Избранные лекции по травматологии. Поляков В.А.. Лекции по травматологии москва медицина 1980 54. 5 Удк поляков в. А избранные лекции по травматологии м медицина, 272 с, ил
 Скачать 12.18 Mb.
|
|
УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ОПЕРАТИВНЫЕ МЕТОДЫ В ТРАВМАТОЛОГИИ И ХИРУРГИИ I Хирургия и травматология бурно развиваются в последние годы, завоевывая все новые и новые области у терапии. Врачи вторгаются теперь в любые отделы мозга, пересаживают и подсаживают сердца и почки, восстанавливают разрушенные или неподвижные суставы, трансплантируют кости, сосуды и нервы. Количество производимых в настоящее время хирургических операций огромно. Но, несмотря на поразительные успехи современной хирургии, в своих классических приемах рассечения и соединения тканей она, как это ни странно, продолжает пользоваться инструментами, насчитывающими сотни и тысячи лет своей истории. Менялись материалы, из которых изготавливались хирургические ножи, пилы, иглы изменялась их форма, менялся материал для швов и скреплений. Однако техника разделения тканей и методы восстановления их непрерывности оставались незыблемыми. А между тем эта техника, эти методы были совсем небезупречны. Нож для рассечения мягких тканей быстро тупился; он плохо выделял рубцовую ткань, вызывал сильное кровотечение прирезке паренхиматозных органов. Современные способы распиливания костей нередко приводят к образованию трещин, отломков, сколов, неровностей. Эти осложнения случаются даже у опытных хирургов, хорошо владеющих инструментарием и техникой операции. Как бы ни был осторожен хирург, работа долотом при трепанации черепа уже по своим техническим условиям не может не вызывать нареканий, хотя бы из-за неизбежности стука и сотрясений, порождающих отрицательную реакцию у оперируемого под местной анестезией. Использование костных пили щипцов довольно трудоемко. Сложно отпилить необходимый участок кости, если предпочтителен маленький разрез — на лице или в глубине узкой, но длинной раны. В некоторых областях хирургии рассечение костей выросло в сложную проблему, например распиливание грудины при торакальных операциях. При оперировании в глубине тазобедренного сустава, резек- циях костей таза трудно бывает развернуться с обычно употребляемой пилой. Применение циркулярных электрических пил, несмотря на их определенное преимущество, также не исключает ряда осложнений резкого шума, разбрызгивания крови и костных опилок, значительного перегрева костей и т. д. Несовершенны и современные способы хирургического соединения кожи, мышц, сухожилий, кровеносных сосудов, рассеченных внутренних органов и костей. Все эти обстоятельства и вызвали к жизни новые ультразвуковые хирургические методы рассечения и соединения живых биологических тканей. Прочитав в 1964 г. в журнале Огонек краткое сообщение о том, что в МВТУ им. Баумана производится ультразвуковая сварка изделий из металла и пластмасс, я поехал в МВТУ и обратился к его ректору с предложением попробовать ультразвуковую сварку костей. Я рассказал ректору и сотрудникам кафедры автоматизации сварочных процессов о неудовлетворенности хирургов современными оперативными методами лечения переломов костей и о тех выгодах, которые получили бы врачи и их пациенты, если бы ультразвуковая сварка человеческих тканей оказалась возможной. Мое предложение было принято, и мы начали совместную исследовательскую работу. Она проводилась в экспериментальной лаборатории нашей кафедры. Вместе с доцентом Г. Г. Чемяновым (1964) я проводил опыты по ультразвуковой сварке и резке костей, сухожилий, кожи, внутренних органов. В содружестве с инженерами из МВТУ мы испытывали различные способы ультразвуковой сварки и резки, изобретая акустические узлы и инструменты, меняя их форму, параметры действия генератора, величину и характер припоя и т. д Такая работа продолжалась 3 года. Когда были проделаны сотни различных опытов, мы убедились в безопасности ультразвуковых хирургических операций, в том, что применяемые нами колебания не повреждают окружающих живых тканей, не