El tractament quirúrgic de les fractures trocantèries de maluc continua sent una tema controvertit que no està resolt. En les fractures estables “el patró or” seria la osteosíntesi extramedul·lar amb placa DHS®.19 En fractures inestables, com les 31-A2 i A3 d’AO hi ha gran controvèrsia sobre els avantatges i els inconvenients que comporten els sistemes extramedul·lars tipus DHS o els sistemes intramedul·lars encerrojados com el clau Gamma®.12 Estudis clínics i biomecànics han posat de manifest que aquestes tècniques tenen limitacions en el tractament quirúrgic d’aquest tipus de fracturas.1-3,5,6,8,14-18,20,22 -24,29,30 Per aquest motiu es produeixin canvis dels dissenys i es introduzan nous models com el clau no fresat PFN® (Proximal Femoral Nail), 27 la placa amb doble sistema lliscant biaxial de Medoff o els sistemes de cargol lliscant amb angle variable cargol-placa.
Hi ha treballs biomecànics que han estudiat els claus centromedulares9,14,17,24,29 i altres que han comparat el comportament dels implants intra i extramedul·lars, 5,6,15, 20,26 però no hi ha cap treball que i Studie comparativament els claus Gamma® i PFN®.
Els nostres objectius han estat realitzar un model de fractures trocantèries de fèmur (tipus 31 A1 i A2 d’AO) tractades amb dos tipus d’osteosíntesi intramedular (Gamma® i PFN ®); sotmetre el model a càrregues valorant de manera tridimensional tres paràmetres: el desplaçament de el focus de fractura, la distribució de tensions sobre el fèmur i la distribució de tensions sobre els implants.
Material i Mètode
Es va projectar la realització d’un model de fèmur a partir de línies de treball anteriores.25 Es va estudiar el tractament quirúrgic de les fractures pertrocantéreas de maluc comparant dos sistemes intramedul·lars: el sistema Gamma® i el sistema PFN®.
Mallat fèmur
s’ha realitzat una malla tridimensional de l’fèmur amb elements finits (ABAQUS, IDEES), a partir d’unes tomografies preses d’un espècimen real (fig. 1). Seguint els treballs de Verdonschot i Huiskes28 s’han aplicat les càrregues dels tres grups més representatius: a) pes de el cos, b) músculs abductors al trocànter major i c) psoes ilíac en el trocànter menor. Les condicions de càrrega corresponen a la fase monopodal durant el cicle de la marxa. A causa de la impossibilitat de reproduir les restriccions a el moviment degudes a l’articulació del genoll ia l’acció dels grups musculars al fèmur, ens hem limitat a donar suport al fèmur a l’epífisi inferior en quatre punts de manera similar al referit en la bibliografia per a treballs anàlegs, 28 la qual cosa serà suficient per extreure conclusions sobre els estats tensionals i els desplaçaments relatius de l’extremitat proximal de l’fèmur.
Figura 1. Resultat final de la malla de l’fèmur. Pla XZ.
Com que es busquen dades qualitatives i comparatives hem considerat per a la nostra simulació el teixit ossi com un material homogeni, lineal i isòtrop. Sota aquesta hipòtesi ambdós teixits (cortical i esponjós) queden perfectament definits a partir del seu mòdul de Young i mòdul de Poisson.
Els valors aplicats han estat els següents:
–Tejido ossi compacte: mòdul de Young: 1,421E + 4; mòdul de Poisson: 0,32; 7,10 resistència enfront de la tracció: 82,2 N / mm2 i resistència enfront de la compressió: 150 N / mm2.11,13
–Tejido ossi esponjós : mòdul de Young: 1,0000E + 2; mòdul de Poisson: 0,37,10 i resistència a la compressió: 23 N / mm2.11
Mallat dels implants
Per fer el model de el clau Gama hem seleccionat un clau amb les següents característiques: clau de 12 mm de diàmetre distal, cargol cervical de 90 mm de longitud i 12 mm de diàmetre, amb 135º d’angulació cervicodiafisaria. (Fig. 2). Per realitzar el model de el clau PFN® hem seleccionat un clau de les següents característiques: clau de 11 mm de diàmetre i 240 mm de longitud, cargol de coll de 90 mm de longitud, 11 mm de diàmetre i 135 º de angulació, i cargol lliscant de maluc de 80 mm de longitud i 6,5 mm de diàmetre (fig. 3). Aquestes mesures eren les adequades a la morfologia concreta del nostre model de fèmur.
