Az Országos Sportegészségügyi Intézet, Sportsebészeti Osztály 1 és a Budapesti Mûszaki Egyetem, Gépszerkezettan Tanszék 2 közleménye Az elülsõ keresztszalag rekonstrukciónál alkalmazott press fit rögzítés biomechanikai értékelése DR. HIDAS PÉTER 1, DR. PAVLIK ATTILA 1, DR. CZIGÁNY TIBOR 2, DR. BERKES ISTVÁN 1 Érkezett: 2001. szeptember 17. ÖSSZE OGLALÁS A szerzõk az elülsõ keresztszalag rekonstrukció klinikai gyakorlatában hosszabb idõ óta végzett femoralis press fit rögzítési technika biomechanikai sajátosságait vizsgálták. Vizsgálatukhoz összesen 10 friss, fagyasztott kadáver 20 distalis femur részét, patelláját és patella inát használták. A mérésekhez preparátumonként 3, így összesen 60 csontpatella ín graftot készítettek elõ. A femurba különbözõ szögállásokban (0, 15, 30, 45, 60 fokban) 9 mm-es furatokat készítettek, majd a standard módon trapéz alakúra kiképzett csontblokkokat (melyeknek alapját minden esetben 10 mm-re, a felsõ átmérõjét 9 mm-re, a magasságát 20 mm-re képezték ki) a furatokba impaktálták. Ezt követõen komputer által vezérelt szakítószilárdság-mérõvel határozták meg a csontblokkok primer stabilitását. 0, 15, 30 és 45 fokos szögállásoknál minden esetben a csontblokk furatból történõ kicsúszása következett be elérni. 60 fokos helyzetben a patella ín szakadása, illetve a csontblokk kitörése történt gyakrabban. A méréseket a graft posztoperatív szakítószilárdságával hasonlították össze, mely a posztoperatív 4. héten alig éri el a 200 N-t. A csontblokk primer stabilitása még 0 fokos szakító szilárdsági próba esetén is jóval meghaladta ezt az értéket. Az ebben a szögállásban mért kiszakító szilárdság 261-343 N közötti értéket ért el, az átlagos erõ 312 N volt. A szerzõk méréseik alapján megállapítják, hogy az elülsõ keresztszalag rekonstrukciót követõen a lánc leggyengébb része nem a graft femoralis rögzítése. Méréseiket irodalmi adatokkal is összehasonlítják, és leszögezik, hogy a femoralis press fit rögzítési technika kielégítõ biomechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. Kulcsszavak Elülsõ keresztszalag iziopatológia; Ínszalagok Transzplantáció; Térdízület Mûtéti kezelés; Biomechanika; Anyagvizsgálat; Rögzítéstechnika; Szakítószilárdság; P. Hidas, A. Pavlik, T. Czigány, I. Berkes: Biomechanical evaluation of press-fit fixation in the cases of ACL reconstruction The authors evaluated the biomechanical properties of femoral press-fit fixation in the cases of ACL reconstruction, having been performed for long time in the clinical practice. 20 distal femoral parts, patella and patellar ligaments were used from 10 fresh frozen cadavers. 3 bone-patella tendon specimens were prepared from each sample, altogether 60 bone-patella tendon grafts were prepared for the experiment. Different angled 9 mm drill holes were performed in the distal femur (0,15, 30, 45, 60 degrees) and trapezoid bone blocks were impacted into the holes (10x9x20mm). The primary stability of the bone blocks were evaluated with computer assisted equipment. In the cases of 0, 15, 30, and 45 degrees the bone blocks were just left the drill hole, but in the case of 60 degree the rupture of patella tendon and the breakage of bone block occurred more frequently. These results were compared to the results of tearing force of graft postoperatively, which was just 200N 4 weeks postoperatively. Primary stability of the bone block was much stronger even in 0 degrees drill hole. The tearing force in this angled drill hole was between 261 and 343 N, average 312 N. Authors concluded, that the femoral fixation is not the weakest point of ACL reconstruction. Their data is compared to literary data, concluded to the satisfactory biomechanical properties of femoral press-fit fixation. Key words: Anterior cruciate ligament Physiopathology; Tendons Transplantation; Ligaments, articular Surgery; Knee joint Surgery; Biomechanics; Materials testing; Tensile strength; Suture techniques; Weight-bearing; 126 Magyar Traumatológia, Ortopédia, Kézsebészet, Plasztikai Sebészet 2002. 45. 2.
