La utilización de tornillos cementados en la fijación interna de fracturas de húmero proximal con placas bloqueadas parece mejorar la estabilidad del implante y disminuir las complicaciones asociadas al fracaso de síntesis. Sin embargo, la combinación óptima de tornillos cementados se desconoce. El objetivo de este estudio fue analizar la estabilidad relativa de dos configuraciones de tornillos cementados sometidos a una fuerza de compresión axial en una fractura simulada de húmero proximal.
Material y métodosSe realizó una osteotomía del cuello quirúrgico en cinco pares de húmeros embalsamados con una edad media de 74 años (rango 46-93), fijados con una placa de acero inoxidable con tornillos bloqueados. En cada par de húmeros, en el húmero derecho se cementaron los tornillos A y E, y en el lado contralateral se cementaron los tornillos B y D. Cada espécimen fue testado inicialmente mediante una carga cíclica de compresión axial durante 6.000 ciclos para evaluar el movimiento interfragmentario (estudio dinámico). Al final de la prueba, los especímenes se sometieron a una carga de compresión axial progresiva para medir la rigidez de la construcción (estudio estático).
ResultadosNo se encontraron diferencias estadísticamente significativas en la movilidad interfragmentaria entre las dos configuraciones de tornillos cementados en el estudio dinámico (p=0,463). Cuando se sometieron a rotura, los especímenes con tornillos cementados en las hileras B y D presentaron una carga de rotura mayor (2218N vs. 2105, p=0,901) y una mayor rigidez (125N/mm vs. 106N/mm, p=0,672); sin embargo, ninguna de estas diferencias fue estadísticamente significativa.
ConclusionesLa configuración de los tornillos cementados utilizadas en este estudio no influyen en la estabilidad del implante cuando se aplica una carga cíclica de baja energía. La cementación de los tornillos de las hileras B y D proporciona una resistencia similar a la cementación de los tornillos A y E.
Screw tip augmentation with bone cement for fixation of osteoporotic proximal humerus fractures seems to improve stability and to decrease the rate of complications related to implant failure. However, the optimal augmentation combinations are unknown. The aim of this study was to assess the relative stability of two augmentations combinations under axial compression load in a simulated proximal humerus fractures fixed with locking plate.
Material and methodsA surgical neck osteotomy was created in five pairs of embalmed humeri with a mean age of 74 years (range 46–93 years), secured with a stainless-steel locking-compression plate. In each pair of humeri, on the right humerus were cemented the screws A and E, and in the contralateral side were cemented screws B and D of the locking plate. The specimens were first tested cyclically in axial compression for 6,000 cycles to evaluate interfragmentary motion (dynamic study). At the end of the cycling test, the specimens were loaded in compression force simulating varus bending with increasing load magnitude until failure of the construct (static study).
ResultsThere were no significant differences in interfragmentary motion between the two configurations of cemented screws in the dynamic study (p=0.463). When tested to failure, the configuration of cemented screws in lines B and D demonstrated higher compression load to failure (2218N vs. 2105, p=0.901) and higher stiffness (125N/mm vs. 106N/mm, p=0.672). However, no statistically significant differences were reported in any of these variables.
ConclusionsIn simulated proximal humerus fractures, the configuration of the cemented screws does not influence the implant stability when a low-energy cyclical load is applied. Cementing the screws in rows B and D provides similar strength to the previously proposed cemented screws configuration and could avoid complications observed in clinical studies.
La principal complicación de la reducción abierta y fijación interna (RAFI) con placas bloqueadas en fracturas de húmero proximal (FHP) es el fracaso de síntesis y penetración intraarticular de los tornillos1, especialmente en pacientes con hueso osteoporótico. Esto se debe principalmente a las fuerzas de cizallamiento que se producen en la interfaz hueso-implante, lo que conduce a la pérdida de reducción y colapso de la fractura.
