Η χρήση του πλέγματος τιτανίου στην αντιμετώπιση μεγάλων οστικών ελλειμμάτων των μακρών οστών του σκύλου: πειραματική μελέτη σε ωλένη

Abstract

The objective of the present study was to evaluate the influence of the titanium mesh on bone formation by using a newly established critical-size canine ulnar defect model. The defect was used as a space providing device for guided bone regeneration, either alone or in combination with autogenous bone block graft.Thirty two, purpose bred, adult (2-6 years old), castrated male, laboratory Beagles (16 4 kg of body weight) were used in the study.Under general anesthesia, a unilateral, segmental mid-diaphyseal, ulnar osteo-periosteal critical-size defect was created in each animal. The length of the defect was calculated individually for each site based on Key’s hypothesis on critical size defect dimensions, i.e., defect length = 2 x ulnar diameter. The residual ulnar segments were stabilized with a veterinary stainless-steel plate and appropriate screws. Each defect was managed with one of the following approaches: a) a bone block graft harvested from the ipsilateral iliac crest was trimmed and adapted to fit into the defect achieving continuity and a commercially titanium mesh extending beyond the defect margins was wrapped around the ulna (Group D; 8 animals), b) only a titanium mesh was placed similarly to above (Group C; 8 animals); c) only a bone block graft was placed similarly to above (Group B; 8 animals), and d) no treatment (Group A; 8 animals).After six months of healing all animals underwent a second surgical procedure and block biopsies consisting of the experimental sites and portion of the pristine ulnar segments were retrieved. Following specimen fixation, the blocks were scanned using a µCT table-top scanner, and the data-sets were exported in TIF-format and imported in a special 3D-visualization software. The dimensions of the original and the residual defect in each specimen were linearly measured after identifying their margins by browsing the entire stack of images. Then regions-of-interest (ROI), perpendicular to the long-axis of the specimen and comprising the entire cross-section of the defect space x 0.33 mm thick were determined at a level corresponding to the 20, 40, 60 and 80 % of defect length. For these ROI, mineralized bone tissue was isolated by manual segmentation and its volume was automatically calculated by the software.The specimens were histotechnically processed and qualitative histological evaluation was performed on two non-decalcified longitudinal sections from each block, representing central aspects of the defect space.Statistical evaluation was performed with one way analysis of variance (ANOVA) and the student’s t-test for independent samples. The level of significance was set to P<0.05.No significant complications related to the surgical procedures were observed and all animals were fully ambulatory on their operated limb approximately 10 days (range 7-14) after surgery. Analysis of the µCT images revealed no significant differences in the originally created defect dimensions among the four experimental groups. Complete bone bridging had occurred in the two groups where a bone graft was used –two specimens excepted (DA & D5) where graft absorption was marked. Most specimens in the two other groups did not show complete bridging (C4 and A3 excepted) and the residual defect averaged 7.7 mm in the titanium mesh group and 10.5 mm in the no treatment group. The observed difference between Group A & C in residual defect length was not statistically significant.No statistically significant differences in terms of mineralized bone volume in the various ROI were detected between the grafted sites (Group B & D) or between the non-grafted ones (Group A & C).Significantly larger amounts of bone were present at the various ROI in Group B & D when compared with Group A & C.The histological evaluation indicated good integration of the bone blocks irrespective the use of a titanium mesh. In the non-grafted sites, small amount of new bone had formed in the margins of the defect, but a major portion of the original defect space was occupied by soft fibrovascullar connective tissue. Occasionally, some new bone formation could be observed within the titanium mesh structure, mostly in aspects close to the original defect margins.The use of titanium mesh does not influence significantly the amount of bone formation, in non-grafted and grafted long bone critical-size defects.The described canine ulnar critical size defect model seems to be a reliable model to use in experimental studies.

