Surgical Treatment of Non-septic Non-unions of the Humeral Shaft. A Biomechanical Study

Purpose

To compare the firmess and stress distribution patterns in the implants of two experimental models: a humerus with shaft pseudoarthrosis stabilized with a plate, and a humerus with shaft nonunions stabilized with a locking nail.

Materials and methods

The two fixation devices are attached to cadaver humerus bones; geometries are created with the CATIA 4.2 design software (IBM, Armonk, USA). Subsequently, these geometries were modelled with the MSC PATRAN^® computer processor (IBM, Armonk, USA). Finally, the mechanical properties of the materials were established as well as the contour properties and the loads the models were subjected to.

Results

The nailed model was firmer that the plated model as regards compression, traction and torsion. Nonetheless, as far as A/P and lateral-medial flexion and lateral-medial shear stresses were concerned, the plated model was firmer than the nailed model. Stress distribution was more heterogeneous in the nail than in the plate, the latter being the implant type supporting the highest stress levels in all the loading phases studied.

Conclusions

For some stress levels, the nail proved to be more stable than the plate, although for other stress levels the opposite was the case. In any case, the nail provides a better stress distribution than the plate.

Objetivos

Comparar la rigidez y la distribución de tensiones en los implantes de dos modelos experimentales: un húmero con pseudoartrosis diafisaria estabilizado con placa y un húmero con pseudoartrosis diafisaria estabilizado con clavo encerrojado.

Material y método

Con un húmero de cadáver y los dos dispositivos de fijación se crearon las geometrías con el programa de diseño CATIA v4.2^® (IBM, Armonk, USA). Posteriormente estas geometrías se modelaron con el preprocesador informático MSC-PATRAN^® (IBM, Armonk, USA). Finalmente se establecieron las propiedades mecánicas de los materiales, las condiciones de contorno y las cargas a las que fueron sometidos los modelos.

Resultados

El modelo con clavo fue más rígido que el modelo con placa a compresión, tracción y torsión, sin embargo, el modelo con placa fue más rígido que el modelo con clavo en flexión anteroposterior, lateromedial y cizallamiento lateromedial. La distribución de tensiones ha sido más heterogénea en el clavo que en la placa, siendo esta última el implante que soporta los mayores valores tensionales en todos los estados de carga estudiados.

Conclusiones

La rigidez del modelo experimental depende no solo del implante sino del estado de carga aplicado, siendo superior el clavo en unas condiciones de carga y la placa en otras. El clavo sin embargo, absorbe menos tensión que la placa en todos los estados de carga estudiados.