rezumat tez Ă de doctoratdoctorate.ulbsibiu.ro/obj/documents/rez-rom-fleaca.pdf · genunchiului)...

Rezumatul Tezei

Transplantul Osteocondral Autolog în Tratamentul Leziunilor Cartilajului Articular

1

UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA” SIBIU FACULTATEA DE MEDICINĂ „VICTOR PAPILIAN” SIBIU

DOCTORAND Dr. FLEACĂ SORIN RADU

REZUMAT

TEZĂ DE DOCTORAT

TRANSPLANTUL OSTEOCONDRAL AUTOLOG

ÎN

TRATAMENTUL LEZIUNILOR CARTILAJULUI ARTICULAR

CONDUCĂTOR DE DOCTORAT Prof. Univ. Dr. BAIER IOAN

SIBIU

2009

Rezumatul Tezei


2

Cuprins 1 - Introducere 2 - NoŃiuni de anatomie a cartilajului articular 3 - Fiziologia şi fiziopatologia cartilajului articular 4 - Diagnosticul leziunilor cartilajului articular 5 - Clasificarea leziunilor cartilajului articular 6 - IncidenŃa şi PrevalenŃa leziunilor cartilajului articular 7 - Tratamentul leziunilor cartilajului articular 8 - Transplantul osteocondral autolog 9 - Analiza prin Metoda Elementului Finit a comportării la încărcare statică a femurului uman 10 - Instrumentar original pentru efectuarea transplantului osteocondral autolog 11 - Stand experimental pentru încercarea la compresiune a articulaŃiei genunchiului 12 - Studiu biomecanic asupra rezistenŃei la presiune a cilindrilor osteocondrali transplantaŃi la nivelul condilului femural de vită 13 - Concluzii finale. Principalele contribuŃii ale lucrării

REZUMAT

Cartilajul articular are un potenŃial limitat de reparare spontană. Atunci când se produce, repararea unei leziuni condrale este parŃială, iar Ńesutul de reparaŃie este un fibrocartilaj cu proprietăŃi mecanice mult inferioare cartilajului hialin. Lezarea mecanică a unei suprafeŃe articulare vă conduce la dezvoltarea prematură a artrozei. Tratarea acestei patologii prin endoprotezare prezintă mai multe dezavantaje, cu atât mai mult în cazul pacienŃilor tineri la care durată de viaŃă a unei proteze este mai scurtă decât la pacienŃii mai vârstnici. Din acest motiv în ultimii ani s-a pus tot mai mult problema regenerării şi reparării suprafeŃelor cartilaginoase, în acest sens dezvoltându-se mai multe tehnici chirururgicale. Dintre acestea, singura care realizează repararea cu cartilaj hialin este transplantul osteocondral autolog. Această tehnică constă în recoltarea a unuia sau mai multor cilindri osteocondrali dintr-o zonă donoare (de obicei o zonă neportantă a genunchiului) şi implantarea acestora la nivelul defectului condral. Această tehnică se realizează cu ajutorul unui instrumentar special. Avantajele tehnicii constau în posibilitatea efectuării într-un singur timp operator, posibilitatea efectuării chiar dacă există leziuni ale osului subcondral (osteocondrită, leziuni degenerative), costul redus, timp mai redus de recuperare comparativ cu implantul de condrocite autologe. Dezavantajele metodei constau în principal în efecte adverse legate de zona donoare şi de limitarea suprafeŃei care poate fi acoperită datorită limitării zonei de unde se pot recolta cilindri. Deşi tehnica chirurgicală este oarecum standardizată, comportarea cartilajului transplantat, a cilindrilor osteocondrali transplantaŃi şi nu în ultimul rând a femurului în sine prezintă încă numeroase necunoscute, ceea ce se conturează însă e faptul că toŃi aceşti factori influenŃează decisiv rezultatul biologic şi funcŃional al transplantului.

Rezumatul Tezei


3

Tema tezei de doctorat se înscrie în preocupările autorului şi este un subiect de actualitate datorită dezvoltării în ultimii ani a chirurgiei conservative, minim invazive şi în special a chirurgiri reparative şi reconstructive a cartilajului.

În formularea obiectivelor lucrării de faŃă au stat la bază concluziile desprinse din analiza şi sinteza stadiului actual al cercetărilor în domeniul chirurgiei cartilajului.

Obiectivele tezei de faŃă sunt evaluarea leziunilor cartilajului articular şi analiza teoretică şi experimentală a comportării la încărcare a cilindrilor osteocondrali transplantaŃi.

Teza de doctorat este structurată în treisprezece capitole în care sunt prezentate aspecte privind anatomia şi biomecanica cartilajului articular şi a articulaŃiei genunchiului, stadiul actual al fiziologiei şi fiziopatologiei cartilajului articular, stadiul actual al tratamentului leziunilor cartilajului articular, tehnica operatorie în transplantul osteocondral autolog, o evaluare a leziunilor cartilajului articular al genunchiului în cazuistica artroscopică a autorului, analiza teoretică prin metoda elementului finit a comportării la încărcare a unui femur la nivelul căruia a fost realizat un transplant osteocondral autolog, realizarea unui instrumentar original pentru efectuarea transplantului osteocondral, realizarea unui stand experimental, precum şi o serie de cercetări experimentale pentru determinarea caracteristicilor biomecanice ale femurului si cilindrilor osteocondrali transplantaŃi.

În finalul tezei sunt prezentate sintetic concluziile desprinse în fiecare etapă de elaborare a tezei de doctorat precum şi posibilele direcŃii de continuare a cercetărilor.

Capitolul 2 prezintă noŃiuni despre anatomia cartilajului articular. Prima parte a capitolului prezintă anatomia macroscopică şi microscopică a cartilajului articular. Este pus accentul pe anatomia structurală şi funcŃională a cartilajului, necesare pentru înŃelegerea proceselor de uzură şi repare ale acestuia. Sunt prezentate componentele cartilajului articular: condrocitele şi matricea extracelulară. In continuare sunt prezentate componentele matricei extracelulare, punându-se accent pe relaŃtiile funcŃionale dintre acestea. Următorul subcapitol prezintă anatomia structurală a cartilajului, cu zonele acestuia diferenŃiate prin componente şi proprietăŃi mecanice. Regiunile matricii sunt prezentate în subcapitolul următor. În continuare sunt prezentate noŃiuni de anatomie a genunchiului. Aceasta este una dintre cele mai mari articulaŃii a corpului omenesc şi prezintă o importanŃă deosebită şi datorită anumitor particularităŃi anatomice şi funcŃionale care grăbesc uzura mai precoce şi accentuată a cartilajului articular şi evoluŃia spre artroză. De asemenea, datorită solicitărilor mari la care este supus, a traumatismelor frecvente la acest nivel, genunchiul este sediul cel mai comun al leziunilor posttraumatice ale cartilajului articular. Datorită particularităŃilor anatomice genunchiul este folosit şi pentru prelevarea grefelor osteocondrale sau a recoltării de condrocite pentru culturi celulare necesare pentru realizarea transplantului de Ńesuturi în chirurgia cartilajului articular. Prezentarea suprafeŃelor articulare, a elementelor importante structurale ale capsulei articulare a fost făcută însoŃită de imagini ale unor piese de disecŃie realizate de autor. NoŃiuni despre anatomia cartilajului articular al genunchiului sunt prezentate în urmatorul subcapitol. Geometria suprafeŃelor osoase ale femurului distal diferă de cele cartilaginoase. Această diferenŃa trebuie luată în considerare atunci când se interpretează rezultate ale investigaŃiilor imagistice. Măsurători realizate la nivelul articulaŃiei femuropatelare în diferite grade de flexie au găsit diferenŃe semnificative între suprafeŃele cartilaginoase şi osoase ale trohleei femurale. Există o mare variabilitate în ceea ce priveşte grosimea maximă şi medie a cartilajului articular la

Rezumatul Tezei


4

nivelul genunchiului, atât între diferitele suprafeŃe articulare cât şi între diferiŃi indivizi. Ultimul subcapitol prezintă noşiuni de biomecanică a genunchiului. Capitolul 3 prezintă fiziologia şi fiziopatologia cartilajului articular, necesare pentru înŃelegerea mecanismelor care duc la menŃinerea funcŃiei cartilajului, a proceselor care determină degenerarea şi repararea Ńesutului condral. ProprietăŃile unice mecanice şi biologice ale cartilajului articular depind de structura Ńesutului şi de interacŃiunile dintre condrocite şi matricea cartilaginoasă. Condrocitele formează reŃeaua proteică ce asigură integritatea structurală a matricei şi prin aceasta a cartilajului. Colagenul de tip II, IX şi XI formează o reŃea care conferă forma, rigiditatea şi rezistenŃa la solicitare mecanică a cartilajului. Agrecanii (molecule mari de proteoglicani agregate) contribuie la rezistenŃa Ńesutului şi la asigurarea integrităŃii structurale a acestuia alături de moleculele mici de proteoglicani (decorina, biglicani, etc.) prin legarea proteinelor matricei, ajutând la stabilizarea acesteia. De asemenea, aceste molecule influenŃează la rândul lor activitatea condrocitelor şi prin legarea citokinelor.

łesutul cartilaginos este supus unei remodelări continue în cursul vieŃii datorită condrocitelor care înlocuiesc macromoleculele matriceale degradate. Turn-overul matricei depinde de abilitatea condrocitelor de a detecta alterări în compoziŃia macromoleculelor matriceale, a macromoleculelor degradate şi de a răspunde prin sintetizarea tipului şi cantităŃii adecvate de proteine. Matricea funcŃionează ca un transductor pentru condrocite. Încărcarea cartilajului datorită solicitărilor mecanice ale articulaŃiei crează stimuli mecanici, electrici şi chimici care influenŃează direct activitatea de sinteza a condrocitelor. Creşterea solicitării funcŃionale a articulaŃiei produce un răspuns din partea condrocitelor în sensul creşterii anabolismului care se manifestă prin remodelarea internă şi creşterea în volum a Ńesutului. O suprasolicitare de durată a articulaŃiei generează alterări în compoziŃia matricii cu o eventuală pierdere a integrităŃii structurale şi mecanice a acesteia. De asemenea, vârsta aduce alterări în activitatea metabolică a condrocitelor şi deci şi în compoziŃia matricii, determinarea unui răspuns inadecvat a Ńesutului la solicitare, ceea ce creşte posibilitatea degenerării cartilajului. Încărcarea mecanică a articulaŃiei este esenŃială pentru buna pentru păstrarea integrităŃii structurale şi funcŃionale a cartilajului articular. Studii experimentale au arătat că o scădere persistentă a încărcării mecanice a cartilajului articular sau o imobilizare prelungită a articulaŃiei scade concentraŃia de proteoglicani şi gradul agregării acestora, ceea ce duce la alterarea proprietăŃilor mecanice ale cartilajului. Pentru a menŃine integritatea funcŃională şi structurală a cartilajului articular este necesară o minimă încărcare şi mobilitate a articulaŃiei. Pe de altă parte, suprasolicitarea mecanică a articulaŃiei va determina un răspuns al condrocitelor prin creşterea activităŃii de sinteză proteică a acestora ceea ce va determina creşterea volumului matricii şi deci o expandare a volumului tisular. Este pe deplin acceptat faptul că nutriŃia condrocitelor este facilitată de compresia şi relaxarea cartilajului în timpul solicitărilor mecanice, în strânsă legătură cu mişcarea apei la nivelul Ńesutului, însă nutriŃia condrocitelor din starturile profunde (sub tidemark) pare a fi realizată şi din capilarele de la nivelul osului subcondral. Integritatea structurală şi funcŃională a cartilajului articular depinde de interdependenŃa dintre matrice şi condrocite. Condrocitele formează matricea extracelulară şi contribuie la integritatea structurală a acesteia, iar matricea la rândul ei protejează condrocitele în timpul solicitărilor mecanice la care este este supus cartilajul articular în cadrul mişcărilor articulaŃiilor. De asemenea, condrocitele