Con el objetivo de mejorar la estabilidad del implante, se han desarrollado distintas estrategias, como la suplementación con aloinjerto o la cementación de los tornillos con polimetilmetacrilato (PMMA). Tanto los estudios biomecánicos2–5 como los estudios clínicos6–7 con esta técnica han demostrado que la cementación con PMMA de los tornillos en FHP mejora la estabilidad y disminuye las complicaciones asociadas al fracaso de síntesis; sin embargo, la configuración óptima de tornillos cementados se desconoce.
La técnica quirúrgica8 propone la cementación de los dos tornillos más proximales y de los dos tornillos del calcar para asegurar una distribución homogénea del cemento en la cabeza del húmero; a pesar de ello, los tornillos del calcar muchas veces se encuentran próximos al foco de fractura y en los estudios clínicos se ha descrito hasta un 11,5% de extravasación de cemento en estos tornillos6. Ademas, en estudios clínicos la cementación de los tornillos más proximales se ha asociado a un 4-8% de necrosis parcial6–7. Para evitar estos dos tipos de complicaciones, proponemos la cementación de los tornillos centrales de la cabeza humeral.
La hipótesis de este estudio es que la cementación de los tornillos de las hileras centrales obtiene resultados biomecánicamente comparables a los obtenidos con la cementación de los tornillos propuestos por la ténica original y podría evitar las complicaciones observadas en los estudios clínicos.
El objetivo de este estudio fue analizar la estabilidad relativa de dos configuraciones de tornillos cementados sometidos a una fuerza de compresión axial en una fractura simulada de húmero proximal fijada con placa y tornillos bloqueados: cementación de las hileras proximal y distal (A y E) frente a la cementación de los tornillos centrales de la cabeza humeral (B y D).
Material y métodosPreparación de especímenesSe extrajeron 10 especímenes de húmero humano, procedentes de cinco cadáveres del banco de cadáveres de la Universidad Autónoma de Madrid (tres varones y dos mujeres) con una edad media de 74 años (rango, 46-93).
En cada húmero se colocó una placa preformada de húmero proximal de acero inoxidable con tornillos bloqueados (PHILOS; DePuy Synthes, Zuchwil, Switzerland) (fig. 1). La posición de la placa se determinó 1cm inferior a la superficie articular y 1cm posterior a la corredera bicipital. La placa se fijó inicialmente con un tornillo de cortical en la diáfisis y posteriormente se procedió a la fijación de la cabeza humeral con tornillos bloqueados a la placa, y la fijación final de la diáfisis también con tornillos bloqueados.
Se restaron 4mm a la medición obtenida en los tornillos convencionales utilizando una configuración de tornillos cortos para evitar la penetración intraarticular de los tornillos en caso de colapso de la fractura. Cuando se utilizaron tornillos canulados, se restaron 6mm a la medición obtenida en lugar de 4mm para evitar que el cemento estuviese muy próximo a la superficie articular y conseguir la interdigitación del cemento con la cabeza del húmero. Para minimizar la variabilidad interespecimen, en cada par de húmeros del mismo cadáver, en el lado derecho se utilizaron tornillos canulados para su posterior cementación siguiendo la técnica de cementación clásica (hileras A y E), mientras que en el lado izquierdo se utilizaron tornillos canulados en las hileras centrales según la nueva configuración propuesta de tornillos cementados (hileras B y D) (fig. 2).
Se realizó una radiografía a todos los húmeros para verificar que las placas estuvieran correctamente colocadas y los tornillos tuvieran una longitud adecuada. A continuación se procedió a la cementación de los tornillos con 5ml de cemento en cada tornillo canulado (Trauma Cem Vþ; DePuy Synthes) (fig. 3) y se realizó una radiografía a todos los húmeros una vez que se finalizó la cementación.
En cada espécimen se realizó una osteotomía en cuña con una sierra, simulando una fracura inestable del cuello quirúrgico. La osteotomía se estableció a 1cm del borde inferior del cartílago articular con un grosor de 0,5cm. El hecho de realizar la osteotomía después de colocar el implante evita variaciones por la movilización de los fragmentos. Posteriormente se realizó una radiografía a todos los húmeros una vez finalizadas las osteotomías (fig. 4).
