Article de méthode

Effets biomécaniques de la décortication partielle sur des ancrages de suture toutes sutures et conventionnels dans différentes densités osseuses

DOI :

10.3791/68355

⸱

13 juin 2025

 ,  ,  ,  , 
1Sports Medicine Service, Beijing Jishuitan Hospital, Capital Medical University, 2Beijing Research Institute of Traumatology and Orthopaedics, 3State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics (LNM), Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences

* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ici, nous décrivons un protocole pour évaluer les effets biomécaniques de la décortication partielle sur les ancrages de suture intégrale (ASA) et les ancrages de suture conventionnels (AC) dans des os de scie de densités variables.

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bien que les essais biomécaniques aient montré une corrélation entre la décortication et la charge de défaillance des ancrages, les effets de la décortication partielle sur les propriétés biomécaniques des ancrages à toutes les sutures restent incertains. Notre objectif était d’évaluer les effets biomécaniques de la décortication partielle sur des ancrages toutes sutures et des ancrages de suture conventionnels dans des os de scie de densités variables. Les ancrages de suture ont été testés sur des os de scie non décortiqués, partiellement décortiqués et complètement décortiqués. Deux types d’ancrages toutes sutures et un type d’ancrage conventionnel ont été évalués. Deux types de mousse de polyuréthane biphasique ont été utilisés pour imiter l’os normal : densité de 0,32 g/cm3 (20 livres par pied cube, pcf 20) et os ostéoporotique : densité de 0,16 g/cm3 (10 livres par pied cube, pcf 10). Des charges cycliques ont été appliquées et le déplacement maximal a été enregistré. Après des essais de charge cyclique, les ancrages survivants ont été soumis à des essais de traction jusqu’à la rupture. Le nombre de cycles, le déplacement de pointe, les charges de défaillance ultimes et les modes de défaillance ont été déterminés.

Tout d’abord, le déplacement du pic a été significativement influencé par la densité osseuse et le type d’ancrage : les modèles osseux normaux présentaient un déplacement de pic plus faible que les modèles ostéoporotiques, et les ancrages conventionnels de type vis présentaient systématiquement un déplacement de pic réduit par rapport aux ancrages toutes sutures. En revanche, l’étendue de la décortication osseuse - qu’elle soit non décortiquée, partiellement décortiquée ou complètement décortiquée - n’a montré aucun effet significatif sur le déplacement du pic. Deuxièmement, dans les modèles osseux ostéoporotiques (10 livres par pied cube), aucune différence significative dans la charge de défaillance n’a été observée entre les groupes partiellement décortiqués et non décortiqués, mais les deux ont présenté des valeurs significativement plus élevées que le groupe complètement décortiqué.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les déchirures de la coiffe des rotateurs sont la cause la plus fréquente de douleur à l’épaule, et la réparation arthroscopique de la coiffe des rotateurs est la principale option de traitement en raison de ses résultats cliniques satisfaisants. Les ancres de suture jouent un rôle crucial dans cette procédure. Les progrès réalisés dans le domaine des ancrages de suture ont contribué à améliorer la stabilité de l’ancrage et à augmenter les taux de guérison 1,2,3. Les ancrages toutes sutures (ASA) sont un nouveau type d’ancrages qui se composent principalement de deux composants : le matériau de suture et la gaine 4,5. Lors de l’insertion dans l’os, les ancrages sont déployés en tendant le matériau de suture des ASA pour serrer la gaine en différentes formes, avec le manchon comprimé contre l’os cortical 3,6. Par rapport aux ancrages de suture conventionnels, les ASA permettent des tunnels osseux plus petits, ce qui permet d’augmenter les points de fixation et de réduire les perturbations osseuses 7,8. Par conséquent, ces points d’ancrage sont de plus en plus privilégiés dans la pratique chirurgicale.

La décortication de l’empreinte de la coiffe des rotateurs, une technique largement adoptée dans la réparation de la coiffe des rotateurs, facilite la cicatrisation des os du tendon en libérant le matériau endogène de la moelle osseuse9. La décortication est couramment effectuée pour améliorer la réponse de cicatrisation au site de réparation de l’ancrage de la suture tendineuse-osseuse. Introduite par McLaughlin et al.10 en 1944, cette technique consiste à créer un creux d’os saignant pour favoriser la cicatrisation lors de la réparation de la coiffe des rotateurs en induisant l’infiltration de cellules souches mésenchymateuses, qui contribuent à la microvascularisation osseuse à l’interfacetendineuse 9. La décortication partielle consiste à préserver l’os cortical entourant l’ancre de suture, la largeur de la région de préservation correspondant au diamètre de l’ancre. L’os cortical restant est retiré pour terminer la procédure de décortication. Cette méthode vise à maintenir un os cortical suffisant pour la stabilité de l’ancrage tout en facilitant les avantages de la décortication.

