Λοξή διαφυσιακή οστεοτομία 1ου μεταταρσίου (Ludloff) για την διόρθωση βλαισού μεγάλου δακτύλου: συγκριτική εμβιομηχανική μελέτη δύο τύπων

Abstract

The term Hallux Valgus was first mentioned by Carl Hueter in 1870. The hallux valgus complex is characterized as a combined deformity with a malposition in the first metatarsophalangeal (MTP) joint with lateral deviation of the great toe and medial deviation of the first metatarsal bone. It is the most common pathology of the big toe. In weight bearing AP radiographs, specific angles have been defined to quantify the deformity. The hallux valgus angle (HVA) is defined as the angle between the shaft axis of the first metatarsal and the proximal phalanx of the hallux. Angles greater than 15ο are pathological. The intermetatarsal angle (IMA) is the angle between the shaft axis of the first and second metatarsal. Values more than 9ο are consider as pathological. It is generally accepted that hallux valgus occurs in steps, frequently on a background of several predisposing factors; a) Extrinsic : High-heeled narrow shoes, Excessive weight-bearing. b) Intrinsic : Genetics, Ligamentous laxity, Metatarsus primus varus, Pes planus, Functional hallux limitus, Sexual dimorphism, Age, Metatarsal morphology, First-ray hypermobility and Tight Achilles tendon. Evaluation of the hallux valgus due to the best treatment choice, starts with careful history-taking considering possible contraindications for surgical treatment. Basic criteria for surgical treatment are pain and functional annoyances rather than the aesthetic problem. Non-surgical care should especially be considered in patients with general hypermobility, ligamentous laxity or neuromuscular disorders, and of course in the presence of absolute contraindications to surgical correction like a relevant peripheral arterial vessel disease, or relative contraindications like diabetes or smoking. Non-operative treatment includes footwear modification, night splints, physiotherapy or insoles. Non-operative treatment will not correct the deformity, but can relieve its symptoms. More than 100 different procedures have been proposed for the correction of hallux valgus deformity. In cases involving HVA and IMA greater than 35ο and 15ο, respectively, proximal or shaft metatarsal osteotomies with a concomitant distal soft tissue procedure have proved to be effective in obtaining adequate correction. The Ludloff osteotomy is considered as an effective procedure for these deformities. It is an oblique osteotomy of the first metatarsal bone and as originally described in 1918, the osteotomy was performed without any fixation. In the mid-1900s, Myerson et al. re-introduced the procedure, using two interfragmental compression screws for fixation. Problematic issues associated with use of the Ludloff osteotomy, similar to other proximal and shaft osteotomies, include inherent instability, delayed union, dorsal malunion, and fixation failure with loss of correction. Several of our patients showed up with loss of correction or periosteal bone formation which suggests motion at the osteotomy site. We suggest the use of a medial mini locking plate as a supplementary fixation. Our clinical outcomes