Implantes
Todos los implantes utilizados fueron de acero inoxidable. Todas las placas tenían la misma longitud (90mm) y el mismo número de orificios (tres distales y nueve proximales). Se colocaron todos los tornillos excepto los de la hilera C, ya que normalmente las puntas de estos tornillos suelen estar a la misma altura que las puntas de los tornillos de la hilera A.
Estudio biomecánicoCada espécimen fue testado inicialmente mediante una carga cíclica de compresión axial con una máquina servohidráulica (Schenk_Trebel) para evaluar el movimiento interfragmentario (estudio dinámico). Se aplicó una carga cosenoidal a los especímenes en un rango entre 15N y 50N a una frecuencia de 0,25Hz hasta los 6.000 ciclos (fig. 5). Para este estudio se definió fracaso del implante como un desplazamiento entre los fragmentos mayor de 5mm con respecto a la situación inicial.
Al final de la prueba los especímenes se sometieron a una carga de compresión a rotura para medir la rigidez de la construcción (estudio estático). Para ello, se aplicó una carga creciente de compresión a una velocidad de 20mm/min hasta el fallo, definiendo este como la disociación entre el hueso y el implante, la aparición de una línea de fractura o la rotura del implante. Se registró la carga en función del desplazamiento y la energía absorbida como el área bajo la curva.
Análisis estadísticoEl análisis estadístico se realizó utilizando el software SPSS (SPSS Inc., Chicago, IL, EE. UU.), Las comparaciones entre las parejas de especímenes se realizaron con la prueba de los rangos con signos de Wilcoxon. Se consideró como estadísticamente significativo a un valor de p<0,05.
ResultadosEstudio dinámicoDurante el estudio dinámico de compresión axial no se encontraron diferencias estadísticamente significativas en la movilidad interfragmentaria entre los especímenes con tornillos cementados en las hileras A y E y los especímenes con tornillos cementados en las hileras B y D (p=0,463). Después de 6.000 ciclos, la movilidad interfragmentaria máxima fue de 0,29mm (rango 0,08–0,53) y 0,32mm (rango 0,22-0,53, respectivamente. Ninguno de los especímenes fracasó durante el estudio dinámico.
Estudio estáticoCuando se sometieron a rotura (fig. 6), la mediana de carga de rotura fue de 1.844N, y el tiempo medio de rotura fue de 72 segundos (tabla 1). Al comparar las dos configuraciones de tornillos cementados, los especímenes con tornillos cementados en las hileras B y D presentaron una carga de rotura mayor (2.218N vs. 2.105, p=0,901) y una mayor rigidez (125N/mm vs. 106N/mm, p=0,672). Los especímenes con tornillos cementados en las hileras A y E toleraban 6mm más de deformidad antes del fallo (p=0,447) y el tiempo hasta la rotura era mayor (84 s vs. 56 s, p=0,342); sin embargo, ninguna de estas diferencias fue estadísticamente significativa (tabla 2).
Comparación en el ensayo a rotura entre los especímenes con la configuración clásica de tornillos cementados y los especímenes con la nueva configuración
| Variable | Configuración clásica (hileras A y E)N=5 | Configuración nueva (hileras B y D)N=5 | Valor de p |
|---|---|---|---|
| Carga de rotura (N) | 2.105,3Rango (815,5; 4.054,3)95% [IC: 327,7; 3.882,8] | 2.218,6Rango (804,5; 4.135,5)95% [IC: 529,4; 3.907,76] | 0,901 |
| Carga elástica (N) | 1.538,9Rango (611.9; 2.949,6)95% [IC: 268,4; 2.809,6] | 1.829,9Rango (659.7; 3.917,6)95% [IC: 235,46; 3.424,26] | 0,702 |
| Deformidad máxima (mm) | 28,8Rango (8,7; 50,6)95% [IC: 9,59; 48,2] | 22,6Rango (11,2; 32,6)95% [IC: 12,6; 32,7] | 0,447 |
| Rigidez (N/mm) | 106,2Rango (32,2; 218,6)95% [IC: 18,2; 194,3] | 125,8Rango (56,2; 233,4)95% [IC: 39,1; 212,4] | 0,672 |
| Energía (J) | 42,8Rango (8,5; 92,7)95% [IC: 0,3; 85,5] | 41,7Rango (7,1; 75,3)95% [IC: 2,9; 80,5] | 0,957 |
| Tiempo rotura (s) | 84,14Rango (22,5; 166,9)95% [IC: 18,3; 149,9] | 56,2Rango (27,2; 96,5)95% [CI: 16,9; 95,5] | 0,342 |
Todos los especímenes fracasaron en la diáfisis por una línea de fractura que incluía al menos uno de los orificios utilizados para la fijación de la placa.
