Введение

С 1957 г. в мире накоплен солидный опыт фиксации грудины стальной проволокой при операциях на сердце [1]. Однако до последнего времени продолжают встречаться случаи жизнеугрожающих постстернотомных осложнений в виде нестабильности грудины и глубокой стернальной инфекции (ГСИ) [2—8]. Недостаточная эффективность профилактики подобных осложнений обусловлена, с одной стороны, хрупкой анатомией грудины, а с другой — ее пребыванием под действием динамических сил (от умеренных при дыхательных движениях грудной клетки до чрезмерных при кашле и усилиях в плечевом поясе) [4, 6, 9, 10]. Для улучшения результатов фиксации грудины предложено множество методов жесткого остеосинтеза грудины, включая использование трудоемких технологий и громоздких устройств [3, 6, 8, 11—13]. Однако сравнительно простой и воспроизводимый метод лигатурной фиксации грудины стальной проволокой остается наиболее востребованным [2, 12]. В то же время из-за склонности стальной проволоки к прорезыванию грудины проблему профилактики ее нестабильности нельзя считать решенной [6, 11, 13]. С биомеханических позиций в прорезывании и других контактных повреждениях грудины проволокой определенную роль играют различия в твердости и модуле упругости. Согласно данным литературы, возможности фиксации грудины материалами с более близкими к кости физическими свойствами изучены недостаточно. В данной работе представлен опыт лигатурного стягивания грудины эластичной капроновой нитью с технологией непрерывного шва.

Цель исследования — представить результаты фиксации грудины стальной и капроновой лигатурами при операциях на сердце через продольную стернотомию.

Материал и методы

Проведен ретроспективный анализ частоты и характера постстернотомных раневых осложнений среди 1823 пациентов, оперированных на сердце в условиях искусственного кровообращения (ИК) в период с 2009 по 2019 г. В зависимости от типа фиксации грудины пациенты были рандомизированы в две группы. В 1-ю группу отнесены пациенты (n=1225) с традиционным трансстернальным прошиванием грудины стальной проволокой. На грудину накладывали 7—8 узловых швов. Стабилизационная компрессия фрагментов достигалась скручиванием лигатур. Во 2-й группе (n=598) грудина ушивалась обвивным непрерывным швом через межреберья полиамидной монофиламентной нитью. У 584 из них были использованы две капроновые лигатуры, у 14 — одна. При использовании двух лигатур первой ушивали нижнюю и среднюю части тела грудины, второй — верхнюю часть тела и рукоятку грудины [14]. Последний стежок проводили через место прикрепления сухожилий грудино-ключично-сосцевидных мышц к грудине. Количество стежков для каждой лигатуры варьировало от 3 до 5. При фиксации грудины одной лигатурой ушивание выполняли в той же последовательности, используя до 8—9 стежков [15]. Далее подтягиванием за свободные концы лигатур фрагменты грудины сводили друг к другу. Для окончательной компрессии фрагментов стежки дотягивали и связывали лигатуры между собой, используя при этом «второй скользящий узел» (женский узел). Далее столбик из узлов высотой >2 см проводили под близлежащий стежок и укладывали на грудину (рис. 1, 2).

Рис. 1. Схематическое изображение фиксации грудины обвивным непрерывным швом двумя лигатурами.

До (а) и после (б) сведения фрагментов и связывания лигатур. Пунктиром указаны невидимые части лигатур. 1 — межфрагментарная щель; 2 — верхняя лигатура; 3 — нижняя лигатура; 4 — узлы лигатур.

Fig. 1. Scheme of sternal fixation with continuous suture using 2 ligatures.

Before (a) and after (b) fragment approximation and tying the ligatures. Dotted line indicates the invisible parts of the ligatures. 1 — between-fragment gap; 2 — upper ligature; 3 — lower ligature; 4 — knots of ligatures.

Рис. 2. Общий вид операционной раны до (а) и после (б) фиксации грудины обвивным швом двумя лигатурами.

Fig. 2. Surgical wound before (a) and after (b) sternal fixation with continuous suture using 2 ligatures.

Распределение пациентов по видам выполненных вмешательств представлено в табл. 1.

Таблица 1. Распределение пациентов по видам вмешательств на сердце и типу фиксации грудины

Table 1. Distribution of patients depending on cardiac surgery and type of sternal fixation

Наряду с клиническими, лабораторными и инструментальными исследованиями перед операцией определяли наличие факторов риска раневых осложнений: сахарный диабет, индекс массы тела (ИМТ) ≥30 кг/м², хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), сочетанные заболевания сердца.

