Journal of Orthopaedic Surgery and Research, 2006; 1: 16-16 (más artículos en esta revista)

Fatiga comportamiento de Ilizarov marco tibial frente a la vinculación de clavos en un comminuted tibial fractura de modelo: un estudio biomecánico

BioMed Central
Erik Hasenboehler (erik.hasenboehler @ dhha.org) [1], Wade R Smith (wade.smith @ dhha.org) [1], Laurence Laudicina (FLSportsmed@aol.com) [1], Giby C Philips (giby. philips@dhha.org) [1], Philip F Stahel (philip.stahel @ dhha.org) [1], Steven J Morgan (steven.morgan @ dhha.org) [1]
[1] Departamento de Cirugía Ortopédica, Denver Health Medical Center, University of Colorado School of Medicine, 777 Bannock Street, Denver, CO 80204, EE.UU.
[2] Florida Instituto de Medicina Deportiva, 150 South Park Blvd., Suite 102, San Augustine, FL 32086, EE.UU.

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Resumen
Fondo

Las opciones de tratamiento para comminuted tibial eje fracturas incluyen placas, clavos intramedulares, y la fijación externa. No biomecánico una comparación entre la vinculación por la tibia con clavos de fijación externa de Ilizarov un marco se ha informado hasta la fecha. En el presente estudio, se compararon los comportamientos de fatiga Ilizarov marcos para la vinculación clavos intramedulares en un comminuted tibial fractura bajo un modelo combinado de carga axial de compresión, flexión y torsión. Nuestro objetivo fue determinar las características biomecánicas, la estabilidad y la durabilidad para cada dispositivo durante un clínicamente relevantes tres meses período de prueba. El estudio hipótesis fue que las diferencias en las propiedades mecánicas puede dar cuenta de diferentes resultados clínicos y proporcionar información aplicable a la toma de decisiones clínicas para comminuted fracturas de tibia eje.

Métodos

En este estudio biomecánico, compuesto de 12 modelos de hueso tibial con fractura de comminuted y un 25 mm diafisarias brecha se investigaron. De éstos, seis modelos que se estabilizó con una de 180 mm de cuatro anillo Ilizarov marco, y seis modelos fueron mínimamente reamed y estabilizado con un 10 mm estáticamente bloqueado Russell-Taylor ™ Delta tibial uña. Después de medir la fatiga previa a la compresión axial y flexión torsión rigidez, cada modelo fue cargado en virtud de una sinusoidal cíclica combinada de carga axial de compresión (2.8/28 lbf; 12.46/124.6 N) y el par (1.7/17 lbf-in; 0.19/1.92 Nm) a una frecuencia de 3 Hz. La prueba se realizó hasta el fallo (rotura de implante o ≥ 5 ° ángulo y / o 2 cm de acortamiento) o hasta que se produjeron 252000 ciclos se terminaron, lo que corresponde a aproximadamente tres meses período de prueba.

Resultados

En los 12 modelos, tanto el marco Ilizarov y la vinculación por la tibia uñas fueron capaces de mantener la estabilidad de la fractura de la tibia defecto y para completar el pleno 252000 ciclos durante todo el período de estudio de tres meses. Un significativamente mayor rigidez axial a la compresión y torsión se demostró por el tibial entrelazados clavo modelo, mientras que el Ilizarov marco previsto un aumento considerable gama de micromotion axial.

Conclusión

Este es el primer estudio, a nuestro entender, que compara las propiedades biomecánicas de un clavo intramedular a un marco externo Ilizarov para cíclica de carga axial y torsión en un eje comminuted fractura de tibia modelo. Prospectivo, los ensayos aleatorios que comparaban Ilizarov marcos y entrelazada tibial uñas son necesarias para aclarar el impacto clínico de estos resultados biomecánicos.

