имеют место при первичных и вторичных артрозах, асептическом некрозе головки бедренной кости, ревматоидном и подагрическом артритах, посттравматических состояниях и т. д. Иногда тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава может быть использовано как первичный метод лечения у пожилых пациентов с медиальными переломами шейки бедра, а также при болезни Педжета, первичных и вторичных опухолевых поражениях сустава.

С особой осторожностью ортопеды относятся к тотальному эндопротезированию у молодых пациентов. Дело в том, что немногие типы имплантированных эндопротезов тазобедренного сустава имеют технический ресурс более 20 лет. Для больных моложе 40 лет предпочтительны реконструктивные оперативные вмешательства на проксимальном отделе бедренной кости и костях таза. Предложена оригинальная методика реваскуляризации (восстановления сосудов) головки бедренной кости при ее асептическом некрозе с использованием костных аутотрансплантантов на мышечной сосудистой ножке.

Однополюсное эндопротезирование тазобедренного сустава предполагает замену только головки и шейки бедра. Существенным недостатком однополюсных эндопротезов является нарастающий во времени при функционировании эндопротеза износ хряща вертлужной впадины, что неизбежно приводит к ревизионной операции с имплантацией тотального эндопротеза. Альтернативным решением является применение биполярного эндопротеза. Последний снижает фрикционную нагрузку на хрящ вертлужной впадины благодаря возможности вращения шаровой головки бедренного компонента в шаровом элементе, подвижно сопряженном с вертлужной впадиной.

Коленный сустав (articulatio genus) — самый крупный сустав человека, образованный тремя костями: бедренной, большеберцовой и надколенником. Они образуют блоковращательное соединение с двумя видами движений — сгибательно-разгибательным и в значительно меньшем объеме — вращательным.

Суставные поверхности большеберцовой и бедренной костей покрыты гиалиновым хрящом и дополнены внутрисуставными хрящами, названными менисками — медиальным (внутренним) и латеральным (наружным). Мениски улучшают конгруэнтность поверхностей трения коленного сустава и благодаря этому обеспечивают равномерное распределение давления в контакте суставных поверхностей бедра и голени. От этого в значительной мере зависит скорость изнашивания коленного сустава, поскольку величины контактного давления при ходьбе, подъеме и спуске по лестнице соответствуют в среднем 4,5 массам тела человека. Каждый мениск представляет собой фиброзно-хрящевую пластинку полулунной формы в плане и треугольного поперечного сечения. Толстый край мениска обращен кнаружи и сращен с капсулой сустава, а истонченный направлен внутрь сустава. Впереди мениски соединены поперечной связкой.

Мышцы и связки, окружающие коленный сустав, образуют его укрепляющий аппарат. В пределах объема активных движений стабилизируют сустав только мышцы, а за этими пределами — в основном, связки. Связки напрягаются и являются тормозом при пассивных движениях в суставе, превышающих объем активных движений. При выполнении этой функции они действуют как единый в функциональном отношении синергический комплекс. Из связок выделяют внутрии внесуставные связки, натяжение которых обусловливает крайние положения при сгибании, разгибании и вращении в коленном суставе.

К внутрисуставным связкам колена относятся уже упомянутая поперечная связка, а также передняя и задняя крестообразные связки. Передняя — препятствует смещению бедренной кости назад при разгибании ноги в колене, задняя — ограничивает смещение бедренной кости вперед.

Фиброзная (наружная) мембрана капсулы коленного сустава, выполняя функцию механического стабилизатора сустава, местами разрастается и уплотняется настолько, что в ней можно выделить семь внесуставных связок.

В итоге объем движений в коленном суставе характеризуется следующими параметрами. Сгибание и разгибание колена вокруг поперечной оси происходит с амплитудой 140−150. Вращения вокруг вертикальной оси: активные — в среднем 15, пассивные — 30−35.

Перед тем, как планировать эндопротезирование коленного сустава, целесообразно оценить степень выраженности боли и функциональные нарушения вследствие прогрессирования заболевания сустава. Даже уменьшение болевого синдрома и улучшение функций коленного сустава после операции оправдывает хирургическое вмешательство. В настоящее время эндопротезирование коленного сустава занимает выдающееся место в арсенале средств реконструктивной ортопедии. Несмотря на это, проблемы, связанные с конструкцией эндопротезов коленного сустава и его связок, техникой их имплантации, лечение переломов мыщелков и посттравматических артрозов постоянно дискутируются, но на сегодняшний день не имеют окончательного решения.

Тотальное эндопротезирование коленного сустава выполняют при поздних стадиях деформирующего артроза, дегенеративных изменениях вследствие хондроматоза и ворсинчатого синовита, подагрических и ревматоидных поражениях сустава, асептическом некрозе и посттравматических артрозах. Эта операция может быть сделана после коррегирующих остеотомий бедра и голени, проведенных ранее. Для молодых пациентов тотальное эндопротезирование коленного сустава имеет ограниченные показания. Альтернативой ему являются коррегирующая остеотомия бедра и голени, артродез (операция создания неподвижного сустава). Артроскопия (малоинвазивное проникновение в полость сустава оптического и других инструментов с выводом изображения на монитор) является методом диагностики, позволяющим выбрать оптимальный тип реконструктивной операции. Этот высокотехнологичный метод хирургического вмешательства уже давно используется в Беларуси для лечения поврежденных менисков и внутрисуставных связок коленного сустава.

