Λοξή οστεοτομία κνήμης χωρίς την αφαίρεση οστικού τμήματος και οστεοτομία κνήμης με αφαίρεση οστικής σφήνας για διόρθωση του οστεοαρθριτικού γόνατος: συγκριτική μελέτη της σταθερότητας της οστεοσύνθεσης με γωνιώδη πλάκα

Abstract

Aim: This experimental study was performed in order to evaluate the biomechanical behavior of two different types of high tibial osteotomy (HTO). The first one is an HTO without bone removal (O-HTO), and the second one is a double-level retrotuberckle closed HTO (S-HTO). Even though their shape and geometry is different, they are stabilized with the same type of internal fixation; an angular blade plate. Therefore, the study focused on the influence of the geometry of the osteotomy in its stability.Material and methods: Fourteen (14) 3rd generation composite tibia models were used, with a pre-built 13° varus deformity of their proximal articular surface. Seven (7) of them were used for the O-HTO group and the rest (7) for the S-HTO group. Using special custom-made jigs the repeatability of each of the osteotomies was achieved. The load protocol consisted of cyclic sinusoidal axial load that was applied to each specimen. The load was applied from 100 to 500 N for 2.000 cycles at 1Hz.Results: No specimen or construct failure was observed during the tests. The tibias of the O-HTO group showed slightly better biomechanical performance compared with the tibias of the S-HTO group. The mean stiffness of the O-HTO group was 2,480.44 N/mm (±436.77) and of the S-HTO group was 2,059.47 N/mm (±421.65) (p<0.001). Respectively, the relative displacement of the load cell of the load machine during the cycles was smaller in the O-HTO group. The mean relative displacement of the load cell in the O-HTO group was 166.7 μm (±34.6) and of the S-HTO group was 202.7 μm (±44.8) (p<0.001). This displacement reflects the potential motion in between the osteotomy surfaces in each specimen. This value showed a consistent width during the cycles, with a negative linear regression inthe S-HTO group, which is indicating stability of the respective constructs.Conclusion: The analysis of the results revealed that both types of HTO showed a similar biomechanical behavior during the specific load conditions that were used in this experiment. The slight better performance of the O-HTO specimens could have been attributed to technical details during the preparation of the constructs. The O-HTO specimens were inevitably pre-loaded more compared with the S-HTO specimens during their fixation, which might have influenced their behavior. However, in both types of HTO the relative displacement of their osteotomy surfaces was considered to be in between the accepted range of 100 – 500 μm which is necessary for achievement of primary bone healing.For the specific load protocol that was used during the tests, one can assume that the behavior of the specimens was mainly driven by the presence of the angular blade plate that was used for their fixation and secondarily by the geometry of the osteotomy surfaces.