Fondo

Fracturas abiertas de la tibia con pérdida de masa ósea o amplia comminution puede tratarse de una variedad de técnicas [1 - 4]. Un bien comúnmente aceptado solución para las fracturas de tibia es la vinculación por el clavo tibial [5 - 9]. Las tasas de retraso en los sindicatos y nonunions clavos intramedulares después van desde 5% a 25% en la literatura [3, 5, 10]. El concepto de un marco externo Ilizarov También se ha recomendado, pero hay pocos informes relativos específicamente al tratamiento de la fractura tibial eje de gestión en el idioma Inglés literatura [11 - 13].

El presente estudio sobre un modelo biomecánico fue diseñado para investigar la fatiga de los comportamientos de un clavo la vinculación tibial y el marco Ilizarov en virtud de un combinado de carga axial de compresión, flexión y torsión. Creemos que el entendimiento de las diferencias mecánicas de ambos dispositivos pueden proporcionar nueva información aplicable a la toma de decisiones clínicas en el tratamiento de comminuted tibial eje fracturas.

Métodos

Doce compuesto de huesos tibia modelos con un 25 mm diafisarias brecha se utilizaron para este estudio biomecánico para modelar una fractura tibial comminuted [14]. Seis modelos fueron estabilizados con un Ilizarov construir con ocho de 180 mm de media y ocho anillos de 1.8 mm de oliva cables tensados a 130 kg. Los otros seis modelos fueron mínimamente reamed y estabilizado con un estáticamente clavo intramedular bloqueado (IMN) con un 10 mm Russell-Taylor ™ Delta tibial clavo y cuatro de 4.5 mm de bloqueo pernos [15]. Fig. 1 muestra los modelos de la Ilizarov frame (A) y el IMN de construir (B).

Cada maceta fue construir proximal y distal en un par de accesorios de carga, gracias a la característica de Cast ®, y montado en un 858 ™ Bionix material de una máquina de ensayo. Para eliminar la posibilidad de que una máquina de ensayo de datos relacionados con la dispersión, tanto el IMN Ilizarov y construcciones fueron probados alternativamente en las dos Bionix ™ 858 sistemas. Hechos de forma personalizada instalaciones de carga se utiliza para facilitar un clínicamente relevante de carga combinada de torsión y de flexión axial de compresión con diferentes proximal (23 mm) y distal (9 mm) compensaciones de la tibia del eje mecánico.

Un lineal transformador diferencial variable (LVDT) se montó en el sitio de fractura simulado para medir la brecha fractura distancia. La diferencia inicial a distancia y la fatiga previa a la compresión axial y flexión rigidez de torsión de ambos modelos fueron medidos y documentados antes del inicio de los experimentos. Desviación axial, torsión y rotación fueron grabados por el LVDT (LabVIEW ®). La rigidez se calcula a partir de la pendiente de la carga-deformación curva. Una rampa de carga de compresión a una tasa del 0,2 por / min y un máximo de 178 N (40 lbf) se aplicó a observar la rigidez en flexión axial estrés. Por la rigidez de torsión, una rampa de carga de torsión a un ritmo del 5 ° / min y un máximo de 17 lbf-in (1,92 Nm) se aplicó.

Cada modelo fue sometido a tres períodos consecutivos, ciclo de 84000 ciclos, de los cuales el último se utilizó para determinar los marcos "de flexión y torsión en la rigidez axial y torsión de carga. Posteriormente, cada modelo se montó en virtud de una sinusoidal cíclica combinada de carga axial de compresión de 2.8/28 lbf (12.46/124.6 N) y el par de 1.7/17 lbf-in (0.19/1.92 Nm) a una frecuencia de 3 Hz. La carga se aplicó hasta el incumplimiento ocurrió, tal como se define por una rotura de implante o ≥ 5 ° angulación y / o 2 cm de acortamiento, o cuando los tres períodos del ciclo de 252000 ciclos se terminaron, lo que corresponde a una formación por simulación clínica el tiempo de carga de aproximadamente 3 meses . Todos los 84000 ciclos de la prueba se interrumpió para volver a medir la rigidez y la brecha de distancia y sin carga. La carga aplicada estrés que se estimó en clínicamente relevante ha sido previamente determinado en un estudio biomecánico diferentes utilizando unilateral fijadores externos [16, 17].