BEVEZETÉS Az eredményes elülsõ keresztszalag rekonstrukció eredményét számos tényezõ befolyásolja. Ezek közül talán az egyik legfontosabb, a graft rögzítése. Az utóbbi idõben talán leginkább elterjedt rögzítési mód az interferencia csavaros technika, melynek hatékonyságát számtalan tanulmány bizonyította. (4, 7, 8, 9, 10, 11, 12). Ennek a módszernek azonban több hátránya ismert. A csavar becsavarásakor gyakran károsítja a szalag állományát, és ezzel csökkenti a graft szakítószilárdságát, behelyezésekor a csavar és a csontblokk között létrejövõ divergencia jelentõsen csökkentheti a csontblokk rögzítését. Az ízületbe helyezett idegen anyag krónikus synovitis elindítója lehet. Revíziós beavatkozások esetén a csavar akadályozhatja az újabb mûtétet, kivétele idõnként nagyobb kihívás a sebész részére, mint behelyezése (2, 5). Mindezeket figyelembe véve a press fit-rögzítés az interferenciacsavaros rögzítésnek jó alternatíváját jelenti. A femoralis press fit rögzítést Hertel írta le 1990-ben (6). Ennek a rögzítési technikának mechanikai sajátságairól kevés adat áll rendelkezésünkre, így alkalmazása során óhatatlanul óvatosabb rehabilitációt alkalmaztunk. A közlemény célja a press fit rögzítési technika biomechanikai sajátosságainak bemutatása. Pontosan ismerteti a csontblokkot kiszakító erõket különbözõ térdhajlítási helyzetekben. Meghatározza az optimális furat és csontblokk méretet a megfelelõ szakítószilárdság elérésére, valamint, hogy az eddig a klinikai gyakorlatban alkalmazott technika ezen adatok függvényében befolyásolja-e és, ha igen, milyen mértékben a korai posztoperatív rehabilitációt. ANYAG ÉS MÓDSZER A szakítószilárdsági mérések során 10 kadáver 20 friss fagyasztott térdét használtunk fel. A kadáverek átlagéletkora 47 (28-59) év volt. Így összesen 20 distalis femur, valamint a patella a patella ínnal állt rendelkezésünkre. Patella ínanként 3 graftot készítettünk el. A csontblokkokat a mûtétnél is alkalmazott standard módon, pontos mérést követõen oscillációs fûrésszel alakítottuk ki. Ezt követõen a csontblokkot standard módon trapéz alakúra formáltuk. A trapéz magassága, vagyis a csontblokk hossza minden esetben 20 mm volt, tetejét 9, alapját 10 mm szélesre képeztük ki. A csontblokk keresztmetszetét négyszög alakúra képeztük ki. A kísérletek során elõkompressziót nem alkalmaztunk. Az elõkészítés során a kadaverbõl származó distalis femur részek intercondylaris terét a lágyrészektõl megtisztítottuk, majd a femur hossztengelyével párhuzamosan, valamint ahhoz képest 15, 30, 45, és 60 fokban 9 mm-s furatokat képeztünk ki. A csontblokkokat a press fit technikánál alkalmazott módon a femurba impaktáltuk (1. ábra). A méréseket a Mûszaki Egyetem Gépszerkezettani Tanszékén Zwick 020 komputervezérelt szakítószilárdság-mérõvel végeztük (2. ábra). A femurok diaphysisén haránt irányban furatot készítettünk, melyen átvezetett acél stift segítségével rögzítettük. A patella ínat két fémlap között kompresszióval rögzítettük (3. ábra). A mérést 200 mm/sec állandó sebességgel, 2 N-os elõfeszítést követõen végeztük, amíg a csontblokk a femurból kiszakadt (4. ábra). A szakítószilárdság-mérõ a kapott adatokat diagrammon rögzítette (5. ábra). Az általunk mért adatokat a korábbi adatokkal összevetve értékeltük. Magyar Traumatológia, Ortopédia, Kézsebészet, Plasztikai Sebészet 2002. 45. 2. 127
