ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΟΡΘΟΠΕΔΙΚΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ ΟΣΤΕΟΓΕΝΕΣΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΑΠΑΪΩΑΝΝΟΥ ΑΝΤΩΝΙΟΥ Α.Μ. : 5419 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ : ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΤΖΕΣ ΑΝΤΩΝΙΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ : ΠΑΤΡΑ 007

2

3 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η διπλωματική εργασία με θέμα: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΟΡΘΟΠΕΔΙΚΗΣ ΔΙΑΤΑΞΗΣ ΟΣΤΕΟΓΕΝΕΣΗΣ του φοιτητή του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών: ΠΑΠΑΪΩΑΝΝΟΥ ΑΝΤΩΝΙΟΥ (Α.Μ. 5419) παρουσιάστηκε δημόσια στο τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών στις 19 Δεκεμβρίου 007 και εξετάσθηκε και εγκρίθηκε από την ακόλουθη Εξεταστική Επιτροπή: Επιβλέπων: Τζες Αντώνιος, Αναπληρωτής Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών. Συνεξεταστής: Ποιμενίδης Τριαντάφυλλος, Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών Ο επιβλέπων Ο Διευθυντής του Τομέα Αναπληρωτής Καθηγητής Τζες Αντώνιος Καθηγητής Κούσουλας Νικόλαος

4

5 A Περίληψη Η διπλωματική αυτή εργασία πραγματεύεται την προσομοίωση μιας ορθοπεδικής διάταξης οστεογένεσης, την τρισδιάστατη απεικόνιση αυτής από κατασκευαστικής άποψης καθώς και την πλήρη μελέτη της κίνησης αυτής με τον προγραμματισμό της ορθής και αντίστροφης κινηματικής. Πιο συγκεκριμένα η μελέτη που γίνεται αφορά το είδος πλατφόρμας Stewart και χρήση αυτής ως εξωτερικής συσκευής οστεογένεσης. Πρωτεύον μέλημά μας αποτελεί η περιγραφή του φαινομένου της οστεογένεσης και η κατανόηση της λειτουργίας και ανάπτυξης των οστών (Κεφάλαιο ). Στη συνέχεια προβαίνουμε σε μια αναλυτική παρουσίαση των συσκευών οστεογένεσης που υπάρχουν στον χώρο με επιμέρους ανάλυση της λειτουργίας της κάθε μιας καταλήγοντας στην πλατφόρμα που θα μελετήσουμε (Κεφάλαιο ). Ακολούθως, παρουσιάζουμε την κινηματική ανάλυση της πλατφόρμας Stewart τόσο την ορθή όσο και την ανάστροφη και επίσης γίνεται και μελέτη της δυναμικής ανάλυσης της διάταξης αυτής (Κεφάλαιο 4). Λαμβάνοντας υπόψη όλα τα προηγούμενα, είμαστε σε θέση να προχωρήσουμε στην προσομοίωση της πλατφόρμας Stewart, αρχίζοντας με τον προγραμματισμό των κινηματικών εξισώσεων, συνεχίζοντας με την προσομοίωση στο Simmechanics και τέλος δημιουργώντας την τρισδιάστατη απεικόνιση της διάταξης στο VRML toolbox του Matlab όπου φαίνεται η κίνηση της πλατφόρμας στον τρισδιάστατο χώρο (Κεφάλαιο 5). Τέλος, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα και οι προοπτικές της εν λόγω εργασίας (Κεφάλαιο 6).

6 B

7 C Ευχαριστίες Η ολοκλήρωση της παρούσης διπλωματικής εργασίας δεν θα ήταν δυνατή δίχως την ουσιαστική συμβολή συγκεκριμένων ανθρώπων, οι οποίοι με τις γνώσεις τους και την διάθεσή τους να προσφέρουν συντέλεσαν στο να επιτευχθεί η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία. Πρώτα από όλα σημαντική ήταν η συμβολή του επιβλέποντα καθηγητή Αντωνίου Τζε, ο οποίος ήταν αυτός που μου έδωσε το ερέθισμα να ασχοληθώ με το συγκεκριμένο θέμα ήδη από το μάθημα Εισαγωγή στην Ρομποτική του 4 ου έτους. Οι κατευθύνσεις που μου έδωσε και οι συμβουλές του συντέλεσαν στη βελτίωση και ολοκλήρωση της παρούσας εργασίας. Πολύ σημαντική υπήρξε και η συνεισφορά του μεταπτυχιακού φοιτητή Αθανασίου Τσουκαλά, ο οποίος έχοντας ολοκληρωμένη γνώση του VRML toolbox προσέφερε τα μέγιστα στο κομμάτι αυτό που αφορούσε στην τρισδιάστατη προσομοίωση της πλατφόρμας. Σε αυτούς λοιπόν τους ανθρώπους που έκαναν ότι πραγματικά ήταν δυνατόν για να έχουμε το συγκεκριμένο αποτέλεσμα χρωστάω πολλές ευχαριστίες και εύχομαι η συγκεκριμένη εργασία να αποτελέσει προϊόν χρήσιμο για μελλοντική επεξεργασία και έρευνα.

8 D

9 E Περιεχόμενα 1 Εισαγωγή Παρουσίαση στόχων... Φαινόμενο Οστεογένεσης....1 Ανατομία των οστών.... Υφή των οστών...4. Σχηματισμός πώρου Μηχανικοί παράγοντες που επηρεάζουν την ανάπτυξη οστίτη ιστού Βιολογία Οστεογένεσης Οστεογένεση κατά την επιμήκυνση Μοντέλο οστεογένεσης δια διατάσεως (Model of distraction osteogenesis) Μηχανικοί παράγοντες Συνθήκες Φόρτισης Εμβιομηχανικές επιδράσεις επί του συζευτικού χόνδρου Συστήματα υποστήριξης της οστεογένεσης Σταδιακή επιμήκυνση άκρων-επιπλοκές και αντιμετώπιση Παράλληλη επιμήκυνση σε αχονδροπλαστικά άτομα Παραδείγματα, περιπτώσεις διόρθωσης των παραμορφώσεων των χαμηλότερων άκρων με τη βοήθεια της οστεογένεσης δια διατάσεως... Συσκευές Οστεογένεσης Είδη ΣΟ και εφαρμογή αυτών...7. Παραδοσιακές συσκευές οστεογένεσης...9. Νέες συσκευές οστεογένεσης ΣΟ ΣΟ Χώρος κίνησης (Workspace) Συνδυασμός ρομπότ και computer για εξωτερική διόρθωση κατάγματος Ανάπτυξη του συστήματος Αλγόριθμος αντίστροφης κινηματικής ανάλυσης Προσομοίωση και αποτελέσματα Πλατφόρμα Stewart με έξυπνα υλικά (SMA) Κράμα SMA Σχεδιασμός ενός Nitinol ενεργοποιητή Έλεγχος ενός Nitinol ενεργοποιητή Βελτίωση του ρυθμού ψύξης Πλατφόρμα Stewart ανάλυση Κινηματική και αντίστροφη κινηματική ανάλυση Εισαγωγικά Κινηματική ανάλυση Αντίστροφη κινηματική ανάλυση Ο πίνακας Jacobian Ιδιομορφίες (Singularities)...77

10 F 4..1 Εισαγωγικά Περίπτωση Νο1 (Singularity Ροπής) Περίπτωση Νο (Singularity Θέσης) Δυναμική της πλατφόρμας Stewart Προσομοίωση πλατφόρμας Stewart Προσομοίωση κινηματικών εξισώσεων Ορθή κινηματική-κώδικας, αποτελέσματα Αντίστροφη κινηματική-κώδικας, αποτελέσματα Ειδικές περιπτώσεις-δοκιμές Γραφικές παραστάσεις-διαγράμματα Προσομοίωση ορθοπεδικής διάταξης Stewart στο Simmechanics Μοντελοποίηση των φυσικών εξαρτημάτων με το Simmechanics Καθορισμός γεωμετρίας χρησιμοποιώντας κώδικα στο Matlab Μηχανικά μέρη-σχέδια και προσομοίωση επιμέρους κομματιών της πλατφόρμας Οπτική απεικόνιση της πλατφόρμας Stewart Τρισδιάστατη απεικόνιση στο VRML Toolbox Επιμέρους Snapshots Συμπεράσματα-Προοπτικές για περαιτέρω έρευνα Παράρτημα Π.1 Τεχνητά οστά προς αντικατάσταση θρυμματισμένων οστών Π. Ευφυείς συσκευές φροντίζουν τα κατάγματα Π. Εφαρμογή πολυμερών σύνθετων υλικών σε εξωτερικές ορθοπεδικές συσκευές Βιβλιογραφία...15

11 1 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Στις μέρες μας, ο τομέας που ασχολείται με την βιοϊατρική και την ιατρική τεχνολογία αναγνωρίζεται ευρέως ως σύγχρονη πρόκληση και χρίζει ιδιαίτερης σημασίας και έρευνας. Η βιοϊατρική τεχνολογία αναφέρεται στην εφαρμογή των θετικών επιστημών και των παραγώγων τους στην ανάλυση και την επίλυση προβλημάτων στους τομείς της ιατρικής και της βιολογίας. Μια σημαντική εφαρμογή που συνδυάζει γνώσεις τόσο από ιατρικής πλευράς όσο και από πλευράς τεχνολογίας είναι οι συσκευές που αφορούν στην αποκατάσταση των καταγμάτων των οστών αλλά και σε πιθανή επιμήκυνση αυτών. Όπως γνωρίζουμε το οστικό σύστημα είναι πολύ σημαντικό για τον άνθρωπο αφού πάνω σε αυτό στηρίζονται οι μύες του ανθρωπίνου σώματος και επίσης βοηθάει στη διαμόρφωση, στάση και κίνηση αυτού. Επίσης τα οστά δίνουν στο σώμα την δομή του, μας βοηθάνε να κινηθούμε με διαφόρους τρόπους, προστατεύουν τα εσωτερικά όργανα του οργανισμού μας και προσφέρουν και πολλές άλλες δυνατότητες. Αρκεί να αναφέρουμε ότι ένα σώμα ενηλίκου αποτελείται από 06 οστά(!) για να καταλάβουμε τον ζωτικό ρόλο που έχουν τα οστά για το σώμα μας.

