Articolo metodologico

Effetti biomeccanici della decorticazione parziale su ancore per sutura all-sutura e convenzionali in diverse densità ossee

DOI:

10.3791/68355

⸱

13 giugno 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

In questo articolo

Sommario

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

Qui, descriviamo un protocollo per valutare gli effetti biomeccanici della decorticazione parziale su ancore per tutte le suture (ASA) e ancore per sutura convenzionali (CA) in segaossa di varie densità.

Abstract

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

Mentre i test biomeccanici hanno dimostrato una correlazione tra decorticazione e carico di rottura dell'ancorante, gli effetti della decorticazione parziale sulle proprietà biomeccaniche degli ancoraggi per tutte le suture rimangono poco chiari. Abbiamo mirato a valutare gli effetti biomeccanici della decorticazione parziale su ancore per tutte le suture e ancore per sutura convenzionali in Sawbones di varie densità. Le ancore di sutura sono state testate in seghe non decorticate, parzialmente decortizzate e completamente decorticate. Sono stati valutati due tipi di ancore per tutte le suture e un tipo di ancore convenzionali. Due tipi di schiuma poliuretanica bifasica sono stati utilizzati per imitare l'osso normale: 0,32 g/cm3 di densità (20 libbre per piede cubo, pcf 20) e osso osteoporotico: 0,16 g/cm3 di densità (10 libbre per piede cubo, pcf 10). Sono stati applicati carichi ciclici ed è stato registrato il picco di spostamento. Dopo i test di carico ciclico, gli ancoraggi sopravvissuti sono stati sottoposti a test di pull-to-failure. Sono stati determinati il numero di cicli, lo spostamento di picco, i carichi di rottura finali e le modalità di guasto.

In primo luogo, lo spostamento del picco è stato influenzato in modo significativo dalla densità ossea e dal tipo di ancoraggio: i modelli ossei normali hanno mostrato uno spostamento del picco inferiore rispetto ai modelli osteoporotici e le ancore a vite convenzionali hanno costantemente dimostrato uno spostamento del picco ridotto rispetto alle ancore per tutte le suture. Al contrario, l'entità della decorticazione ossea - sia essa non decorticata, parzialmente decorticata o completamente decorticata - non ha mostrato alcun effetto significativo sullo spostamento di picco. In secondo luogo, nei modelli ossei osteoporotici (10 libbre per piede cubo), non è stata osservata alcuna differenza significativa nel carico di rottura tra i gruppi parzialmente e non decorticati, ma entrambi hanno mostrato valori significativamente più elevati rispetto al gruppo completamente decorticato.

Introduzione

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

Le lacerazioni della cuffia dei rotatori sono la causa più comune di dolore alla spalla e la riparazione artroscopica della cuffia dei rotatori è l'opzione di trattamento principale grazie ai suoi risultati clinici soddisfacenti. Le ancore di sutura svolgono un ruolo cruciale in questa procedura. I progressi nelle ancore di sutura hanno contribuito a migliorare la stabilità dell'ancoraggio e i tassi di guarigione 1,2,3. Le ancore per tutte le suture (ASA) sono un tipo più recente di ancore che sono costituite principalmente da due componenti: il materiale di sutura e la guaina 4,5. Dopo l'inserimento nell'osso, le ancore vengono dispiegate tensionando il materiale di sutura degli ASA per stringere la guaina in varie forme, con il manicotto compresso contro l'osso corticale 3,6. Rispetto alle ancore di sutura convenzionali (CA), le ASA consentono tunnel ossei più piccoli, consentendo un aumento dei punti di fissazione e una minore rottura ossea 7,8. Di conseguenza, queste ancore sono sempre più favorite nella pratica chirurgica.

La decorticazione dell'impronta della cuffia dei rotatori, una tecnica ampiamente adottata nella riparazione della cuffia dei rotatori, facilita la guarigione del tendine-osso liberando il materiale endogeno del midollo osseo9. La decorticazione viene comunemente eseguita per migliorare la risposta di guarigione nel sito di riparazione dell'ancora della sutura tendinea-osso. Introdotta da McLaughlin et al.10 nel 1944, questa tecnica prevede la creazione di una depressione ossea sanguinante per promuovere la guarigione durante la riparazione della cuffia dei rotatori inducendo l'infiltrazione di cellule staminali mesenchimali, che contribuiscono alla microvascolarizzazione ossea all'interfaccia tendinea9. La decorticazione parziale comporta la conservazione dell'osso corticale che circonda l'ancora di sutura, con la larghezza della regione di conservazione che corrisponde al diametro dell'ancora. L'osso corticale rimanente viene rimosso per completare la procedura di decorticazione. Questo metodo mira a mantenere un osso corticale sufficiente per la stabilità dell'ancoraggio, facilitando al contempo i benefici della decorticazione.