Rezumatul Tezei


5

sintetizează macromoleculele matricei. Condrocitele sunt legate de matricea extracelulară de molecule de suprafaŃă care se numesc integrine şi care reacŃionează la încărcare mecanică. De asemenea, condrocitele prezintă la suprafaŃă receptori pentru o mare varietate de factori de creştere şi citokine cu rol în reglarea metabolismului Ńesutului, secretă şi degradează componentele proteice ale matricei, fiind astfel responsabile de homeostazia Ńesutului. Matricea transmite solicitările mecanice dinspre suprafaŃa articulară spre condrocite, funcŃionând astfel ca un transductor pentru condrocite. Totodată, prin matrice sunt transportate şi stocate multiple molecule: nutrienŃi ai condrocitelor, proteine sintetizate, proteine matriceale degradate, citokine, factori de creştere, etc. CompoziŃia şi organizarea matricii precum şi tipul şi concentraŃia proteinelor structurale matriceale (în special proteoglicanii) influenŃează tipul diverselor molecule care o pot străbate, precum şi viteza de trecere a acestora. Degenerarea cartilajului articular cu pierderea structurii şi funcŃionalităŃii acestuia precum şi modificările articulaŃiei sinoviale care decurg din această generează durere şi pierderea funcŃiei normale a articulaŃiei. Durerea şi scăderea mobilităŃii articulare sunt printre cauzele cel mai frecvente de morbiditate a populaŃiei adulte şi vârstnice. Cel mai frecvent degenerarea cartilajului articular se manifestă ca osteoartroză, care poate fi primitivă (idiopatică), dar poate fi şi urmarea traumatismelor sau a bolilor reumatismale inflamatorii care distrug suprafaŃa articulară, generând osteoartroza secundară. ReacŃia de reparare şi regenerare după degradarea posttraumatică sau degenerarea cartilajului articular matur este minimă, Ńesutul cartilaginos neavând capacitatea de a repara prin restitutio ad integrum alterările structurale odată apărute. Aceste observaŃii au contribuit la interpretarea cartilajului articular ca fiind un Ńesut inert de rezistenŃă la presiune, similar cu polietilena şi metalul, şi că degenerarea cartilajului apărută odată cu vârsta este rezultatul încărcării mecanice a acestuia cu pierderea ireversibilă a integrităŃii structurale şi a proprietăŃilor mecanice ale acestuia. În consecinŃă, pentru a se preveni degradarea cartilajului nu se poate face aproape nimic în afară de a limita încărcarea mecanică a acestuia, şi deci, cel mai adecvat tratament pentru degradarea avansată a cartilajului este artroplastia cu înlocuire suprafeŃelor articulare degradate. Un alt punct de vedere faŃă de cel prezentat mai sus este acela că, Ńesutul cartilaginos nefiind inert, este capabil într-o oarecare măsură de reparare şi regenerare, astfel că încărcarea articulară nu va duce inevitabil la artroză, şi deci, există posibilitatea efectuării unui tratament care să restaureze cel puŃin parŃial şi în anumite cazuri integritatea cartilajului articular. Ultimul subcapitol prezintă câteva consideraŃii biologice în artroză. Procesul de îmbătrânire se asociază cu alterări ale metabolismului cartilajului articular care duc la degenerarea suprafeŃei articulare. Acest proces este probabil determinat genetic, însă este influenŃat de traumatisme şi alŃi factori care alterează integritatea structurală sau metabolică a cartilajului articular. Remarcabila rezistenŃă şi durabilitate într-un mediu solicitant mecanic a cartilajului articular reprezintă una dintre extraordinarele caracteristici ale acestuia. MenŃinerea integrităŃii structurale a suprafeŃei cartilajului se datorează unui fragil echilibru al metabolismului acestuia. Dacă acest echilibru se rupe în sensul accelerării catabolismului se produce o degradare a matricii care scade rezistenŃa Ńesutului la stresul mecanic şi se produce degradarea Ńesutului cartilaginos. Deşi ca reacŃie la această degenerare se produce un răspuns catabolic de regenerare a matricii, a componentei colagene şi proteoglicanice a acesteia, nu se mai restabileşte delicatul echilibru metabolic al Ńesutului.

Rezumatul Tezei


6

Capitolul 4 prezintă elemente de diagnosticare a leziunilor cartilajului articular. Primul subcapitol tratează diagnosticul clinic al leziunilor cartilajului.

Diagnosticul leziunilor cartilajului articular este dificil de efectuat şi deseori aceste leziuni rămân nediagnosticate de către chirurg. Diagnosticul este în principal unul de excludere, şi deseori se efectuează în cursul examinării artroscopice. Antecedentele personale patologice sunt de multe ori decisive pentru a suspiciona o leziune condrală: prezenŃa în istoric a unui traumatism, modificări ale axelor mecanice ale membrului, semne radiologice de artroză sau încercări precedente de reparare ale unor leziuni condrale documentate. Circa jumătate dintre pacienŃii cu leziuni ale cartilajului articular prezintă antecedente traumatice. PrezenŃa unei colecŃii articulare posttraumatice, instabilitate ligamentară, antecedente chirurgicale locale (de exemplu meniscectomie), deşi nespecifice, sunt sugestive pentru prezenŃa unei leziuni condrale. Cel mai frecvent simptom este durerea. Deoarece cartilajul articular nu are inervaŃie, durerea apare doar atunci când leziunea condrală atinge osul subcondral, există patologie asociată (instabilitate, leziuni meniscale) sau este prezent un răspuns inflamator (reacŃie sinovială) la un traumatism. De asemenea, pacienŃii pot prezenta cracmente articulare, blocaje determinate de un fragment condral desprins sau chiar să descrie prezenŃa unor formaŃiuni mobile, dure, puŃin dureroase (corp liber intraarticular). PrezenŃa unor episoade tranzitorii de hidrartroză sunt descrise de asemenea de pacienŃi, legate de o suprasolicitare a articulaŃiei. Simptomele legate de instabilitatea ligamentară, instabilitate patelară sau leziuni meniscale asociate. InvestigaŃiile complementare sunt prezentate în următorul subcapitol. Radiografia standard are un rol limitat în evaluarea leziunilor cartilajului articular. Cu toate acestea, radiografia este o examinare de rutină în patologia genunchiului, care poate aduce informaŃii utile pentru diagnosticarea leziunilor condrale şi a patologiei asociate cu acestea. Tomografia computerizată este o investigaŃie care aduce informaŃii utile despre starea cartilajului articular. Sensibilitatea examenului CT în decelarea leziunilor mici condrale este redusă. Este utilă în decelarea leziunilor osteocondrale din osteocondrita disecantă, în fracturile cu interesarea suprafeŃei articulare, precum şi în evaluarea articulaŃiei femuropatelare (displaziile trohleare) şi planningul preoperator în rupturile ligamentului femuropatelar medial. RezonanŃa Magnetică Nucleară este în prezent investigaŃia imagistică de elecŃie în diagnosticul şi evaluarea leziunilor condrale. SecvenŃele standard T1 fast-spin nu sunt sensibile în evaluarea leziunilor cartilajului articular, însă secvenŃele T2 fast-spin şi T1 densitate protonică cu supresie a grăsimii sunt atât specifice cât şi senzitive în decelarea leziunilor cartilajului articular. Cea mai mare specificitate este la nivelul cartilajului articulaŃiei femuropatelare datorită grosimii cartilajului. În imaginile T1 cu supresie a grăsimii cartilajul se evidenŃiază mai intens comparativ cu lichidul articular şi osul subcondral, iar imaginile T2 fast-spin permit şi diferenŃierea de structurile moi (meniscuri, ligamente). În ultimii ani s-au dezvoltat noi tehnici RMN care să crească acurateŃea diagnosticului leziunilor condrale, tehnici ce se bazează pe injectarea unor substanŃe de contrast ce modifică proprietăŃile magnetice ale diferitelor componente ale matricii cartilajului. Cea mai folosită tehnică este cea în care se foloseşte Gadolinium care permite măsurarea conŃinutului de glicozaminoglicani ai cartilajului: dGEMRIC. Examinarea artroscopică a genunchiului rămâne standardul de aur în diagnosticarea şi evaluarea leziunilor cartilajului articular. Examenul artroscopic permite evaluarea suprafeŃei cartilajului, a rezistenŃei la presiune, dar mai ales a mărimii şi profunzimii zonei leziunii condrale. RezistenŃa cartilajului la presiune se

Rezumatul Tezei


7

efectuează cu ajutorul exploratorului, şi se referă la forŃă cu care acesta este împins înapoi după ce presiune a încetat. PersistenŃa unei depresiuni condrale este semn de „înmuiere” a cartilajului. Artroscopic se evaluează şi culoarea cartilajului care normal este albă, lucioasă, cu uşoară tentă gălbuie. Cartilajul artrozic are o culoare gălbuie marcată, este mat. La examinarea artroscopică suprafaŃa cartilajului este netedă, lucioasă, o fără discontinuităŃi. Pierderea luciului, prezenŃa unor depresiuni, fisuri, fibrilaŃii, delaminări sunt semne de leziune. De asemenea, o zonă de îngroşare a cartilajului, depresibilă la examinarea cu exploratorul, este semnul unei leziuni profunde: „blister”. Pot fi observate depuneri pe suprafaŃa cartilajului: sânge care poate fi îndepărtat cu exploratorul în cazul unei hemartroze, cristale de oxalat de calciu în artropatia gutoasă la suprafaŃa sau în masa cartilajului. Modificări ale formei şi conturului suprafeŃelor articulare în fracturi, osteocondrită, precum şi prezenŃa de osteofite marginale în artroză pot fi observate în cursul examinării artroscopice a genunchiului. Evaluarea artroscopică a unei leziuni condrale include în primul rând localizarea acesteia. SuprafaŃa leziunii (aria) se exprimă în cm2 şi este măsurată cu ajutorul marcajelor de pe explorator. Adâncimea (profunzimea) leziunii se evaluează introducând şi apăsând exploratorul sistematic în diferite zone ale leziunii, făcându-se astfel diferenŃa între leziunile superficiale, cele care ajung în straturile profunde şi cele care ating osul subcondral. De asemenea, se evaluează forma marginilor: drepte, neregulate, teşite, dar mai ales se testează stabilitatea acestora pentru a se putea determina limita cartilajului articular normal perijacent leziunii. Capitolul 5 prezintă sisteme de clasificare a leziunilor cartilajului articular. Sunt trecute în revistă multiple clasificări ale leziunilor cartilajului articular. În prezent, este folosită frecvent clasificarea Outerbridge, care deşi a fost iniŃial un sistem de gradare a leziunilor condrale ale patelei, a fost extrapolată pentru a grada leziuni condrale şi în celelalte regiuni ale genunchiului. AcurateŃea faŃă de explorarea prin artrotomie este în jur de 70%, între 65% şi 85% faŃă de evaluarea RMN, cu o bună acurateŃe interobservatori.

