Βελτιστοποίηση της χειρουργικής αντιμετώπισης των περιτροχαντηρίων καταγμάτων του ισχίου με ενδομυελική ήλωση (γ-Nail) ή ολισθαίνοντα κοχλία - πλάκα (DHS): συγκριτική εμβιομηχανική μελέτη και ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων

Abstract

Background: Despite recent advances in implants and surgical techniques, catastrophic and clinical failures in the treatment of intertrochanteric fractures continue to occur, with dire consequences in an over- all frail population subset. The aim of the current study is to evaluate the effect of the factors under the surgeons’ control, namely fracture reduction and implant selection, on the biomechanical behavior of fracture fixation constructs. Material-Methods: An experimental protocol was conducted with the use of instrumented sawbones, in order to validate the finite element models. The implants used were the Gamma3®and DHS systems. Subsequently, a series of scenaria were considered, including various reduction and implant angle combinations. Data were retrieved concerning the peak cancellous bone stresses around the hip screw and the volume of cancellous bone in the femoral head stressed at critical levels, as well as implant stresses and stresses on the cortical bone of the distal fragment. Results: All stable fracture models displayed significantly decreased cancellous bone stresses and implant stresses compared to their unstable counterparts, regardless of implant used. The effect of increasing im- plant angle led to a decrease in implant stresses in all models studied, but had a beneficial effect on the stresses in the cancellous bone of the proximal fragment only in the subgroups of stable fractures with both implants and unstable fractures treated with a cephalomedullary nail (CMN). In unstable fractures anatomically reduced, the use of CMN led to significantly lower peak stresses in the cancellous bone and a smaller volume of bone stressed at critical levels. Increasing the reduction angle by 5 ° led to a significant decrease in both peak stresses and volume of bone stressed at critical levels, more prominent in the sliding hip screw (SHS) models. Decreasing the reduction angle into varus by 5 or 10 ° led to a significant increase in bone and implant stresses regardless of implant used. Conclusions: In stable two-part (AO31.A2) fractures the use of the SHS appears to be biomechanically equivalent to CMN. In unstable, anatomically reduced fractures, the use of CMN leads to significantly reduced cancellous bone stresses and decreased rotation of the proximal fragment during loading. A reduction in varus should be avoided at all costs. In unstable fractures treated with SHS a reduction in slight valgus appears to be biomechanically beneficial. The highest implant angle that allows for proper screw position and trajectory in the femoral head should be used for stable fractures with both implants and unstable fractures treated with Gamma3®.

Εισαγωγή: Παρά την εξέλιξη στα υλικά και τις χειρουργικές τεχνικές , η μηχανική αστοχία παραμένει μία από τις συχνότερες επιπλοκές στην αντιμετώπιση των περιτροχαντηρίων καταγμάτων, με καταστροφικές συνήθως συνέπειες σε έναν ήδη ιατρικά βεβαρημένο πληθυσμό ασθενών. Ο σκοπός της παρούσης μελέτης είναι η μελέτη της επίδρασης των παραγόντων υπό τον έλεγχο του χειρουργού, δηλαδή της ανάταξης του κατάγματος και της επιλογής του υλικού οστεοσύνθεσης, στην εμβιομηχανική συμπεριφορά του συστήματος οστό- υλικό οστεοσύνθεσης. Υλικά και μέθοδοι: Η μελέτη διενεργήθηκε σε δύο στάδια. Στο πρώτο στάδιο πραγματοποιήθηκε πειραματική μελέτη φόρτισης δοκιμίων για την πειραματική σύγκριση των υλικών και τη βαθμονόμηση του μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων. Τα υλικά που μελετήθηκαν ήταν το σύστημα ολισθαίνοντος κοχλία πλάκας (DHS, DePuy) και ο ενδομυελικός ήλος (G-nail 3, Stryker). Στη συνέχεια αναπτύχθηκαν και μελετήθηκαν μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων με συνδυασμούς υλικών διαφορετικής γωνίας και ανατάξεων σε ανατομική και μη ανατομική θέση. Συλλέξαμε δεδομένα σχετικά με την έναρξη της μηχανικής αστοχίας ήτοι: τις μέγιστες τάσεις στο σπογγώδες οστό γύρω από το διαυχενικό κοχλία, τον όγκο σπογγώδους οστού της κεφαλής που φορτίστηκε στα όρια της μηχανικής του αστοχίας, τα φορτία στο υλικό και όπου ήταν εφικτό τα φορτία στο φλοιώδες οστό στην έσω επιφάνεια της διακαταγματικής γραμμής (περιοχή calcar). Αποτελέσματα: Τα μοντέλα σταθερών καταγμάτων παρουσίασαν σημαντικά μικρότερες τάσεις στο σπογγώδες οστό και στο υλικό σε σχέση με τα ασταθή ανεξαρτήτως υλικού οστεοσύνθεσης. Η αύξηση της γωνίας του υλικού οδήγησε σε μείωση των τάσεων στο υλικό σε όλα τα μοντέλα, αλλά είχε ευεργετική δράση μειώνοντας τις τάσεις στο σπογγώδες οστό της κεφαλής μόνο στις υποομάδες των σταθερών καταγμάτων και των ασταθών καταγμάτων με G-nail. Στα ασταθή κατάγματα με ανατομική ανάταξη η χρήση του ενδομυελικού ήλου οδήγησε σε μείωση των μέγιστων τάσεων γύρω από το διαυχενικό κοχλία καθώς και του όγκου σπογγώδους που φορτίστηκε σε κρίσιμες και υποκρίσιμες τάσεις σε σχέση με τα μοντέλα με DHS. Αυξάνοντας τη γωνία ανάταξης κατά 5 μοίρες (βλαισσοποίηση) παρατηρήθηκε σημαντική μείωση τόσο στις μέγιστες τάσεις του σπογγώδους όσο και στον όγκο που φορτίστηκε σε κρίσιμες τάσεις σε όλα τα υλικά, αλλά με πιο σημαντική επίδραση στα μοντέλα με DHS. Η ραιβοποίηση κατά 5 ή 10 μοίρες οδήγησε σε σημαντική αύξηση των τάσεων τόσο στο σπογγώδες όσο και στο υλικό ανεξαρτήτως υλικού. Συμπεράσματα: Στα σταθερά κατάγματα δύο τεμαχίων (ΑΟ 31.Α2) η οστεοσύνθεση με DHS φαίνεται να είναι εμβιομηχανικά τουλάχιστον ισοδύναμη του G-nail. Σε ασταθή κατάγματα με ανατομική ανάταξη η χρήση του ενδομυελικού ήλου οδηγεί σε σημαντικά μικρότερες τάσεις στο σπογγώδες οστό της κεφαλής και μικρότερες μετατοπίσεις, ιδίως στροφικές, κατά τη φόρτιση. Η ανάταξη σε ραιβότητα θα πρέπει να αποφεύγεται σε κάθε περίπτωση. Σε ασταθή κατάγματα όπου χρησιμοποιείται DHS, η ανάταξη σε ήπια βλιασσότητα φαίνεται να είναι προτιμότερη εμβιομηχανικά. Η μεγαλύτερη γωνία υλικού που επιτρέπει ικανοποιητική θέση και πορεία του διαυχενικού κοχλία εντός της μηριαίας κεφαλής θα πρέπει να προτιμάται στα σταθερά κατάγματα ανεξαρτήτως υλικού και στα ασταθή κατάγματα όπου χρησιμοποιείται το G-nail.