1. ábra. A mérésre standard módon elõkészített preparátum 2. ábra. ZWICK 020 komputer vezérelte szakítószilárdság-mérõ 3. ábra. A femurt harántfuratban elhelyezett stiftekkel, az ínat két fémlap közé szorítva rögzítettük. 4. ábra. A kiszakított csontblokk. EREDMÉNYEK Összesen 54 impaktált csontblokk mérését végeztük el. A fennmaradó 6 esetet az elõkészítés során bekövetkezett csontblokk törés, furatirány, vagy csontblokk méret pontatlanság miatt a mérésekbõl kizártuk. Így az összesen 54 mérés számszerû eloszlását, illetve a sikeres és a sikertelen mérések számát az I. táblázat szemlélteti. 60 fokos helyzetben a sikertelen mérések száma jóval meghaladta a sikeres mérésekét, így ezt munkánkban nem értékeltük. A sikertelen mérések oka ebben a 5. ábra: A komputer vezérelte szakítószilárdságmérõ által készített diagram. 128 Magyar Traumatológia, Ortopédia, Kézsebészet, Plasztikai Sebészet 2002. 45. 2.
szögtartományban 3 esetben a vizsgálat közben észlelt csontblokk kitörése, két esetben pedig a szalagnak a csontblokkról való leszakadása volt. 60 foknál a további két esetben, 30 foknál további 2 esetben, valamint 15 és 45 foknál 1-1 esetben a kiszakító szilárdság nem érte el a 200 N-t. 100 és 180 N között intraligamentaris szakadás lépett fel, mely feltételezésünk szerint a preparálás közben okozott iatrogén ligamentaris károsodás következménye volt. I. táblázat: A különbözõ csontblokk-ín szögállásban végzett sikeres és sikertelen mérések aránya, valamint a mért szakítószilárdsági adatok Csontblokk-ín húzásiránya (fok) 0 15 30 45 60 Sikeres mérések száma (db) 12 10 9 9 3 Sikertelen mérések száma (db) 0 1 2 1 7 Szakítószilárdság (Range) (N) 261-343 320-371 416-510 507-554 = Szakítószilárdság (Átlag) (N) 312 353 485 534 = MEGBESZÉLÉS Az elülsõ keresztszalag-rekonstrukció sikerének talán egyik legfontosabb kritériuma a graft primer stabilitása egy, a térdízület stabilitását nem veszélyeztetõ akcelerált posztoperatív rehabilitáció érdekében. Ehhez szorosan hozzátartozik a graft rögzítése (8, 13). Ez nemcsak a transzplantátum erõsségétõl, hanem a rögzítéstõl is függ. Több szerzõ a csontblokk rögzítését tartja az elülsõ keresztszalag pótlásának leggyengébb pontjának (1, 7, 9). Összehasonlításként a II. táblázatban szemléltetünk szakítószilárdsági adatokat a különbözõ intakt struktúrák, illetve a graft posztoperatív szakítószilárdságával kapcsolatban. A graft szakítószilárdsága a posztoperatív 4. héten 200 N körüli érték, és a posztoperatív 12. héten sem haladja meg a 350 N-t. A press fit rögzítési technikát elõször publikáló szerzõ, Hertel (6) véleménye szerint az interferenciacsavar nélküli rögzítés feltétele és egyben alapja is a femoralis csatorna megfelelõ hajlított helyzetben történõ elhelyezése, mely transtibialis mûtéti technika esetén 90 fok. Ennek következtében a térdízület nyújtott véghelyzetében a graft és a csontblokk között szintén 90 fokos szög keletkezik, melynek következtében a csontblokkra gyakorolt kiszakító erõ axialis komponense a lehetõ legkisebbre csökken. Ettõl eltérõ szögállásokban az axiális komponens 0 fokos helyzetig, azaz a térd 90 fokos flexiós helyzetéig fokozatosan nõ. Ily módon a legkisebb erõ a csontblokk kiszakításához 0 fokos, a legnagyobb pedig 90 fokos csontblokk-ín szögnél keletkezik. Ezt a teóriát szakítószilárdsági méréseinkkel támasztottuk alá, melyek során a 0 fokos helyzetben mért legkisebb érték 261 N, a mért átlagérték pedig 312 N volt. A legnagyobb értéket, 554 N-t 45 fokos helyzetben mértük. Amennyiben az ín és a csontblokk által bezárt szög ennél nagyobb volt, a csontblokkot a furatból kiszakítanunk nem sikerült. Látható, hogy még a legkisebb mért érték 0 fokos helyzetben is legalább 30%-kal meghaladja a graft 4. heti szakítószilárdságát. A fenti adatokkal minden kétséget kizáróan alá tudtuk támasztani, hogy a femoralis press fit rögzítési technika nem a lánc leggyengébb pontja. Mivel azonban még akcelerált posztoperatív rehabilitáció során sem éri axiális irányú húzás a csontblokkot, a press fit rögzítés nem akadálya a interferencia-csavaros rögzítési módszernél is alkalmazott rehabilitációs protokoll végrehajtásának. Magyar Traumatológia, Ortopédia, Kézsebészet, Plasztikai Sebészet 2002. 45. 2. 129
