СПОСОБ ЛЕЧЕНИЯ ПАЦИЕНТОВ С ПЕРЕЛОМАМИ КОСТЕЙ Российский патент 2011 года по МПК A61N5/02 

Изобретение относится к медицине, в частности к травматологии и физиотерапии, и может быть использовано для лечения больных с переломами костей.

Одним из ключевых патогенетических звеньев, определяющих степень выраженности катаболических процессов в костной ткани при травмах, является нарушение микроциркуляции костной ткани. Разработка и внедрение эффективных способов коррекции нарушений микроциркуляции костной ткани, как одного из компонентов патогенетической терапии переломов костей скелета, является актуальной задачей современной травматологии.

Одним из традиционных способов лечебного воздействия на поврежденный участок ткани является дополнительное применение физических методов, способствующих нормализации процессов их регенерации и уменьшению осложнений (воспалительные и дистрофические процессы, остеомиелит, ложные суставы и т.д.). В основе физических методов воздействия лежит попытка управления восстановительными процессами.

Результатами многочисленных клинико-экспериментальных исследований доказано, что КВЧ-излучение является одним из наиболее эффективных факторов, используемых современной физиотерапией: нормализует реологические свойства крови, является антиоксидантом физической природы [Зубкова С.М. Сравнительный анализ биологического действия микроволн и лазерного излучения // Вопр. курортол. - 1996. - №6. - С.31-34; Ковалев А.А. Биоэлектрические эквиваленты кортикальных механизмов саногенеза организма человека в условиях нормы, патологии и под влиянием нетеплового воздействия электромагнитного излучения КВЧ-диапазона // Миллиметровые волны в биологии и медицине. - 1998. - №2. - С.16-27; Лебедева Н.Н., Котровская Т.И. Экспериментально-клинические исследования в области биологических эффектов миллиметровых волн (обзор, часть 1) // Миллиметровые волны в биологии и медицине. - 1999. - №3. - С.3-13.], вызывает нормализацию тонуса мозговых и периферических сосудов, улучшает микроциркуляцию в поврежденных тканях [Гапонюк П.Я., Столбиков А.Е., Шерковина Т.Ю., Жуковский В.Д. Влияние низкоинтенсивного электромагнитного излучения миллиметрового диапазона на биоэлектрическую активность периферических, центральных нервных структур и системную гемодинамику больных гипертонической болезнью // Вопр. курортол. - 1988. - №3. - С.14-18; Жуков Б.Н., Лысов Н.А. Влияние ММ-волн на микроциркуляцию // Миллиметровые волны в медицине и биологии: Сб. докл. 11 Росс. симпозиума с мжд участием. - М., 1997. - С.120-121.]. Это обусловило широкое использование КВЧ-терапии в медицинской, в том числе ортопедо-травматологической практике [Полякова А.Г., Буйлова Т.В., Алейник Д.Я., Колесов С.Н., Корнаухов А.В., Прилучный М.А., Капустина Н.Б. Комплексное изучение КВЧ-воздействия в эксперименте и в реабилитации больных с дегенеративно-дистрофической патологией крупных суставов // Миллиметровые волны в биологии и медицине. 1999. №1 (13). С.22-27.].

В медицине издавна применяются электромагнитные излучения (ЭМИ) различных диапазонов волн, но лишь сравнительно недавно началось использование ЭМИ миллиметрового диапазона, к которым относятся волны длиной от 1 до 10 мм. Им соответствуют частоты от 30 до 300 ГГц (КВЧ-диапазон), а медицинское применение миллиметровых волн получило название КВЧ- или миллиметровая терапия. Использование такого излучения основывалось на предположении, что организм человека, как частотно-избирательная система, сам выберет из воздействующего шумового КВЧ-сигнала индивидуальную частоту, соответствующую данному организму и данной патологии. Под первичной мишенью воздействия миллиметровых волн в "физиологической" концепции подразумеваются молекулы воды, собственно, те из них, которые связаны с белковыми структурами кожного коллагена. Изменение вследствие этого воздействия электретного состояния коллагена и его пьезоэлектрических свойств обусловливает возбуждение чувствительных нервных волокон в кожных рецепторах - тельцах Руффини. Затем следует возбуждение преганглионарных симпатических нейронов боковых рогов спинного мозга, возбуждение расположенных в вегетативных ганглиях МИФ-нейронов, которые выделяют в синаптические щели и сосудистое русло адреналин, норадреналин и т.д.

