Sustitución rotuliana en la artroplastia de rodilla. Análisis biomecánico comparativo
Patellar substitution in knee arthroplasty. Comparative biomechanical analysis
ANCHUELA OCAÑA, J.*; GÓMEZ PELLICO, L.**; FERRER BLANCO, M.***; RODRÍGUEZ TORRES, R.**, y SLOCKER DE ARCE, A. M.**
* Servicio de Cirugía Ortopédica y Traumatología. Hospital El Escorial. Madrid. ** Departamento de Ciencias Morfológicas y Cirugía. Facultad de Medicina. Universidad de Alcalá de Henares. *** Departamento de Cirugía Ortopédica y Traumatología. Hospital Gregorio Marañón. Madrid.
Correspondencia:
Dr. J. ANCHUELA OCAÑA.
Conde Duque, 21, 6.° B.
28015 Madrid.
Recibido: Junio de 1998.
Aceptado: Noviembre de 1998.
RESUMEN: Este estudio analiza la influencia de la sustitución patelar en la función muscular y en la remodelación ósea periprotésica durante el primer año de evolución de la artroplastia total de rodilla, para lo cual se estudia la evolución de dos muestras homogéneas de 11 pacientes femeninos mediante análisis muscular isocinético y densitométrico realizado antes de la intervención, a los 6 meses y al año de la misma. La artroplastia con sustitución patelar presenta mayor fuerza muscular, con una relación flexoextensora menos patológica, trabajando con mayor eficiencia en un rango menor de flexión que la artroplastia con conservación patelar. Se conserva la masa ósea tras el escudo femoral en ambas series y desciende en la región tibial anterior significativamente en la artroplastia con sustitución patelar, equiparando su valor al encontrado en la rodilla contralateral, lo que parece depender de la tendencia a la normalización de la cinética articular anómala de la gonartrosis. De cualquier forma, estos beneficios biomecánicos de la sustitución patelar no superan la mayor tasa de complicaciones y de ningún modo justifican la sustitución sistemática.
PALABRAS CLAVE: Rodilla. Artroplastia. Densitometría. Isocinética.
ABSTRACT: An analysis was made of the influence of patellar substitution on muscle function and periprosthetic bone remodeling in the first year after total knee arthroplasty. The evolution of two homogeneous samples from 11 female patients was studied by isokinetic and densitometric muscle analysis before surgery and 6 months and 1 year after surgery. Arthroplasty with patellar substitution resulted in greater muscle strength and a less abnormal flexion-extension ratio, and better effectiveness in a smaller range of flexion than arthroplasty with patellar conservation. Bone mass was conserved behind the femoral shield in both series and decreased in the anterior tibial region. The decrease was significant in arthroplasty with patellar substitution and equivalent to the decrease observed in the opposite knee. This seems to depend on the tendency to normalization of the abnormal articular kinetics of the gonarthrosis. However, the biomechanical benefits of patellar substitution do not outweigh the increased rate of complications and in no way justify systematic substitution.
KEY WORDS: Knee. Arthroplasty. Densitometry. Isokinetics.
Actualmente son numerosos los trabajos5,20,26 que ofrecen argumentos a favor de la conservación de la rótula en la artroplastia de rodilla, reservando su sustitución para los casos de artritis reumatoide,16 aunque hay autores11 que encuentran mayor fuerza articular y menor dolor tras la sustitución patelar y la recomiendan sistemáticamente. Desde el punto de vista clínico, la mayoría de autores no encuentran diferencias significativas entre series con y sin sustitución patelar,7,11,12 aunque la tasa de complicaciones es superior en patelas sustituidas.28,31
Es conocido el déficit de la musculatura extensora en la gonartrosis y la alteración del balance muscular isquiotibiales-cuádriceps, aumentando aún más en los primeros meses tras la artroplastia, con tendencia a la recuperación al año de evolución,14,32,40 pero no se ha precisado la influencia de la sustitución patelar en este proceso. La mayoría de autores estiman que después de la artroplastia se produce pérdida de masa ósea tras la tróclea femoral,8,19,22-24,25,29 sin haber precisado si este fenómeno se produce con y sin sustitución patelar.