were quite satisfactorily. There was no loss of correction or periosteal bone formation. To test the hypothesis that supplementary use of the medial mini locking plate would improve the stability associated with the Ludloff osteotomy compared with standard fixation using 2 interfragmental compression screws, we undertook the bone model investigation using 20 identical Sawbone (Pacific Research Laboratories, Vashon, WA) models. To meet the demanding needs of the in vitro experiments, to more closely simulate natural cortical bone, and to account for the variable bone quality arising from the used of cadaver foot specimens, we used fourth-generation composite cortical bone models. This ensured the enhancement of properties such as fracture toughness, fatigue life, tensile strength and modulus, and thermal stability. The first 10 specimens (group A). A Ludloff oblique osteotomy was performed and each specimen underwent the same amount of correction and fixation with 2 interfragmental screws. The next 10 specimens were designated as (group B). After completion and fixation of the osteotomy just in group A, a 4-hole, 2.4-mm titanium mini locking plate was applied on the medial surface, with the most proximal and distal screws inserted in the plantar and dorsal fragments, respectively. All specimens were then prepared for mechanical testing. Two holes were drilled on the medial aspect of the proximal and distal fragments, and a 50-mm gauge length extensometer (Instron G51-14-M-A, Instron, High Wycombe, Bucks, UK) was then placed into the drilled holes to provide accurate measurements of the fracture gap (deflection) across the osteotomy during loading. The base of each specimen was then clamped (EARTH CHAIN model EY-4, Indianapolis, IN) with the metatarsal inclined 15ο from the horizontal to simulate the anatomic standing position, with the plantar aspect of the metatarsal facing upward. The plantar aspect of the metatarsal head then loaded using a loading ram in a cantilever-bending mode with o moment arm averaging 55.5mm using a servohydraulic MTS Mini Bionix 858 test frame (MTS Systems, Eden Prairie, MN).The loading rate was set equal to 1mm/min to simulate quasistatic conditions during the tests. The load was applied continuously until failure of the fixed osteotomy occurred. Failure was defined as fracture and/or implant pull out, a 2-mm osteotomy displacement, or when the load decreased to 75% of the maximum load recorded, whichever came first. The load was measured as units of force in Newtons (MTS661.11 Force Transducers, 500-N capacity, Eden Prairie, MN), and the data were recorded at a rate of 1Hz. The measured forces were transformed in pressure units (Mpa) considering as loading surface the metatarsal head (2.5cm2). Data collection was performed using Multipurpose Testware (MTS Systems, Eden Prairie, MN) and statistical analysis and plotting of the results were performed using Microsoft Excel (Microsoft, Bellevue, WA.) and OriginPro (Origin Lab, Northampton, MA) software. The following parameters were studied: 1. Load to failure. 2. Stiffness. 