12 Κατά τη διάρκεια της ζωής ενός ανθρώπου στατιστικές έχουν δείξει ότι κάθε άνθρωπος εμφανίζει μεγάλες πιθανότητες να υποστεί κάποιο κάταγμα σε κάποιο οστό του σώματός του. Αν αναλογιστούμε ότι υπάρχουν περιπτώσεις καταγμάτων βαριάς μορφής που απαιτούν μεγάλες περιόδους ακινησίας από τους ασθενείς και δεν επουλώνονται πλήρως με τις καθαρά συμβατικές μεθόδους της ιατρικής, όπως οι εγχειρίσεις, ή η προσάρτηση εσωτερικών λαμών στο τραυματισμένο μέρος του ασθενούς καταλαβαίνουμε ότι είναι επιτακτική ανάγκη χρήσης συσκευών που δίνουν σωστή και γρήγορη λύση σε αντίστοιχα τραύματα και φυσικά με όσο το δυνατόν λιγότερο πόνο και χρόνο αναμονής από την πλευρά του ασθενούς. 1.1 Παρουσίαση στόχων Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση και μελέτη μιας πλατφόρμας στα πλαίσια της πλατφόρμας Stewart η οποία εκτός των άλλων εφαρμογών που έχει μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως εξωτερική συσκευή οστεογένεσης λόγω της μεγάλης ευελιξίας κινήσεων που παρουσιάζει. Αυτό που μας ενδιαφέρει κυρίως είναι η κίνηση της συγκεκριμένης πλατφόρμας η οποία επιτυγχάνεται μέσω κάποιων ενεργοποιητών οι οποίοι και καθορίζουν την όλη κίνηση της πλατφόρμας. Λόγω των συγκεκριμένων αρθρώσεων και της γεωμετρίας της πλατφόρμας Stewart αποκτάμε μεγαλύτερο πλεονέκτημα σε ότι αφορά το πιθανό workspace της πλατφόρμας και όπως θα δούμε και στη συνέχεια από τη δυναμική και κινηματική ανάλυση της πλατφόρμας που κάνουμε, η συγκεκριμένη διάταξη προς μελέτη αποτελεί μία γενίκευση των συσκευών οστεογένεσης που χρησιμοποιήθηκαν μέχρι την εμφάνιση αυτής. Έτσι λοιπόν εκμεταλλευόμενοι των πλεονεκτημάτων αυτής της πλατφόρμας δίνοντάς της κατάλληλες διαστάσεις και λαμβάνοντας υπ όψιν και τους περιορισμούς λόγω κάποιων γεωμετρικών περιορισμών αναλύουμε και προσομοιώνουμε την κίνησή της για εφαρμογή στον χώρο της ιατρικής και την αντιμετώπιση των καταγμάτων και ιδιαίτερα των μακριών οστών. Επίσης θα δημιουργήσουμε μια τρισδιάστατη απεικόνιση αυτής που θα μας βοηθήσει να καταλάβουμε πλήρως την κίνηση σε ένα xyz επίπεδο.

13 Κεφάλαιο Φαινόμενο Οστεογένεσης Τα οστά αποτελούνται από μεταλλεύματα, κυρίως από ασβέστιο και φώσφορο, και μια ουσία αποκαλούμενη κολλαγόνο. Τα οστά ποικίλλουν όσον αφορά τη μορφή και το μέγεθος. Είναι δυνατόν να είναι μακριά, κοντά, επίπεδα, ή ακανόνιστα διαμορφωμένα. Ο σκελετός του ενήλικου ατόμου, αποτελούμενος από τα οστά, είναι η οστέινη κατασκευή, που υποστηρίζει το σώμα και του προσδίδει το σχήμα του. Επίσης, προφυλάσσει τα εσωτερικά όργανα και παρέχει στους μύες του σώματος την κατάλληλη στήριξη. Η οστεογένεση είναι η διαδικασία δημιουργίας νέου οστικού υλικού από τους οστεοβλάστες. Στην ουσία είναι η διαδικασία ανάπτυξης των οστών στο ανθρώπινο σώμα..1 Ανατομία των οστών Επειδή στην εφαρμογή μας θα ασχοληθούμε με τα μακριά οστά, έτσι είναι σκόπιμο να γίνει μια αναφορά στην ανατομία και υφή των οστών.

14 4 Όπως είναι γνωστό κάθε μακρύ οστό αποτελείται από την διάφυση και τις δύο επιφύσεις μεταξύ των οποίων παρεμβάλλεται, στην νεαρή ηλικία, ο συζευτικός χόνδρος. Η διάφυση των επιμηκών οστών εμφανίζει μια κοιλότητα, τον μυελώδη αυλό, ο οποίος πληρούται από οστά, το δε τοίχωμα του αποτελείται από σκληρή οστέινη ουσία, την συμπαγή ουσία. Τα άκρα της διάφυσης καταλαμβάνονται από σπογγώδη οστέινη ουσία η οποία καταλαμβάνει και τις επιφύσεις. Το τμήμα της διάφυσης που έρχεται σε σχέση με την επίφυση λέγεται μετάφυση. Οι επιφύσεις των μακρών οστών εμφανίζουν την αρθρική επιφάνεια και εξωτερικά περιβάλλονται από λεπτό στρώμα συμπαγούς οστέινης ουσίας και εσωτερικά αποτελούνται από σπογγώδη ουσία. Σχήμα.1 Ανατομία ενός οστού. Υφή των οστών Κάθε οστό περιβάλλεται από το περιόστεο κάτω από το οποίο είναι η οστέινη ουσία, με την συμπαγή εξωτερικά και την σπογγώδη εσωτερικά,

15 μέσα στην οποία υπάρχει ο μυελός των οστών. Το περιόστεο είναι ένας πυκνός συνδετικός ιστός που χρησιμεύει για την θρέψη των οστών, για την πρόσφυση μυών και συνδέσμων, κατά δε την νεαρά ηλικία είναι και οστεοπλαστικό όργανο για την κατά πλάτος αύξηση των οστών. Η σύνδεση του περιοστέου με την οστέινη ουσία γίνεται εν μέρει με τα αγγεία και εν μέρει με ινώδεις δεσμίδες, τις δατιτραίνουσες ίνες του SHARPEY. Το περιόστεο συνίσταται από στοιβάδες από έξω προς τα έσω. Α. Η πρόσθετη στοιβάδα. Συνίσταται κυρίως από πυκνό ινώδη ιστό με λίγα κύτταρα και λίγες ελαστικές ίνες. Παριστά κυρίως τον φορέα των αγγείων και των νεύρων. Β. Η ινοελαστική στοιβάδα. Χαρακτηρίζεται κυρίως από την αφθονία των ελαστικών ινών και από αυτών εξέρχονται οι διατιτραίνουσες ίνες του SHARPEY. Γ. Η στοιβάδα των οστεοβλαστών (ollier). Έχει αφθονία οστεοβλαστών και στερείται ελαστικών ινών. Στο ενήλικα η στοιβάδα των οστεοβλαστών μετατρέπεται σε ινώδη συνδετικό ιστό, με ελάχιστα πρωτοπλασματοβριθή κύτταρα και ενσωματώνεται στην ινοελαστική στοιβάδα. Εξ αιτίας αυτού δεν εμφανίζει το περιόστεο οστεοπλαστικές ικανότητες στον ενήλικα, παρά μόνο σε κατάγματα, οπότε επανεμφανίζονται οι οστεοβλάστες στην εν τω βάθει στοιβάδα του. Η κατά μήκος αύξηση των μακριών οστών στην αρχή γίνεται με επιμήκυνση της χονδρικής επίφυσης και στη συνέχεια με την ανάπτυξη του περιοστέου και του ενδοχονδρίου οστού της διάφυσης προς τα άκρα του. Μετά την εμφάνιση όμως των επιφυσιακών πυρήνων και την διαμόρφωσή του συζευτικού χόνδρου (Σ.Χ.) η κατά μήκος αύξηση γίνεται αποκλειστικά και μόνο από τον Σ.Χ. Οι δύο Σ.Χ. παριστούν περιφερειακές προεκτάσεις του πρωτογενούς πυρήνα οστεώσεως. Κάθε Σ.Χ. αποτελείται από μέρη: Α. Χονδρικό τμήμα με τις διάφορες ζώνες του Β. Οστικό τμήμα ( μετάφυση και την ινώδη ταινία που περιβάλλει τον Σ.Χ.) Εξετάζοντας διατομές του συζευτικού χόνδρου, παρατηρούμε ότι τα προς την επίφυση κύτταρά του, βρίσκονται σε ηρεμία (ζώνη του ηρεμαίου χόνδρου). Είναι σχετικά ανάγγεια ζώνη και λειτουργεί σα χώρος αναμονής και παραγωγής θεμέλιας ουσίας. Η αμέσως επόμενη ζώνη είναι η βλαστική ή αυξητική, στην οποία τα χονδροκύτταρα διαιρούνται γρήγορα και συνθέτουν νέα θεμέλια ουσία και διατάσσονται σαν στήλες νομισμάτων. Προς τη βάση της αυξητικής ζώνης τα διαιρεθέντα κύτταρα αρχίζουν να μεγεθύνονται δημιουργώντας έτσι την υπερτροφική ζώνη. Από την αυξητική ζώνη μέχρι το τέλος της υπερτροφικής, αυξάνεται ο όγκος των 5

