Anclajes Oseos y Cable de Acero, un Nuevo Método de Fijación

Estudio mecánico en un modelo de fractura de la columna posterior del acetábulo

Dr. Efraín Leal García*,
Dr. Mauricio Silva Carreño**,
Dra. Diana Rincón***,
Ing. Ernesto Bolaños Eslava****
* Profesor Departamento de Ortopedia y Traumatología Hospital Universitario de San Ignacio, Hospital Universitario de la Samaritana.
** Residente II Ortopedia y Traumatología, Pontificia Universidad Javeriana.
*** Profesora Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad de los Andes.
**** Estudiante de Ingeniería Mecánica, Universidad de los Andes.

Resumen

Describimos los anclajes óseos y el cable de acero como un nuevo método para la fijación de las fracturas del acetábulo. Comparamos sus características mecánicas frente al método tradicional de placas y tornillos en un modelo experimental en pelvis de cerdos, encontrando que el nuevo método provee mejores propiedades a la fijación.

Introducción

Las fracturas intraarticulares, especialmente las que comprometen las articulaciones de carga del miembro inferior, requieren reducciones anatómicas para cursar con evoluciones clínicas satisfactorias23.

Las fracturas del acetábulo no se apartan de este principio. Las investigaciones realizadas en los últimos 40 años han demostrado que la reducción abierta y la osteosíntesis son el tratamiento de elección para las fracturas desplazadas del acetábulo1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 16, 17, 19, 24.

Letournel8 y Kebaish6 reportaron resultados clínicos excelentes en el 84% a 86% de los pacientes con fracturas del acetábulo que fueron manejados con reducción abierta y osteosíntesis, en quienes se logró una reducción inicial anatómica.

Estos resultados disminuyeron hasta niveles de 30% a 55% cuando la reducción inicial obtenida permitió desplazamientos residuales o redesplazamientos entre los fragmentos mayores a 4 mm, lo cual ocurrió en el 26% de los casos, evolucionando hacia la osteoartrosis. De esta manera, se estableció que el factor pronóstico más importante en las fracturas del acetábulo es un desplazamiento residual menor a 3-4 milímetros7, 10, 21.

Un reporte reciente del seguimiento de 259 pacientes a quienes se les realizó reducción abierta y osteosíntesis en 262 fracturas desplazadas del acetábulo, confirma estas observaciones12.

Sin embargo, aun cuando en los reportes iniciales de Matta9 se encontraron resultados similares en aquellos casos en que se lograron reducciones anatómicas (0-1 mm) o satisfactorias (1-3 mm), el seguimiento a largo plazo y el mayor número de pacientes permitió confirmar que en los pacientes en quienes no se lograron reducciones anatómicas, cursaron con resultados clínicos insatisfactorios, evolucionando hacia la osteo-artrosis2.

Las técnicas de reducción y fijación interna utilizadas corrientemente en la cirugía del acetábulo incluyen la combinación de tornillos esponjosos, corticales, placas de reconstrucción y de compresión dinámica7, 11, 13, 20,21, 22, 23.

Las placas, que fueron diseñadas para estabilizar fracturas diafisiarias de los huesos largos se han empleado para la estabilización de otros huesos, que como la pelvis, no poseen claramente las mismas características mecánicas.

La utilización de cables de cerclaje para la fijación de los huesos largos se viene realizando desde tiempo atrás, pero para la fijación de las fracturas del acetábulo sólo fue descrito en 198720.

El trabajo de Schopfer y cols.20, pone en evidencia las posibles ventajas de la reducción y fijación de las fracturas del acetábulo con cerclajes de alambre, ya que con menores exposiciones se logran reducciones adecuadas, aun cuando como método de fijación, se debe utilizar preferiblemente asociado a los métodos convencionales de osteosíntesis.

Todo lo anterior hace pensar que se deben mejorar las técnicas de fijación de las fracturas del acetábulo, para que por medio de menores exposiciones, se logren reducciones anatómicas y fijaciones definitivas más sencillas y que no permitan el redesplazamiento de los fragmentos, con el fin de obtener mejores resultados clínicos a largo plazo.

Para ello, describimos un nuevo método de fijación de las fracturas del acetábulo con un sistema de anclajes óseos y cable de acero; con el fin de comparar el nuevo método con el tradi-cional de placas y tornillos, estudiamos el desplazamiento ante la carga axial, en un modelo de fractura de la columna posterior, luego de ser reducida anatómicamente y fijada con cada uno de los sistemas descritos.

Objetivos

A. Principales

• Describir un nuevo método para la fijación de las fracturas del acetábulo.

• Comparar la resistencia mecánica ante la carga axial del método tradicional de fijación de las fracturas de la columna posterior del acetábulo, con placas de reconstrucción y tornillos, contra al nuevo método descrito de anclajes óseos y cable de acero.