Figura 2. Resultat de la malla de el clau Gamma®.
Figura 3. Resultat de la malla de el clau PFN®.
Les propietats que se li han donat a l’material han estat: 28 mòdul de Young: 2,00E + 5 N / mm2 i mòdul de Poisson: 0,28. El cargol cefàlic es fixa al capdavant per mitjà d’una rosca.En el model hem suposat que aquest contacte és perfecte. El cargol cefàlic en el clau Gamma® està estàtic i no s’ha contemplat el seu retrocés lliscant. L’única zona de contacte de el clau dins de la diàfisi és al trocànter major on també hem simulat un contacte perfecte. S’han simulat tres zones de contacte que sol tenir el clau a l’interior de la cavitat medul·lar, a la cortical medial, anterior i lateral.
El cargol lliscant en el clau PFN® s’ha simulat utilitzant restriccions que permeten per tant la possibilitat de lliscar dins de l’orifici de el clau.
a més, en els casos que ha estat necessari tenim unió entre el clau i el fèmur per mitjà de l’acció dels cargols distals. Aquests estan formats cadascun per 10 elements barra de secció circular de 3 mm de diàmetre. Als nodes d’aquests elements se’ls ha aplicat una restricció en la qual els assignem els desplaçaments dels nodes més pròxims, bé de l’os o bé de l’implant.
Mallat dels tipus de fractures
Per a realitzar la simulació de la fractura s’ha realitzat un contacte entre la part de l’fèmur fracturada i la part no fracturada. Hem emprat uns elements barra capaços de realitzar treball a tracció i a compressió (GAPS) de 0,05 mm, que es van col·locar entre els nodes de la línia de fractura. Hem seguit la classificació de AO.21 Per a les fractures tipus 31-A1 hem estudiat i comparat les següents situacions: clau Gamma® sense cargols distals vs clau PFN® amb i sense cargol lliscant de maluc. Per a les fractures tipus 31-A2 hem comparat: clau Gamma amb 1 o 2 cargols distals, amb clau PFN amb i sense cargol lliscant de maluc, amb i sense cargols distals.
La simulació es correspon a una situació postoperatòria immediata, ja que la presència d’un call de fractura de característiques incipients modificaria de manera important els resultats.
Les observacions efectuades han estat:
–Análisis dels desplaçaments de el focus de fractura en l’eix vertical (eix Z).
–Análisis de la distribució de tensions (S33) en el fèmur en l’eix vertical (Z), comparant amb la distribució de tensions en el fèmur sa .
–Análisis de la distribució de tensions en els implants. La variable més significativa és la tensió de Von Mises, amb la qual comprovarem on són les zones més sol·licitades i quin dels dos tipus d’implants treballa més.
Resultats
Anàlisi dels desplaçaments en el focus de fractura
Per comparar els desplaçaments en el focus de fractura es va centrar l’estudi en l’eix vertical o desplaçaments en l’eix Z en el fèmur, ja que són els més representatius. Cal tenir en compte que aquests resultats no els podem considerar en els seus valors quantitatius, pel fet que les condicions de suport no són reals, però tenen validesa comparativa entre els dos implants estudiats.
En el model de fractura tipus 31-A1, el clau PFN® sense cargol lliscant permetre major desplaçament, sent els desplaçaments similars si comparem el clau Gamma® i el PFN® amb cargol lliscant (Taula 1). A la deformada magnificada es va apreciar com la tendència de l’fragment proximal és a girar al voltant de la línia de fractura, moviment que disminueix quan es col·loca el cargol lliscant de l’PFN (fig. 4).
Figura 4. deformada magnificada a la fractura tipus 31-A1: PFN amb i sense cargol lliscant.
