I mezzi di Osteosintesi

I mezzi di Osteosintesi

Osteosintesi Osteosintesi Composizione ossea

Struttura delle ossa L osso è un tessuto connettivo; esso è costituito da cellule viventi (osteociti) e da una sostanza intercellulare che risulta impregnata di sali minerali, tra i quali prevale il fosfato di calcio; questa conferisce all osso la durezza che lo contraddistingue come l unico tessuto connettivo rigido. Incluse nella matrice calcificata vi sono numerose fibrille costituite da collagene. L unità fondamentale dell osso è l osteone, un cilindretto di tessuto osseo attraversato da un canale centrale, detto di Havers, in cui entrano due vasi sanguigni ed un nervo. Intorno al canale di Havers la sostanza fondamentale del tessuto osseo è disposta a formare molteplici lamelle concentriche Le cellule ossee occupano piccoli spazi chiamati lacune che si trovano fra le lamelle. Canali microscopici (canalicoli) si irradiano in tutte le direzioni, partendo dalle lacune, per connetterle ai canali di Havers dando la possibilità ai liquidi interstiziali di raggiungere le cellule ossee.

Struttura delle ossa L unità fondamentale dell osso è l osteone

Struttura delle ossa Del tessuto osseo esistono due varianti riconoscibili dal diverso arrangiamento lamellare: il tessuto osseo compatto (corticale) ed il tessuto osseo spugnoso (spongioso). Nell osso compatto i sistemi haversiani sono fittamente addensati l uno all altro ed i piccoli spazi interposti sono riempiti da lamelle interstiziali. Nell osso spugnoso invece, vi sono parecchi spazi vuoti compresi tra esili processi ossei (trabecole) che sono uniti gli uni gli altri quasi come le travi di una impalcatura

Proprietà meccaniche Segmento Osseo Spongiosa Corticale Modulo di Young Femore Umano 11.4 GPa 19.1 GPa Femore Bovino 10.9 GPa - Cresta Iliaca Umana 3.81 GPa 4.89 GPa Vertebra Umana 13.4 GPa 25.8 GPa Tibia Umana 10.4 GPa 18.6 GPa Valore medio di riferimento per il modulo elastico longitudinale dell osso corticale 17.4 GPa (cfr. Cowin Bone Mechanics, 1987)

Classificazione delle fratture Le fratture rappresentano interruzioni della continuità ossea e sono usualmente classificate in Complete od incomplete (interruzione continuità ossea totale o meno) Composte o scomposte (solo due monconi oppure più segmenti) Chiuse o esposte (esposte quando l osso lacera la cute)

Fratture complete Transverse Oblique Spiral Butterfly

Esempi radiografici

In funzione del livello scheletrico della lesione Diafisarie Metafisarie Epifisarie

Osteosintesi vs. conservativo Nella maggior parte dei casi, le fratture sono trattate con un approccio di tipo conservativo che prevede l immobilizzazione mediante bendaggio gessato Tuttavia, in alcune circostanze è necessario stabilizzare i segmenti scheletrici impiegando dispositivi meccanici, applicati a seguito di un intervento chirurgico e in questo caso si parla di OSTEOSINTESI Si definisce Osteosintesi una metodica di terapia delle fratture ossee che, contrariamente al trattamento conservativo (il tradizionale gesso ) prevede l esecuzione di un intervento chirurgico e l installazione di dispositivi (generalmente metallici) di ausilio alla stabilizzazione del segmento scheletrico patologico L Osteosintesi si applica: Ogniqualvolta si abbia la certezza di ottenere un risultato non soddisfacente con un metodo conservativo Quando la frattura è complicata da una lesione che richiede l immediata correzione chirurgica (lesione vascolare maggiore o importante danno delle parti molli) Quando i tempi di guarigione con il trattamento gessato si prospettino lunghi e si preveda il blocco di una o più articolazioni per un periodo eccessivo che potrebbe causare degenerazione (specialmente nell anziano) Quando l apparecchio gessato dovrebbe assumere dimensioni tali da limitare l assistenza o l autogestione del paziente