Cea mai larg acceptată şi utilizată clasificare este inclusă în sistemul ICRS (International Cartilage Repair Society) de Evaluare Clinică a Leziunilor Cartilajului ce a fost dezvoltat de boardul societăŃii în timpul ICRS 2000 Standarde Workshop. Constă în două părŃi: partea pacientului şi partea chirurgului. Partea chirurgului cuprinde şi un Formular de Examinare a Genunchiului- IKDC 2000, precum şi Sistemul de mapping al Leziunilor Cartilajului Articular ICRS, Clasificarea Leziunilor Cartilajului Articular ICRS, Clasificarea Osteocondritis disecans ICRS şi Sistemul de Evaluare a Reparării Cartilajului ICRS. După apariŃie, acest sistem de clasificare s-a impus pentru evaluarea leziunilor cartilajului articular al genunchiului, reprezentând un sistem unitar, complex şi reproductibil de evaluare. Principalele acuze care i se aduc se referă la limitele date de Formularul IKDC şi timpul îndelungat necesar completării. În Anexa 1 este prezentat acest formular în traducere personală.

Capitolul 6 prezintă incidenŃa şi prevalenŃa leziunilor cartilajului articular. Valoarea reală a incidenŃei leziunilor cartilajului articular este necunoscută. Se consideră că multe leziuni condrale sunt asimptomatice şi evoluează fie spre vindecare, fie spre agravare şi în acest caz după o perioadă de timp va apărea simptomatologia. De asemenea, leziuni condrale posttraumatice pot fi „mascate” de alte leziuni asociate: rupturi meniscale, instabilităŃi ligamentare, etc., având în vedere şi capacitatea redusă a radiografiilor şi a rezonanŃei magnetice nucleare de a le diagnostica. Artroscopia diagnostică poate în fazele iniŃiale să subdiagnosticheze sau

Rezumatul Tezei


8

subgradeze o leziune condrală care să evolueze în timp. Între 5 şi 10% din pacienŃii cu hemartroză acută posttraumatică a genunchiului pot avea leziuni condrale profunde (în toată grosimea cartilajului). Deşi nu se cunoaşte incidenŃa reală a leziunilor cartilajului articular, se pare că există un număr semnificativ de pacienŃi cu leziuni condrale simptomatice.

Pentru a evalua prevalenŃa leziunilor cartilajului articular la pacienŃii examinaŃi

artroscopic în Sibiu am revăzut şi analizat datele culese de la pacienŃii care au fost supuşi unei intervenŃii artroscopice în Sibiu, în perioada 01 ianuarie 2005 – 30 iunie 2009, în scopul evaluării frecvenŃei şi repartiŃiei leziunilor cartilaginoase ale genunchiului. Lotul de studiu a cuprins un număr de 1058 de pacienŃi cu 1062 de intervenŃii chirurgicale artroscopice. PacienŃii au fost evaluaŃi clinic, radiografic şi RMN (unii), efectuându-se apoi intervenŃia chirurgicală artroscopică cu scop explorator şi terapeutic. Datele clinice ale pacienŃilor au fost culese din fişele de urmărire ale pacienŃilor completate la momentul operaŃiei şi din bazele de date. Datele astfel obŃinute au fost introduse într-un tabel Excel şi prelucrate statistic. În această analiză nu s-a urmărit evoluŃia postoperatorie a pacienŃilor, neexistând date sistematizate despre evoluŃia leziunilor condrale decelate artroscopic. Au fost introduşi în această analiza toŃi pacienŃii supuşi unei intervenŃii artroscopice la nivelul genunchiului în perioada precizată, astfel încât datele colectate sunt de la pacienŃi consecutivi, neexistând criterii de excludere din studiu. Dintre cei 1062 de pacienŃi (considerând număr de proceduri) examinaŃi artroscopic 610 prezentau leziune de menisc intern, 249 leziune de menisc extern, 318 leziune LIA, 4 leziune LIP, 24 chist popliteu, 145 bridă sinovială mediopatelară cicatriceală, 258 sinovită, 151 leziuni de artroză în mai mult de un compartiment, 48 corpi liberi intraarticulari şi 549 leziuni condrale în cel puŃin un compartiment. Vârsta medie a pacienŃilor a fost de 38 de ani, având ca limite 11 şi respectiv 87 de ani. Din cei 86 pacienŃi cu vârsta sub 19 ani operaŃi, doar 29 adică 33,7% prezintă leziuni ale cartilajului articular, iar din cei 278 cu vârsta 20-29 de ani, 88 pacienŃi, adică 31,6% prezentau leziuni condrale. Dintre cei 273 pacienŃi de 30-39 ani, 139 pacienŃi, adică 50,9% au prezentat leziuni ale cartilajului articular. 62,9% dintre pacienŃii de 40-49 ani (105 din 167 pacienŃi operaŃi), 74,2% dintre pacienŃii de 50-59 ani (135 din 182 pacienŃi operaŃi), 75% dintre pacienŃii de 60-69 ani (36 din 48 pacienŃi), şi 56% (14 din 25) din pacienŃii cu vârsta cuprinsă între 70-79 de ani au prezentat leziuni ale cartilajului articular în cel puŃin o localizare la nivelul genunchiului operat. Creşterea prevalenŃei leziunilor condrale cu vârsta poate fi explicată prin creşterea procentuală a leziunilor artrozice. Procentul mai mic pentru grupa de vârsta 70-79 de ani poate fi explicat prin indicaŃia de artroscopie, procentual mai puŃine emondaje articulare pentru leziuni artrozice şi probabil mai multe artroplastii. Procentul de 100% (3 pacienŃi) al populaŃiei peste 80 ani nu are nici o semnificaŃie statistică. Analiza datelor obŃinute arată o prevalenŃă mai mare a leziunilor cartilajului articular procentual la bărbaŃi comparativ cu femei în grupele de vârstă 20-50 de ani, concomitent cu un număr mai mare de intervenŃii artroscopice efectuate la bărbaŃi – 516 comparativ cu 202 intervenŃii la pacienŃii de sex feminin în aceleaşi grupe de vârstă. După 50 de ani, procentul leziunilor condrale descoperite artroscopic devine mai mare la femei comparativ cu bărbaŃii din aceleaşi grupe de vârstă, concomitent cu inversarea şi a raportului numărului de intervenŃii chirurgicale efectuate (152 femei vs 106 bărbaŃi).

Rezumatul Tezei


9

Dintre cei 549 pacienŃi cu leziuni condrale 162, adică 29,5% au prezentat mai mult de o leziune (leziuni în diferite zone anatomice), ceea ce reprezintă 15,25% din totalul pacienŃilor. Creşterea procentului de pacienŃi cu mai mult de o leziune dintre pacienŃii cu leziuni condrale odată cu vârsta arată nu doar creşterea leziunilor condrale cu vârsta, ci şi extinderea mai mare a acestora la nivelul genunchiului. Datele pe care le deŃinem nu au permis evaluarea suprafeŃei reale a defectului condral datorită lipsei înregistrării acesteia pentru un număr mare de pacienŃi, ceea ce face imposibilă realizarea unei corelaŃii suprafaŃă - vârstă pe seria prezentată. Analiza prezenŃei leziunilor de cartilaj „în oglindă” arată creşterea acestora funcŃie de vârstă. Datele achiziŃionate arată o prevalentă mai mare a leziunilor în oglindă din articulaŃia patelo-femurală comparativ cu articulaŃia femuro-tibială, fiind cel puŃin la valori duble pentru grupele de vârstă 20-70 de ani. Un alt factor analizat a fost prevalenŃa leziunilor cartilajului articular la pacienŃii cu leziuni meniscale sau ligamentare ale genunchiului operat. Din totalul de 1062 de pacienŃi, 610 pacienŃi au prezentat o leziune a meniscului intern. Dintre aceştia, 63,3% au prezentat concomitent şi o leziune condrală. Dintre cei 250 de pacienŃi cu leziune de menisc extern, 52,4% au prezentat şi o leziune a cartilajului articular, iar dintre cei 318 cu leziune a ligamentului încrucişat anterior 37,7% au prezentat o leziune condrală. Asocierea frecventă dintre aceste leziuni şi leziunile cartilajului articular poate fi una dintre cauzele pentru care leziunile condrale sunt subdiagnosticate clinic, simptomatologia putând fi mascată de aceste condiŃii patologice. Pe de altă parte, în lotul de studiu 549 de pacienŃi au prezentat leziuni ale cartilajului articular. Dintre aceştia, 386 de pacienŃi, adică 70,3%, prezentau şi o leziune a meniscului intern, 131 de pacienŃi, adică 23,8% prezentau şi o leziune de menisc extern şi 120, adică 21,8% prezentau şi o leziune a ligamentului încrucişat anterior. În ceea ce priveşte localizarea leziunilor condrale la nivelul genunchiului, analiza efectuată a arătat că dintre pacienŃii cu leziuni condrale 171 adică 16,10% au prezentat leziuni la nivelul patelei, 42 la nivelul faŃetei laterale şi 150 la nivelul faŃetei articulare mediale 88 de pacienŃi 8,28% au prezentat leziuni condrale la nivelul trohleei, dintre care 79 la nivelul versantului medial şi 17 la nivelul versantului lateral. La nivelul condililor femurali 343 de pacienŃi 32,29% au prezentat leziuni ale cartilajului, 331 la nivelul condilului intern şi 59 la nivelul condilului extern. 238 de pacienŃi 22,41% au prezentat leziuni la nivelul platoului tibial, dintre care 199 la nivelul hemiplatoului extern şi 201 la nivelul hemiplatoului intern. Din aceste date se remarcă frecvenŃa mare a leziunilor cartilajului articular la nivelul condilului femural medial de 31,17% din totalul pacienŃilor, având o diferenŃă statistic semnificativa faŃă de leziunile de la nivelul articulaŃiei femuropatelare. Dintre cei 549 de pacienŃi cu leziuni condrale, 162 de pacienŃi adică 29,5% au prezentat leziuni în mai mult decât o locaŃie. Din aceştia, 100 pacienŃi au prezentat leziuni în oglindă în articulaŃia femuropatelară şi 46 au prezentat leziuni în oglindă în articulaŃia femuro-tibială. Deci, din totalul de 1062 de pacienŃi, 146 de pacienŃi (13,74%) au prezentat leziuni în oglindă, leziuni care restrâng mult posibilitatea reconstrucŃiei chirurgicale a cartilajului lezat. Din datele analizate se constată predominanŃa leziunilor condrale la nivelul condililor femurali la toate grupele de vârstă cu excepŃia intervalului 40-49 de ani, când predomină leziunile de la nivelul platoului tibial. Leziunile de la nivelul trohleei femurale sunt cele mai puŃin numeroase. Nu s-au găsit diferenŃe statistic semnificative inter grupele de vârstă referitor la localizarea leziunilor condrale de la nivelul genunchiului.