Este estudio analiza la influencia de la sustitución patelar en la función muscular y en la remodelación ósea periprotésica durante el primer año de evolución de la artroplastia, considerándolo representativo, dado que durante el mismo se producen las mayores alteraciones en la distribución de la masa ósea2,6,29,33 y los cambios adaptativos funcionales más importantes.2,3,30
Material y Método
Se escogieron al azar 22 mujeres afectadas de gonartrosis primaria pendientes de ser intervenidas de artroplastia total de rodilla en el Hospital Gregorio Marañón, estableciendo dos series homogéneas de 11 pacientes, una con sustitución patelar en la artroplastia y otra sin ella, ambas con una edad media de 70 años (DE = 4), un peso medio de 72 kg (DE = 9), una talla media de 154 cm (DE = 5) y lateralidad izquierda en la mitad de los casos. Todas las pacientes presentaban genu varo, con un ángulo medio de 12° (DE = 6) y sin cirugía previa en la rodilla. Se utilizó en todos los casos un implante poroso que conservaba el ligamento cruzado posterior (TRICON II, Smith & Nephew Richards Inc.) y las exploraciones fueron realizadas durante el preoperatorio, a los 6 meses y al año de la intervención, en el laboratorio del Departamento de Ciencias Morfológicas y Cirugía de la Universidad de Alcalá de Henares. El estudio densitométrico fue realizado mediante absorciometría dual fotónica de rayos X (DEXA) con un densitómetro Norland XR-26, midiendo la densidad mineral ósea (DMO) en g/cm2, obteniendo mediante protocolo proyecciones laterales estrictas con el objeto de estudiar las mismas áreas en todos los pacientes. Se escogieron (Fig. 1) dos zonas tibiales: una por delante del vástago, de 1 cm2, separada de la superficie articular 1 cm (Zona 1), y otra por debajo del mismo, con una altura correspondiente a un tercio de su longitud y una anchura delimitada por los márgenes óseos (Zona 2), y dos regiones femorales: una tras el escudo troclear del implante de 2,5 cm de altura por 1 cm de anchura, cuyo límite proximal estaba definido por el límite proximal del implante femoral (Zona 3), y otra por encima de éste, con una altura de un tercio del mismo y una anchura delimitada por los márgenes óseos (Zona 4). Se analizaron las mismas regiones en la rodilla contralateral y también la grasa y masa de tejidos blandos de los miembros inferiores.
Figura 1. Evolución de la densidad mineral ósea en las regiones estudiadas con y sin sustitución patelar.
El estudio isocinético se realizó con el dinamómetro Biodex 2000, seleccionando la modalidad isocinética concéntrica a velocidades de 60°/seg (cinco flexoextensiones con máximo esfuerzo) y 120°/seg (15 flexoextensiones con máximo esfuerzo). Los parámetros examinados en flexión y extensión a ambas velocidades fueron el momento máximo de fuerza en Newtons por metro (Nm); la relación isquiotibiales-cuádriceps en porcentaje; el índice de fatiga en porcentaje; el ángulo articular en el que se desarrolla el momento máximo de fuerza, tomando como 0° la extensión completa; el trabajo total en julios, y la potencia media desarrollada en watios.