Osteosintesi vs.conservativo In sostanza, la scelta tra trattamento conservativo ed osteosintesi viene fatta a favore di quest ultima quando esiste la ragionevole certezza di ottenere un buon risultato per il paziente in tempi più brevi e senza rischi, rischi che sono legati da un lato alla prolungata immobilizzazione (gesso) e dall altro al trattamento chirurgico-anestesiologico

Osteosintesi Gli obiettivi di un trattamento di osteosintesi sono Generali: stabilizzazione del segmento osseo fratturato rapida guarigione precoce mobilizzazione ripristino della piena funzionalità Specifici Per gli arti inferiori la stabilità (soprattutto in relazione alla loro funzione di sopportazione dei carichi) è di interesse primario Per gli arti superiori è importante ripristinare la funzionalità di braccia e mani (autosufficienza) Nelle fratture diafisiarie tutto ciò che si richiede è la corretta stabilizzazione dei due monconi, mentre nel caso di articolazioni la complessità del sistema richiede un più accurato intervento con ripristino delle congruità articolari ecc.

Osteosintesi Il volume del callo osseo diminuisce in funzione del tipo di trattamento della frattura (più rigida, meno callo osseo)

Osteosintesi La fissazione delle fratture mediante osteosintesi si classifica usualmente in Interna (quando gli elementi di stabilizzazione sono impiantati totalmente all interno del corpo es: fili, chiodi, viti, placche ecc.) Esterna (quando la maggior parte dell impianto è esterna all organismo, es. fissatori esterni di Ilizarov, Hoffman ecc.) Flessibile (quando il mezzo di osteosintesi consente movimenti interframmentari apprezzabili sotto l azione di carichi esterni fisiologici) Rigida (quando nessun movimento è consentito)

Sistemi a placche e viti I sistemi che impiegano placche e viti stabilizzano i segmenti ossei mediante servendosi di due elementi accoppiati Placche neutre sono quelle che hanno come scopo principale, quello di mantenere in posizione i segmenti ossei (caso delle fratture scomposte) Placche di compressione sono impiantate in modo tale che esercitino una forza di compressione costante alle rime di frattura dei due monconi Nei sistemi a compressione dinamica, la placca possiede rigidezze differenti nelle zone in prossimità dei fori e in quelle distanti da essi.

Placche neutre La funzione principale è quella di sostegno ed irrigidimento Il carico è supportato in parte dalla placca ed in parte dall osso

Compressione dinamica Placche progettate per esercitare una forza di compressione Le viti si accoppiano con fori dal design particolare (eccentrici) A mano a mano che la vite viene stretta, la placca esercita una forza tale da comprimere i monconi nella posizione corretta

Sistemi a placche e viti

Sistemi a placche e viti La capacità portante di una vite è funzione del prodotto del diametro esterno della filettatura per la lunghezza di ancoraggio all interno dell osso. Fattori che influenzano la capacità portante della vite: Intrinseci diametro esterno configurazione della filettatura lunghezza della filettatura Estrinseci qualità dell osso tipo e angolo di inserimento della vite coppia torcente

Sistemi a placche e viti Le viti, costruite con lunghezze e diametri tali da poter essere inserite in ogni tipo di segmento scheletrico, sono essenzialmente di 2 tipi: da corticale o da spongiosa. Le viti da corticale sono caratterizzate da un filetto stretto e profondo, diametri superiori rispetto a quelle da spongiosa e estremità appuntite. Quando vengono impiegate per fissare placche su ossa lunghe, esse sono generalmente filettate su tutta la lunghezza per assicurare la massima stabilità. Le viti da spongiosa (che possono essere parzialmente o totalmente filettate) sono comunemente impiegate nelle epifisi delle ossa lunghe dove la spongiosa è abbondante. A causa della bassa densità della materia attraversata, in pratica questo tipo di vite è da considerarsi alla stregua di un autofilettante Corticale Spongiosa

Sistemi a placche e viti Corticale Spongiosa

Sistemi a placche e viti La coppia di serraggio determina la forza con la quale i frammenti d osso sono tenuti insieme. Tale forza genera l attrito necessario ad impedire il moto relativo. Il controllo della coppia di serraggio (attuato mediante una chiave dinamometrica) è importante per impedire la spanatura dell osso o il collasso della testa della vite per eccessiva torsione. Anche la qualità dell osso influenza la capacità portante della vite; l osso corticale è circa 10 volte più resistente di quello spugnoso. Lo spessore della corteccia e la densità ossea sono fattori critici per la resistenza della fissazione e condizionano il numero di viti richiesto per ottenete una stabilità adeguata.