Rezumatul Tezei


10

Pe seria analizată s-au diagnosticat artroscopic 128 de leziuni stadiu IA şi IB ICRS, 355 de leziuni stadiu II ICRS, 332 leziuni stadiu IIIA şi IIIB ICRS şi 263 de leziuni stadiu IIIC şi IV ICRS. Dacă din leziunile stadiu III şi IV ICRS le scădem pe cele ale pacienŃilor cu mai mult decât o leziune (162) şi considerăm că aceştia au leziunile de tip III şi IV, obŃinem cel puŃin 271 pacienŃi cu acest grading al leziunii, ceea ce reprezintă 25,52 % din totalul pacienŃilor.

La 118 dintre pacienŃii analizaŃi s-au efectuat microfracturi Steadmann, la 272 condroplastie prin abraziune sau abrazarea cartilajului articular şi la 9 pacienŃi s-a efectuat transplant osteocondral autolog. În concluzie, analizând rezultatele obŃinute din acest studiu se constată frecvenŃa mai mare la sexul masculin şi în decada a 5-a de vârstă, o prevalenŃă mai mare la nivelul genunchiului drept (nesemnificativ statistic), o predominanŃă a leziunilor meniscului intern, o asociere mai frecventă a leziunilor de cartilaj cu leziuni de menisc intern şi o afectare mai frecventă a cartilajului de la nivelul compartimentului intern al genunchiului. Deşi au fost mai mulŃi bărbaŃi operaŃi artroscopic în lotul nostru, procentual mai frecvent femeile au prezentat leziuni condrale. Capitolul 7 prezintă tratamentul leziunilor cartilajului articular. Primul subcapitol prezintă modalităŃile de tratament medicamentos al leziunilor cartilajului articular. Sunt prezentate ca indicaŃii şi mod de acŃiune condroitin sulfatul şi glicozamina, acidul hialuronic, antiinflamatoarele steroidiene şi nesteroidiene, precum şi substanŃe moderne ca inhibitorii de metaloproteinaze matriceale şi factorii de creştere şi inhibitorii de citokine. Următorul subcapitol prezintă metodele de tratament chirurgical a leziunilor cartilajului articular. Mai mulŃi factori trebuie luaŃi în considerare pentru a se lua o decizie în vederea tratării leziunii cartilajului articular: suprafaŃa, profunzimea, localizarea, istoricul, leziunile asociate, stabilitatea genunchiului, leziuni meniscale, axele mecanice ale membrului, vârsta pacientului şi nu în ultimul rând solicitările funcŃionale ale pacientului. Examenul RMN, Clasificarea Outerbridge, Sistemul de Evaluare ICRS sunt foarte utile pentru alegerea metodei terapeutice de ales. Scaglione et Al. a împărŃit procedurile de reparare a cartilajului în primare – proceduri simple care pot fi efectuate artroscopic ca prima linie de tratament şi secundare – care sunt mai complexe şi au ca scop refacerea durabilă a suprafeŃei cartilajului.

Procedurile primare în chirurgia cartilajului articular cuprind: lavajul şi debridarea cartilajului articular, utile pentru pacienŃii cu solicitări mecanice ale articulaŃiei reduse şi cu leziuni unice şi relativ reduse ca suprafaŃă şi care nu doresc să urmeze un tratament recuperator de durată, proceduri prin care se spală mediatorii inflamatori care întreŃin agresiunea asupra cartilajului, epanşamentul articular şi durerea, cu rezultate relativ reduse prin folosirea izolată a acestei metode; tehnicile de stimulare a blaştilor prin care se produce sângerarea osului subcondral la nivelul leziunii cu aducerea de blaşti care vor formă fibrocartilajavând avantajul simplităŃii efectuării, instrumentaŃiei comune şi timpul redus necesar pentru efectuare. Principalul dezavantaj este legat de repararea defectului cartilaginos prin fibrocartilaj, ceea ce limitează în timp rezultatul obŃinut datorită proprietăŃilor inferioare ale fibrocartilajului faŃă de cartilajul hialin. Tehnicile de stimulare a blştilor utilizate frecvent sunt Condroplastia prin abraziune care foloseşte o freză pentru a îndepărta osul subcondral şi a induce sângerare în leziunea condrală, Forajele Pridie care umăresc realizarea unor găuri în patul osos al leziunii prin care să se producă sângerarea şi în

Rezumatul Tezei


11

prezent cea mai larg folosită este tehnica microfracturilor Steadmann care utilizează nişte Ńepuşe mici. IndicaŃiile principale sunt pentru pacienŃii tineri cu defecte sub 2 cm2 şi pacienŃii cu necesităŃi funcŃionale mai reduse şi leziuni sub 4 cm2. Rezultate mai puŃin bune la pacienŃii cu leziuni degenerative difuze, mai ales ‚în oglindă şi în leziunile condrale de la nivelul patelei. Procedurile secundare în chirurgia cartilajului articular cuprind Transplantul Osteocondral Autolog care este o procedură prin care se prelevează unul sau mai mulŃi cilindri osteocondrali dintr-o zonă donoare şi se implantează în zona defectului cartilaginos(tehnica va fi dezvoltată pe larg in capitolul 8) şi Implantarea de Condrocite Autologe prin care se realizează regenerarea cu cartilaj de tip hialin (hialin-like) cu ajutorul unor condrocite cultivate in vitro, metodă din ce în ce mai mult utilizată. Tehnica presupune o primă intervenŃie prin care se recoltează condrocite pentru culturi şi după dezvoltarea acestora in vitro o nouă intervenŃie chirurgicală prin care se umple defectul cartilaginos cu aceste celule, contenŃia lor în defect realizându-se cu ajutorul unor membrane de periost sau colagen. Variante noi ale acestei tehnici tehnici constau în utilizarea unor matrice solide 3D de acid hialuronic sau colagen pe care aderă condrocitele cultivate, reducându-se astfel durata intervenŃiei chirurgicale şi eliminându-se unele complicaŃii legate de metodele de menŃinere a culturilor de condrocite le locul defectului, matricea nu mai necesită suturarea la nivelul defectului. Prin această tehnică se pot acoperi defecte de 2-8 cm2. Prezintă avantajul de a putea obŃine şi deci acoperi zone mai extinse de cartilaj, precum şi absenŃa riscului de transmitere de boli de la donatori. Alogrefele osteocondrale sunt folosite ca o procedură de salvare pentru a reface o porŃiune a articulaŃiei distrusă în urma unui traumatism. Această tehnică este folosită pentru a acoperi defecte mari, >8 cm2. În principal, o porŃiune a condilului donatorului este transplantată în zona ariei de cartilaj distruse a primitorului. Avantajul acestei tehnici constă în posibilitatea acoperirii unor defecte mari.

Procedeele combinate cuprind o serie de variante alcombinate ale tehnicilor prezentate mai sus. Între acestea amintesc Stimularea blaştilor susŃinută de matrici 3D de colagen care utilizează o matrice 3D aşezată la nivelul defectului cartilaginos (ca în tehnica ACI) după ce s-au practicat microfracturi, realizându-se astfel impregnarea matricii cu blaşti, în acest mod inducându-se o diferenŃiere accentuată a acestora în cartilaj şi acoperirea mai rapidă a defectului. Dorotka publică în 2005 o variantă a acestei tehnici prin care realizează microfracturi în patul primitor pe care aşează matricea (AMIC) impregnată cu condrocite autologe de cultură, grăbind astfel timpul de vindecare şi obŃinând un cartilaj de tip hialin-like. Matricile funcŃionale mecanic impregnate cu condrocite şi blaşti care utilizează acelaşi principiu ca şi tehnica lui Dorotka, şi anume instrucŃia celulară. Acest concept în dezvoltare se referă la maturarea accelerată a blaştilor aşezaŃi într-o matrice impregnată cu condrocite de cultură. Sunt utilizate matrici de colagen în forma cilindrilor din transplantul autolog care au avantajul oferirii unui bun suport mecanic (spre deosebire de membrana 3D din ACI) impregnat cu condrocite de cultură prelevate de la donor. Odată implantaŃi după tehnica mozaicplastiei la nivelul defectului condral, aceşti cilindri vor fi colonizaŃi de blaşti de la nivelul osului perijacent. Procedurile adjuvante pentru repararea cartilajului articular urmăresc refacerea axului mecanic al membrului pentru a elimina solicitările anormale de la nivelul cartilajului articular, va trebui refăcută stabilitatea articulaŃiei în cazul leziunilor ligamentare pentru a elimina astfel mişcările anormale care supun cartilajul articular la un stres mecanic crescut nefiziologic. În cazul leziunilor meniscale este binecunoscută importanŃa efectuării unor meniscectomii economice, a reparării acestora şi trebuie

Rezumatul Tezei


12

luată în considerare posibilitatea efectuării unui transplant meniscal cu rol protectiv. Dintre tehnicile chirurgicale adjuvante dar importante pentru repararea leziunilor cartilajului articular şi pentru menŃinerea funcŃiei cartilajului sunt amintite Osteotomia tibială înaltă, Osteotomia femurală distală, Chirurgia meniscului şi nu în ultimul rând Stabilizarea ligamentară.