Resultados
Resultados del estudio densitométrico (Fig. 1)
En las artroplastias con sustitución patelar no se observaron variaciones significativas de la DMO en las regiones femorales durante todo el estudio, disminuyendo en la Zona 4 (pasando de 0,85 g/cm2 antes de la intervención a 0,78 g/cm2 al año de la misma) y manteniendo el valor preoperatorio en la Zona 3 (0,74 g/cm2). La región tibial por debajo del vástago (Zona 2) presentó una disminución de la DMO no significativa (pasando de 0,81 g/cm2 antes de la intervención a 0,77 g/cm2 al año de la misma), mientras que la región bajo el platillo por delante del vástago (Zona 1) presentó una disminución significativa (p < 0,05) evidente desde el sexto mes de la intervención, pasando de 1,01 g/cm2 antes de la cirugía a 0,68 g/cm2 al año de evolución.
En las artroplastias sin sustitución patelar no se observaron variaciones significativas de la DMO en las regiones femorales durante todo el estudio, disminuyendo tanto en la Zona 3 (pasando de 0,73 g/cm2 antes de la intervención a 0,69 g/cm2 al año de la misma) como en la Zona 4 (pasando de 0,79 g/cm2 a 0,73 g/cm2). En la tibia la Zona 2 mantiene su DMO preoperatoria (0,74 g/cm2), mientras que en la Zona 1 disminuye notoriamente, pero sin alcanzar significación estadística (pasando de 0,83 g/cm2 antes de la intervención a 0,67 g/cm2 al año de la misma).
No se observaron variaciones significativas en la DMO regional entre ambas series y tampoco se observaron variaciones ni diferencias significativas en la masa de tejidos blandos y grasa del miembro inferior.
Resultados del estudio isocinético
En la serie con sustitución patelar los momentos de fuerza máximos extensor y flexor aumentaron al año de la intervención en ambas velocidades angulares, sin significación estadística (pasando el primero de 35 Nm a 60°/seg antes de la intervención a 43 Nm al año de la misma y el segundo de 25 Nm a 60°/seg a 30 Nm). El ángulo en que se desarrollaron estos momentos máximos de fuerza disminuyó significativamente (p < 0,05) en ambas velocidades angulares: para la extensión pasó de ejercerse a 69° antes de la intervención a hacerlo a 58° al año de la misma y para la flexión pasó de 68 a 49°, ambos a 60°/seg. La relación isquiotibiales/cuádriceps no mostró variaciones significativas, pasando del 71% antes de la intervención al 69% tras la misma, ambos valores en el rango patológico. La potencia media muscular aumentó sin significación estadística al año de la intervención tanto en flexión como en extensión, pasando de 12 a 15 W la primera y de 17 a 24 W la segunda. El trabajo desarrollado aumentó al año de la intervención, sin significación estadística, pasando de 136 a 171 J para la extensión y de 92 a 106 J para la flexión. La fatiga muscular aumentó al año de la intervención excepto para la extensión a 60°/seg, donde disminuyó, sin significación estadística.
En la serie sin sustitución patelar el momento máximo de fuerza extensor disminuyó significativamente (p < 0,05) desde el sexto mes de la intervención, pasando de 43 a 39 Nm al año de la cirugía a 60°/seg, mientras el momento máximo de fuerza flexor mantuvo los valores preoperatorios (28 Nm a 60°/seg). El ángulo en que se desarrollaron estos momentos máximos de fuerza disminuyó, aunque no significativamente, en ambas velocidades angulares: para la extensión pasó de ejercerse a 72° antes de la intervención a hacerlo a 57° al año de la misma y para la flexión pasó de 63 a 56°, ambos a 60°/seg. La relación isquiotibiales/cuádriceps (Fig. 2) no mostró variaciones significativas, pasando del 65% antes de la intervención al 74% tras la misma, ambos valores en el rango patológico. La potencia media muscular se mantuvo al año de la intervención tanto en flexión (14 W) como en extensión (22 W). El trabajo desarrollado disminuyó al año de la intervención, sin significación estadística, pasando de 173 a 156 J para la extensión y de 109 a 101 J para la flexión. La fatiga muscular no se modificó al año de la intervención excepto para la extensión a 60°/seg, donde disminuyó, sin significación estadística.