Sistemi a placche e viti Si è notato che dopo la rimozione di viti i fori permangono nell osso per molti mesi. In base ai processi naturali di rimaneggiamento dell'osso tali fori si riempiono dapprima di tessuto fibroso privo di tenuta meccanica e nei mesi successivi tale tessuto fibroso viene sostituito da tessuto osseo meccanicamente valido. normalmente tra i 6 ed i 9 mesi i fori sono pressoche' totalmente riempiti da tessuto osseo. Un foro di vite nell osso causa effetti di concentrazione di sforzo e rende l osso più debole, particolarmente in flessione e torsione. Non è quindi improbabile che nel corso dei primi mesi dopo la rimozione delle viti le ossa possano fratturarsi in corrispondenza delle sezioni di uno dei fori Gli effetti della concentrazione di sforzo possono esser ridotti da una buona rifinitura della superficie e evitando fori non necessari o altre variazioni di forma brusche nella struttura.

Sistemi a placche e viti Le placche, usualmente realizzate in acciaio inossidabile o titanio, possiedono una sezione caratterizzata da una leggera curvatura, la quale si rivela utile a migliorare l adattamento sulla superficie ossea. Nel senso longitudinale tipicamente le placche sono rettilinee, ma esistono appositi strumenti (piega-placche) che possono conferire la miglior forma in relazione al segmento osseo da trattare Lo spessore è anch esso variabile in funzione dell applicazione (le placche da femore sono più spesse rispetto alle altre) solitamente tra 1.5 e 4 mm

Sistemi a placche e viti La sistemazione delle placche deve tenere conto del tipo di sollecitazione alla quale è sottoposto l osso nel punto di frattura. Il fissaggio della placca nella zona sottoposta a trazione è sempre consigliabile per evitare che i monconi tendano a separarsi. Altro aspetto è relativo al posizionamento delle viti: è bene ridurre la distanza tra le viti in prossimità della frattura per ridurre gli effetti flessionali.

Sistemi a placche e viti Le placche funzionano meglio se condividono il carico con l osso

Rimozione impianti È consigliata la rimozione dell impianto una volta che questo abbia conseguito i suoi obiettivi, tuttavia in pratica molto spesso ciò non accade Costo Intervento chirurgico Rischio Anestesia Convalescenza post-operatoria Ci sono tuttavia casi per i quali la rimozione è obbligatoria (interferenza con le funzioni fisiologiche, rotture o mobilizzazioni dell impianto, infezioni, reazioni avverse dell organismo ecc.) In ogni caso la rimozione deve essere preceduta da una serie di accertamenti (primo fra tutti quello radiologico) che verifichino, oltre alla corretta guarigione della frattura, l assenza di altre possibili complicazioni e seguita da un adeguato periodo di riposo per evitare possibili ricadute.

L inchiodamento endomidollare La stabilizzazione delle fratture delle ossa lunghe può essere ottenuta introducendo nel canale midollare uno o più chiodi fino ad ottenerne un buon riempimento con contatto sulla corticale interna e con il tessuto spongioso epifisario Sebbene i primi tentativi in questo senso risalgano al 1841, occorre attendere fino agli anni 30 per disporre di una significativa casistica Di fondamentale importanza sono gli studi di Kuntscher che propose, nel 1940, la tecnica di inchiodamento endomidollare con chiodo a sezione aperta a forma di trifoglio. Il chiodo di Kuntscher ha permesso, da allora, la precoce mobilizzazione di un gran numero di fratture diafisarie (inizialmente solo di femore) La forma del chiodo permette, dopo adeguata alesatura del canale midollare, buona aderenza interna garantendo ottima stabilità in flessione, discreta in rotazione e modesta in asse.