3. Absorbed energy. Load versus loading ram displacement curves were obtained for each specimen, and the stiffness of the fixation was calculated as the slop at the initial linear part of the curves at 0 to 100N of force. The energy absorbed until failure for each specimen was determine by calculating the area under the load versus loading ram displacement curve until failure point. The mean average values of load to failure, stiffness and absorbed energy between the 2 groups were analyzed using unpaired Student’s paired ξ tests, and statistical significance was defined at the 5% level (p≤0.05). No statistically significant difference in stiffness was found between the specimens of the 2 groups (p=0.21). The difference between the 2 groups for the mean average load to failure was statistically significant (p=0.025). The difference between the 2 groups for the mean average energy absorbed before failure was also statistically significant (p=0.05). The results observed in our investigation showed that the mini locking plate combined with interfragmental compression screws did not demonstrate statistically significant difference in stiffness compared with the sole screw construct. Our results did demonstrate, however, that supplementary fixation of the Ludloff osteotomy with a mini locking plate created a stronger (greater load and energy absorbed before failure) construct than the sole screw technique, when identical fourth generation composite Sawbone models were used to eliminate any differences in model bone quality and anatomy, paramount for demonstrating the relative differences between different types of internal fixation. With the supplementary fixation we believe that the strength of the fixation construct gained.

Βλαισός Μέγας ∆άκτυλος καλείται η έξω πλαγία κλίση του µεγάλου δακτύλου του ποδιού. ∆εν αποτελεί µια µεµονωµένη νοσολογική οντότητα αλλά αφορά σε όλη την πρώτη ακτίνα του ποδιού. Η πρώτη ακτίνα του ποδιού είναι εκ φύσεως ασταθής και η διατήρηση της ευθυγράµµισής της εξαρτάται από µια λεπτή ισορροπία µεταξύ των στατικών (θύλακος, σύνδεσµοι και πελµατιαία απονεύρωση) και δυναµικών σταθεροποιητών αυτής (µακρός περονιαίος και µικροί µύες του ποδιού). Συχνά δε, ακολουθείται και από δυσµορφίες των λοιπών δακτύλων. Είναι γενικά αποδεκτό πως η ανάπτυξη του βλαισού µεγάλου δακτύλου επισυµβαίνει σε στάδια, συχνά δε, σε ένα υπόστρωµα από διαφόρους προδιαθεσικούς παράγοντες. Τα στάδια αυτά δεν είναι απαραίτητο να έχουν αλληλουχία, αλλά µπορεί να εµφανίζονται εν παραλλήλω. Φυσιολογικά, η διαµετατάρσια γωνία µεταξύ 1ου και 2ου µεταταρσίου (ΜΤΤ) κυµαίνεται έως 8ο - 9ο, ενώ η έξω πλάγια κλίση (βλαισότητα) της 1ης µεταταρσιοφαλαγγικής (ΜΤΦ) άρθρωσης κυµαίνεται περί τις 15ο-20ο. Απόκλιση από τα ανωτέρω όρια θεωρείται παθολογική. Όταν δε, η βλαισότητα της (ΜΤΦ) άρθρωσης ξεπερνά τις 30ο - 35ο, συνήθως συνυπάρχει πρηνισµός του µεγάλου δακτύλου µε αποτέλεσµα ο προσαγωγός του µεγάλου δακτύλου που φυσιολογικά βρίσκεται πελµατιαία του άξονα κάµψης - έκτασης της πρώτης ακτίνας, µετατοπίζεται προς τα έξω και άνω. Οι διάφοροι παράγοντες που συµβάλλουν στην δηµιουργία του βλαισού µεγάλου δακτύλου µπορούν να χωριστούν σε δύο µεγάλες κατηγορίες, εξωγενείς και ενδογενείς. Εξωγενείς παράγοντες θεωρούνται τα στενά παπούτσια µε ψηλά τακούνια και η υπερβολική φόρτιση. Ενδογενείς παράγοντες