A Semmelweis Egyetem Általános Orvosi Kar, Ortopédiai Klinika 1,és a Dr. Bugyi István Kórház, Szentes, Ortopéd Traumatológiai Osztály 2, közleménye A bokaízület mozgásterjedelmének változása lábszárhosszabbítás során, állatkísérletes modellen * DR. KISS SÁNDOR 1, DR. DOMOS GYULA 1, DR. BERKI SÁNDOR 2, DR. TEREBESSY TAMÁS 1, DR. SZŐKE GYÖRGY 1 Érkezett: 2009. február 5. ÖSSZEFOGLALÁS A szerzők állatkísérletes modellen vizsgálták a végtaghosszabbítás ízületi mozgásra gyakorolt hatását. A nyúl tibián végzett elongatio során fiatal állatok 0,8 mm/nap, 20%-os hosszabbításakor a bokaízület mozgásainak beszűkülését nem észlelték. Hasonló korú állatok 1,6 mm/nap nyújtás során 79%-ra csökkent mozgástartományt mutattak, míg 0,8 mm/nap, 30%-os hosszabbításra szintén enyhe (88%) romlással reagáltak. A kifejlett állatok hosszabbítása során a normál (0,8 mm/nap, 20%) hosszabbítási ráta is szignifikánsan eltérő jelentős romlást (76%-ra) eredményezett a fiatal állatokhoz viszonyítva. A felnőtt nyulak hosszabbítási rátájának kétszeresre emelésekor további nagyfokú (32%-ra csökkent), szignifikánsan eltérő mozgásveszteséget okozott a normál rátával összehasonlítva. Extrém mértékű (40%) és gyorsaságú (3,2 mm/nap) elongatio a fiatal állatoknál is a bokaízületi mozgások teljes beszűkülését, 90 fokos equinus contracturáját okozta. Kulcsszavak: Állatkísérlet; Bokaízület Műtéti kezelés; Izomkontraktúra Fiziológia; Mozgásterjedelem, ízületi; Osteogenesis, distractio Módszerek; Végtaghosszabbítás Módszerek; S. Kiss, Gy. Domos, S. Berki, T. Terebessy, Gy. Szőke: Change of range of motion of the malleolar joint during tibial distraction osteogenesis in animal model The authors investigated the range of motion (ROM) of the malleolar joint during distractional leg lengthening on animal model. Sixteen young and 12 mature rabbits underwent tibial lengthening. The distraction osteogenesis was performed with 0.8 mm/day, 1.6 mm/day and 3.2 mm/day in different groups. The extent of lengthening varied between 20 and 40 percent of the original tibial length. In the group of mature animals with 0.8 mm/day rate and 20 percent elongation the ROM decreased to 129 degree (76%), with 1.6 mm/day rate and 20 percent elongation the ROM decreased to 53 degree (31%). In the group of young animals with 0.8 mm/day rate and 20 percent lengthening the ROM did not changed, with 1.6 mm/day rate and 20 percent lengthening the ROM decreased to 139 degree (79%), with 0.8 mm/day rate and 30 percent lengthening the ROM decreased to 151 degree (88%). The distraction in the group of the young animals with 3.2 mm/day rate and 40 percent lengthening caused rigid equinus contracture in the malleolar joint. Key words: Animals; Ankle joint Surgery; Bone lengthening Physiology; Muscle Contraction Physiology; Osteogenesis, distraction Methods; Range of motion, articular; BEVEZETÉS Napjainkban egyre elterjedtebben alkalmazzák a végtaghosszabbítást a veleszületett és a szerzett végtaghossz-különbségek kezelésére. A distractiós osteogenesis módszerének számos eleme tisztázódott, a csontosodási folyamat biomechanikai és sejtszintű szabályozásának számos részlete már ismert az irodalomban. A hosszabbítás egyik leggyakoribb szövődményeként jelentkező ízületi contracturák okáról, megelőzéséről azonban még ma is keveset tudunk (3). Vízkelety Tibor Professzor Úr tiszteletére, 80. születésnapjára. Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2009. 52. 2. 159