16 6 κυττάρων 5-10 φορές, συμβάλλοντας έτσι στην αύξηση και παίρνοντας ένα σφαιρικό ή πολυγωνικό σχήμα. Καθώς αυξάνουν τα κύτταρα, η θεμέλια ουσία αλλάζει. Σχήμα. Συστατικά μέρη ενός οστού Η τοπική κατά κύτταρο θεμέλια ουσία αυξάνεται σημαντικά, όπως επίσης αυξάνεται και η συγκέντρωση κολλαγόνου και αρχίζουν να εμφανίζονται άλατα στον μεσοκυττάριο χώρο. Ο προσανατολισμός των κολλαγόνων ινιδίων της μεσοκυττάριας ουσίας, μεταβάλλεται μεταξύ των ζωνών. Στην ζώνη του ηρεμαίου χόνδρου και το άνω μέρος της αυξητικής, τα ινίδια δεν έχουν συγκεκριμένο προσανατολισμό. Στο μέσον και κάτω μέρος της αυξητικής ζώνης καθώς και στην υπερτροφική ζώνη, τα κολλαγόνα αυτά ινίδια τοποθετούνται παράλληλα προς τον επιμήκη άξονα του οστού, σχηματίζοντας επιμήκεις στήλες ή διαφράγματα που περιβάλλουν τις στήλες των χονδροκυττάρων. Στο τελευταίο μέρος της υπερτροφικής ζώνης, την ζώνη της προσωρινής επιμετάλλωσης, τα επιμήκη διαφράγματα ασβεστοποιούνται, τα μεγεθυσμένα χονδροκύτταρα συμπυκνώνονται, και σχηματίζονται κοιλάνσεις μέσα στις οποίες εισβάλλουν τριχοειδείς αγκύλες από τη

17 7 μετάφυση. Δια μέσου αυτών φέρονται οστεοβλάστες οι οποίοι αρχίζουν την παραγωγή νέου οστού στα ασβεστοποιημένα χονδρικά διαφράγματα (ενδοχόνδρινος οστεοποίηση). Στην συνέχεια το οστό αυτό υφίσταται ανακατασκευή (remodeling).. Σχηματισμός πώρου Το οστό είναι το μοναδικό όργανο που μετά την κάκωση επουλώνει το τραύμα με πλήρη αναγέννηση παρά με ουλώδη ιστό, δηλαδή με την πώρωση. Η πώρωση αποτελεί πολύπλοκη διεργασία με την οποία ο οργανισμός αποκαθιστά την συνέχεια του οστού. Η εκπλήρωση αυτού του σκοπού γίνεται με τρόπους: i. Πρωτογενής πώρος. Στη περίπτωση αυτή δημιουργείται απ ευθείας οστέινος πώρος. Παρατηρείται, όταν υπάρχει ανάταξη ανατομική, χωρίς κενό, και η συγκράτηση είναι σταθερή. Ο πώρος αναπτύσσεται από τους οστεοβλάστες που ξεκινούν από τα τοιχώματα των αγγείων των αβερσείων σωλήνων και μπαίνουν από ένα οστικό τμήμα στο άλλο. Οι διεργασίες της απορρόφησης και του σχηματισμού νέου οστού δεν ακολουθούν η μία την άλλη, αλλά γίνονται ταυτόχρονα. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα του πρωτογενή πώρου είναι η βραδύτητα του σχηματισμού. Το νεκρωτικό οστό δεν απορροφάται αλλά επαναγγειώνεται με νέα αβερσιανά συστήματα με ώριμους οστεώνες. ii. Δευτερογενής πώρος. Εάν η ανάταξη δεν είναι ιδεώδης, υπάρχει κενό έστω και μικρό ή υπάρχει μερική επαφή ή εφίππευση, τότε δημιουργείται αρχικά χόνδρος ή και ινώδης πώρος, που μετατρέπεται τελικά σε οστέινο. Ο πώρος δημιουργείται από τα κύτταρα. 1. της εσωτερικής στοιβάδας του περιοστέου. του ενδοστέου και τα αδιαφοροποίητα του μυελού των οστών. του συνδετικού ιστού των μαλακών μορίων που περιβάλλουν το κάταγμα. Η πώρωση εξελίσσεται χωρίς διακοπή. Για πρακτικούς όμως λόγους την διακρίνουμε στα παρακάτω στάδια: I. Στάδιο του αιματώματος: Όταν ένα οστό σπάσει, τότε σπάζουν μαζί και αγγεία και έτσι δημιουργείται αιμάτωμα και νέκρωση στα άκρα των οστικών τεμαχίων. Στην συνέχεια γίνεται οργάνωση του αιματώματος και έτσι επιτυγχάνεται η αρχική σύνδεση των οστικών τεμαχίων. II. Στάδιο του μαλακού πώρου: Μετά 4-48 ώρες από το κάταγμα, από τα κύτταρα της εσωτερικής στοιβάδας του

18 περιοστέου σχηματίζονται δύο δακτύλιοι υποπεριοστικού πώρου, οι οποίοι επεκτείνονται για να συναντήσουν ο ένας τον άλλον. Το ίδιο αλλά με βραδύτερο ρυθμό γίνεται με τα κύτταρα του ενδοστέου που μαζί με τα αρχέγονα κύτταρα του μυελού των οστών σχηματίζουν αντίστοιχα δύο κεντρικούς δακτυλίους ενδοστικού πώρου που προχωρούν για να συναντηθούν μεταξύ τους, γεφυρώνοντας έτσι το υπάρχον κενό. Ταυτόχρονα με τον πολλαπλασιασμό των παραπάνω κυττάρων γίνεται πολλαπλασιασμός και των τριχοειδών του περιοστέου και του ενδοστέου, με βραδύτερο όμως ρυθμό, που δεν τα επιτρέπει να παρακολουθήσουν τον πώρο που σχηματίζεται σε όλη του την έκταση. Έτσι στα σημεία εκείνα του πώρου που βρίσκονται κοντά στο οστό επειδή η αιμάτωση είναι καλή, τα βασικά κύτταρα του περιοστέου και ενδοστέου διαφοροποιούνται σε οστεοβλάστες, ενώ στα τμήματα του πώρου που βρίσκονται πιο μακριά, επειδή η αιμάτωση είναι φτωχή, διαφοροποιούνται σε χονδροβλάστες. Στα τελείως περιφερικά τμήματα δεν γίνεται καμιά διαφοροποίηση. III. Στάδιο στερεού πώρου. Μετά την συνένωση των δύο δακτυλίων του πώρου μεταξύ τους, αν το οστικό κενό δεν είναι μεγάλο και η ακινητοποίηση είναι ικανοποιητική, η παροχή αίματος στα τριχοειδή βελτιώνεται, με αποτέλεσμα και τα αδιαφοροποίητα κύτταρα να διαφοροποιηθούν σε χονδροβλάστες και χονδροκύτταρα. Αν το χάσμα είναι μεγάλο και η ακινητοποίηση όχι καλή, δεν γίνεται διαφοροποίηση, αλλά δημιουργείται ινώδης ιστός και ψευδάρθρωση. Τα χονδροκύτταρα στη συνέχεια ωριμάζουν και η γύρω τους μεσοκυττάριος ουσία αποτιτανώνεται, γεγονός που προκαλεί την νέκρωση τους και την αντικατάσταση τους από οστεοβλάστες. Η μεσοκυττάρια ουσία των οστεοβλαστών αποτελείται από κολλαγόνα ινίδια και πολυσακχαρίδες. Σ αυτήν καθιζάνουν, με τη βοήθεια της αλκαλικής φωσφατάσης άλατα Ca με τη μορφή κρυστάλλων υδροξυαπατιτή. Έτσι ο μαλακός πρωτογενής πώρος σκληραίνει, ωριμάζει και γίνεται οστέινος (δευτερογενής πώρος). IV. Στάδιο ανακατασκευής του οστού (remodeling). Σ αυτό το στάδιο ο οργανισμός προσπαθεί να αποκαταστήσει κατά το δυνατόν την μορφή και το σχήμα του οστού που διαταράχθηκε από το κάταγμα, με την προοδευτική απορρόφηση και αντικατάσταση του αρχικού πώρου με πεταλώδες οστό. 8

19 9 Σχήμα. Σχηματισμός οστού.4 Μηχανικοί παράγοντες που επηρεάζουν την ανάπτυξη οστίτη ιστού.4.1 Βιολογία Οστεογένεσης Μέθοδοι που αυξάνουν την οστεογένεση, βοηθούν στην πώρωση του κατάγματος και έχουν χρησιμοποιηθεί κλινικά ή πειραματικά σε περιπτώσεις καθυστερημένης πώρωσης, σε ψευδαρθρώσεις ή ακόμη και σε πρόσφατα κατάγματα είναι οι ακόλουθοι: 1. Αλλαγή των μηχανικών φορτίων στο επίπεδο του κατάγματος.. Χρήση οστικών μοσχευμάτων (αυτομοσχεύματα, αλλομοσχεύματα, αγγειούμενα οστικά μοσχεύματα).. Εφαρμογή οστεογενετικών παραγόντων (μορφογενετική πρωτεϊνη οστού- bone morphogenetic protein ΒΜΡ7, bone matrix gelatin BMG). 4. Αύξηση της αγγείωσης με κινητοποίηση μυϊκών μονάδων (flaps). 5. Χρήση ηλεκτρομαγνητικών πεδίων και πεδίων υπερήχων. Εκτός από την μέθοδο αλλαγής των μηχανικών φορτίων μέσω των συστημάτων συγκράτησης και ακινητοποίησης των καταγμάτων όλες οι άλλες μέθοδοι αποτελούν επιβοηθητικούς παράγοντες. Με την εξωτερική οστεοσύνθεση μπορούμε να εισάγουμε μηχανικά ερεθίσματα στο κάταγμα με διάφορες μορφές και σε οποιονδήποτε χρόνο της θεραπείας. Αυτό περιγράφεται σαν δυναμοποίηση του συστήματος (fixator frame dynamization) και είναι ένα από τα μοναδικά