Ultimul subcapitol prezintă câteva noŃiuni de recuperare funcŃională a articulaŃiei genunchiului. Capitolul 8 prezintă principiile şi tehnica chirurgicală a transplantului osteochondral autolog. Transplantul Osteocondral Autolog este o procedură prin care se prelevează unul sau mai mulŃi cilindri osteocondrali dintr-o zonă donoare şi se implantează în zona defectului cartilaginos. Tehnica a fost promovată din 1997 de Hangody sub denumirea de Mozaicplastie. În prezent au apărut mai multe variante tehnice, s-au modificat dimensiunile cilindrilor osteocondrali, etc: Overlapping; transplantul unui singur cilindru osteocondral care să umple defectul, recoltat din partea posterioară a condililor femurali sau ca alogrefă; etc. Tehnic, se recoltează mai mulŃi cilindri osteocondrali (de 15 sau 25 mm lungime) dintr-o zonă neportantă a genunchiului (versant lateral sau medial al trohleei sau din preajma notchului - un număr variabil şi de dimensiuni variabile în aşa fel încât să se acopere suprafaŃa defectului cât mai bine – cu un instrumentar special. În următorul timp operator se prelucrează zona primitoare (a defectului condral) până în cartilaj perijacent sănătos şi de asemenea se prelucrează suprafaŃa osului subcondral şi se practică nişte găuri în osul subjacent în care se vor introduce cilindri osteocondrali recoltaŃi anterior. Tunelul receptor este creat cu 2 mm mai puŃin adânc decât lungimea cilindrului osteocondral. Este importantă forarea tunelului perpendicular pe suprafaŃa cartilajului, ceea ce va permite inserŃia congruent a cilindrului, precum şi realizarea congruenŃei dintre grefon şi suprafaŃa cartilajului perijacent. Defectul cartilaginos trebuie să fie acoperit cât mai bine, de aceea distanŃa între cilindri trebuie să fie cât mai mică, fără însă a sacrifica stabilitatea cilindrilor care prin integrare trebuie se refacă curbura fiziologică a segmentului primitor (condil femural, dom astragalian, cap humeral, etc.). CongruenŃa suprafeŃei cartilajului este foarte importantă în integrarea grefonului şi proprietăŃile mecanice ale acestuia, şi prin urmare în rezultatul funcŃional al transplantului. După cum arată mai multe studii cartilajul hialin autolog supravieŃuieşte transplantării, ceea ce duce la acoperirea suprafeŃei defectului condral cu cartilaj hialin de calitate. Poate cel mai mare avantaj al acestei tehnici este că datorită transplantării cartilajului împreună cu osul subcondral se păstrează interfaŃa cartilaj-os în urma transplantării, ceea ce asigură baza fiziologică pentru obŃinerea de durată a unui cartilaj de calitate. De asemenea, în cazul transplantului autolog grefa este protejată de reacŃia imunologică de respingere şi nu prezintă risc de transmitere a unor boli virale. Avantajele tehnicii constau în posibilitatea efectuării într-un singur timp operator, posibilitatea efectuării chiar dacă există leziuni ale osului subcondral (osteocondrită, leziuni degenerative), costul redus, timp mai redus de recuperare comparativ cu implantul de condrocite autologe. Dezavantajele metodei constau în principal în efecte adverse legate de zona donoare şi de limitarea suprafeŃei care poate fi acoperită datorită limitării zonei de unde se pot recolta cilindri. Pe de altă parte, cilindrii osteocondrali de transplantat trebuie să refacă forma osoasă şi cartilaginoasă a defectului. De asemenea, există posibilitatea obŃinerii unei vindecări incomplete a cartilajului transplantat.

Rezumatul Tezei


13

IndicaŃia actuală principală a acestei tehnici este pentru defectele condrale de la nivelul condililor femurali (suprafaŃa de sprijin) cu aria de 2-4 cm2, la pacienŃii activi, dar şi la pacienŃi până la 50 de ani. Este necesar tratamentul concomitent al instabilităŃii ligamentare, deformărilor în var/valg şi al rupturilor meniscale. De asemenea, tehnica este folosită în Osteocondrita Disecantă stadiile II şi IV ICRS, în care permite refacerea şi a capitalului osos în aceeaşi etapă. Metoda este folosită cu succes şi în leziunile domului astragalian, ale capului humeral şi femural, în osteocondrita disecantă a capitelului, şi cu rezultate mai puŃin bune în leziunile condrale ale patelei. ContraindicaŃiile tehnicii sunt: tumori, infecŃii, lipsa unei arii donoare de cartilaj sănătos, poliartrita reumatoidă, artroză, vârsta peste 50 de ani, aria defectului peste 8 cm2 după Hangody, peste 4 cm2 după alŃi autori, defect osos subcondral peste 1 cm adâncime, pacient noncompliant.

IntervenŃia poate fi efectuată prin artrotomie, miniartrotomie sau artroscopic în funcŃie de mărimea şi poziŃia defectului condral şi experienŃa chirurgului.

Următorul subcapitol prezintă pe larg variantele tehnice descrise mai sus, ilustrate cu cazuri clinice ale autorului. Capitolul 9 prezintă o analiză prin Metoda Elementului Finit a comportării la încărcare statică a femurului uman la nivelul căruia a fost realizat un transplant osteocondral autolog. Primul subcapitol prezintă principii generale ale modelării numerice a corpurilor şi noŃiuni despre metoda elementului finit, algoritmul matematic folosit pentru modelarea geometrică a corpurilor tridimensionale, precum şi constantele biologice ale osului uman. Pentru a putea efectua analiza prin metoda elementului finit a comportării mecanice a femurului uman la compresiune am realizat scanarea unui femur recoltat de la cadavru cu ajutorul scanerului tridimensional NextEngine Scan 3D. Imaginile brute obŃinute au fost prelucrate cu programul Next Engine, obŃinându-se imagini tridimensionale ale osului din diferite poziŃii. Premergător scanării pe suprafaŃa osului a fost aplicată o pulbere mată care să evite reflecŃia luminii laserului în procesul de scanare şi o suită de puncte care să permită corelarea poziŃiei imaginilor pentru reconstrucŃia computerizată a acestuia. Rezultatul este un model 3D cu extensia .iges (Interface Geometric Elementary Surfaces) care ulterior a fost prelucrat cu ajutorul programului Catia şi exportat în programul de analiză prin metoda elementului finit Ansys. După împărŃirea segmentului osos scanat în elemente finite (discretizare) s-a efectuat analiza teoretică a deformărilor femurului scanat în condiŃiile aplicării unei forŃe axiale de compresiune. Pentru a putea efectua analiza comportării mecanice a femurului uman la compresiune în condiŃii de transmitere a forŃelor cât mai apropiate de condiŃiile in vivo am realizat scanarea şi a unei tibii umane recoltate de la acelaşi cadavru şi prelucrată în acelaşi mod, apoi am realizat un ansamblu femur-tibie scanate, ansamblu care a fost importat în Ansys.

Analiza a fost efectuată pentru cilindri osteocondrali cu lungimea de 20 mm şi diametrul de 8 mm şi 6 mm. Cilindrii au fost prelevaŃi de la nivelul marginii laterale şi dacă a fost necesar şi mediale a trohleei femurale şi au fost transplantaŃi la nivelul condilului femural intern în zona de încărcare maximă. Atât pentru sensibilizarea rezultatelor cât şi din raŃiuni tehnice nu au fost luate în considerare meniscurile şi influenŃa lor asupra repartizării presiunilor la nivelul articulaŃiei tibiofemurale, încărcarea fiind făcută cu contact direct femur – tibie. Pentru cilindrul cu diametrul de 8 mm au fost simulate cazurile în care a fost necesară transplantarea a 1, 2, 3, 4 şi 6 cilindri. Aria aproximativă care se acoperă cu 4 cilindri este de 2 cm2, iar cu 6 cilindri

Rezumatul Tezei


14

de 4 cm2. Pentru cilindri cu diametrul de 6 mm am efectuat analize pentru 6, respectiv 9 cilindri transplantaŃi, ceea ce corespunde cu aproximativ 2 cm2 şi 4 cm2.

În continuare, am aplicat o forŃă de-a lungul axului mecanic al ansamblului, considerând punct fix (constrângere) la nivelul secŃiunii prin diafiza tibială. ForŃa aplicată a fost de 1.200 N, cu scopul de a păstra o limită de siguranŃă în ceea ce priveşte stabilitatea grefonului utilizat pentru analizele ulterioare, această valoare corespunzând unui om de 120 kg în sprijin unipodal. Simularea efectuată în Ansys a permis analiza la încărcarea cu 1.200 N a mai multor parametri în orice punct de la nivelul masei osoase a femurului şi cilindrului osteocondral transplantat. Am evaluat astfel: DeformaŃia echivalentă, Deplasarea totală, Tensiunea principală, Tensiunea echivalentă Sigma von Mises, precum şi factorul de siguranŃă. Rezultatele simulării prin metoda elementului finit în cazul transplantării unui singur cilindru, 2, 3, 4 şi 6 cilindri de 8 mm diametru arată că tensiunile maxime în acest caz apar la nivelul suprafeŃei transplantului osteocondral. Aceleaşi rezultate sunt obŃinute pentru şi pentru tensiunea principală. Cu toate acestea, deplasarea principală se află la nivelul diafizei femurale, la nivelul zonei de transplant deplasările fiind minime. Tensiunea echivalentă von Mises are valoarea maximă la nivelul suprafeŃei cilindrului în cazul situaŃiei cu un singur cilindru şi la nivelul peretelui dintre tunelurile primitoare în cazul transplantării mai multor cilindri. În cazul transplantării a 6 şi 9 cilindri cu diametrul de 6 mm rezultatele simulării prin metoda elementului finit arată că tensiunile maxime în acest caz apar la nivelul suprafeŃei transplantului osteocondral. Aceleaşi rezultate sunt obŃinute pentru tensiunea principală. Tensiunea echivalentă von Mises are valoarea maximă la nivelul peretelui dintre tunelurile primitoare. Deplasarea principală se află la nivelul diafizei femurale, la nivelul zonei de transplant deplasările fiind minime Analiza comparativă a modelelor cu cilindri de 8 mm diametru arată că deformaŃia echivalentă maximă a femurului osos cu valoarea de 0,0026941 mm/mm a fost obŃinută în cazul transplantării unui singur cilindru la nivelul suprafeŃei cilindrului osteocondral transplantat, iar în cazul transplantării a 2, 3, 4 sau 6 cilindri a avut valori de 0,0042343 mm/mm - 0,008189 mm/mm, fără să existe o creştere a valorii cu creşterea numărului de cilindri transplantaŃi şi fiind situată în masa condililor femurali la nivelul pereŃilor dintre cilindri primitori. Deplasarea maximă obŃinută la nivelul femurului distal a avut valori între 2,173 mm şi de 2,3719 mm, fiind situată la nivelul diafizei femurale şi având valoare minimă la nivelul suprafeŃei articulare a condililor femurali. Tensiunea principală a fost obŃinută la nivelul suprafeŃei transplantului în toate simulările efectuate şi a avut valori între 44,021 Mpa şi 88,648 Mpa. Tensiunea echivalentă totală sigma von Mises a fost de 50,111 Mpa, obŃinută la nivelul suprafeŃei cilindrului osteocondral transplantat în cazul transplantării unui singur cilindru şi între 78,757 Mpa şi 140,85 Mpa în cazul transplantării a 2 – 6 cilindri, obŃinută la nivelul pereŃilor dintre tunelurile primitoare şi având în acest caz valori sub 50 Mpa la nivelul suprafeŃei cilindrilor osteocondrali transplantaŃi. Factorul de siguranŃă are deci în aceste simulări valoare subunitară la nivelul cilindrilor transplantaŃi, ceea ce arată că aceştia nu colapsează sub încărcarea la care au fost supuşi. Valorile parametrilor analizaŃi variază şi în funcŃie de poziŃionarea celor două oase unul faŃă de celălalt şi a cilindrilor la nivelul femurului distal. VariaŃia acestora chiar în condiŃiile menŃinerii celorlalŃi parametri anatomici şi biomecanici ai modelului vor genera valori ale tensiunilor şi deformaŃiilor diferite. Aceşti parametri au valori apropiate, ceea ce arată un comportament similar al modelului în toate simulările teoretice efectuate.

