Letechipia J, Alessi A, Rodríguez G, Asbun J

Idioma: Ingles.
Referencias bibliográficas: 41
Paginas: 70-78
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RESUMEN

Propósito. Numerosos autores han reportado la aplicación de estimulación mecánica a fracturas óseas (movimientos inter-fragmentarios) con el propósito de acelerar la reparación ósea. Para aplicar esta estimulación al sitio de fractura se han utilizado fijadores óseos externos; sin embargo, la eficacia de los fijadores externos ha sido cuestionada. En comparación, el uso de clavos intramedulares pasivos para la reparación de fracturas es una práctica clínica ampliamente utilizada. Material y métodos. Con el propósito de acelerar la consolidación ósea sin las desventajas que presentan los fijadores externos (por ejemplo, movimiento lineal no uniforme), y al mismo tiempo mejorar las ventajas de los clavos intramedulares (por ejemplo, menor riesgo de infección), se diseñó y se fabricó un clavo intramedular activo que proporciona estimulación mecánica in situ (axial y cortante). Los parámetros de estimulación se seleccionan de un conjunto discreto de valores de aceleración (0.35 g a 8.17g - axial y 0.44 g a 10.46 g - cortante), asociado a un conjunto discreto de valores de amplitud (29.82 a 172.05 Hz - axial y 29.68 a 172.13 - cortante). Resultados. Cinco clavos intramedulares activos fueron fabricados. Los dispositivos produjeron una aceleración promedio de 0.35 a 10.4 g. La aceleración se aplica simultáneamente en los tres ejes a través de una fuente de poder variable (1.5V_DC a 6 V_DC) resultando en estimulación mecánica axial y cortante. Para cada nivel de aceleración existe un número limitado de frecuencias que puede ser seleccionado. Para cada valor de frecuencia existe un conjunto discreto de valores de amplitud que pueden ser seleccionadas. La morfología ósea resulta en diferentes valores de aceleración en cada uno de los ejes. Pruebas aceleradas in vitro mostraron que la vida del dispositivo excede el tiempo requerido de funcionamiento activo. Las pruebas mecánicas mostraron que en caso de falla del elemento activo, el clavo intramedular se comporta como un clavo intramedular convencional por lo que el proceso de consolidación ósea podrá concluir sin intervenciones adicionales. Se llevaron a cabo experimentos ex vivo colocando el clavo intramedular activo en dos tibias de borrego adulto (macho Suffolk 100 kg). Los resultados indican que la deformación producida por el clavo varía entre 18.62 με y 38.13 με. Estos valores de deformación son osteogénicos, según reportes de la literatura. Se requiere llevar a cabo experimentos adicionales para validar estadísticamente la deformación que induce in vivo el clavo intramedular activo. De igual forma será necesario llevar a cabo experimentos in vivo utilizando un modelo animal de fracturas simples para determinar si la aplicación in situ de estimulación mecánica acelera la consolidación ósea.

REFERENCIAS (EN ESTE ARTÍCULO)

1. Goodship AE, Kenwright J. The influence of induced micromovement upon the healing of experimental tibial fractures. J Bone Joint Surg Br 1985; 67: 650-5.

2. Kenwright J, Richardson JB, Cunningham JL, White SH, Goodship AE, Adams MA, Magnussen PA, et al. Axial movement and tibial fractures. A controlled randomised trial of treatment. J Bone Joint Surg Br 1991; 73: 654-9.

3. Augat P, Simon U, Liedert A, Claes L. Mechanics and mechano- biology of fracture healing in normal and osteoporotic bone. Osteoporos Int 2005; 16(Suppl. 2): S36-S43.

4. Chao EY, Aro HT, Lewallen DG, Kelly PJ. The effect of rigidity on fracture healing in external fixation. Clin Orthop Relat Res 1989: 24-35.

5. Augat P, Merk J, Ignatius A, Margevicius K, Bauer G, Rosenbaum D, Claes L. Early, full weightbearing with flexible fixation delays fracture healing. Clin Orthop Relat Res 1996; 194-202.

6. Claes L. Measuring bone healing in osteosynthesis with external fixator using the Fraktometer FM 100. Chirurg 1991; 62: 354-5.

7. Duda GN, Mandruzzato F, Heller M, Goldhahn J, Moser R, Hehli M, Claes L, et al. Mechanical boundary conditions of fracture healing: borderline indications in the treatment of unreamed tibial nailing. J Biomech 2001; 34: 639-50.

8. Gardner TN, Evans M, Hardy J, Kenwright J. Dynamic interfragmentary motion in fractures during routine patient activity. Clin Orthop Relat Res 1997; 216-25.

9. Goodship AE. Mechanical stimulus to bone. Ann Rheum Dis 1992; 51: 4-6.

10. Augat P, Merk J, Wolf S, Claes L. Mechanical stimulation by external application of cyclic tensile strains does not effectively enhance bone healing. J Orthop Trauma 2001; 15: 54-60.

11. Claes L, Wolf S, Augat P. Mechanical modification of callus healing. Chirurg 2000; 71: 989-94.

12. Goodship AE, Cunningham JL, Kenwright J. Strain rate and timing of stimulation in mechanical modulation of fracture healing. Clin Orthop Relat Res 1998; S105-S115.

13. Hente R, Fuchtmeier B, Schlegel U, Ernstberger A, Perren SM. The influence of cyclic compression and distraction on the healing of experimental tibial fractures. J Orthop Res 2004; 22: 709-15.

14. Matsushita T, Kurokawa T. Comparison of cyclic compression, cyclic distraction and rigid fixation. Bone healing in rabbits. Acta Orthop Scand 1998; 69: 95-8.

