Εκτίμηση της σταθερότητας της κεντρικής ασφάλισης του ενδομυελικού ήλου στα κατάγματα του άνω τριτημορίου της κνήμης

Abstract

Intramedullary nailing is the gold standard treatment of diaphyseal fractures of the tibia. As a result of this gain in popularity, the indications for intramedullary nailing have expanded to more proximal fracture patterns. However, when the same method is used for extra-articular fractures of the proximal tibia, various problems can occur. This has led to the improvement of the design of the intramedullary nails in order to accommodate multiple locking screws in various directions. The objective of the present biomechanical study is to compare the stability of six tibial nails when they are used for the treatment of unstable, extra-articular, proximal tibial fractures. Thirty composite tibia models were divided in six groups and a different nail was implanted in each group. The maximum number of proximal screws was used for each specimen and a proximal 2 cm gap osteotomy was performed. All specimens underwent biomechanical loading in two modes. The first mode was fatigue testing with low, eccentric loads for 100000 cycles and the second mode was axial static loading with higher loads. During the first mode, data acquisition was performed every 10.000 cycles and the stiffness of the construct was calculated. For each specimen, a comparison of the stiffness of every step up to 100.000 cycles was performed, in order to identify any irregular behavior or mechanical failure. Each specimen’s mechanical properties remained stable up to 100.000 cycles without any failure or irregularity. Average stiffness for each group was compared pair wise in a post-hoc fashion. Results of the post-hoc procedure suggest that groups D and E differ from all others, with D having the highest values and E the lowest. Stiffness values of a solid nail with two proximal screws and a cannulated nail with five screws were significantly higher compared to all other groups. On the other hand, a titanium cannulated nail with three screws showed the lowest rigidity. Solid nails provide more rigidity compared to cannulated ones and the maximum number of proximal screws in all possible directions should be used in order to achieve maximum stability. During the second mode average stiffness for each group was recorded in a longitudinal setting. Generalized Estimating Equations (GEE) modeling was used for inference as a result. Group D differs from all other models in this setting, having the highest values, while group E differs from F only. We came to the conclusion that on this mechanical model a person weighing up to 100 kilograms can fully weight bear with a nail from group D without creating excessive motion at the fracture site more than one millimeter. On the other hand, nails from group E showed that with a person weighing more than 56.1 kilograms they allow excessive micro-motion when the person fully weight bears. As a result when it comes to postoperative instructions, it is mandatory to take into account the patient’s body weight and advise patients to partially weigh bear with a load generally less than 50 kilograms, until there are signs of fracture healing.