Az interferenciacsavaros rögzítéssel összehasonlítva különbözõ szerzõk más-más adatokat vonultatnak fel. Míg Bryan (4) 400 N körüli értékrõl számol be, addig Matthews (12) 1000 N fölötti értékeket mért disznótérdeken végzett kísérletei során. Hulstyn (7) szintén disznótérdeken végzett biomechanikai kísérletei során úgy találta, hogy a rögzítés leggyengébb pontja a tibialis részen található, a femoralis rögzítés pedig jóval nagyobb stabilitást biztosít. Boszotta (3) hasonló, kadaveren végzett mérései során 0, 15 és 30 fokos szögtartományban nem végzett méréseket. Kísérletei során 8,3 mm-s csontblokkokat ékelt be 8 mm-s femoralis furatokba, hasonlóan az általa végzett mûtéti technikához. Az általa kapott mérési eredményeket a III. táblázat szemlélteti. Saját méréseinket 60 fok feletti szögtartományokban nem tudtuk értékelni, mivel a csontblokk kitörése, illetve a szalag csontblokkról való leszakadása korábban következett be, mint a csontblokk kiszakítása. Ez megegyezett Boszotta (3) tapasztalataival, aki a 60 fok feletti szögtartományban szintén a csontblokk kitörését, illetve az ín csontblokkról való leszakadásáról számolt be. 45 fokos szögtartományban összehasonlítva saját méréseink átlagértéke mintegy 40%-kal haladta meg a Boszotta által mért átlagértéket. A mérési különbségek oka feltehetõen a különbözõ méretû furatban és csontblokkban keresendõ. Összehasonlításként a III. táblázatban feltüntettük saját és Boszotta mérési eredményei közötti különbséget. A különbség oka feltételezésünk szerint az, hogy míg a Boszottaáltal beékelt csontblokk és furat között mindössze 0,3 mm-s különbség van, addig saját méréseinknél, megegyezõen az általunk a klinikai gyakorlatban már hosszabb idõ óta komplikációmentesen végzett mûtéti technikával a különbség 1 mm. Ez feltételezhetõen nagyobb kompressziót jelent a csontblokk számára. Mindezeket összefoglalva méréseink alapján megállapíthatjuk, hogy a femoralis press fit rögzítési technika elülsõ keresztszalag pótlás esetén kielégítõ biomechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, megfelelõ primer stabilitást biztosít. Elõnyei az interferenciacsavar és az ehhez a módszerhez kapcsolódó összes komplikációs lehetõség elkerülése, mint például a graft károsítása a csavar becsavarásakor, a csavar hibás behelyezése. Reoperációk esetén a csavar eltávolítása, valamint a helyén keletkezõ csontdefektus feltöltése ismert technikai problémákat okozhat. Mindezek a korrekten elvégzett femoralis press fit rögzítéssel elkerülhetõk. A módszer klinikai alkalmazását elkezdtük, korai eredményeink értékelése folyamatban van. II. táblázat: Intakt képletek, illetve a graft posztoperatív szakítószilárdságának összehasonlító adatai Intakt LCA Intakt PT Interferencia csavaros rögzítés Graft Graft posztop. 4. hét posztop. 12. hét 1700 N 1600 N 400 N 200 N 350 N III. táblázat: Boszotta által mért, valamint saját szakítószilárdsági adatok összehasonlítása Csontblokk-ín húzásiránya (fok) 15 30 45 60 75 90 Boszotta (1997) (N) = = 382 661 702 674 Saját mérések 312 353 534 = = = 130 Magyar Traumatológia, Ortopédia, Kézsebészet, Plasztikai Sebészet 2002. 45. 2.
