Доклиническое испытание экзоскелета нижней челюсти

Проблема лечения и реабилитации пациентов с переломами и посттравматическими дефектами нижней челюсти остается актуальной в клинике челюстно-лицевой хирургии [1, 2]. Формирующиеся у таких пациентов грубые функциональные и эстетические дефекты приводят к снижению качества жизни и социальной дезадаптации этих больных.

Перспективным методом лечения переломов и посттравматических дефектов нижней челюсти является компрессионно-дистракционный остеосинтез. При помощи аппаратов для компрессионно-дистракционного остеосинтеза можно осуществить закрытую репозицию и внешнюю фиксацию нижней челюсти. Благодаря дозированной компрессии и дистракции фрагментов нижней челюсти, запускаются процессы дистракционного остеогенеза, позволяющие заместить дефект нижней челюсти новообразованной органотипичной костной тканью [3].

Из-за продолжительного лечения пациентов методом компрессионно-дистракционного остеосинтеза предложены различные способы стимуляции процесса регенерации костной ткани [3]. Одним из таких способов является функциональная нагрузка, которая возможна при сохранении подвижности нижней челюсти и восстановлении сократительной активности поврежденных в результате травмы жевательных мышц [4] (жевательное давление в норме у мужчин на резцах 25—40 кг, на молярах 50—80 кг [5], при переломах нижней челюсти снижено до 2,23—3,2 кг на резцах и 7—12 кг на молярах [6, 7]). Современные аппараты для компрессионно-дистракционного остеосинтеза не позволяют восстановить функциональную активность жевательных мышц, в связи с чем функциональную нагрузку при этом нельзя считать полноценной.

Для реабилитации и абилитации инвалидов с верхним вялым пара (моно)парезом в клинической практике с успехом используется экзоскелет верхней конечности ЭКЗАР, который, благодаря наличию в конструкции системы рычагов, узлов и упругих элементов (резиновые кольца), позволяет восполнить утраченную функцию мышц, увеличить их силу и амплитуду движения верхней конечности в плечевом и локтевом суставах [8, 9]. При анализе литературы данных о применении экзоскелета для лечения пациентов с переломами и посттравматическими дефектами нижней челюсти не обнаружено.

Цель исследования — провести доклиническое испытание экзоскелета нижней челюсти на трупном материале для обоснования возможности его использования у пациентов с переломами и посттравматическими дефектами нижней челюсти.

Нами разработан экзоскелет нижней челюсти (рис. 1),

оригинальная конструкция которого включает устройство для закрытого внеочагового остеосинтеза нижней челюсти (см. рис. 1, а), которое фиксируется к нижней челюсти при помощи остеофиксаторов диаметром 0,2 см с наружной резьбовой насечкой (рис. 2);

нижнечелюстную дугу (см. рис. 1, б), изготовленную методом 3D-печати; приспособление для фиксации относительно свода мозгового отдела головы (см. рис. 1, в); упругие элементы (см. рис. 1, г), ориентированные параллельно суммарному вектору тяги жевательных мышц.

Одиночный косой перелом нижней челюсти был смоделирован на 10 нативных анатомических препаратах нижней челюсти человека (6 мужских, 4 женских) в возрасте от 35 до 72 лет при помощи дрели с алмазным диском (рис. 3)

в области угла (5), в области тела (3) и в подбородочном отделе (2).

Моделирование статической вертикальной механической нагрузки на препараты нижней челюсти с переломом, фиксированным при помощи экзоскелета нижней челюсти, осуществляли на специально сконструированном стенде. Последовательным подвешиванием к закрепленной к стенду нижней челюсти грузов массой 2, 5, 7, 10 и 12 кг оценивали стабильность фиксации фрагментов нижней челюсти по величине их расхождения (рис. 4).

Установка экзоскелета нижней челюсти была выполнена на 3 трупах взрослых мужчин (возраст 65, 72 и 84 года) на базе кафедры судебной медицины ВолгГМУ с соблюдением всех правовых норм и этических принципов.