Известен способ применения электромагнитной терапии КВЧ для лечения больных с переломами костей, при котором используется излучение миллиметрового диапазона низкой интенсивности, создаваемое аппаратами "Явь-1", при частоте 53,534 ГГц (5,6 мм) или 42,194 ГГц (7,1 мм). Облучение проводится при плотности потока падающей мощности 10 мВт/см², в режиме частотной модуляции f=50 Гц, ширина полосы модуляции 100 МГц. Воздействие осуществляется на область патологического процесса: при переломах над областью перелома кости. Длительность сеанса 30 минут 1-2 раза в день, курс лечения 10-20 сеансов. [Карлов В.А., Резников К.М. КВЧ терапия при переломах длинных трубчатых костей. В кн.: VII Всесоюзный семинар «Применение КВЧ излучения низкой интенсивности в биологии и медицине». Тез. докл. М.: ИРЭ АН СССР; 1989. Резников К.М., Нехаенко Н.Е. Количественная оценка действия КВЧ терапии у больных с переломами голени. Вопросы курортологии, физиотерапии 1997; 3: 25-26.]

Недостатком указанного способа является рефлекторный принцип воздействия на центральные и периферические механизмы регуляции микроциркуляции, что не всегда позволяет рассчитывать на эффективность данного вида воздействия по отношению к участкам костной ткани с нарушенной микроциркуляцией вследствие ее травмирования. Глубина проникновения в ткани данного диапазона ЭМИ не превышает 3-5 мм. Применение данного способа КВЧ-терапии в клинической практике требует дополнительного лабораторного контроля (расчет показателя Гаркави-Квакиной-Уколовой по соотношению лимфоцитов к сегментоядерным нейтрофилам в лейкоцитарной формуле) и учета адаптационных реакций, рассматриваемых в качестве критериев индивидуального подбора необходимых режимов КВЧ-терапии применительно к конкретному больному. При этом наличие у больных реакций "стресса" требует увеличения продолжительности воздействия до 60 мин. Вышеизложенные особенности создают дополнительные организационно-методические трудности в практической реализации. Кроме этого при использовании данного способа было отмечено, что не у всех больных с реакцией тренировки или активации был получен лечебный эффект.

Авторами предложен способ лечения больных с переломом кости, включающий облучение области перелома КВЧ излучением, отличающийся тем, что воздействуют КВЧ излучением на частоте оксида азота (150, 176-150, 664 ГГц) плотностью мощности 1 мВт/см² в течение 15 минут ежедневно в течение 10 дней.

Преимуществом предложенного способа является использование эффекта резонансного воздействия на частоте молекулярного спектра поглощения и излучения оксида азота (МСПИОА), позволяющего активизировать метаболические и рефлекторные эффекты оксида азота (ОА), являющегося одним из основных факторов регуляции гемореологических и сосудистых звеньев микроциркуляции. При этом механизм воздействия ЭМИ МСПИОА является резонансным, не зависящим от характера адаптационных реакций, и не требует индивидуального подбора необходимых режимов КВЧ-терапии применительно к конкретному больному. Кроме этого ЭМИ, используемое в предложенном способе, имеет глубину проникновения в биологические ткани до 50 мм, что обеспечивает максимальную эффективность воздействия непосредственно в области перелома.

Способ осуществляется следующим образом.

Облучение проводится малогабаритным медицинским аппаратом «KBЧ-NO», разработанным в медико-технической ассоциации КВЧ (г.Москва) совместно с ФГУП «НПП-Исток» (г.Фрязино) и ОАО ЦНИИИА (г.Саратов) [Бецкий О.В., Креницкий А.П., Майбородин А.В. и др., 2006].