Notamment, contrairement aux AC, les AAS dépendent considérablement de l’os cortical pour la fixation 3,6. Cette dépendance pose un défi, car la décortication peut diminuer la résistance à l’arrachement des ASA11,12. Cela nécessite que les effets de la décortication soient équilibrés lors de la réparation de la coiffe des rotateurs, ce qui est potentiellement traité par une décortication partielle. Les ASA sont conçus avec des mécanismes d’ancrage forcés qui nécessitent un placement sûr sous une surface corticale intacte, et il y a toujours eu une préoccupation concernant les effets de la décortication sur les propriétés biomécaniques des ASA 11,12,13,14. Ruder et coll.11 ont évalué les effets sur le déplacement après charge cyclique et sur la charge de défaillance des ASA et ont constaté que la décortication diminuait significativement la charge de défaillance sans affecter significativement le déplacement moyen. De même, une étude biomécanique récente menée par Natlos et al.12 a mesuré quantitativement l’épaisseur corticale à l’aide de la micro-tomographie dans un modèle d’épaule cadavérique humain. Leurs résultats ont démontré une forte corrélation entre la résistance à l’arrachement des ASA et l’épaisseur corticale adjacente (P < 0,05).

Les essais biomécaniques ont montré une corrélation entre la décortication et la charge de rupture de l’ancrage, mais les implications de la décortication partielle sur les propriétés biomécaniques des ASA restent incertaines en raison de la littérature limitée11,12. Par conséquent, cette étude visait à évaluer les effets de la décortication partielle sur les propriétés biomécaniques des ASA et des AC et à comparer les propriétés mécaniques des ASA et des CA.

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Protocole

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Cette étude a utilisé des modèles d’os synthétiques. Aucun sujet humain ou animal n’était impliqué, et l’approbation éthique n’était pas requise.

1. Préparation de l’ancre de suture

REMARQUE : Stockez les ancrages dans des conditions sèches à température ambiante jusqu’à utilisation. Les identificateurs commerciaux sont fournis dans la table des matières.

  1. Préparez trois types d’ancrages.
    1. Sélectionnez l’ancre toutes sutures 1 (ASA1 = UHT). Pour suivre ce protocole, assurez-vous que ASA1 se compose d’un tube plat en polyéthylène à très haut poids moléculaire (UHMWPE) tressé avec la suture UHMWPE, avec un diamètre de foret de prédilatation de 2,8 mm qui s’étend à 4,5 mm.
      REMARQUE : Sa caractéristique structurelle est une construction cylindrique pliable formant une sphère sous-corticale lors de la tension.
  2. Sélectionnez l’ancre toutes sutures 2 (ASA2 = nœud en Y). Pour suivre ce protocole, assurez-vous que les concistes ASA2 d’un tube plat en polyéthylène à très haut poids moléculaire (UHMWPE) tressé avec la suture UHMWPE, avec un diamètre de foret de prédilatation de 2,8 mm qui s’étend à 5,0 mm.
    REMARQUE : Sa caractéristique structurelle est une construction cylindrique pliable formant une sphère sous-corticale lors de la tension.
  3. Sélectionnez l’ancrage à vis conventionnel (CA = Biocorkscrew). Pour suivre ce protocole, assurez-vous que l’AC est en polyétheréthercétone (PEEK) avec une vis de 4,5 mm de diamètre extérieur.
    REMARQUE : Sa caractéristique structurelle est la conception entièrement filetée.