L inchiodamento endomidollare La tecnica proposta negli anni 40 e 50 dai tedeschi Kuntscher ed Herzog rivoluziona l approccio alla sintesi delle fratture ossee. La sintesi esterna con viti e placche, viene sostituita sfruttando la presenza del canale midollare per applicare un chiodo capace di stabilizzare efficacemente il segmento osseo L inchiodamento endomidollare garantisce alcuni vantaggi significativi quali: Strumentario limitato ed economico Costo relativamente basso Tecnica di esecuzione semplice Accesso chirurgico limitato Possibilità di esecuzione a cielo chiuso Intervento chirurgico breve Rimozione agevole e poco invasiva In generale si tende a proporre questa tecnica per la stabilizzazione di fratture di segmenti scheletrici lunghi

L inchiodamento endomidollare Per contro occorre tenere in considerazione quali: Ostacolo alla vascolarizzazione midollare Mobilizzazione/migrazione del chiodo Frequente necessità di fissazione ausiliaria (cerchiaggi, viti ecc.) Il chiodo contrasta le azioni di flessione ma mal sopporta scivolamento, compressione e torsione Un chiodo stabile e di calibro adeguato consente comunque lo sviluppo di una nuova circolazione endomidollare

Classificazione delle tecniche di inchiodamento Nel caso delle fratture medio-diafisiarie di femore e tibia si distinguono trattamenti A cielo chiuso quando il chiodo viene impiantato attraverso un accesso prossimale, senza esporre il focolaio di frattura; questa scelta prevede una preventiva riduzione (o quantomeno un buon allineamento) A cielo aperto quando il chiodo viene impiantato con accesso prossimale ma la riduzione e preventiva stabilizzazione della frattura vengono effettuate accedendo chirurgicamente al focolaio di frattura Con alesaggio del canale midollare, vale a dire che questo viene preventivamente allargato in modo uniforme mediante strumento alesatore e la scelta del chiodo viene ovviamente fatta in base al calibro del canale così realizzato Senza alesaggio, ossia senza preventiva preparazione del canale midollare (caso delle fratture esposte onde evitare diffusione di carica batterica lungo il canale)

Inserimento del chiodo Normogrado (cielo chiuso o aperto) Retrogrado (cielo aperto, dal focolaio di frattura)

Chiodo di Kuntscher È rigido ed in sezione assiale è conformato a trifoglio o a v In caso di riassorbimento osseo la sua particolare forma ne consente un parziale allargamento Può presentare estremità diritte o ricurve (inclinazione 20 ) Una delle estremità è appuntita per facilitare l inserimento nel canale midollare, mentre la coda è dotata di un foro utile a facilitare l estrazione Richiede alesatura del canale midollare Si impianta mediante apposito martello

Chiodo di Kuntscher http://www.youtube.com/watch?v=wxnriw7oqee http://www.youtube.com/watch?v=vocf8mhnqbs Alesamento progressivo del canale midollare (0.5 mm per volta) Inserimento con martello e ribattitore

L inchiodamento endomidollare L indicazione all uso del chiodo di Kuntscher viene limitata dalla sede di frattura, che deve trovarsi in area di canale midollare pressochè cilindrico e con morfologia tale da permettere un certo ingranamento ed un appoggio che impedisca lo scorrimento assiale dei monconi sul chiodo (telescopage) L inchiodamento endomidollare è una tecnica ampiamente diffusa ma se impiegata in fratture non selezionate o applicata in modo non corretto presenta un elevata percentuale di complicanze Una importante variante è relativa all impiego dei chiodi endomidollari bloccati, nei quali ad una delle estremità (o ad entrambe) sono fissate trasversalmente delle viti Infatti mentre l azione del chiodo contrasta essenzialmente le sole azioni flettenti, la presenza delle viti consente un aumentata resistenza a compressione, torsione e scivolamento del chiodo.

Altri tipi di chiodi Ender Ancora Zickel

Osteosintesi esterna: i fissatori Il fissatore esterno è uno strumento capace di contenere e stabilizzare una frattura mediante viti, chiodi o fili inseriti per via transcutanea nei monconi del segmento scheletrico fratturato. In generale, dunque, il fissatore si compone di una struttura composta da una o più barre metalliche, morsetti e anelli disposti in un corpo unico o articolato. L impiego del fissatore esterno è di regola suggerito nei casi di fratture plurime esposte con massiva perdita di tessuti molli, ma nel tempo il suo utilizzo si è andato via estendendo quale alternativa all osteosintesi interna soprattutto in forza della sua scarsa invasività I Fissatori si classificano in: Circolari Bilaterali Monolaterali Ibridi