Ранее абсолютными противопоказаниями для тотального эндопротезирования коленного сустава были гнойные артриты, нейропатические артропатии и первично выполненный артродез. В настоящее время при этих заболеваниях возможно выполнение тотального замещения сустава при наличии специальных конструкций эндопротезов и современных антибактериальных препаратов. В каждом конкретном случае хирург и пациент должны объективно оценить риск предстоящего хирургического вмешательства.

Частичное эндопротезирование коленного сустава — дискуссионная проблема. Патологические поражения только одного костно-хрящевого элемента суставов встречаются достаточно редко. Попытки его локальной замены приводили к необходимости последующего тотального эндопротезирования сустава в относительно короткие сроки после первичной операции. Тем не менее, такие попытки продолжаются во всем мире и стимулируют развитие частичного эндопротезирования коленного сустава.

Голeностопный сустав (articulatio talocruralis) — типичный блоковидный сустав, образованный суставными поверхностями обеих костей голени и таранной кости. Кости голени наподобие вилки охватывают блок таранной кости. Капсула голеностопного сустава имеет форму манжеты, которая прикреплена к большеберцовой кости спереди так, что между ней и суставным хрящом образован зазор 5−8 мм, а сзади и с боков она прикреплена по линии суставного хряща. Капсула сустава укреплена вспомогательными связками, расположенными на боковых поверхностях сустава: медиальной (дельтовидной) и тремя латеральными.

Ось вращения голеностопного сустава проходит через вершины латеральной и медиальной лодыжек. Вокруг нее происходит сгибание и разгибание с амплитудой 60−70. При меньшей амплитуде сильнее нагружаются соседние суставы — подтаранный и среднеплюсневые. Нормальный голеностопный сустав при ходьбе выдерживает нагрузку, соответствующую 4−5 массам тела человека, и в нем развивается усилие сдвига, соответствующее 80% массы. Контактные напряжения в голеностопном суставе ниже, чем в тазобедренном или коленном.

Тотальное эндопротезирование голеностопного сустава — оптимальный метод лечения больных с системными артритами, низкая активность которых связана с трудностью ходьбы. В эту группу заболеваний входят ревматоидная, псориатическая и гемофилическая артропатии, а также системная красная волчанка. Эндопротезирование показано для пациентов с посттравматическим артрозом и аваскулярным некрозом таранной кости.

Для молодых, тучных и физически активных пациентов альтернативой эндопротезированию является артродез голеностопного сустава. После этой операции исчезают боли, человек приобретает способность выполнять длительную физическую работу в положении стоя. Неподвижность голеностопного сустава компенсируется при ходьбе увеличением объема движений в мелких суставах стопы.

Эндопротезирование нецелесообразно при наличии гнойной инфекции и при нервно-мышечных заболеваниях со спастическим компонентом. Частичное эндопротезирование голеностопного сустава не применяется.

Суставы стопы — соединения костей предплюсны, предплюсны и плюсны, а также фаланг пальцев. Двенадцать костей предплюсны и плюсны соединены между собой в «тугие» суставы и служат твердой основой стопы. Суставы стопы сложны по строению и функциональным особенностям. Некоторые из них имеют самостоятельные капсулы и отдельные суставные полости. Сложные многоплоскостные движения в этих суставах оптимизированы наличием мышц и туго натянутых связок.

В мировой практике есть опыт экспериментального эндопротезирования отдельных костей стопы и суставов. Этот опыт не нашел широкого клинического применения.

Злокачественные новообразования костей и суставов — специфическая патология опорно-двигательного аппарата человека. Успехи химиотерапии онкологических заболеваний привели к радикальному пересмотру устоявшегося подхода к хирургической части лечения больных этой группы. В настоящее время возросла выживаемость и продолжительность жизни онкобольных, и поэтому увеличилось значение сохранных операций на костях и суставах, а также необходимость их совершенствования. Совсем недавно в костной онкологии предпочтение отдавалось ампутациям и аллопластическому замещению костных дефектов и суставных концов костей. Это было вызвано: 1) трудностью диагностики распространения опухолевого процесса до операции; 2) большей надежностью ампутации по сравнению с методами адьювантной (вспомогательной) терапии; 3) необходимостью сложной реконструкции суставов и изготовления индивидуальных эндопротезов. За последние десятилетия в дифференциальной диагностике костных опухолей достигнут определенный прогресс и вместо этих операций стало активно внедряться эндопротезирование суставов и костных дефектов при опухолевом поражении костей конечностей, которое обозначилось как новое направление в костной онкологии. Этому способствовал прогресс в создании специальных онкологических эндопротезов костей и суставов, материалы и конструкции которых рассмотрены в главах II и III.

Приведенный краткий обзор строения и патологии суставов свидетельствует, что их механическая функция может быть воспроизведена с помощью эндопротезов. Конструкции эндопротезов суставов предусматривают обязательное наличие узла трения, имитирующего подвижное соединение суставных концов костей. Работа любого узла трения обусловливает повреждения поверхностей трения и образование продуктов износа. Эти процессы характерны для имплантированных эндопротезов суставов. Поэтому проблемными вопросами создания эндопротезов суставов являются увеличение износостойкости подвижных сопряжений и утилизация продуктов их износа. Сложность решения этих проблем делает эндопротезы суставов одним из наиболее наукоемких, высокотехнологичных и дорогостоящих искусственных органов человека.

сустав эндопротезирование патология.