Τα μεγάλα οστικά ελλείμματα, λόγω τραυματισμού ή σωστικών επεμβάσεων, είναι συχνά τόσο στην ιατρική όσο και στην κτηνιατρική ορθοπεδική κλινική πράξη. Για τη διαχείρισή τους εφαρμόζονται πολλές μέθοδοι και αναζητούνται συνεχώς νέες. Η πρόσφατη εφαρμογή πλέγματος τιτανίου σε επιπλεγμένα κατάγματα με μεγάλο οστικό έλλειμμα στον άνθρωπο, πυροδότησε έρευνες για την αποτελεσματικότητά του, σε συνδυασμό με παράγοντες ή υλικά που προάγουν την πώρωση.Στην παρούσα μελέτη διερευνήθηκε ο ρόλος του τιτανίου, όταν αυτό χρησιμοποιείται με τη μορφή πλέγματος, για την κάλυψη μεγάλων οστικών ελλειμμάτων στο σκύλο, χωρίς την αρωγή οστεοεπαγωγικών ή οστεοκαθοδηγητικών παραγόντων.Για τους σκοπούς της έρευνας χρησιμοποιήθηκαν 32 ενήλικες, αρσενικοί, ορχεκτομημένοι σκύλοι, πειραματικής εκτροφής (Χειρουργική Κλινική, Τμήμα Κτηνιατρικής, Σχολή Επιστημών Υγείας, Π.Θ.), φυλής Beagle, οι οποίοι χωρίστηκαν σε 4 ομάδες των 8 ζώων. Σε όλους τους σκύλους δημιουργήθηκε ένα μεγάλο οστικό έλλειμμα, σύμφωνα με την υπόθεση του Key (δύο φορές μεγαλύτερο από τη διάμετρο του οστού) στη διάφυση της αριστερής ωλένης. Η επιλογή του μοντέλου της ωλένης έγινε με βάση την εύκολη προσπέλαση και τη σταθερότητα του αντιβραχίου, τη δυνατότητα για πρώιμη φόρτιση και την ελαχιστοποίηση της τελικής βλάβης στη χρησιμοποίηση του άκρου από τα πειραματόζωα. Στις ομάδες Α και Γ, το έλλειμμα έμεινε κενό και οστεοσυντέθηκε με πλάκα και κοχλίες, ενώ στην ομάδα Γ χρησιμοποιήθηκε πλέγμα τιτανίου που τυλίχθηκε και σταθεροποιήθηκε γύρω από το οστό. Στις ομάδες Β και Δ χρησιμοποιήθηκε για την κάλυψη του ελλείμματος φρέσκο, αυτόλογο, τρι-φλοιώδες μόσχευμα που λήφθηκε από την ομοπλάγια λαγόνια ακρολοφία. Το μόσχευμα σταθεροποιήθηκε στο έλλειμμα με πλάκα οστεοσύνθεσης και κοχλίες, ενώ στην ομάδα Δ, εφαρμόστηκε επίσης πλέγμα τιτανίου γύρω από το μόσχευμα και το οστό, το οποίο σταθεροποιήθηκε με την πλάκα οστεοσύνθεσης. Μετεγχειρητικά οι σκύλοι παρακολουθήθηκαν κλινικά και ακτινολογικά για 6 μήνες, στο πέρας των οποίων εξαιρέθηκε χειρουργικά το τμήμα της ωλένης που περιείχε το έλλειμμα μαζί με τα υλικά οστεοσύνθεσης και το πλέγμα. Στα τμήματα της ωλένης που λήφθηκαν έγινε επεξεργασία με αξονικό μικροτομογράφο και πρόγραμμα τρισδιάστατης απεικόνισης, με σκοπό τη μέτρηση του οστού που δημιουργήθηκε στα όρια του αρχικού ελλείμματος. Η μέτρηση του όγκου του νέου οστού πραγματοποιήθηκε με ορισμό περιοχών ενδιαφέροντος (ΠΕ) σε απόσταση 20, 40, 60 και 80% από το κεφαλικό άκρο του ελλείμματος, στις οποίες το οστό απομονώθηκε, βάφτηκε και υπολογίστηκε η επιφάνεια και ο όγκος του με το πρόγραμμα 3D απεικόνισης. Για την ιστολογική επεξεργασία εφαρμόστηκε τεχνική «κοπής και λείανσης», προκειμένου να μελετηθεί το έλλειμμα σε σχέση με το πλέγμα και τα υλικά οστεοσύνθεσης.Η μελέτη των αποτελεσμάτων της οστεομετρίας κατά την 3D επεξεργασία, έδειξε πως δεν υπάρχει διαφορά στην ανάπτυξη νέου οστού με τη χρήση πλέγματος τιτανίου ανάμεσα στις ομάδες Α και Γ καθώς και Β και Δ. Στα δείγματα της ομάδας Γ, όπου χρησιμοποιήθηκε πλέγμα, παρατηρήθηκε ανάπτυξη κυρίως ινώδους πώρου και εστιών νέου οστού, μέσα στα όρια του αρχικού ελλείμματος, χωρίς να παρατηρηθεί γεφύρωσή του. Σε ένα δείγμα παρατηρήθηκε γεφύρωση χωρίς ανάπτυξη συμπαγούς νέου οστού. Στα δείγματα της ομάδας Α, όπου το έλλειμμα έμεινε κενό, αναπτύχθηκε νέο οστό μόνο στα άκρα του αρχικού ελλείμματος ενώ ανάμεσα στα δείγματα των ομάδων Α και Γ, όσον αφορά την ανάπτυξη νέου οστού, δεν παρατηρήθηκε στατιστικώς σημαντική διαφορά. Στα δείγματα των ομάδων Β και Δ, όπου χρησιμοποιήθηκε μόσχευμα, δεν παρατηρήθηκε στατιστικώς σημαντική διαφορά στην απορρόφηση του μοσχεύματος σε σχέση με το πλέγμα και στα περισσότερα δείγματα των δύο ομάδων το μόσχευμα οστεοενσωματώθηκε. Δύο δείγματα της ομάδας Δ (Δ4 & Δ5) παρουσίασαν απορρόφηση του μοσχεύματος και μείωση των διαστάσεών του. Η σύγκριση του όγκου οστού στις ΠΕ ανάμεσα στις ομάδες Α και Γ καθώς και Β και Δ, δεν παρουσίαζε στατιστικώς σημαντική διαφορά.Η παρατήρηση των ιστολογικών τομών επιβεβαίωσε τα αποτελέσματα της οστεομετρίας και έδειξε την ανάπτυξη ινοχόνδρινου πώρου μέσα στα όρια του ελλείμματος στα δείγματα των ομάδων Α και Γ.Συμπεραίνεται ότι η χρήση πλέγματος τιτανίου στα μεγάλα οστικά ελλείμματα των μακρών οστών δεν επηρεάζει την ανάπτυξη νέου οστού, όταν δεν χρησιμοποιούνται επικουρικά μέσα. Η επιτυχής οστεοενσωμάτωση, που χαρακτηρίζει την εφαρμογή του σε επαφή με το οστό, το καθιστά δυνητικά χρήσιμο στην κλινική πράξη. Τέλος, το πειραματικό μοντέλο της ωλένης στο σκύλο είναι αξιόπιστο και αναπαράξιμο.