B. Secundario

• Diseñar un sistema de fijación para las frac-turas del acetábulo que, brindando una adecuada estabilidad a la fractura, requiera de menores exposiciones quirúrgicas y mayor versatilidad en su colocación.

Materiales y métodos

Realizamos un trabajo de tipo experimental dividido en 2 fases: la primera de ellas de manufactura, en la cual se diseñaron y fabricaron los elementos de anclaje del cable de acero.

Para el diseño del anclaje o sujetador se utilizaron como puntos de partida las dimensiones de los tornillos y el cable de acero trenzado ya existentes; se eligieron tornillos corticales de 3.5 mm (Synthes) y cable de acero trenzado de 1 mm de diámetro (Danek, Sofamor, Memphis, Estados Unidos de América). Con estas referencias, diseñamos un anclaje o sujetador con las siguientes características (Fig. 1).

Fig. 1

• Material: acero 316 LVM.
• Diámetro externo: 11 mm.
• Diámetro interno: 4 mm.
• Canal de autocompresión para producir un segundo efecto de tensión al cable.
• Canal para el paso del cable de acero de 1.2 mm.

Una vez ajustados los diseños a nuestras necesidades, fabricamos los elementos de anclaje o sujetadores para poder llevar a cabo la segunda fase del estudio: la fase experimental.

Para comparar el método de fijación propuesto (anclajes óseos y cable de acero) con el tradicional (placas de reconstrucción de 3.5 mm y tornillos)

se utilizó la teoría del diseño robusto18, método utilizado en experimentos que comparan diferentes variables y permite disminuir al máximo el número de ensayos necesarios para validar esta comparación estadística. El número de pruebas necesario está determinado por una matriz ortogonal que combina las variables controlables en sus niveles de estudio con las variables no controlables.

Tomamos como variables controlables:

• Los 2 tipos de fijación propuestos.

• El número de tornillos a utilizar: 4, 5 ó 6 en total, en ambos tipos de fijación.

• La tensión que se imprime al método de fijación: alta o baja. En el caso de las placas, dependiendo de la deformación que se les aplica para su colocación. En el caso del cable de acero, en el cual se puede medir su tensión, 20 ó 30 Lbf.

• El tipo de montaje utilizado: en la fijación con placas existe sólo un tipo de montaje, ya que las placas siempre se colocan en igual posición (configuración de sostén); en cambio, en el sistema de anclajes óseos y cable de acero, el cirujano puede escoger libremente, teniendo en cuenta el trazo de la fractura, el sitio en el cual los quiere fijar. Escogimos 2 tipos de montaje, balanceado y no-balanceado, para cada número de tornillos; balanceado en los casos en que se colocaron igual número de tornillos a cada lado de la fractura y no-balanceado en los que se colocaron más tornillos en uno de los lados de la misma.

Como variables no controlables se tomaron la edad, sexo y peso del animal donante, el tiempo transcurrido entre la muerte del donante y la obtención del hueso, la fuerza de ajuste de los tornillos tanto en las placas como en los sistemas de anclaje y el ángulo de colocación de los tornillos con respecto a la superficie ósea.

Con base en estas variables, y siguiendo la teoría del diseño robusto15, desarrollamos la matriz ortogonal, esencia del experimento, que indica el número de pruebas, las combinaciones y el orden en que deben ser realizadas las mismas.

Esta matriz está clasificada de acuerdo con el número de variables en el experimento y con el número de niveles en cada una de ellas. Ya que nuestro experimento contiene 4 variables, tres de ellas con dos niveles (método, tensión y montaje) y una de ellas con tres (tornillos), escogimos una matriz de 18 pruebas en la cual se hallaron las siguientes combinaciones:

Para el desarrollo de la fase experimental, y teniendo en cuenta la matriz desarrollada, tomamos como población de estudio 9 pelvis frescas (18 acetábulos) de cerdos adultos, completas (con los 2 huesos coxales y el sacro unidos por ligamentos), desprovistas de inserciones musculares y tendinosas; se tuvieron en cuenta, como criterios de inclusión, la madurez esquelética del animal y, como criterios de exclusión, la evidencia de fracturas previas en la pelvis o patología ósea macroscópica.

Prueba	Método	Tensión	No Tornillos	Montaje
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18	Sujetadores Sujetadores Sujetadores Sujetadores Sujetadores Sujetadores Sujetadores Sujetadores Sujetadores Placa Placa Placa Placa Placa Placa Placa Placa Placa	Baja Baja Baja Alta Alta Alta Alta Alta Alta Baja Baja Baja Alta Alta Alta Alta Alta Alta	4 5 6 4 5 6 4 5 6 4 5 6 4 5 6 4 5 6	1 2 2 2 2 1 2 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1

A cada uno de los acetábulos se les realizó, con una sierra oscilante, una fractura en la columna posterior de las siguientes características (Fig. 2).