Rezumatul Tezei


15

Analiza comparativă dintre modelele cu diametrul cilindrilor de 6 mm şi 8 mm care acoperă suprafeŃe ale defectului condral similare (de 2 cm2, respectiv de 4 cm2) arată că deformaŃia echivalentă maximă a femurului osos a fost obŃinută în toate analizele la nivelul suprafeŃei cilindrului osteocondral transplantat şi are valori cu aproximativ 0,002 mm/mm mai mari în cazul cilindrilor cu diametrul de 6 mm faŃă de cei cu diametrul de 8 mm. Deplasarea totală maximă obŃinută la nivelul femurului distal a fost de aproximativ 2,2 mm, obŃinută la nivelul diafizei femurale şi minimă la nivelul suprafeŃei articulare a condililor femurali în toate simulările analizate. Tensiunea principală a fost obŃinută la nivelul suprafeŃei transplantului în toate simulările efectuate şi a avut valori de aproximativ 68 Mpa în cazul cilindrilor cu diametrul de 8 mm şi de peste 111 Mpa în cazul cilindrilor de 6 mm diametru. Tensiunea echivalentă totală sigma von Mises a fost obŃinută la nivelul masei condililor femurali în toate cele 4 analize evaluate aici şi a avut valori cu aproximativ 50 Mpa mai mari în analizele corespunzătoare (suprafeŃe echivalente) în cazul cilindrilor cu diametrul de 6 mm faŃă de cele cu cilindri cu diametru de 8 mm, ceea ce reprezintă o diferenŃă de aproximativ 1/3 în valoare absolută. În concluzie, ceea ce se observă în analizele efectuate în primul rând este comportamentul uniform al modelelor teoretice realizate. Deplasarea maximă totală şi tensiunea principală au fost similare în toate analizele efectuate, iar deformaŃia echivalentă maximă şi tensiunea echivalentă totală sigma von Mises deşi au avut valori similare au fost localizate diferit la nivelul modelelor teoretice realizate cu un cilindru transplantat faŃă de cele cu mai mulŃi cilindri transplantaŃi cu diametrul de 8 mm. Deplasarea maximă totală şi tensiunea principală au fost similare în toate analizele efectuate, având însă valori mai mări în cazul cilindrilor cu diametrul de 6 mm faŃă de cei cu diametrul de 8 mm. O diferenŃă semnificativă a fost obŃinută la nivelul tensiunii echivalente totale sigma von Mises între modelele cu diametru de 6 mm şi 8 mm al cilindrilor transplantaŃi. Din analiza rezultatelor obŃinute se evidenŃiază şi importanŃa realizării corecte a transplantului osteocondral din punct de vedere al tehnicii chirurgicale. Utilizarea Metodei Elementului Finit în analiza comportării la încărcare axială a femurului cu transplant osteocondral la nivelul condilului femural intern a permis efectuarea analizei teoretice a comportării acestuia la încărcare în întreaga masă osoasă, în orice punct al acesteia, ceea ce aduce elemente suplimentare (faŃă de metodele clasice) pentru înŃelegerea comportării biomecanice a zonei grefate şi a grefonului în transplantul osteocondral autolog. Capitolul 10 prezintă principiile generale ale instrumentarului necesar pentru efectuarea transplantului osteocondral autolog, realizarea unui instrumentar original şi validarea acestuia prin simulare teoretică prin metoda elementului finit.

Realizarea unui transplant osteocondral autolog presupune efectuarea unor paşi în timpul actului operator. După efectuarea planningului la nivelul leziunii condrale, se trece la realizarea efectivă a transplantului. În primul rând, este necesară recoltarea cilindrului osteocondral de la nivelul zonei donoare care se efectuează cu ajutorul unor preducele de diametre diferite şi care permit prelevarea controlată la diferite lungimi ale grefonului. Următoarea etapă constă în prelucrarea tunelului primitor la nivelul defectului condral care se poate efectua cu un burghiu sau freza cu diametrul corespunzător cilindrului sau cu o altă preducea al cărei diametru exterior corespunde diametrului plugului. În cea de-a treia etapă operatorie cilindrul osteocondral recoltat este împins în tunelul receptor fie direct cu dispozitivul cu care a fost recoltat, fie cu ajutorul unui alt dispozitiv special (împingător împreună cu un ghid). Deoarece tehnica descrisă clasic presupune că înfundarea finală a cilindrului să

Rezumatul Tezei


16

fie făcută prin batere la vedere pentru a putea controla cât mai bine obŃinerea unei suprafeŃe continue a cartilajului, pentru această etapă e necesar un bătător cu diametrul uşor mai mare decât cel al cilindrului şi, evident, un ciocan. În plus faŃă de aceste dispozitive absolut necesare efectuării transplantului osteocondral mai sunt utile şi dispozitive care permit măsurarea adâncimii tunelului, dilatatoare ale tunelului primitor, canule pentru menŃinerea portalurilor şi cu rol de ghiduri. Am realizat cele două componente esenŃiale ale instrumentarului: dispozitivul pentru recoltat grefonul osteochondral şi dispozitivul pentru efectuarea tunelului primitor.

Dispozitivul pentru recoltarea grefonului prezintă mai multe subansamble. Componenta principală este reprezentată de o sculă de tip preducea care se bate în os, se răsuceşte la 180 grade, ceea ce realizează ruperea bazei cilindrului osteocondral, şi apoi se retrage, extrăgând grefonul. Această componentă prezintă o parte activă şi un mâner. Partea activă este tubulară, are diametrul interior egal cu diametrul grefei (respectiv 4, 6 sau 8 mm), la extremitatea liberă prezintă o muchie ascuŃită ce efectuează tăierea osului şi avansează în acesta. Partea activă este construită din oŃel de scule OSC 10, prelucrat termic prin călire şi revenire înaltă, şi titanizat ceea ce creşte duritatea şi prelungeşte durata de viaŃă a acestei componente. De asemenea, la nivelul acestei componente sunt prelucrate prin electroeroziune 4 fante longitudinale de 15 mm lungime şi 1mm lăŃime, situate la distanŃa de 5 mm de muchia ascuŃită la 90 grade între ele pe suprafaŃa exterioară a cilindrului, cu rol de a realiza creşterea aderenŃei la rotire între sculă şi cilindrul osos, şi mai ales de a permite evaluarea lungimii cilindrului osteocondral în patru axe. Cealaltă extremitate se continuă cu mânerul. Lungimea părŃii active este de 61 mm, lungime ce permite utilizarea dispozitivului şi în varianta tehnică artroscopică. Mânerul piesei este în forma literei „T”, cu braŃul lung de 120 mm lungime ce permite prinderea fermă în pumn pentru introducerea dispozitivului în os şi cu braŃul orizontal rigid, care rezistă la forŃele de torsiune din momentul desprinderii bazei cilindrului osteocondral. Partea activă a dispozitivului este continuă pe toată lungimea mânerului şi devine vizibilă la mijlocul ramurii orizontale a acestuia unde este elevată faŃă de mâner şi este utilă pentru a se putea bate cu ciocanul în ea. Interiorul dispozitivului este cilindric, iar la nivelul extremităŃii dinspre mâner este filetat pe interior. Această filetare este necesară pentru a se angrena împingătorul de jojă. Dispozitivul pentru recoltarea cilindrului osteocondral prezintă şi o componentă care serveşte la eliberarea grefei în tunelul primitor. Aceasta este alcătuită din două piese. Prima piesă este o jojă (tijă) care se introduce dinspre partea activă a dispozitivului înspre mâner prin interiorul acestuia, având un cap ce se adaptează interiorului părŃii active şi se aşează pe cartilajul cilindrului şi o coadă lungă care asigură ghidarea piesei. Mişcarea jojei în interiorul preducelei este liberă. Înfundarea jojei în interiorul dispozitivului este limitată de forma interiorului acestuia, existând un pat la 30 mm de muchia activă. Această jojă poate fi folosită şi pentru a bate direct pe ultimii milimetri grefonul osteocondral în tunelul primitor. Joja este împinsă înspre marginea activă a dispozitivului, împingând astfel şi grefonul recoltat, cu ajutorul ansamblului împingătorului de jojă. Această componentă este alcătuită dintr-o tijă filetată ce se introduce în interiorul preducelei dinspre mâner, având la rândul ei un mâner ce serveşte la înfiletarea manuală a acesteia.

Dispozitivul pentru realizarea tunelului primitor al cilindrului osteocondral este în mai multe tipuri de instrumentar înlocuit cu un burghiu cu diametrul grefonului. Eu am preferat realizarea unui dispozitiv similar cu cel descris pentru recoltarea grefonului. Acest dispozitiv va avea diametrul exterior al părŃii active corespunzător diametrului

Rezumatul Tezei


17

interior al părŃii active a dispozitivului de recoltat grefonul, cu muchia activă teşită în interior. Scopul este de a realiza un tunel care să corespundă diametrului grefonului, permiŃând fixarea acestuia prin press-fit. Am ales această soluŃie constructivă deoarece consider că prezintă două avantaje. Primul ar fi realizarea unui pat (capăt) al tunelului plan, perpendicular pe lungimea grefonului, ceea ce creează un sprijin ferm la solicitările la compresiune ale acestuia, opunându-se înfundării în condiŃiile în care adâncimea tunelului primitor este aceeaşi cu lungimea cilindrului osteocondral. Un al doilea avantaj este dat de faptul că odată cu realizarea tunelului primitor se poate obŃine os spongios ce poate fi grefat la nivelul zonei donoare pentru a favoriza închiderea tunelurilor rămase.

Următorul subcapitol prezintă o analiză prin metoda elementului finit a comportării la compresiune a instrumentarului realizat pentru recoltarea grefelor cu diametrul de 4, 6 şi 8 mm, precum şi cel pentru realizarea tunelelor primitoare echivalente. După meşarea dispozitivelor, am aplicat o forŃă de 50 N în lungul axului central al acestora, analizând comportarea la compresiune a părŃii active. S-a analizat: deformarea maximă, deplasarea maximă, deformarea maximă la flambaj, tensiunea echivalentă von Mises şi factorul de siguranŃă. Rezultatele obŃinute arată că dispozitivele rezistă la solicitările mecanice la care sunt supuse în timpul utilizării. Toate aceste analize arată că am realizat un proiect corect din punct de vedere mecanic pentru obŃinerea unui instrumentar necesar efectuării transplantului osteocondral autolog. În Anexa 2 sunt prezentate desenele de execuŃie pentru realizarea dispozitivelor prezentate. Capitolul 11 prezintă realizarea şi validarea teoretică prin metoda elementului finit a unui stand experimental pentru pentru încercarea la compresiune a articulaŃiei genunchiului, stand fixat la nivelul Maşinii de Încercare la tracŃiune, compresiune şi flambaj Instron 5587.