20 χαρακτηριστικά της εξωτερικής οστεοσύνθεσης στην παραγωγή νέου οστού και πώρωση των καταγμάτων. Για να ερευνήσουμε τους παράγοντες εκείνους που επηρεάζουν, αυξάνουν και επιταχύνουν την ανάπτυξη οστίτη ιστού θα πρέπει να κατανοήσουμε τους διαφόρους μηχανισμούς πώρωσης των οστών και να γνωρίσουμε τα κυτταρικά και ιστομορφομετρικά χαρακτηριστικά των βιολογικών αυτών εργασιών. Η χρήση ιστολογικών, βιοχημικών, εμβιομηχανικών μεθόδων μικροακτινογραφιών, σπινθηρογραφημάτων και ηλεκτρονικής μικροσκοπίας βοήθησαν: α) στην ποσοτική μέτρηση της οστικής μάζας, β)στην εξακρίβωση της ιστολογικής μορφής και γ) των μηχανικών ιδιοτήτων του πώρου. Κατ επέκταση βοήθησαν στη γνώση των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών της οστεογένεσης κάτω από διάφορες μηχανικές και βιολογικές συνθήκες. Έχουν γίνει πολλές πειραματικές εργασίες με διάφορες παραμέτρους ως προς: α) τον τύπο του κατάγματος (εγκάρσιο-λοξό, σταθερό-ασταθές), β) τη μορφολογία της ενδοκαταγματικής επιφάνειας, (ύπαρξη κενών ή αποστάσεων, ανατομική ημιανάταξη, ποιότητα αιματώσεις) γ) την ακαμψία των συστημάτων οστεοσύνθεσης (fixator rigidity and stiffness) και δ) τις συνθήκες φόρτισης για την εξακρίβωση των δυνατών μηχανισμών πώρωσης και της ιστομορφολογίας του πώρου. Οι δύο βασικοί μηχανισμοί πώρωσης του δευτερογενούς (secondarycallus healing) και του πρωτογενούς πώρου (primary-contact healing) υπεραπλουστεύουν την σύνθετη βιολογική διεργασία της πώρωσης. Α. Κάτω από συνθήκες πλήρους ακινητοποίησης του κατάγματος (ή της οστεοτομίας) και ακαμψίας του συστήματος η μορφολογία του πώρου μοιάζει μ αυτή του πρωτογενούς πώρου. Παρατηρείται απευθείας ανάπτυξη οστεόνων (Osteonal migration) με συνεχή απορρόφηση και αναδόμηση ιστών (creeping substitution) κατά μήκος του κατάγματος, όπου υπάρχει οστική επαφή, αλλά και ανάπτυξη οστεόνων μέσα σε μικρά ενδοκαταγματικά κενά (gaps), όπου δεν υπάρχει άμεση οστική επαφή. Παράλληλα όμως παρατηρείται στην περιοχή του κατάγματος παραγωγή ενδοοστικού και περιοστικού πώρου (σχηματισμός νέου οστού- Appositional new bone formation), που εξαρτάται από τις μικροκινήσεις και τις συνθήκες φόρτισης. Η ενδοκαταγματική συμπίεση δεν φαίνεται να αλλάζει τα βασικά μορφολογικά χαρακτηριστικά της πώρωσης εκτός από αλλαγές στην παραγωγή περιοστικού πώρου. Σ αυτή τη μορφή πώρωσης (κάτω από συνθήκες πλήρους ακινητοποίησης) δεν αποκαθίσταται η φυσιολογική αντοχή του οστού για αρκετούς μήνες. Β. Κάτω από συνθήκες μειωμένης ακαμψίας του συστήματος και μη πλήρους ακινητοποίησης του κατάγματος η πώρωση ακολουθεί τον μηχανισμό δευτερογενούς πώρου με παραγωγή άφθονης ποσότητας περιοστικού και ενδοοστικού πώρου χωρίς όμως την ανάπτυξη 10

21 11 οστεόνων. Ο δευτερογενής αυτός πώρος δημιουργεί μια «βιολογική σταθερότητα» στην περιοχή του κατάγματος, που θα επιτρέψει την αναδόμηση (remodeling) και αντικατάσταση του ινώδους πώρου (woven bone) με πεταλώδη (lamellar bone). Σ αυτόν τον τύπο της πώρωσης η αποκατάσταση της μηχανικής αντοχής του οστού είναι ταχεία και το οστό αντέχει σε φυσιολογικές καταπονήσεις σε σύντομο χρονικό διάστημα. Ο σχηματισμός οστού γίνεται σύμφωνα με ενδοχόνδρια (endochondral) και ενδομεμβρανώδη οστέωση (intramembranous ossification). Ο βαθμός συμμετοχής και κατανομής της ενδοχόνδριας ή ενδομεμβρανώδους οστέωσης εξαρτάται από το βιολογικό περιβάλλον και τις συνθήκες φόρτισης. Η επιμετάλλωση (mineralization) του ινώδους (μαλακού) πώρου επέρχεται νωρίς και αντικαθιστά σύντομα το χόνδρο και τον αδιαφοροποίητο ιστό. Σε πειραματικές οστεοτομίες με ευρύ κενό (απόσταση μεταξύ των οστικών άκρων άνω των mm) παρατηρήθηκε προοδευτική αύξηση των οστεοκλαστών (ενδεικτικό καθυστερημένης πώρωσης). Η αξονική δυναμοποίηση σε αντίθεση με την ενδοκαταγματική συμπίεση φαίνεται να προωθεί την ομοιόμορφη παραγωγή και κατανομή του περιοστικού πώρου σε σταθερά, ακόμη και ασταθή κατάγματα (Chao 1990,1989). Η φόρτιση του άκρου αποδεικνύεται ιδιαίτερα σημαντική κυρίως στην αποκατάσταση της μηχανικής αντοχής του οστού. Επομένως: 1) ο τύπος του κατάγματος ή της οστεοτομίας, ) η μορφολογία του ενδοκαταγματικού χώρου, ) η σταθερότητα-ακαμψία του συστήματος και 4) οι συνθήκες φόρτισης επηρεάζουν τους μηχανισμούς πώρωσης του κατάγματος καθώς και τα ιστομορφομετρικά και κυτταρικά χαρακτηριστικά του. Παράλληλα: 1) η διατήρηση της αιμάτωσης στην περιοχή του κατάγματος-οστεοτομίας, ) η διατήρηση των οστεογενών ιστών, περιόστεο, ενδοόστεο και μυελό, ) η ενεργητική κινητοποίηση των μυών και των αρθρώσεων του σκέλους και 4) η έγκαιρη κινητοποίηση του ασθενούς, δημιουργούν ιδανικές βιολογικές συνθήκες για την πώρωση και την οστεογένεση..4. Οστεογένεση κατά την επιμήκυνση Οστεογένεση δια διατάσεως (distraction osteogenesis) είναι η μηχανική πρόκληση παραγωγής νέου οστού μεταξύ δύο οστικών επιφανειών που σταδιακά απομακρύνονται. Η βιολογική γέφυρα μεταξύ των οστικών

22 1 αυτών επιφανειών προέρχεται από την ανάπτυξη «νεόπλαστων αγγείων» και εκτείνεται σ όλο το εύρος της οστεοτομίας. Ο τύπος της οστεοτομίας συμβάλλει καθοριστικά στην οστεογένεση. 1. Η διατήρηση του περιοστέου ( με επιμήκη διάνοιξη και υποπεριοστική αποκόλληση). Η διατήρηση των ενδοαυλικών αγγείων και μυελού εφόσον επιτευχθεί με την φλοιοτομή (οστεοτομία ελαχίστου τραύματος- / του φλοιού διατέμνονται εγκαρσίως με λεπτό οστεοτόμο και τρυπανισμούς και το υπόλοιπο 1/ υπόκειται σε κάταγμα, οστεόκλαση). Η θέση της οστεοτομίας στο ύψος της μετάφυσης (όρια μετάφυσης-διάφυσης), όπου υπάρχει μεγαλύτερος αριθμός ενεργών οστεοβλαστών και μεγαλύτερη διάμετρος του οστού ( αυξημένη αντοχή του νεοσχηματιζόμενου οστού), πληρούν βασικές βιολογικές συνθήκες και επηρεάζουν θετικά την οστεογένεση. Κατά την διάταση, εφόσον οι βιολογικές και μηχανικές συνθήκες είναι ιδανικές και δεν διαταραχθούν, το οστό σχηματίζεται με ενδομεμβρανώδη οστέωση..5 Μοντέλο οστεογένεσης δια διατάσεως (Model of distraction osteogenesis) Μετά από εκτεταμένες μελέτες στην ιστολογική δομή, αγγείωση και οστική πυκνότητα (mineral density) οι ερευνητές σχηματοποίησαν ένα μοντέλο οστεογένεσης. Σύμφωνα μ αυτό και σε ιδανικές συνθήκες η κεντρική ινώδης ζώνη (central fibrous interzone -FIZ) παραμένει ακτινοδιαπερατή, είναι σχεδόν χωρίς αγγεία και διατηρεί σταθερό μήκος κατά τη διάρκεια της επιμήκυνσης. Η πυκνότητα της επιμετάλλωσης αυξάνεται σταδιακά από το κέντρο προς την κάθε επιφάνεια της οστεοτομίας και μετρείται ποσοτικά με την ποσοτική αξονική τομογραφία (Q.C.T.- Quantitative computer tomography). Ο σχηματισμός νέων αγγείων επεκτείνεται από τους αυλούς προς την κεντρική ινώδη ζώνη (FIZ), που παραμένει σχεδόν χωρίς αγγεία. Το αρχικό μέτωπο επιμετάλλωσης (primary mineralization front-pmf) φαίνεται στο Q.C.T. από την αύξηση της πυκνότητας κατά 10-15% σε σχέση με την κεντρική ινώδη ζώνη.