15. Wolf S, Augat P, Eckert-Hubner K, Laule A, Krischak GD, Claes LE. Effects of high-frequency, low-magnitude mechanical stimulus on bone healing. Clin Orthop Relat Res 2001; 192-8.

16. Wolf S, Janousek A, Pfeil J, Veith W, Haas F, Duda G, Claes L. The effects of external mechanical stimulation on the healing of diaphyseal osteotomies fixed by flexible external fixation. Clin Biomech (Bristol, Avon) 1998; 13: 359-64.

17. Howard CB, Simkin A, Tiran Y, Porat S, Segal D, Mattan Y. Do axial dynamic fixators really produce axial dynamization? Injury 1999; 30: 25-30.

18. Claes LE, Wilke HJ, Augat P, Rubenacker S, Margevicius KJ. Effect of dynamization on gap healing of diaphyseal fractures under external fixation. Clin Biomech (Bristol, Avon) 1995; 10: 227-34.

19. Bedi A, Le TT, Karunakar MA. Surgical treatment of nonarticular distal tibia fractures. J Am Acad Orthop Surg 2006; 14: 406-16.

20. Bone LB, Sucato D, Stegemann PM, Rohrbacher BJ. Displaced isolated fractures of the tibial shaft treated with either a cast or intramedullary nailing. An outcome analysis of matched pairs of patients. J Bone Joint Surg Am 1997; 79: 1336-41.

21. Court-Brown CM, Christie J, McQueen MM. Closed intramedullary tibial nailing. Its use in closed and type I open fractures. J Bone Joint Surg Br 1990; 72: 605-11.

22. Hooper GJ, Keddell RG, Penny ID. Conservative management or closed nailing for tibial shaft fractures. A randomised prospective trial. J Bone Joint Surg Br 1991; 73: 83-5.

23. Schmidt AH, Finkemeier CG, Tornetta P, 3rd. Treatment of closed tibial fractures. Instr Course Lect 2003; 52: 607-22.

24. Alho A, Ekeland A, Stromsoe K, Folleras G, Thoresen BO. Locked intramedullary nailing for displaced tibial shaft fractures. J Bone Joint Surg Br 1990; 72: 805-9.

25. Finkemeier CG, Schmidt AH, Kyle RF, Templeman DC, Varecka TF. A prospective, randomized study of intramedullary nails inserted with and without reaming for the treatment of open and closed fractures of the tibial shaft. J Orthop Trauma 2000; 14: 187-93.

26. International Standard ISO 10993-1:2003 Biological evaluation of medical devices - Part 1: Evaluation and testing; 3rd Ed; 2003; ISO; Switzerland, Geneva.

27. International Standard; ISO 15142-1 Implants for surgery-Metal intramedullary nailing systems-Part 1: Intramedullary nails; First edition; 2003; ISO; Switzerland, Geneva.

28. ASTM F1264-03 Standard Specification and Test Methods for Intramedullary Fixation Devices; First edition; AStm international; 2006; West Conshohocken, PA, USA.

29. Hwang SJ, Lublinsky S, Seo YK, Kim IS, Judex S. Extremely small-magnitude accelerations enhance bone regeneration: a preliminary study. Clin Orthop Relat Res 2009; 467: 1083-91.

30. Rubin C, Turner AS, Bain S, Mallinckrodt C, McLeod K. Anabolism. Low mechanical signals strengthen long bones. Nature 2001; 412: 603-4.

31. Rubin C, Turner AS, Mallinckrodt C, Jerome C, McLeod K, Bain S. Mechanical strain, induced noninvasively in the highfrequency domain, is anabolic to cancellous bone, but not cortical bone. Bone 2002; 30: 445-52.

32. Kershaw CJ, Cunningham JL, Kenwright J. Tibial external fixation, weight bearing, and fracture movement. Clin Orthop Relat Res 1993: 28-36.

33. IEC 60601-1 International Standard, Medical Electrical Equipment –Part 1: General Requirements For Basic Safety And Essential Performance; Edition 3.1 2012-08 International Electrotechnical Commission, Geneve Switserland; 2012.

34. ReliaSoft Corporation, Accelerated Life Testing Reference, ReliaSoft Publishing, Tucson, AZ, 1998.

35. Goodship AE, Cunningham JL, Oganov V, Darling J, Miles AW, Owen GW. Bone loss during long term space flight is prevented by the application of a short term impulsive mechanical stimulus. Acta Astronaut 1998; 43: 65-75.

36. Klein P, Schell H, Streitparth F, Heller M, Kassi JP, Kandziora F, Bragulla H, et al. The initial phase of fracture healing is specifically sensitive to mechanical conditions. J Orthop Res 2003; 21: 662-9.

37. Kenwright J, Goodship AE. Controlled mechanical stimulation in the treatment of tibial fractures. Clin Orthop Relat Res 1989; 36-47.

38. Matsushita T, Kurokawa T. Is axial loading a mechanical factor of stimulating bone healing? Combined Meeting of the Orthopaedic Research Societies of USA, Japan and Canada; 1991; 1991, p. 286.

39. Claes L, Wilke HJ, Rubenacker S. Interfragmentary strain and bone healing-an experimental study. Trans Orthop Res Soc 1989; 1989, p. 568.

40. Fritton SP, McLeod KJ, Rubin CT. Quantifying the strain history of bone: spatial uniformity and self-similarity of low-magnitude strains. J Biomech 2000; 33: 317-25.

41. Gardner TN, Mishra S. The biomechanical environment of a bone fracture and its influence upon the morphology of healing. Med Eng Phys 2003; 25: 455-64.