In particolare, a differenza dei CA, gli ASA si basano in modo significativo sull'osso corticale per la fissazione 3,6. Questa dipendenza rappresenta una sfida, poiché la decorticazione può diminuire la forza di estrazione degli ASA11,12. Ciò richiede che gli effetti della decorticazione siano bilanciati durante la riparazione della cuffia dei rotatori, che è potenzialmente affrontata dalla decorticazione parziale. Gli ASA sono progettati con meccanismi di ancoraggio forzati che richiedono un posizionamento sicuro sotto una superficie corticale intatta e c'è sempre stata una preoccupazione per quanto riguarda gli effetti della decorticazione sulle proprietà biomeccaniche degli ASA 11,12,13,14. Ruder et al.11 hanno valutato gli effetti sullo spostamento dopo il carico ciclico e sul carico di rottura degli ASA e hanno scoperto che la decorticazione diminuiva significativamente il carico di rottura senza influenzare significativamente lo spostamento medio. Allo stesso modo, un recente studio biomeccanico di Natlos et al.12 ha misurato quantitativamente lo spessore corticale utilizzando la micro-tomografia computerizzata in un modello di spalla umana cadaverica. I loro risultati hanno dimostrato una forte correlazione tra la forza di estrazione degli ASA e lo spessore corticale adiacente (P < 0,05).

I test biomeccanici hanno mostrato una correlazione tra decorticazione e carico di rottura dell'ancorante, ma le implicazioni della decorticazione parziale sulle proprietà biomeccaniche degli ASA rimangono poco chiare a causa della limitata letteratura11,12. Pertanto, questo studio mirava a valutare gli effetti della decorticazione parziale sulle proprietà biomeccaniche sia degli ASA che dei CA e confrontare le proprietà meccaniche di ASA e CA.

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Protocollo

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Questo studio ha utilizzato modelli ossei sintetici. Non erano coinvolti soggetti umani o animali e non era richiesta l'approvazione etica.

1. Preparazione dell'ancora di sutura

NOTA: Conservare gli ancoraggi in condizioni asciutte e a temperatura ambiente fino all'uso. Gli identificatori commerciali sono forniti nella Tabella dei materiali.

  1. Prepara tre tipi di ancoraggio.
    1. Selezionare l'ancora per tutte le suture 1 (ASA1 = UHT). Per seguire questo protocollo, assicurarsi che ASA1 sia costituito da un tubo piatto intrecciato in polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE) filettato con la sutura UHMWPE, con un diametro della fresa di predilatazione di 2,8 mm che si espande fino a 4,5 mm.
      NOTA: La sua caratteristica strutturale è un costrutto cilindrico pieghevole che forma una sfera sottocorticale al momento del tensionamento.
  2. Selezionare l'ancora per tutte le suture 2 (ASA2 = nodo a Y). Per seguire questo protocollo, assicurarsi che ASA2 contenga un tubo piatto in polietilene ad altissimo peso molecolare intrecciato (UHMWPE) filettato con la sutura UHMWPE, con un diametro della fresa di predilatazione di 2,8 mm che si espande fino a 5,0 mm.
    NOTA: La sua caratteristica strutturale è un costrutto cilindrico pieghevole che forma una sfera sottocorticale al momento del tensionamento.
  3. Selezionare l'ancoraggio a vite convenzionale (CA = Biocorkscrew). Per seguire questo protocollo, assicurarsi che il CA sia realizzato in polietereterchetone (PEEK) con una vite di diametro esterno di 4,5 mm.
    NOTA: La sua caratteristica strutturale è il design completamente filettato.