23 1 Ο αρχικός σχηματισμός οστού γίνεται δια της ενδομεμβρανώδους οστέωσης. Ο σχηματισμός του οστού περιορίζεται σε στήλες ή κώνους διαμέτρου 00μ (microns). Προφανώς έχει σχέση με τον βαθμό διάχυσης του οξυγόνου στα κύτταρα που εγκλωβίζονται μεταξύ των οστικών στηλών (columns) χωρίς την ύπαρξη Hanersian καναλιών. Η επιμετάλλωση παρατηρείται σε άμεση γειτνίαση με τα νεόπλαστα αγγεία ( διαμέτρου μ). Η ζώνη σχηματισμού των μικρών στηλών (Micro-column formation- M.C.F.) έχει υψηλή αγγείωση και η πυκνότητα που μετρείται στο Q.C.T. ανέρχεται στο 75% της πυκνότητας των οστικών άκρων της οστεοτομίας (Host bone surface -H.B.S.). Όταν ορισμένες μηχανικές συνθήκες εκλείψουν η οστεογένεση διαταράσσεται, η ενδομεμβρανώδης οστέωση γίνεται ακανόνιστη και παρουσιάζονται νησίδες ενδοχονδρίου οστέωσης. Εάν η τοπική αγγείωση είναι ανεπαρκής η επιμετάλλωση αναστέλλεται και απομένει ινώδης ιστός, που καταλήγει σε ψευδάρθρωση, ( Aronson 1991, 1989)..5.1 Μηχανικοί παράγοντες 1. Η συχνότητα διατάσεως (Rate of distruction) θα πρέπει να περιορίζεται σε 0,5-mm ημερησίως με μέσο όρο 1mm. Eπιβράδυνση της συχνότητας (slower rate) επιτρέπει την ανάπτυξη φυσιολογικού μηχανισμού πώρωσης και πρόωρη γεφύρωση του κενού. Επιτάχυνση της συχνότητας (faster rate) εμποδίζει την προοδευτική αγγείωση και αναστέλλει κατ επέκταση την επιμετάλλωση.. Το μήκος της ενδιάμεσης ινώδους ζώνης (FIZ), που διαπιστώνεται με Q.C.T.( φαίνεται και στην απλή ακτινογραφία), θα πρέπει να χρησιμοποιείται σαν οδηγός στον καθορισμό της συχνότητας (proper rate). Κατά τη διάρκεια της επιμηκύνσεως αν το μήκος ελαττωθεί κάτω από mm θα πρέπει να επιταχυνθεί η συχνότητα (increase the rate of distraction). Άν το μήκος της ενδιάμεσης ζώνης υπερβεί το «φυσιολογικό» μήκος των 4mm θα πρέπει να επιβραδυνθεί η συχνότητα (slow the rate).. Ως ρυθμός (Rhythm) καθορίζεται ο αριθμός των διατάσεων κάθε ημέρα. Ικανοποιητική οστεογένεση παρατηρείται σε πειραματόζωα (σκύλους) με ρυθμούς που ποικίλουν από 0,5 mm δύο φορές ημερησίως έως 0,5mm τέσσερις φορές ημερησίως. Με ρυθμό 1 mm μία φορά την ημέρα η οστεογένεση αναστέλλεται σημαντικά.

24 4. Περίοδος αναμονής (Latency period) είναι το χρονικό διάστημα μεταξύ της εγχείρησης και της έναρξης διατάσεως. Πειραματικά ελέγχθηκαν τα όρια αναμονής από 0-1 ημέρες. Μετά από 1 ημέρες πολλές οστεοτομίες γεφυρώνονται με παραγωγή νέου οστού και δεν επιδέχονται διάταση. Αν ο φλοιός διατμηθεί προσεκτικά και διατηρηθούν τα ενδοαυλικά στοιχεία ( μυελός και τροφοφόρα αγγεία), όπως επίσης διανοιχτεί και αποκολληθεί προσεκτικά και το περιόστεο τότε η επιμήκυνση μπορεί να αρχίσει αμέσως ( τη πρώτη ημέρα). Αν έχουν επέλθει βλάβες στον μυελικό αυλό και στο περιόστεο τότε αναμονή μέχρι και 14 ημέρες θα βοηθήσει στη μεγιστοποίηση της οστεοπαραγωγής. Ο ιδεώδης χρόνος έναρξης της διάτασης καθορίζεται ξεχωριστά σε κάθε περίπτωση σύμφωνα με τη σειρά του από την ηλικία του ασθενούς, την ποιότητα του οστού, τη θέση της οστεοτομίας (κνήμη, μηριαίο κλπ.) και το βαθμό του τοπικού τραύματος. Γενικά συνιστάται αναμονή από 4-7 ημέρες. 5. Αστάθεια που δημιουργεί διάτμηση και πλάγια μετατόπιση (Translational shear) στο επίπεδο της οστεογένεσης είναι ανασταλτικός παράγων. Τέτοιες ασταθείς συνθήκες οδηγούν σε ατροφική ίνωση και ψευδάρθρωση. Η πιο συχνή αιτία που δημιουργεί διατμητικές δυνάμεις στο επίπεδο της οστεοτομίας είναι η ελειπής συγκράτηση και ακινητοποίηση (inadequate fixation) των οστικών τμημάτων. Ορισμένες φορές η οστεογένεση είναι κακής ποιότητας. Η ύπαρξη «οπών» (holes) εντός του νεοσχηματισμένου οστού είναι ενδεικτικό τοπικής οστεόλυσης λόγω λύσεως της μικροαγγειακής δομής του νεόπλαστου οστού. Τέτοιες οπές είναι ενδεικτικές της αστάθειας του συστήματος. Αν αυτό παρατηρηθεί στις ακτινογραφίες ο χειρουργός θα πρέπει να ελέγξει τη σταθερότητα του συστήματος και να τη διορθώσει εφόσον υφίσταται. Συμπερασματικά αξονικές επαναλαμβανόμενες μικροκινήσεις (cyclic elastic axial micromotion) αυξάνουν την παραγωγή οστού. Πιθανώς γωνιακές μικροκινήσεις (cyclic bending micromotion) να αυξάνουν και αυτές την παραγωγή οστού. Αντίθετα όταν αναπτύσσονται διατμητικές δυνάμεις και επέρχεται πλάγια μετατόπιση στο επίπεδο της οστεοτομίας τότε αναστέλλεται η οστεογένεση.(αronson1994, Kenwright 1990). 14

25 15.5. Συνθήκες Φόρτισης Κάτω από συνθήκες εξωτερικής οστεοσύνθεσης παρατηρούμε τρεις μορφές δυναμοποίησης, οι οποίες εξαρτώνται από το χρησιμοποιούμενο σύστημα: α)παθητική δυναμοποίηση (passive dynamization) β)ενεργητική δυναμοποίηση(active dynamization) γ)ελεγχόμενη δυναμοποίηση( controlled dynamization) Α. ΠΑΘΗΤΙΚΗ ΔΥΝΑΜΟΠΟΙΗΣΗ Η δυναμοποίηση επιτυγχάνεται μόνο με τη φόρτιση του σκέλους ή τη σύσπαση των μυών. Οφείλεται στην ελαστική παραμόρφωση (elastic deformation) του συστήματος ( σώματος αρθρώσεων και βελονών). Με την αποφόρτιση του σκέλους το δυναμικό αυτό φαινόμενο εξαφανίζεται αφήνοντας τον ενδοκαταγματικό χώρο (gap) στην αρχική του μορφή. Ο βαθμός της παθητικής δυναμοποίησης είναι αντιστρόφως ανάλογος της ακαμψίας του συστήματος. Έτσι η ελάττωση της ακαμψίας οδηγεί σε αύξηση της παθητικής δυναμοποίησης. Πρέπει να σημειωθεί ότι το μηχανικό ερέθισμα στην ενδοκαταγματική επιφάνεια δεν είναι ομοιόμορφο εξ αιτίας της μη παράλληλης, αλλά υπό γωνία δράσης των βελονών και των αρθρώσεων του συστήματος επί του οστού. Επιπλέον παρουσιάζονται αυξημένες φορτίσεις στα σημεία επαφής (interface) βελονών-οστού σε κάθε επαναλαμβανόμενη παθητική δυναμοποίηση. Β. ΕΝΕΡΓΗΤΙΚΗ ΔΥΝΑΜΟΠΟΙΗΣΗ Αυτός ο τύπος δυναμοποίησης συμβαίνει όταν το σώμα και οι αρθρώσεις του συστήματος οστεοσύνθεσης ολισθαίνουν χωρίς εμπόδιο με τη βοήθεια τηλεσκοπικού μηχανισμού. Τέτοια αξονική δυναμοποίηση επιτρέπει ομοιόμορφη συμπίεση και ενδοκαταγματική τάση. Το αρχικό ερέθισμα ενεργητικής δυναμοποίησης είναι και εδώ η φόρτιση του άκρου και η σύσπαση των μυών. Ο ενδοκαταγματικός χώρος (fracture gap) όμως θα παραμείνει κλειστός ακόμη και μετά τη λήξη της εξωτερικής ή εσωτερικής φόρτισης. Το αποτέλεσμα της ενεργητικής οστεοσύνθεσης επηρεάζει και τη σωστή λειτουργία του τηλεσκοπικού μηχανισμού. Λόγω