Во время операции учитывали длительность ИК, пережатия аорты, время остеосинтеза грудины. В послеоперационном периоде фиксировали время искусственной вентиляции легких (ИВЛ), объем отделяемого по дренажам, случаи рестернотомий, нестабильности грудины, наличие раневых инфекций и продолжительность болевого синдрома.

При возникновении ГСИ применяли «закрытый метод»: рестернотомию, санацию, дренирование и повторный остеосинтез грудины [16, 17].

Тип костной мозоли определяли при повторных вмешательствах на сердце в отдаленные сроки после операции.

Биомеханические особенности стягивания грудины лигатурами из стали и капрона, а также рабочую длину лигатур определяли в опытах на трупном материале. В первой серии фрагменты грудины фиксировали трансстернальным узловым швом стальной проволокой 7 стежками (n=5), во второй серии — непрерывным обвивным швом двумя лигатурами из капрона, выполняя 8—9 стежков.

Натяжение лигатур и стабильность фиксации фрагментов оценивали после иссечения грудины вместе с прилегающими отделами ребер. Длину контактного участка лигатур измеряли после их извлечения и расправления.

При статистической обработке результатов исследования пользовались программой Microsoft Excel 2010. Количественные показатели представлены в виде M±2σ (M — среднее значение, σ — стандартное отклонение), медианы, минимального и максимального абсолютных значений. Различия оценивали с помощью критерия Стьюдента. Качественные показатели представлены процентами, межгрупповые различия оценивали с использованием критерия c².

Результаты

Исследования были проведены среди пациентов со стандартными техникой вмешательств на сердце, протоколами анестезии и перфузии, тактикой ведения и профилактики осложнений. Обращает внимание преобладание во 2-й группе лиц женского пола, больных с сочетанными заболеваниями сердца, частое присутствие факторов риска и более высокий балл по EuroScore (табл. 2).

Таблица 2. Клинико-демографические показатели пациентов

Table 2. Clinical and demographic characteristics of patients

Факторы риска раневых осложнений отсутствовали у 49,9% больных в 1-й группе и 17,2% пациентов во 2-й группе. Периоперационные данные представлены в табл. 3.

Таблица 3. Интра- и послеоперационные показатели

Table 3. Intra- and postoperative parameters

Обращает внимание большая длительность ИК и ИВЛ во 2-й группе. В этой же группе продолжительность лигатурной фиксации грудины и объем отделяемого по дренажам оказались достоверно меньшими. Данные о частоте раневых инфекционных осложнений приведены в табл. 4, 5.

Таблица 4. Частота и характер инфекционных раневых осложнений

Table 4. Incidence and nature of infectious wound complications

Таблица 5. Частота послеоперационной нестабильности грудины

Table 5. Incidence of postoperative sternal instability

Из общего числа больных благоприятное заживление стернотомной раны наблюдалось у 80,9% (n=1096) пациентов 1-й и у 96,8% (n=580) больных 2-й группы, включая пациентов с фиксацией грудины одной лигатурой. Послеоперационная боль в исследуемой группе стихала на 2—3-и сутки, в контрольной — сохранялась, как правило, до 7 сут.

Поверхностная раневая инфекция во 2-й группе отмечена в 18 (3,0%) случаях, в контрольной — в 109 (8,9%). У 21 (1,7%) пациента 1-й группы выявлена нестабильность грудины, из них у 14 (1,2%) она сочеталась с ГСИ.

При повторном вмешательстве по поводу ГСИ во всех случаях обнаружено прорезывание грудины проволокой, включая 7 случаев фрагментации грудины и 4 больных с разрывом проволоки. Умер 1 (7,1%) пациент с ГСИ на фоне полиорганной недостаточности. Во 2-й группе случаев ГСИ не отмечено.

Среди больных с нестабильностью грудины ее подвижность после выписки из стационара сохранялась у 7 (0,6%) пациентов (в течение 2 нед — у 2 пациентов, 6 мес — у 3, >3 лет — у 2). У 11 пациентов нестабильность грудины проявилась на фоне ХОБЛ, у 2 — на фоне сахарного диабета. В отдаленные сроки после операции 1 пациент прооперирован по поводу нестабильности грудины.

Во 2-й группе нестабильность грудины в 1 (0,2%) случае развилась на 3-и сутки после операции у больного с тромбоэмболией легочной артерии и инфаркт-пневмонией из-за перелома грудины при чиханьи.