Acest stand experimental a fost realizat pentru a putea efectua diverse experimente cu ajutorul Maşinii Instron 5587. Scopul experimentelor este de a determina proprietăŃile biomecanice ale transplantului osteochondral, şi în special comportarea la încărcare a acestuia. Există mai multe metode pentru determinarea stabilităŃii primare a grefonului. În primul rând, există un grup de metode experimentale directe care urmăresc fie înfundarea grefei osteocondrale la compresiune, fie rezistenŃa la smulgere a acesteia din tunelul primitor. Scopul este acela de a afla forŃa necesară pentru mobilizarea cilindrului osteocondral, ceea ce prin extrapolare reprezintă presiunea la care se pierde stabilitatea mecanică a transplantului. Datele culese sunt apoi prelucrate cu ajutorul computerului. Un al doilea grup de metode teoretico-experimentale pentru studiul comportării elastice a grefonului osteocondral sunt reprezentate de simulările computerizate efectuate cu programe pe modele computerizate osteocondrale achiziŃionate fie prin scanare directă, fie cu ajutorul unor softuri de prelucrare a imaginilor CT, micro CT sau RMN. După obŃinerea imaginilor computerizate, acestea vor fi prelucrate prin metoda elementului finit. Unele dintre aceste metode au fost utilizate pentru efectuarea analizei comportamentului femurului prezentat în capitolul 9.

Standul este alcătuit din două dispozitive similare, fiecare dintre acestea realizând fixarea câte unui segment osos. Partea inferioară a acestui dispozitiv a fost montată pe masa cu canale “T” a maşinii de încercare la Instron 5587. Partea superioară a dispozitivului s-a montat pe traversa mobilă a aceleiaşi maşini. Acest dispozitiv permite realizarea de studii experimentale atât pe fiecare os de la nivelul

Rezumatul Tezei


18

genunchiului separat, cât şi pe femur şi tibie simultan, permiŃând aşezarea acestora într-o poziŃie funcŃională unul în raport cu celălalt. De asemenea, standul de lucru permite fixarea articulaŃiei genunchiului în diferite grade de flexie prestabilite. De asemenea, varianta tehnică constructivă aleasă cu fixarea fermă a segmentelor osoase şi posibilitatea poziŃionării acestora la diferite unghiuri (care reproduc gradele de flexie ale genunchiului) permite utilizarea sistemului şi pentru efectuarea de teste de distracŃiune, utile pentru evaluarea rezistenŃei ansamblului ligamentar natural sau reconstruit al genunchiului. Astfel, standul realizat poate fi folosit şi pentru efectuarea altor experimente, nu doar la cele prezentate în aceasta teză. Fiecare subansamblu este alcătuit din două cadre în formă de „U”, unul în interior şi celălalt la exterior. Aceste două cadre sunt articulate la nivelul feŃelor lor laterale, permiŃând astfel înclinarea şi blocarea platoului interior la diferite grade: 15, 30, 45, ceea ce determină prin înclinarea ambelor subansamble o poziŃionare a articulaŃiei genunchiului la 30, 45, 60, 75 şi respectiv 90. De asemenea, fiecare din cele două subansamble pot fi înclinate şi blocate şi la echivalent de -5 grade, pentru a putea respecta hiperextensia fiziologică a articulaŃiei genunchiului. Fixarea subansamblelor în poziŃiile menŃionate anterior se realizează prin blocarea cu două şuruburi introduse în orificii speciale realizate la nivelul feŃelor laterale ale subansamblelor.

Subansamblul inferior este utilizat pentru fixarea tibiei proximale pe masa de lucru inferioară a maşinii dar poate fi folosit şi la fixarea femurului în cazul în care se doreşte determinarea forŃei de frecare sau a forŃei la care se înfundă cilindrul osteocondral. Fixarea tibiei pe dispozitiv se realizează cu ajutorul unui dispozitiv universal care permite o fixare stabilă în trei planuri a segmentului osos în plan vertical faŃă de cadrul interior al subansamblului. Între universal şi ramura orizontală a cadrului (pe care acesta se aşează) există un rulment de presiune cu role conice care să permită rotaŃia tibiei în condiŃiile efectuării mişcărilor de flexie-extensie ale genunchiului. De asemenea, la nivelul planşeului cadrului interior am realizat o frezare în care este introdus un ştift fixat la nivelul universalului şi care realizează blocarea la maxim 3 grade în sens orar şi în sens trigonometric a rotaŃiei tibiei în raport cu subansamblul superior. Subansamblul superior realizează fixarea femurului la masa superioară a maşinii de lucru. Fixarea diafizei femurale la cadrul interior se efectuează prin intermediul unui cilindru din oŃel înclinat la 6 grade pentru a respecta valgusul fiziologic al diafizei. Solidarizarea diafizei la cilindru este efectuată prin fişe transfixiante filetate (la nivelul diafizei) care se introduc prin orificii speciale realizate la nivelul cilindrului metalic în diferite planuri. Fixarea subansamblului la masa de lucru poate fi facută şi după rotirea acestuia cu 180 grade în plan orizontal, ceea ce permite fixarea unui femur atât de la nivelul membrului inferior drept, cât şi stâng. Următorul subcapitol prezintă o analiză teoretică prin Metoda Elementului Finit a comportării la compresiune a fiecărui subansamblu. După meşarea subansamblului am aplicat o forŃă de 1.500 N în lungul axului central al dispozitivului (vertical), analizând comportarea la compresiune a acestuia, având constrângeri la nivelul cadrelor în U interior şi exterior, subansamblul fiind fixat la 90 de grade şi apoi într-o altă analiză la 45 de grade. Cele patru simulări realizate arată că deplasările şi deformaŃiile maxime apărute în standul experimental (atât în partea inferioară cât şi în partea superioară) sunt mult mai mici decât deformaŃiile apărute în articulaŃia genunchiului şi prin urmare pot fi eliminate din calcule. În concluzie, pe standul experimental proiectat se pot măsura deformaŃiile şi deplasările în articulaŃie.

Rezumatul Tezei


19

În Anexa 3 sunt prezentate desenele de execuŃie pentru standul experimental.

Capitolul 12 prezintă o serie de studii experimentale asupra rezistenŃei la presiune a cilindrilor osteocondrali transplantaŃi la nivelul condilului unui femur de vită. Analiza biomecanică a încărcării unui genunchi de vită având un transplant osteocondral autolog la nivelul unui condil femural urmăreşte evaluarea comportamentului cilindrilor transplantaŃi la presiune. Aceasta se va realiza pentru diferite diametre ale cilindrilor şi pentru diferite suprafeŃe ale leziunii condrale. Pentru aceasta a fost necesară stabilirea domeniilor de variaŃie şi a nivelurilor la care sunt variate fiecare din variabilele independente. Prima variabilă luată în calcul a fost diametrul cilindrului osteocondral, a doua variabilă analizată aria defectului condral. Raportul dintre lungimea cilindrului şi adâncimea tunelului primitor reprezintă cea de-a treia variabilă independentă luată în calcul. Numărul de cilindri reprezintă ce-a de-a patra variabilă analizată. Cea de-a cincea variabilă este lungimea cilindrului osteocondral, iar a şasea variabilă implicată este coeficientul de frecare dintre cilindru şi tunel Pentru a putea obŃine date cât mai corecte, am realizat determinarea în cadrul unor studii experimentale separate a unor caracteristici bioecanice ale cilindrilor şi femurului, ca o altă etapă premergătoare studiului biomecanic principal. În fine, un alt parametru de luat în calcul este localizarea defectului condral. Luând în considerare datele prezentate, pentru realizarea studiului experimental au fost alese două niveluri de variaŃie pentru fiecare dintre cele trei variabile independente (diametrul cilindrului,aria defectului şi raportullungime clindru-lungime tunel). S-a folosit un program experimental factorial de tipul 23. Acest program conŃine opt experimente, dar pentru determinarea erorii experimentale întregul program de două ori. S-au efectuat încercări la compresiune pe Maşina de încercare Instron 5587, pentru a determina deformarea de la nivelul condililor femurali, la forŃe de la 0 N până la înfundarea transplantului de-a lungul axului femurului, iar pentru a determina deformaŃiile şi tensiunile de la nivelul zonei de transplant am folosit softul maşinii Instron şi metoda optică utilizând un echipament optic Aramis 2M. La nivelul condililor femurali ai femurelor de vită utilizate am realizat defecte condrale cu suprafaŃa de 2,5 cm2 şi 4 cm2 de diferite forme standardizate, apoi am realizat transplantul osteocondral la nivelul defectelor condrale, folosind cilindri cu diametrul de 6 mm şi 8 mm. Materialul biologic utilizat (16 femure de vită) a fost vopsit cu vopsea albă mată şi după uscare pulverizat cu praf de grafit, apoi a fost fixat în Maşina Instron 5587 cu ajutorul Standului experimental pentru încercarea la compresiune a articulaŃiei genunchiului dezvoltat şi validat de către autor, după cum este descris în capitolul 11. Am realizat defecte cu aria de 2,5 cm2 şi 4 cm2 cu formă determinată de scheme realizate în prealabil pentru fiecare defect planificat, la nivelul condilului femural intern, apoi am realizat transplantul osteocondral. S-a realizat încărcarea până la 5.000 N, dar au fost luate în considerare valorile obŃinute până la deplasarea cilindrilor.

Folosind un program factorial de tipul 23, cu ajutorul metodei suprafeŃelor de răspuns, s-a putut determina modelul polinomial de ordinul întâi cu interacŃiuni pentru forŃa studiată. Modelul determinat este adecvat, adică reproduce satisfăcător datele experimentale folosite pentru obŃinerea lor. Acest model permite determinarea valorilor caracteristicilor, pentru condiŃii date, în limitele domeniilor de variaŃie ale fiecărui parametru folosit pentru obŃinerea lor. Trebuie totuşi să se Ńină seamă de intervalele de încredere determinate pentru coeficienŃi, fiind vorba de modele statistice şi nu de funcŃii algebrice. Analiza referitoare la determinarea forŃei la care cilindrul osteocondral se deplasează în raport cu cilindrul primitor permite evidenŃiază faptul că forŃa la care cilindrul osteocondral se deplasează în raport cu cilindrul primitor are

Rezumatul Tezei


20

variaŃii semnificative în funcŃie de parametrii luaŃi în considerare. De asemenea, se observă că toŃi coeficienŃii sunt semnificativi, deci în consecinŃă toŃi parametri luaŃi în considerare influenŃează modelul forŃei la care cilindrul osteocondral se deplasează în raport cu cilindrul primitor. InfluenŃa cea mai puternică asupra forŃei la care cilindrul osteocondral se deplasează în raport cu cilindrul primitor o are raportul dintre lungimea cilindrului osteocondral şi cea a canalului primitor (r), urmat de aria defectului (A) şi diametrul cilindrului (d). ForŃa la care cilindrul osteocondral se deplasează în raport cu cilindrul primitor creşte odată cu creşterea spre valoarea 1 a raportului dintre dintre lungimea cilindrului osteocondral şi cea a canalului primitor (r). Un alt factor analizat a fost aria defectului condral care influenŃează şi ea forŃa la care cilindrul osteocondral se deplasează în raport cu cilindrul primitor în sensul creşterii lor o dată cu scăderea acesteia din urmă. În fine, diametrul cilindrului influenŃează forŃa la care cilindrul osteocondral se deplasează în raport cu cilindrul primitor în sensul creşterii lor o dată cu creşterea diametrului.

Următoarele subcapitole reprezintă o serie de analize experimentale ale diferiŃilor factori ce pot influenŃa stabilitatea transplantului osteocondral (relaŃia dintre lungimea tunelului primitor şi lungimea cilindrului osteocondral, analiza forŃelor de frecare de la nivelul interfeŃei cilindru-tunel), şi implicit şi ale experimentului prezentat mai sus (de exemplu unele caracteristici biomecanice ale oaselor utilizate în experiment).