Облучается поверхность кожи площадью 3 см² над областью перелома. Облучатель располагается на расстоянии 1,5 см над поверхностью кожи. Мощность излучения генератора составляет 0,7 мВт, а плотность мощности, падающей на участок кожи размером 3 см², - 1 мВт/см². Общая продолжительность однократного облучения составляет 15 минут. Количество сеансов облучения на курс лечения составляет 10.

Эффективность предложенного способа подтверждена проведенным впервые экспериментальным исследованием и клиническими данными.

Эксперименты проводили на 63 белых беспородных крысах - самцах массой 180-220 г. Животные поставлялись из вивария ГОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет Росздрава», где содержались в стандартных условиях. Для устранения влияния сезонной и циркадной зависимости на систему гомео- и гемостаза эксперименты проводили в осенне-зимний период во второй половине дня. Все экспериментальные животные находились в одинаковых условиях. Опыты проводились в отдельной лаборатории, исключающей посторонние раздражители, при постоянной температуре воздуха 18-22°С, со стандартным уровнем освещения, влажностью воздуха 50-70%. При содержании в лаборатории животных обеспечивали сбалансированным кормом и водой без ограничения.

Выбор крыс в качестве объекта исследования был обусловлен тем, что они являются удобным экспериментальным материалом для массовых острых и хронических экспериментов. Эти животные обладают повышенной чувствительностью к ограничению двигательной активности [Федоров И.В., 1980] и к действию ЭМИ различных диапазонов [Грабовская Е.Ю., 1992; Чуян Е.Н., 1992]. Для формирования экспериментальных групп отбирали половозрелых животных одинакового возраста, пола (самцы) и веса. Подобный отбор позволил сформировать однородные группы животных с одинаковыми конституциональными особенностями, однотипно реагирующих на действие различных стрессорных факторов.

Нарушения микроциркуляции моделировали иммобилизационным стрессом [Антонов А.М., Беликина Н.В., Георгиева и др., 1964]: вариант острого стресса - жесткая фиксация крыс на спине в течение 3-х часов, вариант хронического стресса - жесткая фиксация крыс на спине в течение 5-ти дней по 3 часа ежедневно.

Эксперименты на животных проводили в соответствии с требованиями Женевской конвенции «International Guiding Principles for Biomedical Research Involving Animals» (Geneva, 1990).

Исследование включало 9 серий экспериментов, каждая из которых была выполнена на 7 животных. В 1, 2, 3 и 4 сериях экспериментов осуществляли моделирование острого иммобилизационного стресса у крыс. В первой серии экспериментов дополнительных внешних воздействий не применяли. В остальных трех сериях экспериментов животных облучали электромагнитными волнами терагерцового диапазона на фоне острого иммобилизационного стресса.

Продолжительность однократного облучения составляла 5, 15 и 30 минут в режиме амплитудной модуляции сигнала на частоте 150, 176-150, 664 ГГц. Во второй серии длительность облучения составила 5 минут, в третьей серии -15 минут и в четвертой серии - 30 минут. В 5-8 сериях экспериментов животные находились в условиях хронического иммобилизационного стресса. При этом в 5 серии внешних дополнительных воздействий не применялось. В 6-8 сериях экспериментов животных облучали электромагнитными волнами терагерцового диапазона на фоне хронического иммобилизационного стресса. В шестой серии длительность облучения составила 5 минут, в седьмой серии - 15 минут и в восьмой серии - 30 минут. Девятую серию эксперимента составили 7 животных, не подвергавшихся стрессорному раздражению и никаким дополнительным внешним воздействиям (интактный контроль).

Животных в конце эксперимента декапитировали с соблюдением основных требований к эвтаназии, изложенных в Приложении №4 к «Правилам проведения работ с использованием экспериментальных животных». Готовили серии цитологических препаратов (мазки крови, красного костного мозга), а также проводили забор ККМ, грудины, бедренных костей (костной и хрящевой ткани) с последующей фиксацией их в различных растворах для световой микроскопии.