Πραγματοποιήθηκε μία πειραματική μελέτη σε συνθετικά οστά με την χρήση ασφαλιζόμενων ενδομυελικών ήλων, σε ένα σενάριο κατάγματος εγγύς μετάφυσης κνήμης 42-C3 κατά ΑΟ. Η διδακτορική διατριβή μελέτησε το θέμα της κεντρικής ασφάλισης των ενδομυελικών ήλων σε συγκεκριμένου τύπου κατάγματα του άνω τριτημορίου της κνήμης σε 2 επίπεδα μελέτης α) σε μηχανικό χρησιμοποιώντας μηχάνημα αντοχής υλικών και β) σε υπολογιστικό με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων μοντελοποίησης και ανάλυσης FEM-FEA. Σε τριάντα συνθετικά δοκίμια έγινε προσομοίωση κατάγματος του κεντρικού τριτημορίου της κνήμης με την μορφή οστεοτομίας 2 εκ. Έξι ομάδες ασφαλιζόμενων ενδομυελικών ήλων κνήμης (5 ανά ομάδα) χρησιμοποιήθηκαν για την οστεοσύνθεση του ανωτέρω κατάγματος. Πραγματοποιήθηκε ήλωση των καταγμάτων και σταθεροποιήθηκαν περιφερικά και κεντρικά με βίδες ασφάλισης. Έγινε μέτρηση της ακαμψίας και των παραμορφώσεων στο σύμπλεγμα οστούν - ενδομυελικός ήλος κάτω από την επίδραση δυνάμεων που ασκήθηκαν με μηχάνημα αντοχής υλικών. 'Εγινε περιφερική και κεντρική σταθεροποίηση των μοντέλων και φόρτισή τους σε ελεγχόμενη αξονική συμπίεση, κάμψη και στρέψη με ταυτόχρονη καταγραφή δύναμης και μετατόπισης στην μηχανή αντοχής υλικών. Σχεδιάστηκε σε υπολογιστή το 3D ψηφιακό ανάλογο όλων των χειρουργικών τεχνικών που επρόκειτο να συγκριθούν. Εφαρμόσθηκαν τεχνικές πεπερασμένων στοιχείων μοντελοποίησης και ανάλυσης FEM-FEA. Εφαρμόστηκε στα ψηφιακά μοντέλα εικονική φόρτισή τους με δυνάμεις αξονικής φόρτισης. Τα αποτελέσματα σχετικά με την ακαμψία ήταν παρόμοια σε αυτούς τους δύο τρόπους δοκιμής, δηλαδή η ομάδα D (Orthofix) είχε τις υψηλότερες τιμές ακαμψίας και στις δύο δοκιμές. Η ομάδα Ε (Stryker ) είχε τις χαμηλότερες τιμές ακαμψίας και στις δύο δοκιμές. Στη μελέτη μας φτάσαμε στο συμπέρασμα, ότι οι ενδομυελικοί ήλοι τιτανίου με τον υψηλότερο αριθμό των βιδών στο εγγύς άκρο (≥ 3) ήταν πιο άκαμπτοι σε σύγκριση με εκείνους που έχουν μόνο δύο βίδες. Στα αποτελέσματά μας της στατικής φόρτισης χρησιμοποιήσαμε ένα σημείο αποκοπής (cut off point) ενός χιλιοστού μετατόπισης και συγκρίναμε τις δυνάμεις που χρειάζονταν για να φτάσουμε σε αυτό το σημείο. Σαν τελικό συμπέρασμα από την υπολογιστική μελέτη FEA - FEM διαπιστώθηκε ότι η διάταξη των βιδών του ήλου της Ομάδας Ε (Stryker), έχει την καλύτερη κατανομή δυνάμεων και δεν εμφανίζεται υψηλή συγκέντρωση τάσεων. Φτάσαμε στο κλινικό συμπέρασμα ότι σε αυτό το μηχανικό μοντέλο ένα άτομο που ζυγίζει έως 100 κιλά μπορεί να φορτίσει με πλήρες βάρος με έναν ενδομυελικό ήλο από την ομάδα D (Orthofix) χωρίς να δημιουργήσει κίνηση μετατόπισης στην περιοχή του κατάγματος πάνω από ένα χιλιοστό. Από την άλλη πλευρά, οι ενδομυελικοί ήλοι από την ομάδα Ε (Stryker) έδειξαν ότι με ένα άτομο που ζυγίζει περισσότερα από 56,1 κιλά επιτρέπει υπερβολική μικροκίνηση όταν το άτομο φορτίζει με πλήρες βάρος (fully weight bear). Κλινικά είναι υποχρεωτικό να ληφθεί υπόψη το σωματικό βάρος του ασθενούς και οι ασθενείς να φορτίζουν μερικώς το πάσχον σκέλος με ένα φορτίο γενικά λιγότερο από 50 kilogramms, μέχρι να εμφανιστούν κλινικά και ακτινολογικά σημεία πώρωσης του κατάγματος. Η παρούσα μελέτη έδειξε ότι οι συμπαγείς ήλοι παρέχουν μεγαλύτερη ακαμψία από τους σωληνοειδείς και ότι ο μέγιστος αριθμός των βιδών στο εγγύς τμήμα του ενδομυελικού ήλου και προς όλες τις δυνατές κατευθύνσεις θα πρέπει να χρησιμοποιείται για να επιτευχθεί μέγιστη σταθερότητα.