2. Préparation du modèle osseux

  1. Sélection du modèle d’os
    1. Utiliser de l’os synthétique en raison de ses propriétés biomécaniques comparables à celles de l’os cadavérique.
  2. Composition du matériau
    1. Utilisez deux types de mousse de polyuréthane biphasique : os normal : densité de 0,32 g/cm3 (20 livres par pied cube, pcf 20) et os ostéoporotique : densité de 0,16 g/cm3 (10 livres par pied cube, pcf 10)15,16.
      REMARQUE : Le processus de fabrication préapplique le revêtement époxy de 3 mm d’épaisseur, chargé de fibres courtes, sur une seule surface des blocs de mousse de polyuréthane en tant que composant intégral du matériau fabriqué commercialement. La face revêtue simule l’os cortical, tandis que la mousse de polyuréthane poreuse non revêtue simule l’os spongieux 8,16,17.
  3. Attribution aléatoire de groupes
    REMARQUE : Voir l’étape 2.4 pour la procédure de décortication.
    1. Randomisez les blocs osseux en trois groupes de décortication à l’aide d’une séquence générée par ordinateur :
      1. Pour le groupe ND (No Decortication), n’effectuez aucune décortication.
      2. Pour le groupe (Partial Decortication), effectuez la décortication à 2,5 mm du point d’insertion de l’ancrage de suture.
      3. Pour le groupe CD (Décortication Complète), effectuez une décortication complète du modèle osseux.
        REMARQUE : Le décalage de 2,5 mm correspond au rayon d’ancrage de toutes les sutures, assurant la décortication en dehors de sa zone d’expansion sans interférence de déploiement.
  4. Procédure de décortication (Figure 1) :
    1. Montez une meule ronde de 5,5 mm sur un outil de meulage assisté par ordinateur (voir la table des matériaux).
    2. Ouvrez le logiciel de commande de l’outil de rectification à trois axes (voir le tableau des matériaux)
    3. Appuyez sur le bouton de réinitialisation d’urgence jusqu’à ce que le voyant cesse de clignoter.
    4. Cliquez sur Charger le code G et sélectionnez le fichier d’usinage préconfiguré.
    5. Appuyez sur la touche TAB pour activer le mode de contrôle manuel.
    6. Utilisez les touches fléchées pour déplacer la tête d’outil à la position de départ.
    7. Appuyez à nouveau sur TAB pour quitter le mode manuel.
    8. Cliquez sur le bouton Zéro pour réinitialiser tous les axes (X, Y, Z, A) à 0,000 mm.
    9. Cliquez sur Démarrage du cycle pour lancer le polissage de la surface de l’os.
      REMARQUE : L’utilisation de l’outil de meulage assisté par ordinateur nécessite une manipulation soigneuse pour éviter les blessures. Un équipement de protection approprié, y compris des lunettes de sécurité et des gants, doit être porté en tout temps. Assurez-vous que le bouton d’arrêt d’urgence reste accessible pendant le fonctionnement.

3. Pose de l’implant

  1. Insérez tous les ancrages en suivant les spécifications du fabricant : insérez les ASA perpendiculairement à la surface du bloc osseux et les AC à un angle de 45°.
  2. Créez des avant-trous à l’aide d’un guide de perçage.
  3. Positionnez les ancrages ASA perpendiculairement à la surface de l’os (voir le Tableau des matériaux pour plus de détails sur les ancrages de suture utilisés dans le protocole).
  4. Insérez les ancrages CA à un angle de 45° par rapport à la surface de l’os (voir le Tableau des matériaux pour plus de détails sur les ancrages de suture utilisés dans le protocole).
    REMARQUE : Déployez les ancrages ASA jusqu’à ce qu’une chute soudaine de la résistance se fasse sentir (indiquant la fin de l’expansion de l’ancre), confirmée par l’alignement visuel du marqueur laser sur l’inséreur avec la surface corticale. Éliminez les modèles présentant des anomalies d’insertion visibles.