При иммобилизационном стрессе (в большей степени при хроническом и в меньшей степени при остром) наиболее значительные изменения возникали в капиллярах и посткапиллярах, где отмечались признаки стаза, агрегации и сладжа форменных элементов крови. В венулах была отмечена адгезия лейкоцитов («краевое стояние») к ламинарной поверхности сосудов с миграцией их в периваскулярную область. В системе МЦР формировалась картина сладжа аморфного типа (по классификации В.В.Куприянова, 1969). Пристеночные зоны содержали тромбоцитарные скопления, что говорило о начале тромбообразования.

Все представленные выше изменения вели к стазу в посткапиллярно-венулярном отделе системы. Была выявлена редукция значительного количества капилляров, потерявших свое функциональное назначение.

В 5 группе животных, подвергшихся воздействию хронического стресса, общее состояние крыс прогрессивно ухудшалось по ходу эксперимента. С точки зрения морфологии МЦР тотально (в изучаемых органах) определялась патологическая трансформация МЦР. Нарастали изменения гладкомышечных и эндотелиальных клеток сосудов, сопровождавшиеся метахромазией, мозаичной гиперхромностью, выраженными становились признаки дистрофии всех клеточных элементов, волокон соединительной ткани и периваскулярных структур - все это сопровождалось усилением деформации контуров сосудов и извилистости. Во всех объектах исследования (костная ткань и ККМ) по ходу сосудов обменного и отводящего звеньев МЦР нарастал периваскулярный отек, инфильтрация клетками, обусловленные увеличением проницаемости сосудистой стенки. Значительно уменьшалось число сетевых капилляров с формированием петлевидных капиллярных комплексов и обширных бессосудистых зон (фиг 1.А, Б, В - хронический иммобилизационный стресс (5 группа). Грудина крысы. Сосудисто-нервный пучок. Дистония сосудов, неравномерное полнокровие, набухание сосудистой стенки (А), агрегация (сладж) эритроцитов и их адгезия к сосудистой стенке, микротромбы (Б, В), периваскулярный отек, метахромазия сосудистой стенки, вакуолизация нервных элементов (Б). Окраска гематоксилином и эозином. Ув. × 400).

Таким образом, трансформация МЦР при иммобилизационном стрессе проявлялась в дистонии, разрежении сети капилляров костной ткани - вплоть до появления (при хроническом стрессе) аваскулярных зон.

Общим итогом расстройств микроциркуляции при иммобилизационном стрессе являлось развитие ишемии и гипоксии костной ткани различной степени выраженности.

При использовании электромагнитных волн на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения оксида азота (150, 176-150, 664 ГГц) наблюдалось эффективное восстановление микроангиоархитектоники - особенно капиллярного звена, до величин, близких к соответствующим показателям интактных животных 9 группы.

Наиболее оптимистичны по степени нормализации кровотока в МЦР костной ткани оказались результаты, полученные в 3 и 7 группах экспериментальных животных.

В 3 и 7 экспериментальных группах животных, при применении электромагнитных волн на частотах молекулярного спектра излучения и поглощения (МСИП) оксида азота 150, 176-150, 664 ГГц в течение 15 минут на фоне острого и хронического иммобилизационного стресса была выявлена положительная динамика перестройки ангиоархитектоники сосудистых сетей костной ткани с заметной их дилатацией, уменьшением дистрофии элементов сосудистой стенки. При этом уменьшалась извилистость, дистония, восстанавливалась равномерность распределения сосудов с уменьшением малососудистых зон и восстанавливалось равновесие между звеньями притока и оттока крови с изменением количества и типа организации сосудов (фиг.2 - острый иммобилизационный стресс с применением ЭМИ в течение 15 минут (3 группа). Красный костный мозг и костная ткань грудины крысы. Максимальная коррекция функциональных и метаболических нарушений. Окраска гематоксилином и эозином. Ув.× 400; фиг.3 - острый иммобилизационный стресс с применением ЭМИ в течение 15 минут (3 группа). Бедро крысы. Нормализация метаболических процессов и тинкториальных свойств костного матрикса (слабометахромазированная экстрацеллюлярная субстанция -практически норма). Окраска гематоксилином и эозином. Ув. × 400).