2. Preparazione del modello osseo

  1. Selezione del modello osseo
    1. Utilizzare l'osso sintetico grazie alle sue proprietà biomeccaniche paragonabili a quelle dell'osso da cadavere.
  2. Composizione del materiale
    1. Utilizzare due tipi di schiuma poliuretanica bifasica: osso normale: densità 0,32 g/cm3 (20 libbre per piede cubo, pcf 20) e osso osteoporotico: densità 0,16 g/cm3 (10 libbre per piede cubo, pcf 10)15,16.
      NOTA: Il processo di produzione preapplica il rivestimento epossidico riempito con fibre corte di 3 mm di spessore su una sola superficie dei blocchi di schiuma poliuretanica come componente integrante del materiale prodotto commercialmente. Il lato rivestito simula l'osso corticale, mentre la schiuma poliuretanica porosa non rivestita simula l'osso spongioso 8,16,17.
  3. Assegnazione casuale di gruppo
    NOTA: Vedere il passaggio 2.4 per la procedura di decorticazione.
    1. Randomizza i blocchi ossei in tre gruppi di decorticazione utilizzando una sequenza generata al computer:
      1. Per il gruppo ND (No Decortication), non eseguire alcuna decorticazione.
      2. Per il gruppo PD (Decorticazione parziale), eseguire la decorticazione a 2,5 mm dal punto di inserimento della sutura.
      3. Per il gruppo CD (Decorticazione Completa), eseguire la decorticazione completa del modello osseo.
        NOTA: L'offset di 2,5 mm corrisponde al raggio dell'ancora per tutte le suture, garantendo la decorticazione al di fuori della sua zona di espansione senza interferenze di dispiegamento.
  4. Procedura di decorticazione (Figura 1):
    1. Montare una fresa rotonda da 5.5 mm su un utensile di rettifica assistito da computer (vedere la tabella dei materiali).
    2. Aprire il software di controllo dell'utensile di rettifica a tre assi (vedere la tabella dei materiali)
    3. Premere il pulsante di ripristino di emergenza finché la spia non smette di lampeggiare.
    4. Fare clic su Carica codice G e selezionare il file di lavorazione preconfigurato.
    5. Premere il tasto TAB per attivare la modalità di controllo manuale.
    6. Utilizzare i tasti freccia per spostare la testa dell'utensile nella posizione iniziale.
    7. Premere nuovamente TAB per uscire dalla modalità manuale.
    8. Fare clic sul pulsante Zero per reimpostare tutti gli assi (X, Y, Z, A) a 0,000 mm.
    9. Fare clic su Inizio ciclo per avviare la lucidatura della superficie ossea.
      NOTA: L'uso dell'utensile di rettifica assistito da computer richiede un'attenta manipolazione per evitare lesioni. Indossare sempre dispositivi di protezione adeguati, inclusi occhiali e guanti di sicurezza. Assicurarsi che il pulsante di arresto di emergenza rimanga accessibile durante il funzionamento.

3. Posizionamento dell'impianto

  1. Inserire tutti gli ancoraggi seguendo le specifiche del produttore: inserire gli ASA perpendicolarmente alla superficie del blocco osseo e i CA con un angolo di 45°.
  2. Creare fori pilota utilizzando una guida di perforazione.
  3. Posizionare le ancore ASA perpendicolarmente alla superficie ossea (vedere la Tabella dei materiali per i dettagli sulle ancore di sutura utilizzate nel protocollo).
  4. Inserire le ancore CA con un angolo di 45° rispetto alla superficie ossea (vedere la Tabella dei materiali per i dettagli sulle ancore di sutura utilizzate nel protocollo).
    NOTA: Aprire gli ancoraggi ASA fino a quando non si avverte un improvviso calo della resistenza (che indica il completamento dell'espansione dell'ancora), confermato dall'allineamento visivo del marcatore laser sull'inseritore con la superficie corticale. Scartare i modelli con anomalie di inserzione visibili.