IRODALOM 1. Amis, A. A.: The strength of artificial ligament anchorages: a comparison experimental study. J. Bone Joint Surg. 1988. 70-B: 397-403. 2. Bach Jr, B. R.: Potential pitfalls of Kurosaka screw interference fixation for ACL surgery. Am. J. Knee Surg. 1989. 2: 76-82. 3. Boszotta H.: Arthroskopische femorale Press-fit- ixation des Lig.-patellae-Transplantats beim Ersatz des vorderen Kreuzbands. Arthroskopie, 1997. 10: 126-132. 4. Bryan J. M., Bach Jr, B. R., Bush-Joseph C. A. et al.: Comparison of inside-out and outside-in interference screw fixation for anterior cruciate ligament surgery in a bovine knee. Arthroscopy, 1996. 12: 76-81. 5. Dworsky B. D., Jewell. B., Bach Jr, B. R.: Interference screw divergence in emdoscopic anterior cruciate ligament reconstruction. Arthroscopy, 1996. 12: 45-49. 6. Hertel P.: A new technique for ACL replacement. ourth Congress of the ESKA Stockholm, Sweden. 1990. 7. Hulstyn M., adale P. D., Abate J. et al.: Biomechanical evaluation of interference screw fixation in a bovine patellar bone-tendon-bone autograft complex for anterior cruciate ligament reconstruction. Arthroscopy, 1993. 9: 417-424. 8. Kohn, D., Rose, C.: Primary stability of interference screw fixation influence of screw diameter and insertion torque. Am. J. Sports Med. 1994. 22: 334-338. 9. Kurosaka, M., Yoshiya S., Andrish, J. T.: A biomechanical comparison of different surgical techniques of graft fixation in anterior cruciate ligament reconstruction. Am. J. Sports Med. 1987. 15: 225-229. 10. Lemos, M. J., Albert, J., Simon, T. et al.: Radiographic analysis of femoral interference screw placement during ACL reconstruction: endoscopic versus open technique. Arthroscopy, 1993. 9:154-158. 11. Lemos, M. J., Jackson, D. W., Lee, T. Q. et al.: Assessment of initial fixation of endoscopic interference srews with divergent and paralell placement. Arthroscopy, 1995. 11: 37-41. 12. Matthews, L. S., Lawrence, S. J., Yahiro, M. A. et al.: ixation strength of patellar tendon-bone grafts. Arthroscopy, 1993. 9: 76-81. 13. Shelbourne, K. D., Nitz, P.: Accelerated rehabilitation after anterior cruciate ligament reconstruction. Am. J. Sports Med. 1990. 18: 292-299. Dr. Hidas Péter Országos Sportegészségügyi Intézet, Sportsebészeti Osztály 1123 Budapest, Alkotás u. 48. Magyar Traumatológia, Ortopédia, Kézsebészet, Plasztikai Sebészet 2002. 45. 2. 131