сказываются на функциях организма, не изменяют характера, особенностей и скорости регенерации поврежденных при операции тканей. В 1967 г. мною были произведены первые ультразвуковые операции на людях. Ультразвуковые хирургические методы основаны на том, что электрические колебания, вырабатываемые специальным генератором, подаются на обмотку магнитостриктора, преобразующего их в колебания механические. Известно, что механические колебания обладают рядом характерных признаков амплитудой те. величиной наибольшего отклонения от состояния покоя частотой те. количеством колебаний, совершаемых за 1 с. Если частота механических колебаний превышает 16000 Гц, то такие колебания превращаются в неслышимые и называются ультразвуковыми. Ультразвуковые колебания бывают низкочастотными — от до 300 кГц, высокочастотными — от 300 до 3000 кГц. Колебания частотою свыше 3000 кГц относятся к сверхчастотным. Ультразвуковые колебания сопровождаются переносом энергии. От количества этой энергии и зависит интенсивность звука. Интенсивность звука измеряется в эрг/см 2 или вт/см 2 Скорость звука зависит от скорости распространения колебаний, которая составляет вводе (при С) около 1500 м/с, в воздухе около 350 мс, в мышце — 1500 мс, в костной ткани — 3350 м/с. Ультразвуковые колебания могут быть получены различными способами Механические способы Они состоят в том, что ультразвуковые колебания производят колебаниями воздушных струй с помощью газоструйного генератора, сиреной, сверхмощным свястком. 2. Пьезоэлектрический способ Этот способ основан на так называемом пьезоэлектрическом эффекте, открытом братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880 г. Различают прямой пьезоэлектрический эффект, заключающийся в том, что деформирующее давление на пластинку кварца приводит к появлению на ее гранях противоположных электрических зарядов, обратный пьезоэлектрический эффект, состоящий в том, что подведение к граням пластинки электрических зарядов ведет к ее деформации и колебаниям. При использовании этого эффекта к пластинкам из некоторых веществ (кварц, сегнетова соль и др) подводят переменный электрический ток. Под действием тока пластинка начинает изменять свою толщину, совершая тем самым механические колебания. Частота этих колебаний будет зависеть от частоты электрического тока Магнитострикционный способ Магнитострикционный эффект был открыт Джоулем в 1847 г. Прямой Магнитострикционный эффект характеризуется тем, что под действием переменного тока происходит деформация — попеременное удлинение и укорочение стержня из специальных материалов. Обратный Магнитострикционный эффект проявляется в том, что при сжатии и растягивании (деформации) стержня из ферромагнитных материалов в обмотке возникает переменный ток. Для получения ультразвуковых колебаний используют прямой Магнитострикционный эффект. Под действием переменного электрического тока в материалах, обладающих магнитными свойствами, меняется направление осей кристаллов. Это ведет к изменениям размеров стержня, тек его колеба- ниям. К магнитострикционным материалам относятся никель, альфер, пермендюр, феррит и др. Главной частью магнито- Рис. 47. Ультразвуковой генератор, на котором установлен пластмассовый стерилизатор для хирургических инструментов. стрикционного преобразователя служат пакеты из пермендюра, феррита, никеля или других материалов. Для увеличения амплитуды колебаний используют концентраторы. Обычно Магнитострикционный преобразователь состоит из пластин толщиной около 0,1—0,2 мм, изолированных друг от друга слоями лака или оксидированием. Ультразвуковой генератор преобразует обычный ток в ток высокой частоты генератор работает на полупроводниковых триодах. Ток от генератора подается на акустический узел. Мощность генератора равна 250 Вт. Акустический узел включает в себя: а) Магнитострикционный излучатель с пакетами из никелевых пластин, толщиной 0,2 мм. Толщина пакета около 40 мм; б) трансформатор упругих колебаний — волновод конической формы, в основании которого лежит цилиндр; в) рабочий инструмент (нож, пила, сверло, лопатка, трепан и т д ) Этот действующий инструмент изготовлен ит титана (рис. 47, 48,49). Рис. 48. Ультразвуковой генератор с комплектом волноводов. Ультразвуковая сварка началась со сварки металлов. Впервые она была разработана в Германии в 1936 г. фирмой. G.Siemens, Halske. В Советском Союзе первые работы по ультразвуковой сварке металлов появились в 1958 г. (Оль- шанский НА, Мордвинцева А. В.). Ультразвуковая резка стекла и металлов была предложена американским инженером L. Balamuth в 1948 г. Для ультразвуковой резки и соединения живых биологических тканей используется энергия механических колебаний. Проводником этих колебаний при сварке служит биологически приемлемый синтетический мономер. Мы используем чаще всего циакрин. Циакрин (СбНуМОз) — эфир альфа-цианакриловой кислоты, в котором растворен поливинилацетат. Циакрин был изготовлен в СССР в 1963 г. А. М. Поляковой и О. В. Смирновой. Его зарубежный аналог — Истмен-910. Рис. 49. Ультразвуковые инструменты (слева направо скальпель, пила, лопатка для сварки, лопатка для пломбировки зубов трепан для наложения отверстий игольчатые волноводы для разбивки тромбов в кровеносных сосудах. Генератор работает при следующих параметрах частота ультразвуковых колебаний от 20 до 50 кГц мощность генератора от 0,05 до 2,5 кВт интенсивность ультразвуковых колебаний от 1 до 8 Вт/см 2 ; ток подмагничивания от 2 до 13 А; высокочастотный ток от 10 до 80 А напряжение от 100 до В амплитуда колебаний волновода от 30 до 80 мкм (рис.50). Под действием ультразвуковых колебаний происходит весьма быстрая диффузия мономера в свариваемые поверхности и его полимеризация. Если в обычных условиях полимеризация циакрина происходит зач, то под влиянием ультразвука она наступает за 30 с. Ультразвуковые колебания вызывают появление в мономере акустических потоков, кавитационных бурь они повышают температуру среды. Это ведет к нарастанию числа свободных радикалов в мономере и к увеличению его химической активности. Таким образом, механическая энергия ультразвуковых колебаний увеличивает Рис. 50. Настройка ультразвуковой сварной лопатки. Слева лопатка не включена, справа — лопатка заработала видно вспенивание воды от ультразвуковых колебаний. химическую энепгию поипоя. Возпастяние химической активности может быть продемонстрировано диффузией мономера в свариваемые поверхности. Без ультразвукового воздействия эта диффузия отсутствует. При ультразвуковых колебаниях диффузия в костную ткань достигает 200—250 мкм. Диффузию облегчают вихревые микропотоки, вызванные ультразвуковыми колебаниями. Каждый раз за зоной вихревых течений возникают зоны возрастающего давления, что и вовлекает, как бы вталкивает мономер в костную ткань. Прочность создаваемого сварного костного шва или ультразвукового костного конгломерата достаточно высока. На изгиб она равна 200—500 кг/см 2 , на растяжение — 75— 125 кг/см 2 . Необходимо подчеркнуть, что при сварке живых биологических тканей избыточная прочность ненужна. После сварки, например, костной ткани одновременно будут проходить два процесса постепенное уменьшение механической прочности сварного соединения и нарастание биологической прочности за счет регенерации. Лучший припой — лигированный циакрин, те. мономер с добавлением костной муки, стружки, синтетических средств (норакрил и др.). Оптимальная величина амплитуды ультразвуковых колебаний для сварки равна 50—60 мкм. Оптимальная частота колебаний лежит в пределах от 20 до 32 кГц, в среднем — 26,5 кГц. Чем меньше гранулы костной стружки, тем прочнее сварной трансплантат или конгломерат, но и тем позже он- входит в обменную связь с организмом. Наиболее рациональные размеры костной щебенки 1,2—2 мм. При ультразвуковой сварке костной ткани происходит соединение коллагеновой стромы фрагментов. Коллагеновые- волокна одного костного отломка свариваются с коллагеновыми волокнами другого фрагмента. Этим самым ультразвуковая сварка отличается от простого склеивания. Механизм- ультразвуковой сварки полностью еще нераскрыт. Но ив технике -«... окончательного представления о механизме образования соединений при ультразвуковой сварке пока нет...» (ХорбенкоИ. Г, При распиливании костей ультразвуковая пила совершает колебания с частотой 26—30 кГц. Амплитуда колебаний npir этом от 40 до 80 мкм. Процесс резко осуществляется за счет выбирания, удаления кусочков костной ткани колеблющимися зубьями пилы. Развивающаяся температура зависит от величины давления на работающий инструмент. При давлении- в 300 г температура равна С, при давлении в 400 г температура достигает С. Движение пилы вперед более- действенно, чем ее движение назад. При резке мягких тканей колебания передаются всей поверхностью ножа. Прикосновения инструмента должны быть мягкими, чтобы не сказался прижигающий эффект высокой температуры. Ультразвуковые колебания быстро поглощаются живыми тканями. Костная ткань гасит их настолько быстро и локально, что уже в 7 мм от действующей лопатки волновода колебания не улавливаются. Избыточное давление на инструмент ведет к выходу волновода из резонанса ион перестает работать. Кроме того, ультразвуковая пила хрупка и легко ломается при неправильном- обращении с нею. Главные достоинства ультразвуковых хирургических методов заключаются в их биологической целесообразности и к универсальности. Эти методы могут быть использованы для: рассечения и соединения почти всех тканей живого организма. Конечно, параметры работы ультразвукового генератора,, форма и характеристика волноводов будут меняться в зависимости от цели работы и от особенностей той ткани, того органа, на которые мы хотим воздействовать. Если раньше нам нужно было изучать и доказывать биологическую безвредность ультразвуковых хирургических методов, то теперь у нас накопилось достаточно данных для утверждения о целесообразности ультразвукового воздействия на ткани, органы, на организм пациента в целом. Ультразвуковые хирургические инструменты — тонкое и гибкое оружие. Мы разработали и применяем ультразвуковые пилы, ножи, долота, трепаны, сверла, сварные лопаточки различных форм и размеров, волноводы для разбивания тромбов, очистки кровеносных сосудов от атероматозных отложений и т. д. Степень ультразвукового воздействия, форму применения довых методов можно менять, используя различные генераторы и разные параметры их работы, а также форму, размеры и материал волноводов и рабочих инструментов. При известном умении и искусстве и при достаточном техническом обеспечении мы можем использовать различные свойства ультразвуковых колебаний, комбинируя их в разнообразных сочетаниях и величинах. Ультразвуковые колебания обладают заметным обезболивающим эффектом, антимикробными противовоспалительным действием. В озвученной воде появляются ничтожные количества азотной кислоты, однако их достаточно для прекращения жизнедеятельности микробов. Губят микроорганизмы и кавитационные вихри, связанные с импульсами высоких давлений. Ультразвуковые колебания большой интенсивности обладают и прямым разрушающим действием, в результате которого микробные тельца распадаются на части. Антимикробные свойства ультразвука дают основание к более широкому применению его при первичной и вторичной обработке рани открытых переломов, для профилактики и лечения гнойной и анаэробной инфекции. Ультразвуковое воздействие меняет скорость диффузии жидкостей, уменьшает вязкость крови и улучшает кровообращение. Оно повышает давление кислорода в тканях, разбивает тромбы и очищает кровеносные сосуды от атероматозных лаложений. Ультразвуковые колебания дают возможность из костной щебенки или муки, а также из химически чистых ингредиентов создать искусственную костную ткань кристаллического строения, сварить костные трансплантаты любой формы и необходимых размеров. Сами по себе ультразвуковые хирургические методы не ускоряют регенеративные процессы, но они косвенно способствуют лучшему срастанию тканей после повреждений и операций. Это происходит по многим причинам, но прежде всего в результате того общетрофического влияния на биологические структуры, которое оказывают ультразвуковые