Pentru analiza raportului dintre lungimea cilindrului şi adâncimea tunelului primitor (r) şi pentru achiziŃionarea datelor de referinŃă am efectuat teste pe un femur de vită la nivelul condilului femural intern al căruia am efectuat o secŃiune sagitală la nivelul. La nivelul secŃiunii am realizat 2 tuneluri primitoare perpendiculare pe suprafaŃă articulară în aşa fel încât 1/3 din circumferinŃă să fie înafara secŃiunii efectuate. Tunelurile efectuate au adâncimea de 15 mm, respectiv 18 mm. Apoi am recoltat doi cilindri osteocondrali de la nivelul trohleei femurale, cilindri având diametrul de 8 mm şi lungimea de 15 mm, pe care i-am transplantat la nivelul tunelurilor efectuate. În următoarea etapă am fixat femurul în componenta inferioară a dispozitivului, astfel încât direcŃia compresiunii să fie perpendiculară pe axul cilindrului osteocondral. Acest fapt a necesitat poziŃionarea diferită a femurului în stand pentru fiecare din cei doi cilindri transplantaŃi, şi am efectuat încărcarea la compresiune pe Maşina Instron 5587 la forŃe de la 0 la 5.000 N, achiziŃionând tototdată date cu sistemul optic Aramis 2M. AchiziŃia datelor a fost efectuată simultan cu softul de achiziŃie a Maşinii Instron care a permis determinarea deformaŃiilor obŃinute în relaŃie cu forŃa de încărcare şi momentul aplicării şi cu sistemul Aramis care a achiziŃionat o imagine pe secundă pe toată durata încărcării. În acest mod s-a putut efectua corelarea în timp a datelor obŃinute prin cele două sisteme. Datele achiziŃionate de sistem au permis analiza la diferite presiuni de încărcare a mai multor parametri. Am evaluat astfel: DeformaŃia principală (întindere) (Major Strain ε1), DeformaŃia secundară (compresiune) (Minor Strain ε2), DeformaŃia echivalentă (Von Mises Strain), precum şi Deplasările pe axa X, Deplasările pe axa Y şi Deplasarea totală E. De asemenea, am realizat la nivelul piesei secŃiuni la nivelul cilindrilor de analizat şi am realizat graficele deformaŃiilor şi deplasărilor de la nivelul secŃiunii analizate în timpul încărcării. În cazul cilindrului ce nu ajunge la baza tunelului primitor deformaŃiile maxime se produc la nivelul pereŃilor (suprafeŃei periferice a cilindrului) în interfaŃa cilindru-tunel înspre baza cilindrului, iar deplasarea totală maximă se regăseşte la nivelul

Rezumatul Tezei


21

suprafeŃei condrale a cilindrului. Pe secŃiunea efectuată prin axul cilindrului se observă deformaŃii şi deplasări semnificativ mai mari la nivelul cilindrului comparativ cu restul condilului, existând o treaptă marcată de o zonă liberă care corespunde spaŃiului gol dintre cilindru şi baza tunelului primitor. La nivelul tuturor parametrilor analizaŃi în cazul cilindrului ce nu ajunge la baza tunelului primitor se constată o comportare biomecanică a cilindrului care este condiŃionată de comportamentul interfeŃei cilindru-tunel, şi care este marcat diferită de modificările ce se regăsesc la nivelul restului condilului femural. În cazul cilindrului ce ajunge la baza tunelului primitor deformaŃia principală maximă este localizată la nivelul suprafeŃei desfăşurate a cilindrului osteocondral, deformaŃia secundară maximă se regăseşte la nivelul bazei cilindrului, deformaŃia echivalentă von Mises având valori crescute la nivelul ariei de contact cilindru-tunel, mai accentuate la nivelul bazei. Cele trei secŃiuni analizate în acest caz relevă comportamentul biomecanic al piesei. DeformaŃia principală maximă, deformaŃia secundară maximă şi deformaŃia echivalentă Von Mises maximă se obŃin la nivelul bazei cilindrului, proporŃional cu valoarea forŃei de încărcare şi cu valori semnificativ mai mari decât în restul masei cilindrului şi a condilului femural. Poate cea mai importantă concluzie a acestui studiu este aceea că dacă în cazul cilindrului ce nu ajunge în baza tunelului analiza arată că cele două corpuri se comportă diferit la compresiune, cu atât mai diferit cu cât forŃa de încărcare este mai mare, fiind interconectate de fenomenele de la nivelul suprafeŃei desfăşurate a tunelului, în cazul în care cilindrul ajunge la nivelul bazei comportamentul biomecanic este diferit, cele două corpuri comportându-se ca un tot unitar cu atât mai mult cu cât creşte forŃă de încărcare.

O altă etapă a acestui program experimental a fost determinarea forŃei de smulgere dintre cilindrul osteocondral şi tunelul primitor, acesta fiind o caracteristică o Ńesutului osos. După realizarea unui transplant osteocondral la nivelul unui condil femural, cilindrul osteocondral a fost supus unei forŃe de tracŃiune, utilizând maşina de încercare Instron 5587, pentru a determina forŃa necesară pentru smulgerea acestuia de la nivelul tunelului primitor şi implicit forŃa necesară pentru mobilizarea cilindrului osteocondral în tunelul primitor. Pentru aceasta am preparat un femur de vită după metoda prezentată anterior şi am realizat 4 tuneluri primitoare cu adâncimea de 20 mm la nivelul condililor femurali poziŃionate astfel încât după fixarea femurului în subansamblul inferior al standului experimental să poată fi poziŃionate cu axul tunelului vertical. TracŃiunea a fost efectuată cu forŃe ce au crescut constant de la 0 N până la smulgerea cilindrului osteocondral din tunelul primitor. S-au prelevat 4 cilindri de la nivelul trohleei femurale ale aceluiaşi femur, fiecare cilindru a fost găurit central de-a lungul axului longitudinal şi prin acest orificiu a fost introdusă o tija metalică la al cărei capăt a fost sudat un inel metalic ce a rămas la nivelul bazei. După montarea tijei la nivelul cilindrilor osteocondrali, s-a realizat transplantul unui cilindru într-un tunel primitor, apoi s-a fixat femurul în subansamblul inferior al standului, iar capătul liber al tijei tractoare s-a fixat la nivelul bacului superior al maşinii Instron 5587 şi s-a efectuat tracŃiunea.

Din rezultatele experimentale obŃinute se poate observa că forŃa maximă de smulgere a cilindrilor osteocondrali se regăseşte în jurul valorii de 500 N, ceea ce conferă o bună rezistenŃă la smulgere a implantului astfel realizat. În ceea ce priveşte „evoluŃia” forŃei de smulgere de-a lungul încercării experimentale, se poate observa că aceasta creşte relativ rapid până la valoarea maximă, după care începe să scadă lin până la valoarea de 100 N, când încercarea a fost oprită, considerându-se că cilindrul

Rezumatul Tezei


22

osteocondral poate fi considerat smuls din tunelul primitor. Referitor la deplasarea cilindrului osteocondral în tunelul primitor, se observă că acesta se deplasează aproximativ 5-6 mm (35-40%) din lungimea sa iniŃială, până ce se atinge forŃa maximă de smulgere, pentru ca la finalul încercării acesta să fie ieşit aproximativ 14 mm (80-90%) din tunelul primitor.

Următorul subcapitol prezintă un experiment efectuat cu scopul de a determina proprietăŃile mecanice la compresiune ale cilindrilor osteocondrali recoltaŃi de la nivelul trohleei fenurului bovin. Pentru aceasta am prelevat 7 cilindri cu diametrul de 8 mm de la nivelul trohleei femurale ale unui femur de vită prelucrat după cum a fost descris in subcapitolele anterioare. Fiecare cilindru osteocondral prelevat a fost măsurat în lungime cu ajutorul unui şubler. De asemenea, s-a măsurat şi diametrul cilindrilor pe două direcŃii perpendiculare între ele. Această măsurătoare a diametrului fiecărui cilindru arată, surprinzător, imperfecŃiunea acestora, aceştia nefiind cilindri perfecŃi cu diametrul de 8 mm, deşi pentru prelevarea lor s-a utilizat o sculă pentru transplant osteocondral (donor) cu diametrul de 8 mm. Această imperfecŃiune poate fi explicată prin variaŃia proprietarilor mecanice ale osului pe diferite direcŃii. Corectând datele, prin aproximaŃie şi Ńinând cont de sistemul de prelevare s-a considerat pentru efectuarea calculelor că cilindrii au diametrul de 8 mm. Fiecare cilindru osteocondral a fost apoi testat separat la compresiune în maşina Instron 5587.

În ceea ce priveşte curbele caracteristice rezultate în urma încercărilor la compresiune realizate, se poate observa fapul că forŃa de comprimare ajunge relativ repede la o valoare de 1.000-1.500 N (după comprimarea doar cu 2-3 mm a cilindrilor), pentru ca mai apoi aceasta să rămână relativ constantă până spre finalul încercării, când creşterea este mult mai bruscă, atingându-se foarte repede valoarea maximă a forŃei de comprimare. O comportare similară o are şi variaŃia tensiuni ce apare în cilindrul osteocondral supus la compresiune. Referitor la deformaŃia specifică maximă, se poate constata faptul că majoritatea cilindrilor testaŃi s-au deformat cu peste 80%, dar că există şi cazuri în care deformaŃia specifică nu depăşeşte 50%. Aceste diferenŃe pot proveni din faptul că suprafaŃa de aşezare a cilindrilor osteocondrali pe plăcile maşinii de încercat nu este perfect plană, astfel că pot apare anumite erori datorate acestor neplaneităŃi geometrice. Prin urmare este foarte important ca cilindrii osteocondrali sa fie prelevaŃi în condiŃii foarte bune, astfel încât geometria lor să nu aibă de suferit în acest proces de „recoltare”.

În următorul studiu experimental realizat am urmărit comportarea la compresiune a unui femur de vită de la nivelul trohleei căruia am recoltat mai mulŃi cilindri osteocondrali pentru transplantat, pentru a determina dacă această manoperă modifică proprietăŃile mecanice la compresiune ale femurului. Pentru acest experiment am folosit un alt femur de vită prelucrat după cum a fost descris anterior. Au fost recoltaŃi 8 cilindri osteocondrali de la nivelul trohleei femurale. SuprafaŃa cartilaginoasă însumată a acestor cilindri este de 402,16 mm2, şi pot acoperi o suprafaŃă a defectului condral de aproximativ 6 cm2, ceea ce reprezintă limita maximă acceptată de cei mai mulŃi autori ca indicaŃie pentru transplantul osteocondral autolog.După vopsire cu vopsea albă mată şi pulverizare cu spray cu grafit, femurul a fost poziŃionat la nivelul Maşinii Instron 5587, fiind fixat în subansamblul inferior al s

rezumat tez Ă de doctoratdoctorate.ulbsibiu.ro/obj/documents/rez-rom-fleaca.pdf · genunchiului)...

Documents