Параллельно с признаками нормализации кровотока костной ткани уменьшалась реакция краевого стояния лейкоцитов - в первую очередь в собирательных венулах. О коррекции измененний сосудистого звена свидетельствовало заметное снижение извилистости посткапилляров и отдельных венул. В большинстве изученных объектов не определялись признаки нарушения проницаемости капилляров.

Оценка гистологических показателей состояния МЦР костной ткани крыс в 7 экспериментальной группе обнаружило их корреляцию с максимальным приближением к аналогичным показателям у интактных животных 9 группы (фиг.4 - хронический иммобилизационный стресс с применением ЭМИ в течение 15 минут (7 группа). Бедро крысы. Нормализация метаболических процессов и тинкториальных свойств эндостальной ткани бедра. Окраска гематоксилином и эозином. Ув. × 400).

Анализ полученных результатов экспериментального исследования подтвердил эффективность предложенного способа коррекции нарушений микроциркулляции костной ткани.

Предложенный способ был использован в лечении 18 больных с переломами локтевого отростка (1 группа). Группу сравнения составили 15 пациентов (2 группа), в лечении которых применялась КВЧ терапия аппаратом "Явь-1", при частоте 53,534 ГГц (5,6 мм) или 42,194 ГГц (7,1 мм). Выбор пациентов с данной патологией для выполнения сравнительного анализа был связан с тем, что выполнение открытой репозиции перелома позволяет в большинстве случаев добиться хорошего ее качества. Тем самым исключается влияние качества репозиции на остеорепаративный процесс в зоне перелома.

В качестве количественного критерия оценки эффективности влияния КВЧ терапии на состояние костной ткани в зоне перелома был выбран показатель степени сращения перелома по оптической плотности рентгенограмм, определяемый по методике А.Б.Слободского.

Известно, что яркость изображения на рентгенограмме зависит от плотности тканей, через которые проходил рентгеновский луч. При оцифровке изображение рентгенограммы разбивается на множество малых элементов - пикселов. Яркость каждого пиксела может иметь один из 256 уровней, причем "0" соответствует абсолютно черному цвету, а "255" - абсолютно белому. Для измерения яркости участков рентгенограммы можно использовать функцию Histogram известной программы обработки фотоизображений Adobe Photoshop.Функция Histogram для выделенного участка изображения строит гистограмму - график зависимости количества пикселов определенной яркости от величины этой яркости. Кроме того, эта функция вычисляет среднюю яркость участка, среднеквадратичное отклонение яркости и другие параметры. Авторы использовали параметр средней яркости для описания яркости различных участков изображения.

В связи с тем что рентгенограммы имеют различные качественные характеристики (яркость, контрастность, четкость и др.) для объективного анализа степени консолидации перелома предлагается следующий подход. На оцифрованной рентгенограмме области перелома, выполненной сразу после осуществления остеосинтеза и репозиции костных отломков, определяют следующие величины: B0 - яркость участка мягких тканей в непосредственной близости от перелома, B1 - яркость участка неповрежденной кости в непосредственной близости от перелома и BX - яркость зоны перелома. Подсчитываем начальную относительную яркость зоны перелома:

и принимаем, что данному значению соответствует степень консолидации 0%.

По завершении консолидации перелома яркость места сросшегося перелома BX будет совпадать на рентгенограмме с яркостью неповрежденной кости B1. Следовательно, конечная относительная яркость равна:

и ей соответствует степень консолидации 100%.

Тогда степень консолидации cons в произвольный момент времени лечения можно определить по формуле:

где x - относительная яркость места перелома, определенная по рентгенограмме на тот же момент времени.

Предложенный подход позволяет надежно определять степень консолидации независимо от яркости и контраста рентгеновского изображения. Единственное условие - все рентгеновские снимки области перелома должны быть выполнены в той же проекции, что и начальный снимок.