Jelenlegi vizsgálatunk célja az volt, hogy megismerjük a különböző gyorsaságú és nagyságú végtaghosszabbítás hatását a környező ízületek mozgásterjedelmének változására. Befolyásolja-e a contractura kialakulását az állat életkora? Kísérletünk alapjául a nyúl lábszárhosszabbításának bokaízületre gyakorolt hatását választottuk. ANYAG ÉS MÓDSZER Tizenhat fiatal és 12 kifejlett nyulat válogattunk a különböző kísérletes csoportokba (I. táblázat). A nyulak tibiáját külső fixateur (ITEC mini disztraktor MC SCD 002; ITEC, Magyarország) segítségével hosszabbítottuk, a csoporttól függően, különböző distractiós ráta mellett. Az elongatio kontrolljaként szolgáló csoport egyedein (n=3) az osteotomia és a fixateur beszerelése után hosszabbítás nem történt ( sham ). Valamennyi experimentális csoportba sorsolt állat bal hátsó végtagját hosszabbítottuk, míg a jobb hátsó végtag kontrollként szolgált. Az állatok leölésére közvetlenül a hosszabbítási eljárás befejezése után került sor. Az állatokat érintő valamennyi beavatkozást az erre vonatkozó rendelkezések betartásával, az Etikai Bizottság engedélyének birtokában végeztük. A sebészi beavatkozást egy már korábban általunk is kipróbált és bevált protokoll alapján végeztük (6, 7, 10). Általános anesztéziában (iv. ketamin hydroclorid és diazepam, quantum satis;), a bal hátsó végtag leborotválása és steril izolálása után a bőrt és periosteumot incindáltuk. A tibia hosszanti tengelye mentén, a lágyrészek gondos védelme mellet 1,8 mm előfúrás után négy csavart helyeztünk el, majd rögzítettük a hosszabbító készüléket. A haránt osteotomiát a tibiofibularis junctiótól néhány milliméterre distal felé végeztük el. Hét nap várakozás után a kísérletes csoportokban megkezdtük a csontvégek távolítását. Ennek mértéke, annak függvényében, hogy az állatot melyik csoportba sorsoltuk, 0,8 mm/nap, 1,6 mm/nap illetve 3,2 mm/nap volt. A hosszabbítás teljes mértéke a tibia eredeti hosszának 20%, 30%, illetve 40%-a volt (I. táblázat). I. táblázat A kísérleti állatok megoszlása kor, hosszabbítási ráta és arány alapján. Csoport Állat kora Hosszabbítási ráta mm/nap Hosszabbítás nagysága % G1 kifejlett 0,8 20 G2 kifejlett 1,6 20 G3 fiatal 0,8 20 G4 fiatal 1,6 20 G5 fiatal 0,8 30 G6 fiatal 3,2 40 A bokaízület mozgásának méréséhez ízületi szögmérőt készítettünk, melynek lapos lemezét a nyúl talpához illesztettük, míg a készülék másik szárát alkotó vékony fém rudat a tibiára helyeztük rá. A szögértékeket a talpi lemezhez erősített szögmérőről olvastuk le. A méréséket mindig ugyanaz a vizsgáló végezte az interobserver hibák kiküszöbölésére. A mérések 5 fok pontossággal voltak ismételhetők. Egy ízületen 4 6 mérés történt, melyek átlagát tekintettük eredménynek. Valamennyi mérést közvetlenül a leölést követően végeztük. Kontrollként a nem hosszabbított oldal bokaízület teljes extenziós+flexiós mozgásterjedelmét tekintettük, melynek értéke átlagosan 170 volt (80 +90, a teljes extensiótól a teljes flexióig). 160 Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2009. 52. 2.