Se realizó un análisis comparativo entre aquellos especímenes con una edad mayor de 76 años (n=6) y aquellos menores de 76 años (n=4) y se observó que aquellos especímenes de menos de 76 años toleraban mayor deformidad antes del fallo (30,7mm vs. 22,4mm, p=0,61), mayor carga de rotura (2.411N vs. 1.995N, p=0,476) y absorbían mayor energía (59J vs. 30J, p=0,171), sin resultar estas diferencias estadísticamente significativas. Solo se observaron diferencias significativas en la rigidez y el tiempo de rotura (tabla 3).
Comparación entre los especímenes en el ensayo a rotura en función de la edad
| Variable | Edad >76N=6 | Edad <76N=4 | Valor de p |
|---|---|---|---|
| Carga de rotura (N) | 1.995,8 (804,5; 4135,5) | 2.411,1 (1.326,6; 3.195,0) | 0,476 |
| Carga elástica (N) | 1.689,1 (611,9; 3917,6) | 1.677,4 (868,5; 2.292,8) | 0,762 |
| Deformidad máx (mm) | 22,45 (8,7; 34,5) | 30,7 (21,5; 50,6) | 0,61 |
| Rigidez (N/mm) | 80,3 (32,2; 124,6) | 169,5 (72,7; 233,4) | 0,028 |
| Energía (J) | 30,87 (7,1; 75,3) | 59,4 (30,7; 92,7) | 0,171 |
| Tiempo de rotura (s) | 44,8 (22,5; 85,6) | 108,3 (83,8; 166,9) | 0,019 |
Los resultados de este estudio sugieren que, en fracturas de húmero proximal, la configuración de los tornillos cementados no influye en la estabilidad del implante cuando se aplica una carga cíclica de baja energía. Sin embargo, cuando se someten a una carga de compresión progresiva, la cementación de los tornillos en las hileras B y D presenta una mayor rigidez y parecen resistir una carga mayor antes de que se produzca la rotura, sin que estas diferencias sean estadísticamente significativas. Estos resultados tienen relevancia clínica, ya que la configuración de tornillos cementados propuesta en este estudio parece contribuir de manera similar a la estabilidad del implante y podría reducir las complicaciones observadas en los estudios clínicos relacionadas con la fuga intraarticular de cemento o la necrosis parcial.
La mayoría de los estudios biomecánicos con esta técnica cementan los cuatro tornillos proximales3–5 o aquellos de la región anteromedial de la cabeza humeral2. La justificación para elegir la cementación de los dos tornillos en dirección anterior se basa en los resultados de un estudio previo en el que se evaluó la calidad del hueso a lo largo de los seis primeros tornillos de la placa Philos9. Según estos datos, los tornillos en las posiciones 4 y 5 para un espécimen de húmero proximal derecho, y las posiciones correspondientes 3 y 6 para un húmero proximal izquierdo, representan la región anteromedial de la cabeza humeral y se han identificado como aquellos con una densidad mineral ósea más baja.