Figura 2. Evolución de la relación flexores/extensores con y sin sustitución patelar.
Discusión
La mayoría de autores,8,19,2-25,29 salvo excepciones,17 refieren pérdida de masa ósea en la zona anterior del fémur distal tras la artroplastia de rodilla, siendo un fenómeno asintomático que se produce durante el primer año para detenerse después, independiente del diseño y del método de fijación del implante. Esta pérdida ósea femoral anterior ha sido atribuida al denominado stress shielding o desfuncionalización local por transferencia proximal hacia la metáfisis de las presiones patelares fisiológicas sobre la tróclea femoral, transformándose en una zona de baja presión y originando una osteopenia que pudiera favorecer el aflojamiento del implante o una fractura. Se ha involucrado en este fenómeno al crecimiento óseo regional19 y al recubrimiento poroso del componente femoral,38 aunque su supresión no lo evitó.24 En el presente estudio por DEXA, la DMO en la región femoral anterior (Zona 3) disminuyó al año por debajo de los niveles preoperatorios de modo no significativo sin sustitución patelar y mantuvo los niveles preoperatorios con ella, sin diferencias significativas entre ambas, lo que significa que la presión patelofemoral varió poco tras la artroplastia independientemente de la sustitución rotuliana.
Aunque la mayoría de los autores6,9,37 no observan desfuncionalización ósea tibial tras la artroplastia, en el presente estudio se observó en la región tibial anterior por delante del vástago (Zona 1) disminución de la DMO de modo precoz tras la artroplastia, que llegó a ser significativa (p < 0,05) cuando se sustituyó la patela. Si se tiene en cuenta que la gonartrosis partía de valores de DMO superiores a la rodilla contralateral en esta región y que al año de la artroplastia los valores son equiparables a la misma, y como se detalla más adelante la fuerza cuadricipital no influyó en este fenómeno, esta variación de la masa ósea regional podría explicarse en parte por la normalización de la cinética articular tras la artroplastia con conservación del ligamento cruzado posterior, la cual alcanza mayor eficiencia cuando el aparato extensor cuenta con una patela de mayor espesor, lo que suele ocurrir cuando se sustituye. En cualquier caso, esta normalización de la estructura ósea regional se produce también, aunque en menor grado, sin la sustitución patelar, la cual evita numerosas complicaciones ya conocidas.
En pacientes con patología degenerativa la actividad de la musculatura cuadricipital e isquiotibial disminuye hasta en un 50 y 30%, respectivamente,3,4 con una relación flexoextensora del 88%, determinando un patrón de marcha patológico.1,35,40 Algunos autores,3 a los 6 meses de la artroplastia no hallan variaciones significativas, aunque sí mejoría del balance muscular, quedando al año la fuerza extensora en el 71% y a los 2 años en el 83% de la observada en la rodilla sana, con una relación flexoextensora cercana a la normalidad: 50-60%; otros36 refieren un decremento del 20% en la función muscular a los 3 meses de la artroplastia con retorno a los niveles preoperatorios a los 6 meses, y otros autores39 encuentran un incremento del 25% a los 3 meses de la artroplastia sin progresar más allá de los 2 años en los pacientes con artritis reumatoide, en los que no alcanza la mitad del valor de las rodillas artrósicas, mientras que en éstas se aprecia mejoría hasta el tercer año, fundamentalmente en la flexión. Sin embargo, en ninguno de estos estudios se hace referencia a la influencia de la sustitución patelar en el comportamiento muscular tras la artroplastia.