Σκοπός: Η πειραματική αυτή μελέτη έγινε για να φωτίσει την εμβιομηχανική συμπεριφορά δύο τεχνικά διαφορετικών τύπων υψηλής οστεοτομίας κνήμης (ΥΟΚ), οι οποίες στην κλινική πράξη χρησιμοποιούνται για τη διόρθωση του (ραιβού) οστεοαρθριτικού γόνατος με βλαισοποίηση της κνήμης. Η πρώτη από αυτές αφορά τη λοξή οστεοτομία κνήμης δίχως αφαίρεση οστού (Λ-ΥΟΚ) και η δεύτερη αφορά τη διπλού επιπέδου (δίεδρη) οστεοτομία κνήμης με αφαίρεση οστικής σφήνας (Σ-ΥΟΚ). Χαρακτηριστικό τους είναι πως αν και το επίπεδο οστεοτομίας της εγγύς μετάφυσης της κνήμης σε κάθε μία από αυτές είναι διαφορετικό, ο τρόπος σταθεροποίησης και το υλικό οστεοσύνθεσης είναι κοινό (γωνιώδης πλάκα). Συνεπώς η σύγκρισή τους έγινε για να αναδείξει την επίδραση της γεωμετρίας κάθε οστεοτομίας στην εμβιομηχανική της συμπεριφορά.Υλικό και Μέθοδος: Για τη σύγκριση των δύο τύπων οστεοτομίας χρησιμοποιήθηκαν 14 συνθετικές κνήμες 3ης γενιάς, με ραιβότητα 13° της εγγύς αρθρικής τους επιφάνειας. Με τη χρήση ειδικών ιδιοκατασκευών ώστε να διασφαλίζεται η επαναληψιμότητα της τεχνικής, έγινε η Λ-ΥΟΚ σε 7 από αυτές και η Σ-ΥΟΚ στις υπόλοιπες 7. Η μελέτη περιελάμβανε αξονικές φορτίσεις (συμπίεσης – θλίψης) των δοκιμίων, εύρους 100 – 500 Ν, για 2.000 κύκλους φορτίσεων με συχνότητα 1 Hz σε κάθε δοκίμιο.Αποτελέσματα: Όλα τα δοκίμια ολοκλήρωσαν με επιτυχία την πειραματική διαδικασία. Τα δοκίμια της ομάδας με τη Λ-ΥΟΚ εμφάνισαν εμβιομηχανικά ελαφρά καλύτερη συμπεριφορά από τα δοκίμια της ομάδας με τη Σ-ΥΟΚ. Συγκεκριμένα η μέση ακαμψία των δοκιμίων της ομάδας με τη Λ-ΥΟΚ ήταν 2.480,44 N/mm (±436,77) και της ομάδας με τη Σ-ΥΟΚ 2.059,47 N/mm (±421,65), με στατιστική υπεροχή της πρώτης (p<0,001). Ανάλογη ήταν και η συσχέτιση της σχετικής μετακίνησης του εμβόλου φόρτισης της μηχανής φορτίσεων κατά τη διάρκεια των κύκλων, η οποία κατά παραδοχή αντικατοπτρίζει τη σχετική μετακίνηση που υπάρχει μεταξύ των επιφανειών της οστεοτομίας. Η μετακίνηση αυτή παρέμεινε μέσα σε σταθερό εύρος κατά τη διάρκεια των κύκλων, με ελαφρά υπεροχή της ομάδας με τη Λ-ΥΟΚ, όπου με την πρόοδο των κύκλων τα δοκίμια διατήρησαν σταθερότερη συμπεριφορά. Αναλυτικότερα, η μέση σχετική μετακίνηση για την ομάδα με τη Λ-ΥΟΚ ήταν 166,7 μm (±34,6) και για την ομάδα με τη Σ-ΥΟΚ 202,7 μm (±44,8), με στατιστική υπεροχή της πρώτης (p<0,001).Συμπεράσματα: Η ανάλυση των αποτελεσμάτων πιστοποίησε πως και οι δύο τύποι οστεοτομίας για το εύρος και τον τύπο των φορτίσεων που υποβλήθηκαν εμφανίζουν ομοιόμορφη συμπεριφορά. Η ελαφρά υπεροχή της μίας σε σχέση με την άλλη θα μπορούσε να εξηγηθεί επί της βάσης τεχνικών λεπτομερειών της διενέργειας των οστεοτομιών, όπως η ελαφρά αυξημένη προφόρτιση των δοκιμίων της Λ-ΥΟΚ ή η παρουσία διπλού επιπέδου οστεοτομίας στα δοκίμια της Σ-ΥΟΚ. Ωστόσο, και για τις δύο οστεοτομίες η σχετική κατά παραδοχή μετακίνηση των επιφανειών τους κατά τη διάρκεια των φορτίσεων, βρίσκεται εντός του ‘φυσιολογικού’ εύρους των 100 – 500 μm που είναι συμβατό με τη δημιουργία πρωτογενούς πώρου στο φυσιολογικό οστό.Για το εύρος και τον τύπο φορτίσεων που υποβλήθηκαν διαπιστώθηκε πως τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά τους έχουν μικρότερη επίδραση στη συμπεριφορά τους καθώς πιθανότατα υπερισχύει η σταθερότητα που προσφέρει η γωνιώδης πλάκα ως υλικό της οστεοσύνθεσής τους.