A csoportok közötti szignifikáns különbségek kimutatására a Mann Whitney féle U-tesztet (független minták), míg az experimentális és a kontroll oldal összehasonlításakor Wilcoxon párosított tesztjét alkalmaztuk. Mindkét teszt nem-parametrikus, tehát nem feltételezik az adatok eloszlásának normalitását (gaussi voltát). EREDMÉNYEK A kontroll ( sham ) csoportban az osteotomia a rögzítés hatására meggyógyult, a bokaízület mérésekor a normál ízületi mozgástartományt találtuk. A G3 fiatal állatcsoport kivételével az összes hosszabbítás során a bokaízület mozgástartományának beszűkülését észleltük a kontroll oldalhoz viszonyítva. A kifejlett állatoknál 0,8 mm/nap, 20% hosszabbításnál (G1) az átlagos mozgástartomány 129 -ra (az eredeti érték 76%-ára) csökkent (25 180, SE: 22,9). A G2 csoportban (1,6 mm/nap, 20%) a mozgások szignifikáns mértékben tovább csökkentek a G1 csoporthoz viszonyítva: 53 ra (az eredeti érték 31%-ára) (60 145, SE: 23,3). A fiatal állatok 0,8 mm/nap, 20% rátával hosszabbítva (G3) a mérések során nem mutattak eltérést a kontroll oldalhoz viszonyítva. A napi 1,6 mm-es elongatio azonban ugyanezen korban (G4) mérsékelt fokú mozgásbeszűkülést okozott, amely elsősorban az extenziós tartományt érintette: 135 (az eredeti érték 79%-ára) (35 180, SE: 8,2). Hasonló fiatal állatok 0,8 mm/nap hosszabbítása 30%-kal (G5) a mozgástartomány enyhe csökkenését hozta: 151 (az eredeti érték 88%-ára). A fiatal állatok 3,2 mm/nap, 40%-os hosszabbítása (G6) egyöntetűen teljes mértékű equinus contractura kialakulását okozta, rövidesen az eljárás megkezdése után (1. ábra). 1. ábra A hosszabbítást követően megváltozott mozgástartomány az egyes csoportok átlaga alapján, a standard hiba feltüntetésével. MEGBESZÉLÉS Kyberd és munkatársai 0,7 és 4 mm/nap közötti hosszabbítási rátával végeztek kifejlett nyulakon 20%-os lábszárhosszabbítást, amely során 1,3 mm/nap rátáig a bokaízület mozgásainak fokozatos csökkenését, efölötti hosszabbítási arány esetén viszont az ízületi mozgások teljes elvesztését észlelték (4). Shilt és munkatársai 1,05 mm/nap rátával, 20%-kal hosszabbítottak nyúl tibiát növekedésben lévő állaton, egyik csoportban folyamatosan (automatizálva), míg a másikban hagyományos módon, napi három részre osztva. A bokaízületi mozgások átlag 12 -kal csökkentek az első, 36 -kal a második csoportban a kiindulási értékhez képest (5). Saját anyagunkban a fiatal állatok 0,8 mm/nap, 20%-os (G3 csoport) hosszabbításakor a bokaízület funkciójának teljes fennmaradását találtuk, amely szignifikánsan jobb eredményt (p<0,01) mutatott a kifejlett állatokon (G1 csoport) végzett hasonló eljárás után mért értékekkel, ahol a mozgások 76%-ra csökkentek. A funkcionális eredmény ugyancsak szignifikánsan jobb volt (p<0,001) a növekedésben lévő nyulakon 1,6 mm/nap, 20% (G4 csoport) elongatiónál, szemben a felnőtt állatok (G2 csoport) ugyanezen hosszabbításakor. Statisztikailag nem talál- Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2009. 52. 2. 161