Roderer et al.2, encontraron que la carga de rotura era mayor en aquellos especímenes con tornillos cementados dirigidos hacia la región anterior de la cabeza humeral, en comparación con aquellos con tornillos no cementados (291N vs, 211N, p=0,01). Los estudios de Unger et al.4 y Kathrein et al.3 sostienen estos resultados. A diferencia de ellos, Schliemann et al.5, realizaron un estudio biomecánico de seis pares de húmeros con una fractura simulada en tres partes, fijada con placa de fibra de carbono reforzadas con polieteretercetona (PEEK) y cementación de los tornillos anteriores y no observaron diferencias estadísticamente significativas en la rigidez (453N/mm vs. 461N/mm, p=0,594) o en la carga de rotura (706N vs. 669N, p=0,646) entre los especímenes con tornillos cementados y los no cementados. Esto puede deberse a que la edad media de los húmeros de este estudio era de 54 años, a diferencia de los estudios previos en los que la edad media era 70-78 años2–4. Lo que sí se observó en este estudio fue que en los húmeros con tornillos cementados existía menor movilidad en la interfaz hueso-implante cuando se sometían a una fuerza en varo. Esto quiere decir que, aunque la cementación de los tornillos contribuye a mejorar la estabilidad del implante, el beneficio es mayor en pacientes con hueso osteoporótico que en pacientes jóvenes con buena calidad ósea.
Por otro lado, resulta llamativo que la carga de rotura observada en nuestro estudio (1.844N) es mucho mayor que la obtenida en estudios previos con o sin la utilización de tornillos cementados2–4. En nuestra opinión, esto se debe principalmente a la colocación de un mayor número de tornillos en la cabeza humeral y especialmente los tornillos del calcar, ya que en los estudios biomecánicos previos con esta técnica solo se colocaban los cuatro tornillos más proximales. Se ha demostrado previamente que la colocación de un tornillo de bloqueo oblicuo dentro del cuadrante inferomedial del fragmento proximal de la cabeza humeral (tornillo del calcar) es importante para prevenir el fracaso de la fijación10,11. Por otro lado, el número de tornillos cementados en nuestro estudio es mayor que en estudios previos. Varga et al.12, en un estudio de elementos finitos, analizaron 64 configuraciones distintas de tornillos cementados para fijar una FHP en tres partes y observaron que tanto el número como la configuración de tornillos cementados influyen en gran medida en la estabilidad del implante, siendo esta mayor cuanto mayor es el número de tornillos cementados. A diferencia de los estudios biomecánicos previos, Varga et al.12 observaron que los mayores beneficios se lograron con la cementación de los tornillos del calcar y aquellos dirigidos hacia la región posterior, mientras que la densidad mineral ósea no parecía influir en los resultados, aunque en este último estudio no se incluye la cementación del tornillo central en la hilera D. Nosotros no hemos observado diferencias estadísticamente significativas entre las dos configuraciones de tornillos cementados, pero creemos que los tornillos del calcar deben intentar colocarse siempre, aunque no se cementen, porque contribuyen de manera importante a la estabilidad de la fractura.
Este estudio tiene varias limitaciones. Por un lado, se trata de un número reducido de especímenes, por lo que su poder estadístico podría no ser suficiente. Además, los datos obtenidos de un solo modelo de osteotomía pueden no aplicarse a patrones complejos de fracturas multifragmentarias. Finalmente, los datos obtenidos de un estudio en cadáver no tienen en cuenta la consolidación progresiva de la fractura que se produce in vivo.
ConlcusionesPodemos concluir que, en fracturas simuladas de húmero proximal, las configuraciones utilizadas de tornillos cementados no influyen en la estabilidad del implante cuando se aplica una carga cíclica de baja energía. La cementación de los tornillos de las hileras B y D proporciona una resistencia similar a la configuración de tornillos cementados propuesta previamente y podría evitar las complicaciones observadas en los estudios clínicos en relación con la fuga intraarticular de cemento o la necrosis parcial.
Nivel de evidenciaNivel de evidencia IV.
FinanciaciónNatalia Martínez Catalán ha recibido una beca de la Sociedad Española de Cirugía Ortopédica y Traumatología (SECOT) para la realización de este proyecto de investigación.
Conflicto de interesesAntonio M. Foruria, MD PhD, recibió una compensación económica por participar como ponente o presentador en actividades educativas organizadas por DePuy Syntes en España y otros países europeos, en las que se discutieron los implantes incluidos en este artículo.
Los otros autores, sus familias inmediatas y cualquier fundación de investigación a la que estén afiliados no han recibido pagos financieros u otros beneficios de ninguna entidad comercial relacionada con el tema de este artículo.