В отдаленные сроки после операции во 2-й группе нестабильность грудины развилась у 2 (0,3%) пациентов: у 73-летнего мужчины гиперстенического телосложения через 4 мес после протезирования митрального клапана на фоне тяжелой двусторонней нижнедолевой пневмонии с выраженым кашлевым синдромом и у пациентки 57 лет через 3 мес после сочетанной операции (маммарокоронарное и аортокоронарное шунтирование, протезирование аортального клапана), выполненной по жизненным показаниям на фоне ИМТ 41,3 кг/м², хронической болезни почек (программный гемодиализ) и тяжелого бронхита.

Первому пациенту после излечения от пневмонии диастаз грудины был устранен. У второй больной операция отсрочена из-за сохранения клиники бронхита.

Средняя длина грудины в эксперименте составила 19,8±0,2 и 20,1±0,6 см в обеих группах, соответственно. Стабильность фиксации грудины на макропрепаратах была одинаковой. Отличия касались особенностей прилегания лигатур к кости по задней поверхности грудины. На стальных стежках по задней поверхности грудины обнаружены изгибы и участки неравномерного прилегания проволоки к кости. Обращала внимание недостаточная компрессия задней пластины грудины при избыточной (жесткой) компрессии передней пластины после скручивания проволочных стежков. Стежки из капрона были равномерно натянуты, плотно прилегали к поверхности грудины, компрессия фрагментов была равномерной.

Длина контактного с костью участка стальной проволоки составила 7,7±0,1 см, капроновой лигатуры — 10,6±0,1 см (длину контактного участка одного стежка из капрона определяли делением общей длины на количество стежков). Таким образом, стежок из капрона по длине превышал стежок стальной проволоки в 1,4 раза. Суммарная длина 7 стежков проволоки составила 51,7±1,8 см, 9 стежков капрона — 90,7±3,6 см (превышение суммарной длины контактных участков металлических лигатур в 1,75 раза).

При исследовании костных мозолей грудины в отдаленные сроки после остеосинтеза стальной проволокой (через 12 и 48 мес) был выявлен периостальный тип мозоли, после остеосинтеза капроном (через 8, 9, 14 и 26 мес) — эндостальный тип мозоли.

Обсуждение

После продольного рассечения и последующей фиксации на грудине появляется линия компрессии фрагментов и множество поверхностей контакта фиксирующих устройств с костью, т.е. возникают новые механические условия. Следует отметить, что при использовании любого варианта жесткой фиксации грудины суммарная площадь контактных поверхностей фиксирующих элементов с костью оказывается кратно меньше общей поверхности продольно рассеченной грудины. Иными словами, наблюдается заметное уменьшение нагружаемой площади грудины, несмотря на сохранение прежних динамических сил, действующих на грудину и обусловленных ее механической функцией в составе грудной клетки.

Уменьшение площади нагружаемой поверхности приводит к увеличению локального напряжения, определяемого величиной нагрузки, действующей на единицу площади, согласно формуле Н/м² или Н/мм². Чрезмерное увеличение локального напряжения, выходящее за предел прочности кости, приводит к ее разрушению [18]. При лигатурном стягивании грудины стальной проволокой возникновение чрезмерных локальных перегрузок может вызвать прорезывание кости.

Исходя из концепции увеличения площади контакта, для предупреждения прорезывания грудины были предложены широкие лигатуры путем армирования стальной проволоки, создания кабельных стяжек, применения пластиковых хомутов и т.д. [4, 6, 11, 12]. Однако на практике они не применяются как самостоятельный метод фиксации, а используются в сочетании с проволочной фиксацией [2, 19].

Представленная модификация лигатурной фиксации грудины позволяет добиться увеличения площади контакта путем увеличения длины лигатуры как в отдельном стежке, так и в непрерывном шве. Экспериментальными исследованиями было показано, что длина капроновой лигатуры в одном стежке больше таковой для проволочного шва в 1,4 раза. Длина непрерывного капронового шва из 3 стежков превышает таковую для узлового шва из проволоки, также включающего 3 стежка, в 1,75 раза и более.

В качестве причины прорезывания грудины стальной проволокой ряд авторов указывают избыточную жесткость стали, присутствие субъективизма при скручивании проволоки, возникновение зон чрезмерных локальных напряжений с повреждениями и первичной нестабильностью [4, 6]. Как известно, первичная нестабильность грудины приводит к ее дальнейшей более выраженной нестабильности с нарушением функции кости [18].

При изучении биомеханических особенностей лигатурного стягивания грудины различными материалами мы сравнивали физические свойства стали, капрона и кости. Для стали характерна неизменность длины и однажды приложенного усилия. Исходя из этого, при возникновении чрезмерной нагрузки на стальную проволоку, например в результате кашля, напряжение в лигатуре резко возрастает, что может привести к прорезыванию кости или обрыву проволоки. Подобное поведение стали обусловлено большим модулем упругости, превышающим упругость кости в 26 раз [20]. Это, безусловно, препятствует эффективной компрессии фрагментов грудины.