26 16 των έκκεντρων φορτίσεων ο τηλεσκοπικός μηχανισμός μπορεί να πάθει εμπλοκή. Γ.ΕΛΕΓΧΟΜΕΝΗ ΔΥΝΑΜΟΠΟΙΗΣΗ Προκαλείται μηχανικό ερέθισμα στο κάταγμα με ελεγχόμενη αξονική κίνηση μέσω ενός γραμμικού ωθητικού μηχανισμού (linear actuator) που τοποθετείται στο σώμα της εξωτερικής οστεοσύνθεσης ( η εξωτερική οστεοσύνθεση είναι επίσης τηλεοσκοπικού τύπου). Πλεονεκτεί σε περιπτώσεις πολυτραυματιών, που δεν μπορούν να κινηθούν και η δυναμοποίηση γίνεται στο κρεβάτι. Σήμερα ελέγχεται η οστεοπαραγωγική δυνατότητα της ελεγχόμενης δυναμοποίησης σε ψευδαρθρώσεις χωρίς τη χρήση μοσχευμάτων. Ανεξάρτητα του τύπου της δυναμοποίησης επέρχεται πώρωση του κατάγματος. Εν τούτοις ο μηχανισμός πώρωσης και η διαδικασία επαναδόμησης (bone remodeling process) διαφέρουν ανάλογα με τον τύπο του μηχανικού ερεθίσματος, που προκαλείται από τη δυναμοποίηση (E.Y. Chao, A.Podolsky, M.E. Stoddard 1990)..5. Εμβιομηχανικές επιδράσεις επί του συζευτικού χόνδρου Παρατηρήθηκε μία σαφής αύξηση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού και της σύνθεσης θεμελίου ουσίας (Matrix) σαν αποτέλεσμα εφαρμογής διατακτικών δυνάμεων επί του συζευκτικού χόνδρου. Οι δυνάμεις που απαιτούνται για να επέλθει αύξηση του μήκους χωρίς τη δημιουργία επιφυσιόλυσης είναι το 1/5 έως 1/10 των δυνάμεων που προκαλούν «κάταγμα in vitro». Η αύξηση του μήκους σχετίζεται με υπερπλασία και υπερτροφία του συζευκτικού χόνδρου, αυξημένο ρυθμό κυτταρικής διαίρεσης και σύνθεσης πολυσακχαριτών. Η επιμήκυνση των επιφύσεων με αργή, συμμετρική και ελεγχόμενη διάταση ονομάζεται χονδροδιάταση. Η διάταση αυτή είναι 0,5 mm ημερησίως διηρημένο σε δύο δόσεις ( 0,5mm κάθε 1 ώρες). Ιστολογικά παρατηρήθηκε χόνδρινη γέφυρα (bridging cartilage) με σημαντική υπερτροφία και υπερπλασία. Μερικές φορές παρατηρείται διατάραξη της δομής των κυττάρων χωρίς όμως στοιχεία κυτταρικής καταστροφής. Μετά το πέρας της επιμήκυνσης το

27 17 πάχος του συζευκτικού χόνδρου επανέρχεται στο αρχικό πάχος και διατηρείται η φυσιολογική λειτουργία του συζευκτικού χόνδρου. Αντίθετα όταν η διάταση είναι ταχεία παρατηρείται απόσπαση της επίφυσης από τη μετάφυση και πλήρης οστεοποίηση του συζευκτικού χόνδρου. Η απόσπαση γίνεται μεταξύ ζώνης επιμετάλλωσης και εκφυλιστικών κυττάρων. Ιστομορφομετρικά υπάρχουν σημαντικές ομοιότητες μεταξύ της χονδροδιατάσεως και της πωρωδιατάσεως. Κάτω από ιδανικές συνθήκες συγκράτησης και ακινητοποίησης ακολουθούν την ενδομεμβρανώδη οστέωση.( Monticelli 1981, De Bastiani 1986)..6 Συστήματα υποστήριξης της οστεογένεσης Αν η αξονική μικροκίνηση ευνοεί την πώρωση και οι διατμητικές δυνάμεις την εμποδίζουν τότε χρειαζόμαστε ένα σύστημα συγκράτησης της οστεοτομίας με μεγάλη σταθερότητα σε διατμητικές δυνάμεις και με μικρή αξονική ακαμψία. Τα συστήματα που χρησιμοποιούνται τελευταία για την συγκράτηση της οστεοτομίας και την σταδιακή επιμήκυνση των οστών μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο ομάδες : 1) Σε συστήματα εξωτερικής οστεοσύνθεσης ) Σε ενδομυελικό σύστημα. Τα πρώτα επίσης μπορούν να χωρισθούν σε δύο ομάδες: 1)Στα μονοεπίπεδα ετερόπλευρα συστήματα με βελόνες, που συγκρατούνται σε ισχυρή επιμήκη ράβδο, και )Στα πολυεπίπεδα δακτυλιοειδή συστήματα που χρησιμοποιούν σύρματα υπό τάση που συγκρατούνται σε δακτυλίους ή ημικύκλια. -ΜΟΝΟΕΠΙΠΕΔΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ Οι μονοεπίπεδες συσκευές χρησιμοποιούν ισχυρές βελόνες με σπείραμα, που συγκρατούνται με σφιγκτήρες και συνδέονται με την επιμήκη ράβδο με άρθρωση που σε μερικές μπορεί να είναι πολυαξονική. Αυτές οι συσκευές που έχουν πολυαξονική άρθρωση επιτρέπουν κάποιες διορθώσεις και μετά την τοποθέτησή τους στον πάσχοντα. Η μηχανική

28 18 σταθερότητα του συστήματος βασίζεται σε μία άκαμπτη ράβδο, και σε μεγάλες διαμέτρου βελόνες που λειτουργούν σαν προτεταμένες δοκοί. Σε πειραματική εργασία ο Behrens διαπίστωσε ότι έχουν μεγάλη σταθερότητα σε δυνάμεις αξονικής συμπίεσης, ιδίως όταν υπάρχει ανάταξη του κατάγματος. Έχουν επίσης μεγάλη σταθερότητα σε δυνάμεις που ασκούνται στο επίπεδο τοποθέτησης των βελονιών, ενώ σε δυνάμεις γωνίωσης στο προσθιοπίσθιο επίπεδο είναι λιγότερο σταθερές ( ειδικά αυτές που έχουν πολυαξονικές αρθρώσεις). Η σταθερότητα του συστήματος είναι μικρότερη σε δυνάμεις στροφικής παραμόρφωσης και ελαττώνεται ακόμη περισσότερο αν υπάρχουν χαλαρωμένες βελόνες. Η σταθερότητα των μονοεπίπεδων συστημάτων αυξάνεται όταν: 1)Χρησιμοποιηθούν περισσότερες βελόνες στο σύστημα, π.χ. 6 αντί 4. )Ελαττωθεί η απόσταση μεταξύ της επιμήκους ράβδου και του οστού. )Αυξηθεί η απόσταση μεταξύ των βελονών. 4)Όταν αυξηθεί η διάμετρος των βελονών, και 5)Όταν χρησιμοποιηθεί δεύτερη ράβδος στο σύστημα. Ο Behrens προτείνει επίσης τοποθέτηση του συστήματος έτσι ώστε το επίπεδο των βελονών να συμπίπτει με το επίπεδο της μεγαλύτερης ροπής γωνίωσης του οστού. Η φόρτιση, η διάταξη των βελονών και ο τρόπος που εφάπτονται τα οστά μεταξύ τους παίζουν ρόλο στη σταθερότητα του συστήματος. Ο Chao και οι συνεργάτες του σε πειραματική εργασία εξετάζοντας διάφορα μονοεπίπεδα συστήματα διαπίστωσαν ότι σε φόρτιση 0 kg. προκαλείται αξονική κίνηση από 0,5 έως 1 mm όταν τα άκρα του οστού δεν είναι σε επαφή. Σε σύγκριση συστήματος 4 βελονών με συστήματα 6 βελονών διαπίστωσαν ότι αυτό με τις λιγότερες βελόνες είχε το 70% της ακαμψίας σε σχέση με το άλλο σε δυνάμεις αξονικής και στροφικής παραμόρφωσης και σε δυνάμεις που ασκούνται στο επίπεδο των βελονών. Σε δυνάμεις όμως που ασκούνται στον προσθιοπίσθιο άξονα η σταθερότητα ήταν μόνο στο 50% σε σχέση με το σύστημα των 6 βελονών. Η ανάπτυξη περιοστικού πόρου ήταν μεγαλύτερη στο σύστημα με τις λιγότερες βελόνες αλλά ιστολογικά ο πώρος ήταν υποδεέστερος και η σταθερότητα του συστήματος μικρότερη γεγονός που οδήγησε σε συχνότερη χαλάρωση των βελονών. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Οι μονοεπίπεδες συσκευές έχουν τα μεγάλα πλεονεκτήματα της εύκολης και γρήγορης τοποθέτησης τους στον άρρωστο. Οι βελόνες τους περνούν από ασφαλή σημεία και δεν προκαλούν μεγάλη βλάβη στους