Исходя из вышеизложенного проведено исследование оптической плотности оцифрованных рентгенограмм у пациентов с переломами локтевого отростка. Полученные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 Значение оптической плотности зоны перелома у больных с переломами локтевого отростка Группа пациентов (способ КВЧ терапии) N - число пациентов Оптическая плотность зоны перелома сразу после осуществления остеосинтеза Оптическая плотность зоны перелома через 2 недели после остеосинтеза Оптическая плотность зоны перелома через 1 месяц после остеосинтеза. 1 группа N=18 (предложенный способ КВЧ терапии) 78±4,5% 71±5,1% 96±3,7% 2 группа N=15 (Способ-прототип КВЧ терапии при помощи аппарата «Явь») 77±4,8% 65±6,9% 89±7,1%

Из анализа полученных результатов видно, что показатель оптической плотности кости в зоне перелома сразу после осуществления остеосинтеза не имел существенных отличий, что подтверждает сходные результаты качества репозиции в обеих группах пациентов. Резорбция костной ткани в зоне перелома у пациентов второй группы была выражена в большей степени по сравнению с первой группой. Об этом свидетельствует то, что показатель оптической плотности кости в зоне перелома через две недели у пациентов первой группы снизился на 7%, в то время как у пациентов 2 группы - на 12%. Кроме этого оптическая плотность зоны перелома у пациентов 1 группы через 1 месяц после остеосинтеза была на 7% выше аналогичного показателя пациентов 2 группы и приближалась к норме (96±3,7%). Следует отметить также, что исследуемый показатель у больных 1 группы имел значительно меньший вариационный размах по сравнению с пациентами 2 группы. Вероятно, это было связано с тем, что не у всех пациентов 2 группы был достигнут лечебный эффект от КВЧ терапии. Кроме этого средний показатель общей продолжительности лечебных процедур КВЧ терапии у пациентов 1 группы составил 2,5 часа, в то время как у пациентов 2 группы средняя продолжительность КВЧ терапии составила 7,5±0,5 часа (в 3 раза больше по сравнению с 1 группой).

Клинический пример

Больной К. 54 года, находился на стационарном лечении в ГКБ №2 по поводу перелома правого локтевого отростка с 4.01.08 г. по 12.01.08 г. 6.01.08 г. была выполнена операция: открытая репозиция, остеосинтез правого локтевого отростка спицами и стягивающей проволочной петлей.

Наряду со стандартной схемой медикаментозного и восстановительного лечения в комплекс реабилитации пациента К. была включена КВЧ терапия в соответствии с предложенным способом. Продолжительность курса составила 10 сеансов. Облучение проводили на область перелома локтевого отростка правой локтевой кости.

Заживление операционной раны произошло первичным натяжением. Оценка ближайшего результата лечения (через 1 месяц после операции) соответствовала показателю «хорошо». Констатирована полная консолидация перелома, что подтверждено данными контрольной рентгенографии (фиг.5).

Показатель оптической плотности кости в зоне перелома через две недели после операции составил 75,3%, а через 1 месяц - 98,4%.

Таким образом, результаты проведенного исследования подтвердили, что предложенный способ КВЧ терапии пациентов с переломами костей позволяет достигнуть корригирующего воздействия на состояние микроциркуляции костной ткани и ее метаболизм в зоне перелома у большего количества пациентов, сократить общее время КВЧ терапии в 3 раза, снизить трудоемкость применения метода по сравнению с известным способом КВЧ терапии при помощи аппарата «Явь».

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, физиотерапии. Способ включает воздействие КВЧ-излучением на область перелома. Воздействие проводят КВЧ-излучением на частоте молекулярного спектра поглощения и излучения оксида азота 150, 176-150, 664 ГГц. Указанное излучение воздействует на состояние микроциркуляции костной ткани. Используют плотность мощности 1 мВт/см². Воздействуют по 15 минут ежедневно, в течение 10 дней. Способ сокращает сроки лечения переломов за счет стимулирующего влияния на репаративные процессы в костной ткани в ближайшем послеоперационном периоде. 5 ил., 1 табл.

Способ лечения больных с переломами костей, включающий облучение области перелома КВЧ излучением, отличающийся тем, что воздействуют КВЧ излучением на частоте молекулярного спектра поглощения и излучения оксида азота 150, 176-150, 664 ГГц, плотностью мощности 1 мВт/см², по 15 мин ежедневно, в течение 10 дней.