En el model de fractura tipus 31-A2, es va poder observar com amb el clau Gama els desplaçaments són similars als de l’PFN amb cargol lliscant. A l’igual que en el tipus A1, el PFN sense cargol lliscant permet majors desplaçaments en l’eix Z (Taula 1). Amb la deformada magnificada podríem observar com passa una cosa similar a la fractura A1, amb una tendència de l’fragment proximal a girar respecte a l’eix de l’cargol.
Anàlisi de la distribució de tensions en el fèmur
l’estudi de la distribució de tensions en el fèmur es va centrar principalment en les tensions S33, que són les que es produeixen en l’eix Z, ja que a causa de el caràcter de l’material ossi no té sentit estudiar les tensions de Von Mises ja que , com era d’esperar, coincideixen amb les tensions principals grans. A més de la comparació entre els dos implants, també va resultar interessant observar la nova distribució de tensions comparant-la amb la de l’fèmur sense fractura ni implant. En el model de fèmur sa es va observar que hi ha una zona que treballa a tracció a la cara posterior per sota el trocànter menor, i una zona de compressió en la cara anterior.
En el model de fractura tipus 31-A1 amb implant centromedular, es va produir una redistribució de tensions important, a causa de el canvi que es produeix en els mecanismes de transmissió de càrregues (Taula 2). En la comparació entre els dos tipus de fixacions, es va poder apreciar com el fèmur està més carregat quan l’implant col·locat és el clau PFN®, el que fa que les tensions es distribueixin de forma més uniforme cap banda i banda de l’fèmur. En el model de fractura tipus 31-A2, es va produir de manera similar una redistribució important de tensions. El clau Gamma® amb cargols distals va produir una major concentració de tensions en la diàfisi femoral (Taula 2).
Anàlisi de la distribució de tensions en els implants
per a l’estudi de les tensions sofertes pels implants, es van comparar les tensions de Von Mises per localitzar les àrees de majors tensions i l’implant més resistent.
en totes dues fractures, tots dos implants treballen a nivell de l’cargol de el coll i en el clau per sota de la unió amb el cargol. La zona de rosca de l’cargol cervical presenta la màxima tensió en el clau PFN® amb valors que arriben als 600 MPa. Tot i això, el treball de el clau Gamma® és més gran que el treball de l’PFN® (Taula 3), encara que tots dos estan dins dels límits de resistència de l’material.
En el model de fractura tipus 31-A2, respecte a les diferències d’utilització de els cargols distals en el clau Gamma®, es va poder observar com els valors de les tensions màximes eren molt similars en tots els casos, i només es van produir diferències en la distribució a la zona distal de el clau, augmentant la tensió al voltant dels nodes en on estan col·locats. L’acció de l’cargol lliscant augmenta la tensió de el clau PFN® (Taula 3)
Discussió
Recentment, Sim i cols.26 han efectuat una anàlisi 2D comparant el sistema DHS® i el sistema Gamma® aplicats a una fractura simulada pertrocantérea inestable i emprant càrregues corresponents a les forces musculars dels abductors ia la força de reacció de l’pes, introduint alguns pics com marxa ràpida i carrera lenta. Amb el DHS® les tensions van ser inferiors a l’àrea proximal a l’trocànter menor i en l’àrea de la placa lateral. El Gamma® transmet més força caudalment el que disminueix el nivell de tensions en la cortical diafisial proximal. Només troben diferències menors entre els dos sistemes i cap dels dos implants és superior des del punt de vista biomecànic.
Horz i Lehle9 van aplicar el mètode dels elements finits a l’estudi de la fixació amb clau Gama en models de fractures simulades tipus A11 i A13 d’AO. Les càrregues utilitzades corresponen a la força reactiva de l’pes i les forces musculars que actuen en les tres fases de la marxa (músculs glutis, adductors, i psoes). Els valors màxims de les tensions de Von Mises els van trobar a l’començament i a la fi de la fase de suport plantar unilateral. Comparant les dues fractures, no van trobar diferències en les tensions de Von Mises ni en l’elongació de l’fèmur distal. Hi va haver clares diferències d’ambdós paràmetres a nivell de la línia de fractura, sent aquests majors en les A11. Els resultats obtinguts els permeten recomanar el clau Gamma®, particularment en les fractures inestables.