Todos los datos fueron recogidos y analizados por el Laboratorio View ® y software de análisis estadístico se realizó mediante ANOVA con un valor P <0,05 se consideró estadísticamente significativa.

Resultados y discusión

Todos nuestros sistemas modelo 12 podrían concluir con éxito los 252000 ciclos sin ningún tipo de implante se rompa o deformidad equivalente a complicaciones clínicas, como ≥ 5 ° angulación y / o ≥ 2 cm de acortamiento. Ni la compresión axial de flexión ni la rigidez de torsión se mostró cambio estadísticamente a lo largo del tiempo dentro del grupo de individuos (Fig. 2, P> 0,05). Del mismo modo, no hubo diferencia significativa de la brecha de distancia cambiar con el tiempo / ciclos se observó en los distintos grupos (P> 0,05; datos no presentados). Sin embargo, una reducción significativa en la compresión axial rigidez de flexión (2,56 ± 0,34 vs. 42,22 ± 11,77 lbf-in/degree, media ± SD, Ilizarov vs. IMN, Fig. 2A] y la rigidez de torsión (8,71 ± 1,71 vs. 17,05 ± 3,46 lbf-in/degree, media ± SD, Ilizarov vs. IMN, Fig. 2B] de la Ilizarov marco se detectó en todos los ciclos de cargas evaluadas, en comparación con el modelo IMN. Por otra parte, el modelo Ilizarov frame mostró un aumento estadísticamente significativo en la distancia máxima diferencia del cambio, lo que corresponde a un aumento de micromotion, en comparación con la tibia uñas (0,749 ± 0,010 mm vs. 0,009 ± 0,006 mm, con una media ± DE, Ilizarov vs. IMN, P < ; 0,05).

Este estudio fue diseñado para evaluar las propiedades biomecánicas del IMN bloqueado y externo Ilizarov marcos en un eje comminuted fractura de tibia modelo. Varias publicaciones han analizado los diferentes aspectos biomecánicos de la Ilizarov marco en comparación con fijadores unilaterales o híbrido fijadores externos [20, 21, 22, 23, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33]. Este es el primer informe, a nuestro entender, que describe la comparación de las propiedades biomecánicas de un marco Ilizarov frente a la vinculación por una uña en una fractura de tibia comminuted modelo. Es interesante señalar que la amplitud del cambio en la brecha de distancia fractura y la rigidez se mantuvo inalterada en el grupo de individuos (Ilizarov y IMN) en todo el período de prueba, implican que ambas construcciones fueron capaces de mantener la estabilidad de la fractura. Del mismo modo, ni el modelo de conducir a una deformidad permanente en términos de una malalignement. Un compuesto tibia fue elegida durante un cadáver modelo debido a las más uniforme con diferentes características de carga destaca [18]. La fractura comminuted modelo fue seleccionado para este estudio como graves fracturas tibiales presentar un desafío clínico y demostrar una alta tasa de complicaciones [3, 10, 13, 19]. Clavos intramedulares son bien aceptados para el eje tibial fracturas, sin embargo, comminuted graves fracturas aún demostrar nonunion tasas del 5% al 25% [3, 5, 10]. En la literatura internacional, Ilizarov fijación externa se considera una indicación para fracturas tibiales con comminution, importante pérdida de masa ósea, fracturas periarticulares o el tratamiento de complicaciones tales como nonunion, malunion, infección o una pierna longitud discrepancia [11].