θεωρούνται: γενετικοί παράγοντες, χαλαρότητα συνδέσµων, ραιβότητα του 1ου µεταταρσίου, πλατυποδία, λειτουργικός περιορισµός µεγάλου δακτύλου, φυλετικός διµορφισµός, ηλικία, µορφολογία του 1ου µεταταρσίου, υπερκινητικότητα της 1ης ακτίνας του ποδιού και ο ρικνός αχίλλειος τένοντας. Τα κριτήρια για την επιλογή της θεραπευτικής αγωγής του βλαισού µεγάλου δακτύλου προϋποθέτουν την σωστή αξιολόγηση του ασθενούς, την λήψη καλού ιατρικού ιστορικού για πιθανές αντενδείξεις στην επιλογή της χειρουργικής θεραπείας και την απαίτηση του ασθενούς για την καθηµερινότητά του. Βασικό κριτήριο για την χειρουργική διόρθωση του προβλήµατος αποτελούν τα αλγεινά και λειτουργικά ενοχλήµατα και πολύ λιγότερο το θέµα της αισθητικής. Σε περιπτώσεις που τα ενοχλήµατα δεν είναι έντονα ή υπάρχουν απόλυτες ή σχετικές αντενδείξεις χειρουργικής θεραπείας όπως η γενική κατάσταση του ασθενούς (σακχαρώδης διαβήτης, αγγειοπάθειες κ.ά.) η γενικευµένη ελαστικότητα των αρθρώσεων και νευροµυϊκές νόσοι, η συντηρητική αγωγή είναι επιλογή και αφορά στην εφαρµογή καταλλήλων υποδηµάτων, εφαρµογή ειδικών ναρθήκων, φυσιοθεραπεία και φαρµακευτική αγωγή, µε σκοπό όχι την διόρθωση της παραµόρφωσης, αλλά την ανακούφιση από τα ενοχλήµατα και πιθανώς την καθυστέρηση της επιδείνωσης. Για την χειρουργική αποκατάσταση του βλαισού µεγάλου δακτύλου έχουν αναπτυχθεί πολλές χειρουργικές τεχνικές που αφορούν σε επεµβάσεις µόνο στα µαλακά µόρια (τροποποιηµένη McBride), συνδυασµός επεµβάσεων σε µαλακά µόρια και οστά (αρθροπλαστική Keller) και οι επεµβάσεις οστεοτοµίας του 1ου (ΜΤΤ) (Mitchell, περιφερική Chevron, τροποποιηµένη Chevron, Chevron-Akin, Reverdin, οστεοτοµία του κεντρικού άκρου του 1ου (ΜΤΤ), Proximal Crescentic, διαφυσιακές οστεοτοµίες Scarf, Ludloff, κ.ά.). Συνολικά έχουν περιγραφεί περισσότερες από 100 χειρουργικές τεχνικές. Για παραµορφώσεις βλαισότητας µεγαλύτερες των 35ο και διαµεταταρσίου γωνίας µεγαλύτερης των 15ο, οστεοτοµίες του κεντρικού άκρου του µεταταρσίου ή οστεοτοµίες της διάφυσης αυτού µε συνοδές διορθώσεις των µαλακών µορίων επιφέρουν ικανοποιητικά αποτελέσµατα διόρθωσης του προβλήµατος. Η οστεοτοµία Ludloff θεωρείται µια ικανοποιητική τεχνική κυρίως για µέσες και µεγάλες παραµορφώσεις βλαισότητας (διαµετατάρσια γωνία >15ο) και σε συνδυασµό µε περιφερικές επεµβάσεις στα µαλακά µόρια. Την τεχνική αυτή χρησιµοποιούµε κι εµείς για τα περιστατικά αυτού του τύπου. Αφορά σε λοξή οστεοτοµία βάσης που περιεγράφη το 1918 από τον Ludloff και δεν εµπεριείχε οστεοσύνθεση. Αρχικά το 1983 οι Cisar at al. και εν συνεχεία το οι Myerson et al. το 1997 τροποποίησαν την τεχνική. Η τροποποιηµένη οστεοτοµία Ludloff εµπεριείχε την οστεοσύνθεση µε δύο διακαταγµατικούς κοχλίες. Όµως, η πορεία των χρόνων µας οδήγησε στην κλινική παρατήρηση της αναγκαιότητας για επιπλέον σταθεροποίηση πέραν της κλασσικής µε δύο διακαταγµατικούς κοχλίες. Άλλωστε παρόµοιες παρατηρήσεις έχουν αναφερθεί στην διεθνή βιβλιογραφία για την οστεοτοµία Ludloff αλλά και για άλλες κεντρικές οστεοτοµίες, όπου συχνά παρατηρείται εκ φύσεως αστάθεια, πληµµελής πώρωση σε ραχιαία έκταση, καθυστερηµένη πώρωση, αποτυχία της οστεοσύνθεσης µε απώλεια της διόρθωσης και µεταφερόµενη µεταταρσαλγία (άλγος στα λοιπά µετατάρσια). Αρκετοί ασθενείς µας, εµφάνισαν