29 19 ιστούς. Γι αυτό το λόγο η δυσκαμψία που μπορεί να παρατηρηθεί σε παρακείμενες αρθρώσεις μετά την τοποθέτηση τους δεν είναι μεγάλη. Επίσης είναι καλύτερα ανεκτές από τον άρρωστο και λόγω του μικρού όγκου τους επιτρέπουν ευκολότερη προσπέλαση στην περιοχή της βλάβης, αν χρειασθεί να επέμβουμε. ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Τα μειονεκτήματα τους είναι: 1) Το περιορισμένο πεδίο εισόδου των βελονών που καθορίζεται από το μέγεθος του σφιγκτήρα. ) Αν χρειασθεί να αφαιρέσουμε βελόνα λόγω χαλάρωσης ή φλεγμονής πρέπει να χαλαρώσουμε το σφιγκτήρα που την συγκρατεί και αυτό μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια της ανάταξης. ) Επίσης, οι πολυαξονικές αρθρώσεις μπορεί να χαλαρώσουν στη διάρκεια της επιμήκυνσης. -ΔΑΚΤΥΛΙΟΕΙΔΕΙΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ Στις συσκευές με δακτυλίους τα οστά συγκρατούνται με σύρματα υπό τάση ή από ισχυρές βελόνες. Στην εμβιομηχανική του συστήματος αυτά που παίζουν καθοριστικό ρόλο είναι : 1)Η τάση των συρμάτων. ) Η γωνία τοποθέτησης των βελόνων ) Η θέση του οστού σε σχέση με το δακτύλιο και το μέγεθος του δακτυλίου. Μεγαλύτερη αξονική σταθερότητα επιτυγχάνεται με την αύξηση της τάσης των συρμάτων και την ελάττωση της διαμέτρου του δακτυλίου. Η γωνία τοποθέτησης των συρμάτων παίζει καθοριστικό ρόλο στη σταθερότητα του συστήματος σε διατμητικές δυνάμεις. Όσο αυτή πλησιάζει το 900/900 τόσο σταθερότερο γίνεται το σύστημα. Οι Fleming, Paley, Kristiansen, Pop σε πειραματική εργασία συνέκριναν 8 συστήματα Ε.Ο. μονόπλευρα και δίπλευρα μονοεπίπεδα με 5 συστήματα Ilizarov, με διαφορετική το κάθε ένα τάση συρμάτων και διάταξη βελονών στο δακτύλιο, και βρήκαν ότι η Ilizarov έχει μικρότερη σταθερότητα από μερικά μονοεπίπεδα πλαίσια στη γωνιακή παραμόρφωση ( καθορίζοντας σαν επίπεδο γωνίωσης το επίπεδο τοποθέτησης βελονών στα μονοεπίπεδα συστήματα). Έχει επίσης ίδια η μεγαλύτερη σταθερότητα από τα μονοεπίπεδα στην προσθιοπίσθια γωνίωση και στη στροφική παραμόρφωση. Εκεί όμως που έχει μεγάλη διαφορά είναι στην αξονική φόρτιση όπου παρουσιάζει 75% μικρότερη σταθερότητα, η οποία όμως αντιροπίζεται από την ελαστική

30 0 επαναφορά του συστήματος στην αρχική του θέση μετά την άρση της φόρτισης. Έχει επίσης μεγαλύτερη ακαμψία σε διατμητικές δυνάμεις από τα μονοεπίπεδα συστήματα που συγκρίθηκε. Τη σταθερότητα του συστήματος αυξάνουν επίσης: 1) Η χρήση βελονών με έλαια. ) Ο αριθμός των βελονών ( όσο περισσότερες βελόνες τοποθετηθούν, τόσο σταθερότερο γίνεται το σύστημα). ) Η διάμετρος των βελονών ( μεγαλύτερη διάμετρος αυξάνει τη σταθερότητα). 4) Ο αριθμός των δακτυλίων σε κάθε οστικό τμήμα. 5) Η ελάττωση της διαμέτρου των δακτυλίων. 6) Και η τοποθέτηση κεντρικών δακτυλίων κοντά στην εστία του κατάγματος. Το μεγάλο πλεονέκτημα των δακτυλιοειδών συστημάτων είναι η δυνατότητα τους να επιτρέπουν σταδιακές διορθώσεις μήκους, γωνίωσης, στροφικής παραμόρφωσης και πλάγιας μετατόπισης του οστού. ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Τα μειονεκτήματα των συστημάτων αυτών είναι : 1) Η χρονοβόρος εφαρμογή τους που απαιτεί -6 ώρες. ) Συχνά τα σύρματα περνούν από επικίνδυνα ή ανασφαλή σημεία, δηλαδή σημεία όπου βρίσκονται αγγεία, νεύρα, τένοντες και μεγάλες μυϊκές μάζες. Για το λόγο αυτό προκαλούν μεγαλύτερη δυσκαμψία στις παρακείμενες αρθρώσεις. ) Επίσης, μερικοί άρρωστοι πονούν μετά την εφαρμογή του συστήματος. 4) Γενικά, τα συστήματα αυτά δεν είναι πολύ καλά ανεκτά από τους αρρώστους. 5) Είναι ογκώδη και δυσκολεύουν την προσπέλαση στην περιοχή της βλάβης,αν χρειασθεί να επέμβουμε. Εξετάζοντας επί μέρους τα συστήματα αυτά βλέπουμε. ΣΥΣΤΗΜΑ Ε.Ο. ΤΥΠΟΥ WAGNER Είναι μονοεπίπεδο σύστημα με σφιγκτήρες. Η σύνδεση τους με την επιμήκη τηλεσκοπική ράβδο δεν γίνεται με πολυεπίπεδη άρθρωση. Περιστρέφοντας τον κοχλία που βρίσκεται στο άκρο της ράβδου κατά μία πλήρη στροφή μεταβάλλεται το μήκος του συστήματος κατά 1,5 χιλιοστά. Η τεχνική WAGNER για την επιμήκυνση των οστών χρησιμοποιεί βελόνες SCHANZ στην άνω, και στην μετάφυση του οστού. Μετά την τοποθέτηση της συσκευής γίνεται η οστεοτομία στο κέντρο της διάφυσης σε ίση απόσταση από τα ζεύγη των βελονών χωρίς να σέβεται το περιόστεο. Η επιμήκυνση αρχίζει αμέσως με εύρος επιμήκυνσης 1,5 mm ημερησίως. Αφού επιτευχθεί σταδιακά η

31 1 επιμήκυνση ακολουθεί οστεοσύνθεση με ειδική πλάκα χωρίς τρύπες στο κεντρικό της τμήμα και τοποθέτηση λαγονίων μοσχευμάτων. Σχήμα.4 Σύστημα τύπου Wagner ΣΥΣΤΗΜΑ EXFIRE Είναι μονοεπίπεδο με σφιγκτήρες που συνδέονται με την επιμήκη ράβδο με πολυαξονική άρθρωση. Η επιμήκης ράβδος αποτελείται από τηλεσκοπικούς σωλήνες τετραγωνικής διατομής, και το μήκος της μεταβάλλεται κατά 1 mm με μία πλήρη περιστροφή της βίδας που βρίσκεται στο άκρο της. Το σύστημα χρησιμοποιεί 4 βελόνες αυτοκοπτούσες σε κάθε σφιγκτήρα 5-6 mm. Διόρθωση γωνιώσεων και στροφής μπορεί να γίνει με τη μονάδα ανάταξης των καταγμάτων μέσω του συστήματος κοχλιών της. Σχήμα.5 Σύστημα τύπου Exfire

32 ΣΥΣΤΗΜΑ Ε.Ο. ΤΥΠΟΥ HOFFMAN-MONOTUBE Είναι μονοεπίπεδο σύστημα με σφιγκτήρες, και η σύνδεσή τους με την κεντρική ράβδο γίνεται με πολυεπίπεδη άρθρωση. Η επιμήκης ράβδος αποτελείται από τηλεσκοπικούς κυλινδρικούς σωλήνες που το μήκος τους μεταβάλλεται κατά 1 mm σε μία πλήρη περιστροφή της βίδας που βρίσκεται στο ένα άκρο. Με σύστημα κοχλιών στο άλλο άκρο έχει τη δυνατότητα να κάνει αξονική κίνηση με ελεγχόμενο βαθμό ελαστικότητας. Για τις επιμηκύνσεις χρησιμοποιείται επίσης συσκευή με ανεξάρτητο σφιγκτήρα για κάθε βελόνα. Σχήμα.6 Σύστημα τύπου Hoffman-Monotube ΣΥΣΤΗΜΑ E.O. ORTHOFIX Τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιείται για τις επιμηκύνσεις των οστών ένα σύστημα που δεν περιλαμβάνει σφαιροειδείς αρθρώσεις, αλλά ολισθαίνοντες σφιγκτήρες πάνω στην επιμήκη ράβδο. Αυτό γίνεται για να αποφευχθεί πάνω η χαλάρωση των σφαιροειδών αρθρώσεων που παρατηρούνται στις κανονικές συσκευές κατά τη διάρκεια της επιμήκυνσης. Για την μεταφορά οστικών μοσχευμάτων και για διπλοεστιακή επιμήκυνση χρησιμοποιείται σύστημα με σφιγκτήρες.