Nuestros resultados indican que tanto el marco Ilizarov estáticamente y un clavo intramedular bloqueado son capaces de mantener la estabilidad de la fractura de tres meses de uso clínico habitual en un comminuted tibial defecto modelo. Este modelo refleja una "peor de los casos", ya que bajo condiciones normales de condiciones clínicas formación de hueso por lo general, ocurren permitir el hueso cada vez más a soportar más carga con el tiempo.

Por otra parte, ya que nuestro modelo no prevé aumentar la estabilidad en el sitio de fractura, debido a la formación de callo con el tiempo, debe ser considerado como un puro "in vitro" de estudio. Este modelo no tiene en cuenta la biomecánica potencialmente importante influencia de la continua evolución de la rigidez debido a la cinética de la curación de fracturas. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, los compuestos tibia modelo ofrece la ventaja única de muy normalizada propiedades biomecánicas en lo que respecta a la reproducibilidad de carga de diferentes subraya, en contraposición a la variabilidad en interspecimen cadavérico o "in vivo" los estudios [18].

En esta prueba el diseño, los implantes tienen la carga completa durante toda la duración de la prueba y la curación callo no haya influido en la biomecánica de la fijación. Ni el clavo intramedular ni el marco Ilizarov fracasado en condiciones simuladas weightbearing más de tres meses. Esto valida la inmediata weightbearing concepto de Illizarov e implica un potencial similar para bloqueado tibial clavos intramedulares.

Hemos utilizado un simple anillo de cuatro, ocho de oliva alambre Ilizarov fixator construir para este estudio. Fijadores externos unilaterales pueden demostrar de plástico o de hoja de fracaso de fotogramas durante weightbearing con fracturas inestables marco y la fatiga pueden afectar a largo plazo la estabilidad interfragmentary [17]. El general de flexión y torsión rigidez cortante y la rigidez de Ilizarov exterior fixator son similares a los convencionales de la mitad pines fijadores [20]. Ilizarov fijadores demostrar no lineal propiedades mecánicas de flexión y rigidez axial no lineal que los unilaterales y bilaterales de fijadores externos. Wire tamaño, tensión, la orientación, así como anillo tamaño y la posición general de contribuir al marco rigidez y la estabilidad [21, 22]. El aumento de Ilizarov rigidez que se puede lograr por el hueso o compresión de precarga, compresión de los anillos juntos, aumentando el número de cables y mediante el uso de cables de oliva [21, 22]. Cruzaron los cables a 45 ° demuestren una mayor rigidez torsional, pero menos en la rigidez axial de compresión y compresión axial, junto aumenta significativamente la rigidez torsional [23]. En el presente estudio, la rigidez de construir el IMN fue significativamente más alto que el de Ilizarov el marco, sin embargo, el Ilizarov exterior fixator fue capaz de proporcionar una buena resistencia a la torsión al tiempo que permite una mayor axial micromotion, un fenómeno que parece estimular la formación de callo [24 , 25].

Conclusión

Este estudio biomecánico sobre un eje comminuted fractura de tibia modelo demuestra una mayor rigidez axial de compresión y torsión de la tibia interbloqueadas un clavo, en comparación con un marco externo Ilizarov. La construcción de Ilizarov, sin embargo, siempre una mayor micromotion axial. Prospectivo, los ensayos aleatorios que comparaban Ilizarov marcos y entrelazada tibial uñas son necesarias para aclarar el impacto clínico de estos resultados biomecánicos.

Conflicto de intereses

No hay intereses financieros de cualquiera de los autores en relación con el presente proyecto.

Autores de las contribuciones

LL biomecánico realizado el ensayo y la experimentación asistida con el análisis de los datos y redacción del manuscrito. EH GCP y analizados los datos y escribió la versión final del manuscrito. WRS, PFS, y SJM son responsables de la concepción y la supervisión del estudio, la planificación de los experimentos, y escribir el manuscrito.

Agradecimientos

Los autores desean reconocer Dr Allison Williams fructífero para las discusiones científicas.