Osteosintesi esterna: i fissatori

Obiettivi del fissatore Stabilizzare i frammenti ossei mediante la connessione e il sostegno degli elementi impiantabili, ma mantenendo un comportamento biomeccanico simile a quello dell osso naturale In questo modo l apparecchio stimola l ambiente biologico circostante in modo fisiologico Ciò si può ottenere grazie alla possibilità di variare le caratteristiche geometriche e di rigidezza in ogni momento Tuttavia esistono problemi legati ai fenomeni di stress shielding nell eventualità in cui il fissatore assorba troppo la sollecitazione applicata alla zona di frattura Viceversa se troppa sollecitazione è trasmessa all impianto si possono originare rotture dell osso in guarigione oppure mancate unioni

Fattori critici Il diametro dei pin Numero dei pin Localizzazione (più vicino possibile alla frattura, lontano dalle ferite se possibile, ben distribuiti su tutti i segmenti interessati) Multiplanarità

Tipi di fissatore MONOLATERALE È costituito da una singola struttura portante connessa all osso tramite viti monolaterali infisse nell osso E necessario controllare in modo accurato l allineamento sottocarico data l asimmetria della struttura

Tipi di fissatore BILATERALE È costituito da viti trapassanti connesse con due strutture portanti regolabili, collegate o meno tra loro

Tipi di fissatore CIRCOLARE È costituito da una serie di fili trapassanti, connessi con anelli o semianelli collegati tra loro mediante barre regolabili (di solito tre). FATTORI CRITICI: Materiale (l acciaio attualmente impiegato, con spessore di 6 millimetri, è da considerarsi l'ideale per rapporto leggerezza-rigidità-costo) Diametro anelli (il diametro degli anelli è inversamente proporzionale alla rigidità della struttura. In generale sono da favorire i diametri minori, tenendo però presente l'esigenza di avere, sempre, una distanza minima tra parti molli e apparecchio di almeno 2 cm., aumentati a 3 ove si supponga l'evenienza di formazione di edema) Connessione dell apparato con l osso (il diametro dei fili è direttamente proporzionale alla stabilità del montaggio, ovvero, maggiore diametro, corrisponde a maggiore stabilità. Normalmente, nelle persone adulte i fili sono del diametro di 1,8 mm., mentre nei bambini o negli avambracci di adulti, tale valore può scendere fino a 1.5

Tipi di fissatore CIRCOLARE MONOLATERALE

Tipi di fissatore IBRIDO È costituito da viti monolaterali e fili connessi con una struttura circolare regolabile. L interfaccia con l osso dipende dal tipo di vincolo esterno Fissatore circolare fili trapassanti, viti Fissatore bilaterale viti trapassanti Fissatore monolaterale viti monolaterali Fissatore ibrido viti monolaterali+ fili trapassanti La rigidità del sistema dipende: Dal modulo elastico Dal momento di inerzia Dalle pretensioni Dalla forma dei singoli componenti e dal lorosistema di connessione.

Materiali Acciai austenitici al cromo-nichel-molibdeno ecc. (tipo AISI 303, AISI 304, AISI 316, AISI 630, AISI 455) ISO/DIN 7153/1, ASTM F899-94 Titanio puro o in lega con alluminio e vanadio (tipo Ti Gr.5 ELIASTM B348 ) Leghe di Al (UNI 9007/2, 9006/4...) Compositi (Ultem, Pom C, Nylon, Peek,...+ fibre) Materiale Peso [Mg/m 3 ] Modulo Young [GPa] Lavorabilità [Ore/lavoro] Costo [Euro/ Kg] Acciaio AISI 316L 7.9 210 1 15 Titanio Ti Gr. 5 4.5 105 2.5 55 Alluminio UNI 9007/2 2.7 70 0.25 5 Composito PEEK 1.39 3-17 1 150

Sviluppi futuri Fissatori attivi automatizzati che, mediante micromovimenti preprogrammati dallo specialista, stimolino la crescita del callo osseo Costruzione in materiale radiotrasparente per facilitare il controllo della stabilizzazione della frattura in itinere