Описание операции: оперативный доступ представляет собой четыре прокола кожи длиной до 0,5 см (рис. 5)

с учетом проекции линии перелома и общепринятых зон безопасности [10—12]. Используя предложенное нами устройство для взаимной пространственной ориентации остеофиксаторов (приоритет на заявку № 2017115718 от 23.04.17), через прокол кожи при помощи дрели в один из фрагментов нижней челюсти вводили первый остеофиксатор перпендикулярно кости и кожным покровам. Затем на устройстве выставляли необходимый угол наклона между остеофиксаторами (30—60˚) и вводили второй остеофиксатор (рис. 6).

Аналогичные манипуляции проводили и на другом фрагменте нижней челюсти. Затем осуществляли сборку устройства внешней фиксации нижней челюсти и крепление его к остефиксаторам (рис. 7),

накладывали приспособление для фиксации экзоскелета относительно свода мозгового отдела головы и нижнечелюстную дугу по нижнему краю нижней челюсти. Части экзоскелета нижней челюсти соединяли между собой упругими элементами (рис. 8).

Благодаря особенностям конструкции устройства внешней фиксации, экзоскелет нижней челюсти позволяет осуществить анатомически точную репозицию фрагментов нижней челюсти, устраняя смещение в сагиттальной, фронтальной и горизонтальной плоскостях, с возможностью создания компрессии и дистракции между отломками и сохранения подвижности нижней челюсти (рис. 9).

При подвешивании к нижней челюсти грузов 2 кг (0,0 см), 5 кг (0,01±0,01 см) и 7 кг (0,07±0,02 см) значительного смещения отломков нижней челюсти не отмечено, при грузе 10 кг смещение составляло 0,17±0,02 см, 12 кг — 0,3±0,03 см (см. таблицу).

Результаты доказывают, что экзоскелет нижней челюсти способен обеспечить достаточно жесткую и стабильную фиксацию отломков нижней челюсти в заданном положении.

Операция по установке экзоскелета нижней челюсти является малоинвазивной, что позволяет снизить дополнительную травму окружающих кость мягких тканей (в том числе жевательных мышц и важных анатомических образований, таких как ветви лицевого нерва), сохраняя тем самым источники кровоснабжения костной ткани.

Ожидается, что образующиеся при этом послеоперационные рубцы на коже лица и шеи будут небольших размеров и малозаметны.

Экстраполируя данные об эффективности применения экзоскелета верхней конечности ЭКЗАР, мы предполагаем, что наличие упругих элементов в конструкции экзоскелета нижней челюсти позволит восстановить и сократительную активность поврежденных жевательных мышц, увеличить их силу, обеспечив тем самым адекватную функциональную нагрузку на кость, стимулируя процессы регенерации костной ткани.

Экзоскелет нижней челюсти оригинальной конструкции является многофункциональным устройством, позволяющим обеспечить анатомически точную репозицию, жесткую, стабильную фиксацию, дозированную компрессию и дистракцию фрагментов нижней челюсти и сохранить ее подвижность.

Малотравматичность оперативного приема и возможность осуществить функциональную нагрузку дают основание полагать, что использование экзоскелета нижней челюсти позволит ускорить процессы репаративной регенерации костной ткани, сократив тем самым сроки лечения и улучшив качество жизни пациентов с переломами и посттравматическими дефектами нижней челюсти. На изучение этого и будут направлены дальнейшие клинические испытания разработанного аппарата.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сведения об авторах

Воробьев Александр Александрович — д.м.н., проф., зав. каф. оперативной хирургии и топографической анатомии ВолгГМУ

Фомичев Евгений Валентинович — д.м.н., проф., зав. каф. хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии ВолгГМУ

Михальченко Дмитрий Валерьевич — д.м.н., доцент, зав. каф. пропедевтики стоматологических заболеваний ВолгГМУ

Дьяченко Денис Юрьевич — клинический ординатор каф. пропедевтики стоматологических заболеваний ВолгГМУ

Контактная информация:

Саргсян Карен Артурович — аспирант каф. оперативной хирургии и топографической анатомии ВолгГМУ; Волгоградская обл., Волгоград, ул. Котлубанская, 135, 400054;

e-mail: mwasca@mail.ru;

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6118-7302