4. Condizioni di prova

  1. Configurazione dei test biomeccanici
    1. Condurre test biomeccanici utilizzando una macchina per test meccanici (Tabella dei materiali).
      1. Fissare i blocchi di osso sintetico in una maschera appositamente costruita per allineare le suture di ancoraggio con il braccio dell'attuatore (Figura 2).
      2. Orientare l'asse lungo del blocco osseo a 135° rispetto all'attuatore di carico.
        NOTA: L'orientamento di 135° simula le condizioni fisiologiche di tensione del tendine sovraspinato in scenari post-riparazione, come stabilito in precedenti studi biomeccanici 7,13.
  2. Attacco per sutura
    1. Fissare manualmente i fili di sutura attorno a un gancio circolare collegato alla macchina di prova.
    2. Fai un nodo da chirurgo e rinforzalo con quattro mezzi nodi alternati.
    3. Mantenere una distanza di 100 mm tra l'ancora di sutura e il gancio.
      NOTA: Fare riferimento alla Figura 2 per uno schema della configurazione di test.
  3. Precaricare l'applicazione
    1. Rampa a 10 N a 1 N/s11.
    2. Tenere premuto per 5 s per stabilire la linea di base di spostamento zero.
  4. Caricamento ciclico
    1. Avviare il software della console di test meccanico (vedere la Tabella dei materiali).
    2. Passare alla scheda Configurazione test nell'interfaccia principale.
    3. Fare clic su Nuovo progetto nella barra degli strumenti superiore per inizializzare una sequenza di test.
    4. All'interno della libreria dei metodi di test, individuare e selezionare il metodo di test ciclico preconfigurato.
    5. Definire la posizione di spostamento zero durante l'applicazione del precarico.
    6. Programmare il tester meccanico per applicare un carico di 10-60 N alla frequenza di 1 Hz.
    7. Fare clic sul pulsante Start (icona verde) nell'angolo in alto a destra per avviare il protocollo di caricamento ciclico.
    8. Esegui 200 cicli consecutivi.
    9. Monitora le curve cicliche di carico-spostamento in tempo reale nel pannello di output grafico a sinistra.
    10. Esportazione dei dati del tempo di spostamento nel software di acquisizione collegato (formato .xls).
  5. Test pull-to-failure
    1. Avviare il software della console di test meccanico (vedere la Tabella dei materiali).
    2. Passare alla scheda Configurazione test nell'interfaccia principale.
    3. Fare clic su Nuovo progetto nella barra degli strumenti superiore per inizializzare una sequenza di test.
    4. All'interno della libreria dei metodi di test, individuare e selezionare il metodo di test di errore di ancoraggio preconfigurato.
    5. Impostare la velocità di spostamento su 33 mm/s.
    6. Fare clic sul pulsante Start (icona verde, angolo in alto a destra) per avviare il protocollo di errore.
    7. I dati di carico di guasto vengono registrati automaticamente nel foglio di calcolo e possono essere visualizzati direttamente. Esportazione dei dati di guasto e tempo di caricamento nel software di acquisizione collegato (formato .xls).
    8. Classificare le modalità di errore come:
      1. Tipo I: Estrazione dell'ancora: spostamento dell'ancora dall'osso a causa di una forza di fissazione insufficiente o di una densità ossea compromessa, tipicamente osservata in condizioni osteoporotiche.
      2. Tipo II: Taglio della sutura: cedimento strutturale in cui la sutura taglia l'occhiello dell'ancora o le fratture dell'occhiello, portando allo spostamento della sutura o alla penetrazione dei tessuti.
      3. Tipo III: Rottura del filo di sutura: rottura del materiale di sutura causata da una tensione eccessiva 8,18.

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Risultati

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Test ciclici
Nel gruppo CD, un'ancora UHT e tre ancoraggi Y-Knot non sono riusciti ad essere estratti dai blocchi di prova pcf 10. Nel gruppo PD, un ancoraggio con nodo a Y si è guastato quando è stato estratto dai blocchi di prova pcf 20. Nel gruppo ND, tutte le ancore sono sopravvissute al test ciclico.

Gli spostamenti di picco durante la prova ciclica sono elencati nella Tabella 1. In particolare, non sono state osservate differenze significative nello s...

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Discussione

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Questo studio ha analizzato gli effetti della decorticazione sulle prestazioni biomeccaniche delle ancore di sutura esaminando due tipi di ASA e un tipo di CA in blocchi ossei di diversa densità. Lo spostamento di picco è stato influenzato dalla densità ossea (più bassa nei modelli ossei normali) e dal tipo di ancoraggio (più basso nelle ancore convenzionali a vite), mentre l'estensione della decorticazione non ha mostrato un'influenza significativa. Nei modelli osteoporotici, i carichi ...

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Dichiarazioni

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Gli autori non hanno conflitti di interesse da dichiarare.

Ringraziamenti

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Questa ricerca è stata supportata dal Beijing Jishuitan Research Funding (QN202509).

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
BiocorkscrewArthrex, Napoli, USAAR-1927bcf-45Ancora di sutura a vite convenzionale (CA)
Bluehill UniversalNorwood, MA, USAE10KNBL5086Software della console di test meccanica
Controllo numerico computerizzato 2030 Macchina per incidereJPX Technology Co., Shenzhen, CinaJD2030F400WStrumento di rettifica assistito da computer
Instron, E10k,Norwood, MA, USAE10KNBL5086Macchina per prove meccaniche 
Mach3MillArtSoft Corporation, Sarasota, FL, USAMach3 R3.043.066Software di controllo CNC a 3 assi
Pcf 10 SawbonePacific Research Laboratories, Vashon, WA, USA1522-319Modello osseo osteoporotico
Pcf 20 SawbonePacific Research Laboratories, Vashon, WA, USA1522-315Modello osseo normale
UHTStar, Pechino, CinaF19000001Sutura totale ancore 2 (ASA 1)
Y-Knot RCConMed, New York, USAYPRC02Ancore per tutte le suture 1 (ASA 2)

Riferimenti

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