La metodologia utilitzada permet el mallat d’aquestes fractures i una adequada valoració biomecànica dels implants utilitzats per al seu tractament. L’estudi realitzat serveix de referència per a futures valoracions de fractures inestables, de nous implants i de la remodelació òssia. Les fractures peritrocantéreas de maluc formen un grup heterogeni les característiques biomecàniques són diferents segons la seva topografia i anatomia patològica. En el nostre model hem estudiat i comparat les fractures amb dos fragments, tipus 31-A1 i A2 d’AO.
En el model PFN®, el cargol cervicocefálico té entrada lliure. S’ha utilitzat la variant de l’cargol lliscant de maluc, cargol que evita el moviment de gir de l’fragment proximal sobre l’eix longitudinal de l’cargol cervical de el clau. En el model Gamma® s’ha utilitzat el bloqueig de l’cargol cervical, impedint el seu retrocés. S’han assajat variants amb i sense cargols distals. Una característica important de el model és la valoració no només de la càrrega en la fase de suport de la marxa, sinó també la simulació de les forces musculars que actuen sobre el trocànter major i el trocànter menor. Això el diferencia d’altres models anatòmics en què no es té en compte aquestes forces.
L’estudi dels desplaçaments de el focus de fractura en els models A1 i A2 posa de manifest que les trucades fractures estables estan sotmeses a desplaçaments tant amb el clau Gamma® com amb el PFN®, sent superiors amb el PFN® sense cargol lliscant. La traducció clínica d’aquesta observació és important, amb la precaució que s’ha de tenir a l’extraspolar dades experimentals a dades clíniques.
Amb tots dos tipus d’osteosíntesi es produeix una redistribució de tensions pel que fa a el fèmur sa, sent la diferència més evident per sota el trocànter menor. Amb el Gamma® amb cargol de el coll bloquejat, el fèmur està menys sotmès a càrregues, i aquestes es concentren més distalment. Aquesta concentració distal es produeix amb i sense cargols distals. La concentració distal de càrregues guardaria relació, donada la rigidesa de l’implant, amb una privació proximal de tensions i amb un efecte punta distal. Això podria determinar dolor a la cuixa i facilitar les fractures postoperatòries a la zona de transició de sol·licitacions.
Comparant les tensions de Von Mises en tots dos implants, observem que el treball en el clau Gamma® és una mica superior que al PFN®. La zona de màxima tensió en el clau PFN® és a nivell de la rosca de l’cargol cervical. Tots dos tenen important reserva de resistència mecànica per tolerar les càrregues durant major període de temps.
En la comparació dels comportaments estructurals dels dos implants plantejats en els dos tipus de fractures, hi ha una sèrie d’elements a millorar per poder dur a terme una anàlisi més rigorosa. Els resultats obtinguts en el nostre model tenen una projecció limitada perquè correspon a una simulació de l’comportament de la fractura en el postoperatori immediat, variant el comportament davant la formació inicial de l’call. El coneixement d’altres situacions de càrrega permetria realitzar estudis comparatius més detallats, entre els quals es podria incloure càlculs a fatiga, element determinant en la decisió dels implants estudiats. No s’han tingut en compte els moviments de rotació. Es tracta d’un model de comportament homogeni i isòtrop. Caldria tractar de caracteritzar millor el material ossi, tenint en compte la variació òssia en densitat (remodelació interna) i en volum (remodelació externa), passant a un model de comportament heterogeni i anisòtrop.
Conclusions
1. El desplaçament que s’observa en el focus de fractura és menor amb un clau PFN® amb cargol lliscant.
2. Es produeix una redistribució de tensions al llarg de tot el fèmur, rebent l’os més càrregues quan es tractava d’una osteosíntesi amb un clau PFN®.
3. l treball a què està sotmès el clau Gamma® és més gran que el de l’PFN®, havent-se trobat una zona de màxima tensió a nivell de la rosca de l’cargol cervical de el clau PFN®.