απώλεια της ανάταξης ή υπερτροφικό πώρο που υποδηλώνει κίνηση στην σταθεροποίηση. Ως επιπλέον σταθεροποίηση σκεφθήκαµε την χρήση κλειδούµενης πλάκας στην έσω πλάγια επιφάνεια του 1ου µεταταρσίου. Τα κλινικά µας αποτελέσµατα ήταν άκρως ικανοποιητικά. ∆εν παρατηρήθηκε καµία απώλεια ανάταξης ή υπετροφικός πώρος. Τα ανωτέρω µας οδήγησαν στην σκέψη να τεκµηριώσουµε µε µια εµβιοµηχανική µελέτη την αξία της χρήσης της κλειδούµενης πλάκας. Κατά την διενέργεια της συγκριτικής εµβιοµηχανικής µελέτης των δύο τύπων οστεοσύνθεσης της λοξής διαφυσιακής οστεοτοµίας του 1ου µεταταρσίου χρησιµοποιήσαµε είκοσι (20) πανοµοιότυπα οστικά προπλάσµατα τέταρτης γενιάς φλοιώδους οστού [sawbones (Pacific Research Laboratories, Vashon, WA)]. Με τον τρόπο αυτό εξασφαλίζεται και ενισχύεται η σταθερότητα των ιδιοτήτων των προπλασµάτων όπως, η σκληρότητα θραύσης, το όριο της κόπωσης του υλικού, η ελαστικότητα και η θερµική σταθερότητα αυτού. Έτσι, επιτύχαµε κατά το δυνατόν περισσότερο την οµοιογένεια των πειραµατικών προπλασµάτων και περιορίσαµε τους παράγοντες που θα µπορούσαν να επηρεάσουν τις µετρήσεις µας. Η σηµαντική διαφορά από το να χρησιµοποιούσαµε ανθρώπινα οστά ως πειραµατικά µοντέλα είναι η ανυπαρξία σε αυτή την περίπτωση, της ανοµοιογένειας όσον αφορά στην ποιότητα του οστού, στο µέγεθος αυτών και πιθανόν σε υποκείµενες νόσους που θα επηρέαζαν την συµπεριφορά των µοντέλων κατά την διενέργεια του πειράµατος. Σε κάθε πρόπλασµα έγινε η λοξή οστεοτοµία Ludloff. Στα µισά προπλάσµατα (10) έγινε οστεοσύνθεση µε δύο διακαταγµατικούς κοχλίες (Οµάδα Α). Τα επόµενα (10) προπλάσµατα καθορίστηκαν ως οµάδα (B). Αφού ολοκληρώθηκε η οστεοτοµία και η οστεοσύνθεση όπως και στην οµάδα (A), εφαρµόστηκε µια mini κλειδούµενη πλάκα τιτανίου 2,4mm και τεσσάρων (4) οπών µε δύο κοχλίες στις δύο ακραίες οπές αυτής, στην έσω επιφάνεια του προπλάσµατος. Με την βοήθεια του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (Ε.Μ.Π.), Τοµέας Μηχανικής, Σχολή Εφαρµοσµένων Μαθηµατικών και Φυσικών Επιστηµών (Σ.Ε.Μ.Φ.Ε) χρησιµοποιήσαµε ένα σερβοϋδραυλικό σύστηµα MTS Mini Bionix 858 test frame (MTS Systems, Eden Prairie, MN) για την εφαρµογή στα προπλάσµατα, δυνάµεων τέτοιων για την µέτρηση της αντοχής των οστεοσυνθέσεων. Κάθε πρόπλασµα ακινητοποιήθηκε µε τέτοιο τρόπο (EARTH CHAIN model EY-4, Indianapolis, IN) ούτως ώστε η εφαρµοζόµενη δύναµη στην κεφαλή του ΜΤΤ να γίνεται µε γωνία 15ο σε σχέση µε το οριζόντιo επίπεδο, όπως ακριβώς εφαρµόζεται και η δύναµη από το έδαφος κατά την στάση και την έναρξη βάδισης. Ένας ευαίσθητος µετρητής διάστασης (εξτενσιόµετρο) µήκους 50-mm (Instron G51-14-M-A, Instron, High Wycombe, Bucks, UK) εφαρµόστηκε σε δύο τρύπες που ανοίξαµε στην έσω επιφάνεια των δύο τµηµάτων του (ΜΤΤ), και µε τον τρόπο αυτό µετρήσαµε την διάσταση της οστεοτοµίας κατά την συνεχόµενη εφαρµογή της δύναµης από το σερβοϋδραυλικό σύστηµα. Ο βραχίονας που εφάρµοσε την δύναµη µετακινούνταν µε ρυθµό 1mm/min ούτως ώστε να προσοµοιάζει η εφαρµοζόµενη δύναµη µε τις ηµιστατικές συνθήκες φόρτισης του µεταταρσίου. Όταν η διάσταση ξεπέρασε το όριο των 2mm καταγράφηκε η εφαρµοζόµενη δύναµη. Στις περιπτώσεις που επήλθε θραύση υλικών ή/και οστού αντί για διάσταση άνω των 2mm καταγράφηκε αυτή η τιµή της εφαρµοζόµενης δύναµης (αποτυχία οστεοσύνθεσης). Επίσης στις περιπτώσεις εκείνες που η εφαρµοζόµενη δύναµη µειωνόταν απότοµα περισσότερο από 75% καταγραφόταν το σηµείο ως αποτυχία της οστεοσύνθεσης. Η καταγραφή των δυνάµεων έγινε µε ρυθµό 1Hz. Οι εφαρµοζόµενες δυνάµεις που µετρήθηκαν σε Newtons (MTS661.11 Force Transducers, 500-N capacity, Eden Prairie, MN) µετατράπηκαν σε µονάδες πίεσης (Mpa). Για αυτήν τη µετατροπή θεωρήσαµε ότι η επιφάνεια εφαρµογής της δύναµης στην κεφαλή του (ΜΤΤ) είναι 2,5cm2. Η συλλογή των καταγραφοµένων στοιχείων έγινε µε την χρήση του Multipurpose Testware (MTS Systems, Eden Prairie, MN) και οι καταγραφές αυτές επεξεργάστηκαν µε προγράµµατα στατιστικής ανάλυσης Microsoft Excel (Microsoft Corp.) και OriginPro (OriginLab Corp.). Μελετήθηκαν οι παρακάτω παράµετροι: 1. Η µέγιστη δύναµη αποτυχίας της οστεοσύνθεσης (load to failure) 2. Η στιβαρότητα (stiffness) 3. Η δαπανηθείσα ενέργεια έως την αποτυχία Αρχικά σχεδιάστηκαν για κάθε δείγµα οι καµπύλες φορτίου - διάστασης. Η στιβαρότητα της οστεοσύνθεσης υπολογίστηκε ως η κλίση της καµπύλης από την αρχή της και µεταξύ του διαστήµατος των τιµών της δύναµης από 0 έως 100Ν. Τέλος, η δαπανηθείσα ενέργεια υπολογίστηκε από το εµβαδόν της περιοχής κάτω από την καµπύλη φορτίου - διάστασης και µέχρι το σηµείο της αποτυχίας. Οι µέσοι όροι των τιµών για την µέγιστη δύναµη αποτυχίας της οστεοσύνθεσης, της στιβαρότητας και της δαπανηθείσας ενέργειας ως την αποτυχία της οστεοσύνθεσης των δύο οµάδων, συγκρίθηκαν µεταξύ τους χρησιµοποιώντας τα unpaired Student paired t-tests. Η στατιστική σηµαντικότητα ορίστηκε στο επίπεδο του 5% (p≤0.05). Από την µελέτη τους δεν προέκυψε στατιστικά σηµαντική διαφορά σχετικά µε την στιβαρότητα (stiffness) των προπλασµάτων των δύο οµάδων (p=0.21). Η διαφορά στην µέση τιµή της µέγιστη δύναµη αποτυχίας της οστεοσύνθεσης (load to failure) που αφορά στην οστεοσύνθεση µε τους δύο διακαταγµατικούς κοχλίες (οµάδα Α) και την οστεοσύνθεση µε την ενισχυτική mini πλάκα (οµάδα Β) ήταν στατιστικά σηµαντική (p=0.025). Η διαφορά στην κύρια µέση τιµή της απορροφούµενης ενέργειας πριν την αποτυχία της οστεοσύνθεσης µε τους δύο διακαταγµατικούς κοχλίες (οµάδα Α) και την οστεοσύνθεση µε την ενισχυτική mini πλάκα (οµάδα Β) ήταν επίσης στατιστικά σηµαντική (p=0.05). Τα αποτελέσµατα που προέκυψαν από την δική µας µελέτη κατέδειξαν ότι ο συνδυασµός µιας µικρής κλειδούµενης πλάκας µε διακαταγµατικούς κοχλίες συµπίεσης δεν επιφέρει στατιστικά σηµαντική διαφορά στην στιβαρότητα της οστεοσύνθεσης σε σχέση µε την χρήση µόνο των κοχλιών. Ωστόσο, τα αποτελέσµατά µας κατέδειξαν ότι η επιπλέον σταθεροποίηση µε την κλειδούµενη πλάκα δηµιουργεί µια ισχυρότερη κατασκευή οστεοσύνθεσης καθώς η µέγιστη δύναµη αποτυχίας της οστεοσύνθεσης (load to failure) και η δαπανηθείσα ενέργεια έως την αποτυχία ήταν στατιστικά σηµαντικότερες σε σχέση µε την χρήση µόνο των διακαταγµατικών κοχλιών µε δεδοµένο την χρήση πανοµοιότυπων οστικών προπλασµάτων τέταρτης γενιάς φλοιώδους οστού, ούτως ώστε να περιοριστούν στο ελάχιστο πιθανές διαφορές στην ποιότητα και την ανατοµία του οστού. Με τον τρόπο αυτό, οι διαφορές που καταγράφονται αφορούν µόνο τους διαφορετικούς τύπους οστεοσύνθεσης. Έτσι δηµιουργείται µια οστεοσύνθεση µε βελτιωµένη µηχανική σταθερότητα.