En el presente estudio isocinético se encontró en la serie con sustitución patelar un aumento no significativo de la fuerza muscular en flexión y extensión que comenzó a los 6 meses de la intervención, mientras en la serie sin sustitución patelar se observó una disminución precoz (significativa para la fuerza extensora, p < 0,05) aunque sin significación estadística al año de la intervención, más acusada para la musculatura cuadricipital por su mayor sensibilidad como grupo muscular antigravitatorio, con valores inferiores a los de la artroplastia con sustitución patelar, aunque sin diferencias significativas. Esta recuperación a partir del sexto mes, que coincide con la observación de otros autores,36 se produce independientemente de la rehabilitación, ya que para este período la mayoría de los pacientes han finalizado cualquier pauta al respecto. Al final del primer año de evolución de la artroplastia persiste el déficit extensor de la gonartrosis tanto con sustitución patelar como sin ella, encontrándose que la fuerza cuadricipital de la rodilla intervenida fue un 77% de la sana en el preoperatorio, un 69% a los 3-6 meses y un 80% al año, mientras que la fuerza flexora se alteró en menor medida tras la artroplastia, encontrándose que antes de la cirugía era el 87% de la sana, a los 6 meses el 80% y al año el 86%, lo que evidencia su menor sensibilidad. Por tanto, la sustitución patelar no conlleva un aumento significativo de la fuerza muscular ni cuadricipital ni isquiotibial.
El ángulo en el que se ejerce el momento de fuerza máxima en personas normales se encuentra entre 66 y 71° para el cuádriceps y entre 56 y 66° para el grupo isquiotibial. En el presente estudio isocinético la artroplastia con sustitución patelar efectuó los momentos de fuerza máximos extensor y flexor en ángulos significativamente menores (p < 0,05) al año de la intervención (pasa en extensión de 69 a 58° y en flexión de 68 a 49°), inferiores a los de la rodilla normal, lo cual se explica por el aumento del brazo de palanca del aparato extensor debido al incremento del grosor patelar a costa de un aumento local de presiones con riesgo de movilización del implante y su desgaste precoz. La artroplastia sin sustitución patelar también desarrolló los momentos de fuerza máximos en ángulos menores tras la intervención (pasa de 72 a 65° en extensión y de 63 a 56°en flexión), pero sin diferencias significativas y con valores dentro del rango de la normalidad. Por tanto, la artroplastia de rodilla trabaja en un rango menor de flexión, más aún si se realiza sustitución patelar, perdiendo la musculatura gran parte de su eficiencia más allá de los 65° de flexión.
La artroplastia con sustitución patelar fatiga más su musculatura que la que conserva la patela anatómica debido a las razones expuestas anteriormente, aunque ambas disminuyen la fatiga cuadricipital en esfuerzos exigentes debido a la disminución de la sintomatología femoropatelar.
La relación flexores/extensores se encuentra aumentada en la rodilla artrósica y la normalización de esta relación es importante, ya que los pacientes que logran un adecuado balance muscular caminan con un patrón de marcha más simétrico y fisiológico.4 En el presente estudio (Fig. 2) la artroplastia con sustitución patelar presentó al año de evolución una relación del 69%, menos patológica que la que conservó la patela (74%) debido al mayor rendimiento extensor en la primera, como demuestra el que el trabajo y la potencia media desarrollada por la musculatura extensora en la artroplastia con sustitución patelar fueran superiores. De cualquier forma, estos beneficios biomecánicos son escasos como para justificar el reemplazo sistemático de la patela, dada la mayor tasa de complicaciones que suceden con ella5,13,20,26,28,31 y aun considerando cierta la inconstante mejoría sintomática que producen.11,12 Globalmente, el trabajo y la potencia media desarrollada en la gonartrosis y tras la artroplastia fueron aproximadamente la mitad de los mostrados por las personas jóvenes,34 lo que sugiere una alteración muscular degenerativa irrrecuperable, en cuya rehabilitación no hay ninguna pauta que halla mostrado mejores resultados a medio y largo plazo.10,15,18,27
Conclusión
Como conclusión se puede establecer que pese al mejor comportamiento biomecánico de la artroplastia con sustitución patelar no parece que los beneficios superen a la mayor tasa de complicaciones, mostradas en numerosos estudios.
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