33 Και άλλες τροποποιήσεις του συστήματος έχουν εφαρμοσθεί όπως το ORTHOFIX σχήματος Τ με δυνατότητα τοποθέτησης βελονών οριζόντια στους μηριαίους ή κνημιαίους κονδύλους. Συνιστάται η εφαρμογή βελονών κεντρικά και περιφερειακά διότι δίνουν μεγαλύτερη ασφάλεια σε περίπτωση που κάποια βελόνα χαλαρώσει και πρέπει να βγει. Το τμήμα της βελόνας που έχει το σπείραμα έχει σχήμα κωνικό για σταθερότερη στήριξη και αποφυγή χαλάρωσης. Σχήμα.7 Σύστημα τύπου Orthofix ΣΥΣΤΗΜΑ E.O ILIZAROV Είναι σύστημα Ε.Ο. με δακτυλίους που συγκρατούνται σε επιμήκεις ράβδους. Χρησιμοποιεί βελόνες KIRSCHNER διαμέτρου 1,5-1,8 χιλιοστών που βρίσκονται υπό τάση. Η ενασκούμενη τάση στα σύρματα είναι σε ½ δακτύλιο 50 Kg. σε 1 σύρμα ανά δακτύλιο 70 Kg σε νεαρούς ασθενείς Kg σε ενήλικους Kg σε βαρείς ασθενείς 10 Kg αυξάνουμε τον αριθμό

34 4 των συρμάτων. Απαραίτητες προϋποθέσεις για την εφαρμογή του συστήματος είναι: 1) Οι δακτύλιοι και τα σύρματα να είναι κάθετα στον επιμήκη άξονα του οστού στην συγκεκριμένη θέση. ) Τα σύρματα να μη λυγίζουν, και ) Να έχουν την ενδεικνυόμενη τάση. 4) Η επιμήκεις ράβδοι να είναι παράλληλες μεταξύ τους και παράλληλες επίσης με τον επιμήκη άξονα του οστού. Μεγαλύτερη τάση μπορεί να οδηγήσει σε θραύση των συρμάτων, και σε παραμόρφωση των δακτυλίων, ενώ μικρότερη τάση προκαλεί μεγαλύτερες τηλεσκοπικές κινήσεις, χαλάρωση των βελονών και πόνο. Το σύστημα ILIZAROV μπορεί να διορθώνει σταδιακά μεγάλου βαθμού παραμορφώσεις μήκους γωνίωσης και στροφής. Η τεχνική ILIZAROV για την σταθεροποίηση της άνω μετάφυσης του μηριαίου χρησιμοποιεί βελόνες KIRSCHNER. Η τροποποίηση της Ιταλικής σχολής χρησιμοποιεί κάθετες βελόνες HOFFMAN σε επίπεδα. Παραλλαγή της ILIZAROV μπορεί να θεωρηθεί η MONTICELLI - SPINELLI η οποία διαφέρει από την ILIZAROV διότι δεν έχει τρύπες στους δακτυλίους αλλά εγκοπές, φέρει σφαιροειδείς αρθρώσεις στη σύνδεση των δακτυλίων με τις επιμήκεις ράβδους που είναι και αυτές παχύτερες από τις αντίστοιχες της ILIZAROV. Χρησιμοποιεί και αυτή βελόνες HOFFMAN στην άνω μετάφυση του μηριαίου. Σχήμα.8 Σύστημα τύπου Ilizarov

35 5 Ο ΕΝΔΟΜΥΕΛΙΚΟΣ ΗΛΟΣ ΓΙΑ ΣΤΑΔΙΑΚΗ ΕΠΙΜΗΚΥΝΣΗ ΤΟΥ ΜΗΡΙΑΙΟΥ (ALIBIZZIA). Είναι ένας τηλεσκοπικός ήλος του οποίου το περιφερειακό τμήμα συνδέεται με το κεντρικό με σύστημα καστάνιας. Χρησιμοποιήθηκε μόνο για επιμήκυνση του μηριαίου και τοποθετείται σύμφωνα με τις αρχές της ασφαλιζόμενης ενδομυελικής ήλωσης. Ο ήλος επιλέγεται προεγχειρητικά ανάλογα με το μέγεθος του μηριαίου και την απαιτούμενη επιμήκυνση. Με διατροχαντήρια προσπέλαση γίνεται γλοφανισμός του αυλού και οστεοτομία στην διάφυση με ενδομυελικό πριόνι. Στη διάρκεια της επέμβασης δίνονται 4-5 mm επιμήκυνσης. Η σταδιακή επιμήκυνση αρχίζει την 5η περίπου μετεγχειρητική μέρα με διαδοχικές κινήσεις έσωέξω στροφής του περιφερικού τμήματος του σκέλους. Ο ρυθμός επιμήκυνσης είναι 1/ του χιλιοστού φορές την ημέρα και επιτυγχάνεται με 5 διαδοχικές κινήσεις έσω-έξω στροφής ανά 8ώρο. Όταν επιτευχθεί η επιμήκυνση ο ήλος κλειδώνει αυτόματα. Ο ενδομυελικός ήλος παρ όλο που δεν ακολουθεί τις αρχές σταδιακής επιμήκυνσης όπως καθιερώθηκαν από τον ILIZAROV και τον DE BASTIANI χρησιμοποιώντας γλοφανισμό του ενδοστέου και άμεση επιμήκυνση 4-5 χιλιοστών, εν τούτοις φαίνεται ότι θα διεκδικήσει και αυτός τη θέση τους στις επιμηκύνσεις των οστών. Στο χώρο αυτό κυριαρχούν τα συστήματα της εξωτερικής οστεοσύνθεσης είτε τα δακτυλιοειδή, με τη δυνατότητα τους να διορθώνουν ελεγχόμενα και σταδιακά μεγάλες παραμορφώσεις μήκους, γωνίωσης, στροφής και παράλληλης μετατόπισης, είτε τα εττερόπλευρα συστήματα που έχουν το μεγάλο πλεονέκτημα της απλότητας, της ευκολίας της εφαρμογής τους και είναι πιο ανεκτά από τον άρρωστο. Μένει στον χειρουργό να διαλέξει ανάλογα με την εμπειρία του και τις ανάγκες του αρρώστου, το σύστημα που θα εφαρμόσει..7 Σταδιακή επιμήκυνση άκρων-επιπλοκές και αντιμετώπιση Το πολύ υψηλό ποσοστό των επιπλοκών ήταν πάντοτε το μεγάλο εμπόδιο στις προσπάθειες επιμήκυνσης άκρων. Η βιολογία αναγέννησης ιστών σε συνθήκες σταδιακής διάτασης έλυσε το πρόβλημα επιμήκυνσης των οστών, αλλά στα μαλακά μόρια, μυς νεύρα, αγγεία το πρόβλημα αν

36 6 και μειώθηκε εξακολουθεί να υπάρχει. Τα ποσοστά και η σοβαρότητα των επιπλοκών σήμερα έχουν ελαττωθεί σημαντικά και η ικανότητα να επιτύχουμε θεραπευτικά αποτελέσματα έχει μεγαλώσει. Παρ όλα αυτά η χειρουργική επέμβαση επιμήκυνσης άκρων έχει τα πιο υψηλά ποσοστά επιπλοκών από κάθε άλλη ορθοπεδική επέμβαση. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων των διαφόρων μεθόδων επιμήκυνσης άκρων είναι δύσκολη, διότι τα ποσοστά των επιπλοκών στις διάφορες εργασίες διαφέρουν σε μεγάλο βαθμό: από 1% μέχρι 00%. Αυτό συμβαίνει κυρίως διότι οι διάφοροι συγγραφείς χρησιμοποιούν διαφορετικά κριτήρια για τον καθορισμό των επιπλοκών. Άλλοι λόγοι είναι οι διάφορες τεχνικές επιμήκυνσης, η σοβαρότητα των παραμορφώσεων που διορθώνονται και η εμπειρία του χειρουργού. Ο PLEY ορίζει σαν αληθείς επιπλοκές αυτές που παραμένουν μετά την αφαίρεση του συστήματος επιμήκυνσης, στο τέλος της θεραπείας. Τις άλλες κατά τη διάρκεια της επιμήκυνσης τις ονομάζει ανάλογα με τη βαρύτητα προβλήματα ή δυσκολίες. Ο ILIZAROV ορίζει σαν επιπλοκή ότι αλλάζει το σχέδιο θεραπείας ή την ποιότητα αποτελεσμάτων. Οι επιπλοκές ανάλογα με τη σοβαρότητά τους ταξινομούνται σε βαθμούς. Βαθμός (I): ΜΙΚΡΕΣ, βαθμός (ΙΙ): ΣΟΒΑΡΕΣ και βαθμός (ΙΙΙ): ΒΑΡΙΕΣ. Οι βαθμοί (ΙΙ) και (ΙΙΙ) επειδή προκαλούν νοσηρότητα θεωρούνται ΜΕΓΑΛΕΣ. Οι ΜΙΚΡΕΣ επιπλοκές δεν επηρεάζουν το αποτέλεσμα της θεραπείας. Οι επιπλοκές που είναι είτε μεγάλες και πρόσκαιρες, είτε μικρές και μόνιμες θεωρούνται ΣΟΒΑΡΕΣ. Οι επιπλοκές που απαιτούν μη προγραμματισμένη εγχείρηση ή αφήνουν μόνιμες βλάβες θεωρούνται ΒΑΡΙΕΣ. Ο DAHL και οι συνεργάτες του, έδειξαν με τις λεγόμενες καμπύλες μάθησης, πόσο μεγάλη σημασία έχει στα ποσοστά των επιπλοκών η εμπειρία του χειρουργού αλλά και η σοβαρότητα της παραμόρφωσης που διορθώνεται. Οι επιπλοκές στη σταδιακή επιμήκυνση των άκρων έχουν σχέση με τις βελόνες των συστημάτων επιμήκυνσης, τους μύες, τις αρθρώσεις, τα οστά, τα νεύρα, τα αγγεία και τέλος την ψυχική σφαίρα. ΒΕΛΟΝΕΣ ΦΛΕΓΜΟΝΗ Α. Η φλεγμονή από τις βελόνες είναι μία από τις συχνές επιπλοκές, όταν χρησιμοποιούνται συστήματα εξωτερικής οστεοσύνθεσης. Οι επιμηκύνσεις με συστήματα ενδομυελικά φυσικά δεν έχουν αυτό το πρόβλημα.