В отличие от стали капрону свойственно изменение длины без разрушения в пределах обратимой деформации. Благодаря этому, капроновая лигатура, находясь «в режиме пружины», сохраняет постоянное усилие нити на первоначальном уровне и обеспечивает постоянную компрессию фрагментов грудины [21].

Модуль упругости капрона в 4 раза меньше модуля упругости кости [21, 22]. Это исключает вероятность возникновения недопустимых нагрузок на кость со стороны капроновой лигатуры и ее прорезывание.

Упругие свойства кости, стали и капрона можно выразить метафорой: «кость деформируется от стали и сама деформирует капрон».

В настоящее время накоплен определенный опыт применения капроновой лигатуры для фиксации грудины узловым швом [2]. Проведенные исследования показали, что капрон оказался подходящим материалом и для ушивания грудины непрерывным швом.

Данные литературы о физических свойствах кости, стали и капрона нашли подтверждение в результатах экспериментальных и клинических исследований. При стягивании грудины трупа капроновой лигатурой стежки равномерно ложились на кость, обеспечивая эффективную стабилизацию фрагментов.

Случаи прорезывания наблюдались лишь при фиксации грудины стальной проволокой (n=19, 1,6%) с присоединением ГСИ в 14 (73,6%) случаях. При стягивании грудины капроном случаев прорезывания и ГСИ не отмечено.

Выявлены существенные различия в свойствах локального кровотока в грудине. Скрутки стальных проволок, как правило, плотно прижимаются к грудине, нарушая местное кровоснабжение. В то же время узлы капроновых нитей не соприкасаются с кортикальным слоем. Сохранение местного кровоснабжения, безусловно, играет положительную роль в заживлении операционной раны.

Следует отметить, что технике фиксации грудины капроном присущи простота и легкость исполнения. Компрессия фрагментов грудины при использовании капроновых лигатур достигается ручным натягиванием и завязыванием узлов. При этом отсутствует опасность травмы рук хирурга. Время фиксации грудины капроном составляет в среднем 10,5±3,4 мин, проволокой — 17,2±5,3 мин.

Дополнительным подтверждением более надежной стабилизации грудины капроном служат сведения о типах костных мозолей, полученные в отдаленные послеоперационные сроки. После фиксации грудины капроном формируется эндостальный тип костной мозоли, что указывает на эффективную фиксацию в процессе заживления [18]. Периостальный тип мозоли обнаруживался после проволочной фиксации (n=2), что свидетельствовало о присутствии определенной подвижности при заживлении [18].

Выводы

1. Фиксация грудины непрерывным швом с помощью эластичной лигатуры привела к снижению частоты нестабильности грудины по сравнению с фиксацией стальной проволокой в 9 раз и позволила предупредить ГСИ.

2. На наш взгляд, фиксация грудины эластичной нитью непрерывным швом позволяет более полно реализовать такие положительные свойства лигатурной фиксации грудины, как простота и легкость воспроизведения, минимизация количества фиксирующего инородного материала.

3. Предложенная модификация лигатурной фиксации грудины эластичным шовным материалом основана на клинических и биомеханических предпосылках и является предпочтительной по сравнению со стальной проволокой. Накопленный опыт применения новой модификации лигатурной фиксации грудины в клинике позволяет рекомендовать ее для более широкого внедрения, в том числе у пациентов с высоким риском раневых осложнений.

Благодарность. Выражаем особую благодарность доценту АГНИ, кандидату технических наук Валитову М.З. за участие в обсуждении данной статьи, всестороннюю поддержку в исследовании биомеханических аспектов остеосинтеза грудины.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования – Н.Г. Сибагатуллин

Сбор и обработка материала – Н.Г. Сибагатуллин, А.А. Бикчантаев

Статистическая обработка – Н.Г. Сибагатуллин, А.А. Бикчантаев

Написание текста – Н.Г. Сибагатуллин

Редактирование – д.м.н., проф. Н.Г. Сибагатуллин, А.А. Бикчантаев, к.м.н. Г.А. Шамсеева, к.м.н. И.Р. Ягафаров, к.м.н. И.Р. Закиров, Н.Г. Фасхутдинов, Б.А.Зарипов, З.Ш. Ишмуратова, А.Р. Шарафутдинов, к.м.н. Д.С. Гусманов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.