колебания. Они разрушают кровяные сгустки, мелкие тромбы в многочисленных капиллярах, пронизывающих поврежденные ткани. Тем самым восстанавливается их проходимость и улучшается кровоснабжение. Ультразвуковые колебания препятствуют вторичному некрозу при ожогах и обморожениях. Онк нормализуют обмен в травмированных тканях, вместе произведенной ультразвуковой операции. Влияя на растворимость биологических жидкостей, на процессы кристаллизации,, ультразвук обеспечивает своевременную регенерацию костной ткани. П оказания к применению ультразвуковых хирургических методов. Резка мягких тканей иссечение рубцов при восстановительных и пластических операциях удаление злокачественных новообразований и метастазов иссечение гнойно-некротических очагов рассечение и удаление воспаленных и инфильтрированных тканей иссечение язв рассечение паренхиматозных органов (печень, почки, эндокринные- железы рассечение полых органов (кишечник, желудок. Резка костей трепанация черепа пилами и круглыми трепанами трепанация костей по поводу гнойно-некротических очагов, опухолей, разнообразных локальных и системных патологических процессов рассечение и резекция костей лицевого скелета рассечение и резекция грудины, ключицы, ребер, лопатки, позвонков, костей таза резекция костей, пораженных опухолями и диспластическими процессами резекция костей при повреждениях резекция костей в длинных и глубоких ранах, где неудобен подход обычными пилами остеотомии и иссечения костей у детей усечение костей при ампутациях (спиливание малоберцовой кости„ костей пальцев, плюсны, пястных костей и т. д выпиливание и подгонка костных трансплантатов моделирование суставных поверхностей. Ультразвуковая сварка твердых тканей сварка костей черепа и лица при их переломах сварка ребер и грудины соединение отломков костей при многооскольчатых, внутрисустав- ных и диафизарных переломах, особенно при переломах относительно небольших костей соединение костей после их рассечения, резекций и иссечения у детей заполнение дефектов в костях после их резекций, удаления опухолей, кист, гнойно-некротических и других патологических очагов заполнение полостей и пластические операции при ложных суставах создание костных трансплантатов при операциях по поводу дефектов в костях, ложных суставов, последствий переломов и патологических процессов заполнение дефектов метаэпифизов после отрывных переломов, повреждений, заболеваний или резекций; — образование новых суставных поверхностей при артропластике создание сварных ультразвуковых трансплантатов различной формы и размеров (костные пластинки, диафизы, суставные концы, мелкие кости запястья, предплюсны и т. д приварка сухожилий и связок к местам прикрепления к костям пломбировка и сварка зубов. Ультразвуковая сварка мягких тканей (разработана в эксперименте соединение краев ран трахеи и бронхов, сварка ран легкого, сердца сварка ран кровеносных сосудов сварка ран печени, селезенки, почки, эндокринных желез сварка ран пищевода, желудка, тонких и толстых кишок ультразвуковые анастомозы пищевода, желудка, тонких и толстых кишок сварка ран мочеточников и мочевого пузыря ультразвуковые анастомозы на мочевом пузыре и мочеточниках. 5. Ультразвуковая сварка при трансплантациях тканей и органов (разрабатывается в эксперименте приварка трансплантатов кожи, сухожилий, нервов, кровеносных сосудов, хрящей сварка при пересадках внутренних органов грудной, брюшной полостей, полости таза, эндокринных желез. Ультразвуковая разбивка тромбов и эмболов (разрабатывается в эксперименте ультразвуковая разбивка тромбов и эмболов волноводом, введенным в просвет сосудов разбивка тромбов и эмболов ультразвуковым волноводом, действующим поверх сосуда. Ультразвуковая очистка кровеносных сосудов от атеро- матозных отложений (разрабатывается в эксперименте очистка кровеносных сосудов от атероматозных отложений ультразвуковыми волноводами, введенными в просвет сосуда очистка кровеносных сосудов от атероматозных отложений ультразвуковыми волноводами, действующими поверх сосудов, на дистанции. |