4. Conditions d’essai

  1. Configuration des tests biomécaniques
    1. Effectuer des essais biomécaniques à l’aide d’une machine d’essai mécanique (Table des matériaux).
      1. Fixez les blocs d’os synthétique dans un gabarit spécialement conçu pour aligner les sutures d’ancrage avec le bras de l’actionneur (Figure 2).
      2. Orientez l’axe long du bloc osseux à 135° par rapport à l’actionneur de charge.
        REMARQUE : L’orientation à 135° simule les conditions de tension physiologique du tendon sus-épineux dans des scénarios post-réparation, comme établi dans des études biomécaniques antérieures 7,13.
  2. Fixation de la suture
    1. Fixez manuellement les brins de suture autour d’un crochet circulaire fixé à la machine de test.
    2. Faites un nœud de chirurgien et renforcez-le avec quatre demi-attelages alternés.
    3. Maintenez une distance de 100 mm entre l’ancre de suture et le crochet.
      REMARQUE : Reportez-vous à la Figure 2 pour un schéma de la configuration de test.
  3. Application de précharge
    1. Rampe vers 10 N à 1 N/s11.
    2. Maintenez la position pendant 5 s pour établir une ligne de base de déplacement nul.
  4. Charge cyclique
    1. Lancez le logiciel de la console d’essai mécanique (voir la table des matériaux).
    2. Accédez à l’onglet Configuration du test sur l’interface principale.
    3. Cliquez sur Nouveau projet dans la barre d’outils supérieure pour initialiser une séquence de test.
    4. Dans la bibliothèque de méthodes de test, recherchez et sélectionnez la méthode de test cyclique préconfigurée.
    5. Définissez la position de déplacement zéro lors de l’application de la précharge.
    6. Programmez le testeur mécanique pour appliquer une charge de 10 à 60 N à une fréquence de 1 Hz.
    7. Cliquez sur le bouton Démarrer (icône verte) dans le coin supérieur droit pour lancer le protocole de chargement cyclique.
    8. Exécutez 200 cycles consécutifs.
    9. Surveillez les courbes cycliques charge-déplacement en temps réel dans le panneau de sortie graphique de gauche.
    10. Exportez les données de temps de déplacement vers le logiciel d’acquisition connecté (format .xls).
  5. Essais de traction jusqu’à la défaillance
    1. Lancez le logiciel de la console d’essai mécanique (voir la table des matériaux).
    2. Accédez à l’onglet Configuration du test sur l’interface principale.
    3. Cliquez sur Nouveau projet dans la barre d’outils supérieure pour initialiser une séquence de test.
    4. Dans la bibliothèque de méthodes de test, recherchez et sélectionnez la méthode de test de défaillance d’ancrage préconfigurée.
    5. Réglez la vitesse de déplacement sur 33 mm/s.
    6. Cliquez sur le bouton Démarrer (icône verte, coin supérieur droit) pour lancer le protocole d’échec.
    7. Les données de charge de défaillance sont automatiquement enregistrées dans la feuille de calcul et peuvent être consultées directement. Exportez les données de chargement d’échec vers le logiciel d’acquisition connecté (format .xls).
    8. Classez les modes de défaillance comme suit :
      1. Type I : Retrait de l’ancre : déplacement de l’ancre par rapport à l’os en raison d’une force de fixation insuffisante ou d’une densité osseuse compromise, généralement observé dans les conditions ostéoporotiques.
      2. Type II : Découpe de suture : défaillance structurelle où la suture coupe l’œillet de l’ancrage ou les fractures de l’œillet, entraînant un déplacement de la suture ou une pénétration tissulaire.
      3. Type III : Rupture du brin de suture : rupture du matériau de suture causée par une tension excessive 8,18.

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Résultats

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Essais cycliques
Dans le groupe CD, une ancre UHT et trois ancres Y-Knot ont échoué lorsqu’elles ont été retirées des blocs de test pcf 10. Dans le groupe, une ancre Y-Knot a échoué lorsqu’elle a été retirée des blocs de test pcf 20. Dans le groupe ND, tous les ancrages ont survécu aux essais cycliques.

Les déplacements maximaux pendant l’essai cyclique sont indiqués dans le Tableau 1. Notamment, aucune différence significative dans le déplacement maximal n...

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Cette étude a analysé les effets de la décortication sur la performance biomécanique des ancrages de suture en examinant deux types d’AAS et un type d’AC dans des blocs osseux de densités variables. Le déplacement maximal a été influencé par la densité osseuse (plus faible dans les modèles en os normaux) et le type d’ancrage (plus faible dans les ancrages à vis conventionnels), tandis que l’étendue de la décortication n’a montré aucune influence significative. Dans les modèles ostéoporot...

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Déclarations de divulgation

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à déclarer.

Remerciements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Cette recherche a été financée par le Beijing Jishuitan Research Funding (QN202509).

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
BiocorkscrewArthrex, Naples, USAAR-1927bcf-45Ancre de suture conventionnelle à vis (CA)
Bluehill UniversalNorwood, MA, USAE10KNBL5086Logiciel de console de test mécanique
Commande numérique par ordinateur 2030 Machine de gravureJPX Technology Co., Shenzhen, ChineJD2030F400WOutil de meulage assisté par ordinateur
Instron, E10k,Norwood, MA, États-UnisE10KNBL5086Machine d’essai mécanique
Mach3MillArtSoft Corporation, Sarasota, FL, USAMach3 R3.043.066Logiciel de contrôle CNC 3 axes
Pcf 10Sawbone Pacific Research Laboratories, Vashon, WA, USA1522-319Modèle osseux ostéoporotique
Pcf 20Sawbone Pacific Research Laboratories, Vashon, WA, USA1522-315Modèle d’os normal
UHTStar, Pékin, ChineF19000001All-suture ancres 2 (ASA 1)
Y-Knot RCConMed, New York, USAYPRC02Ancres toutes sutures 1 (ASA 2)

Références

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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Bone DensityBiomechanical TestingAll Suture AnchorsConventional AnchorsPeak DisplacementFailure LoadCyclic LoadingOsteoporotic Bone
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