VERTICE 20o POSTERIOR

120o ANTERIOR

Comenzando en un punto 20o posterior al vértice del acetábulo, siguiendo su reborde posterior, y dirigiéndose a la escotadura ciática, se realizó una osteotomía comprometiendo la columna posterior del mismo. Desde el punto de la osteotomía inicial, siguiendo el reborde posterior del acetábulo, y a 120o, se realizó una segunda osteotomía, de las mismas características que la anterior.

El límite anterior de la osteotomía, viendo el hueso coxal desde su interior, es la mitad anterior de la lámina cuadrilátera. Viendo el acetábulo de frente, el límite entre la columna anterior y la posterior se encuentra trazando una línea imaginaria entre el vértice y el punto más bajo del acetábulo, límite que nunca fue traspasado.

Cada una de las fracturas fue posteriormente reparada por medio de uno de dos tipos de fijación, siguiendo el patrón indicado por la matriz ortogonal:

Placas de reconstrucción

De 3.5 mm (Synthes) y tornillos corticales de 3.5 mm de diámetro, utilizando una configuración tipo sostén, con tres variables (Fig. 3):

Fig. 3

• 4 Tornillos (2 proximales y 2 distales).
• 5 Tornillos (3 proximales y 2 distales).
• 6 Tornillos (3 proximales y 3 distales).

Anclajes óseos y cable de acero (Fig. 4)

De acuerdo con el número de tornillos se escogieron los siguientes montajes balanceados1 y no-balanceados2 (balanceados cuando se utilizó el mismo número de anclajes a cada lado de la fractura), con 4, 5 ó 6 tornillos.

Fig. 4

Una vez que la columna posterior de los dos acetábulos de una misma pelvis fue fracturada y reparada por medio de dos tipos de fijación distintos (placa en un lado y anclaje óseo en el otro) se procedió al montaje de cada una de las pelvis en una máquina Instron (Mod. 10-25586-1, Instron, England), que permite someter el espécimen a cargas controladas, cuantificables y reproducibles.

Para fijar la porción proximal de cada pelvis a la máquina, se diseñó una mordaza articulada que se fijó al sacro por medio de una placa de acero y tornillos.

El extremo proximal de cada fémur, que no se encontraba unido a la pelvis en los especímenes, fue remplazado por prótesis para artroplastia de cadera con cabezas de 32 mm.

La articulación proximal de la mordaza permite girar la pelvis en el plano frontal, por lo cual la pelvis fue montada con una inclinación anterior de 20o, tomando como punto de referencia una línea imaginaria que pasa por la espina ilíaca anterosuperior y por el pubis (Fig. 5).

Fig. 5

Esto hace que el vector de la fuerza de reacción articular se dirija, en forma aproximada, hacia el segmento fracturado con lo cual se coloca en esfuerzo máximo la osteosíntesis.

Procedimos a someter a carga cada uno de los especímenes en la siguiente forma:

Se cargó inicialmente el acetábulo cuya columna posterior fue fijada con una placa de reconstrucción y tornillos. Para no someter a carga el acetábulo que fue fijado con el sistema de anclaje óseo y cable de acero se retiró la prótesis

femoral de ese lado, de tal manera que no produjera resistencia a la carga axial ejercida por la máquina Instron, evitando la presencia de un vector de fuerza de reacción articular en este lado. El brazo compresor de la máquina Instron se descendió 12 mm, requiriendo para ello realizar una fuerza que fue registrada al final del recorrido total, en su nivel máximo.

El brazo compresor fue devuelto a su posición original; se retiró la prótesis femoral del lado examinado y se colocó al acetábulo fijado con el sistema de anclaje óseo y cable de acero. El sistema se sometió a una carga axial con una magnitud de fuerza igual a la fuerza máxima soportada por la osteosíntesis con placa de reconstrucción y tornillos, independientemente del recorrido en milímetros del brazo compresor de la máquina Instron.

Se estableció como parámetro de comparación entre las dos fijaciones el desplazamiento del fragmento fijado con respecto al segmento de la columna posterior inmediatamente superior a la fractura; para cuantificar el desplazamiento, las pruebas fueron filmadas en 2 momentos: antes de someter el espécimen a la carga y una vez soportó la fuerza máxima (pre y postcarga);

Se estableció como punto de referencia, para medir el desplazamiento, el área del trazo de fractura sobre la lámina cuadrilátera y su extensión posterior hacia el reborde posterior del acetábulo.

Las filmaciones fueron convertidas a fotografías digitalizadas y, mediante un Autocad (Autodesk, Scotts Valley; C.A., Estados Unidos de América) se midió el área total de desplazamiento antes y después de la prueba.

Los resultados fueron sometidos a un análisis estadístico descriptivo. Posteriormente, cuando se comparó la diferencia entre promedios de dos grupos (método, tensión, tornillos) se utilizó una T de Student.

En el caso de los tornillos, en el cual se compararon las diferencias entre promedios de tres grupos, se realizó un ANOVA.