tunk különbséget a mozgásbeszűkülés mértékében fiatal állatoknál a G4 csoport (1,6 mm/nap, 20%), és a G6 csoport (0,8 mm/nap, 30%) között (p=0,0556). Megfigyeléseink azt mutatják, hogy a mozgástartomány csökkenése elsősorban extenziós mozgásveszteséget okoz. Fiatal állatoknál a flexiós mozgások nem károsodtak (kivéve az extrém hosszabbításon átesett csoportot), míg kifejlett állatoknál a hosszabbítási ráta növelésével a flexiós mozgások is csökkentek (2 5. ábrák). 2. ábra A nyúl bokaízület vázlatos anatómiája, és átlagos normál mozgástartománya. 3. a ábra A G1 csoport mozgástartománya jelentős extenziós deficitet mutat. 3. b ábra A G2 csoportban a kétszeres rátával végzett hosszabbítás hatására az extenziós mozgás csaknem teljesen elveszett, és a flexió is jelentősen csökkent. 4. a ábra A fiatal állatok alap ütemezésű hosszabbítása a mozgástartományban nem okoz veszteséget. 4. b ábra A napi hosszabbítási ráta megduplázása hasonló mozgásveszteséget okoz, mint a kifejlett állatok normál rátájú hosszabbítása. 5. ábra Fiatal állatok nagyobb mértékű hosszabbítása enyhe extenziós mozgásbeszűkülést eredményezett. Az általunk végzett kísérletsorozat is megerősíti a korábbi közlemények azon megfigyeléseit, hogy a hosszabbítási ráta növelése nagyobb ízületi mozgásbeszűkülést eredményez, extrém fokú hosszabbítás (>3mm/nap) irreverzibilis mozgásveszteséget eredményez. Az irodalomban eddig nem közöltek olyan kísérleti eredményeket, amely során különböző korcsoportú állatoknál végzett hosszabbítás eredményeit hasonlították össze. Saját méréseink alapján kijelenthetjük, hogy a fiatal állatoknál végzett ditractiós osteogenesis kisebb ízületi mozgásbeszűküléssel jár, mint ugyanolyan feltételekkel végrehajtott nyújtás a kifejlett egyedeknél. De Deyne megfigyelései szerint a fiatal állatoknál végzett 1,4 mm/nap, vagy kisebb rátájú hosszabbítás során az új sarcomerek képződésén keresztül hosszabb és funkcionálisan intakt izom alakul ki. Ugyanakkor felnőtt állatoknál ez a sarcomer szaporodás elmarad, ehelyett 162 Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2009. 52. 2.
kötőszövet felszaporodás, fibrosis jelentkezik, amely magyarázza a mozgásbeszűkülést (1). Korábbi közleménye alapján a kötőszövet felszaporodás elsősorban a perimysiumot érinti, és mennyisége arányosan növekszik a hosszabbítási ráta emelésekor (2). KÖVETKEZTETÉSEK Az általunk elvégzett kísérletsorozat alapján azt mondhatjuk, hogy a hosszabbítási ráta emelésével az ízületi mozgásbeszűkülés veszélye exponenciálisan nő. A fiatal állatoknál azonban mérsékelt hosszabbítási rátával ez a fajta súlyos szövődmény elkerülhető. IRODALOM 1. De Deyne P. G.: Lengthening of muscle during distraction osteogenesis. Clin. Orthop. Relat. Res. 2002. 403. Suppl.: S171-S177. 2. De Deyne P. G., Meyer R., Paley D., Herzenberg J. E.: The adaptation of perimuscular connective tissue during distraction osteogenesis. Clin. Orthop. Relat. Res. 2000. 379: 259-269. 3. Faber F. W. M., Keessen W, van Roermund P. M.: Complications of leg lengthening. Acta Orthop. Scand. 1991. 62: 327-332. 4. Kyberd P. J., Williams P. E., Simpson A. H. W. R., Goldspink G., Kenwright J.: The response of mammalian muscle to distraction a study in the rabbit. Proc. Instn. Mech. Engrs. 1994. 208: 111-118. 5. Shilt J. S., Deeney V. F., Quinn C. O.: The effect of increased distraction frequency on soft tissues during limb lengthening in animal model. J. Pediatr. Orthop. 2000. 20: 146-150. Dr. Kiss Sándor Semmelweis Egyetem Ortopédiai Klinika 1113 Budapest, Karolina út 27. Tel.: 06 (1) 466 8328 Fax: 06 (1) 466 7714 E-mail: kisssan@freemail.hu Magyar Traumatológia Ortopédia Kézsebészet Plasztikai Sebészet 2009. 52. 2. 163