AZ ELÜLSÕ KERESZTSZALAG PÓTLÁSNÁL ALKALMAZOTT FEMORALIS PRESS-FIT RÖGZÍTÉS Kadáver térdek biomechanikai és a módszerrel végzett mûtétek klinikai eredményeinek vizsgálata
PhD tézisek
Pavlik Attila
Témavezetõ: Dr. Frenkl Róbert professzor emeritus, Akadémia Doktora
Semmelweis Egyetem Doktori Iskola Sporttudományi és Neveléstudományi Doktori Iskola Budapest, 2005.
1. BEVEZETÉS Napjainkban az élsport megnövekedett igényeinek, a szabadidõ sportolók számának és teljesítményének a növekedésével párhuzamosan emelkedik a térdsérülések, így ezen belül az elülsõ keresztszalag szakadások száma is. Az elülsõ keresztszalag szakadása súlyos térdsérülés, melynek következtében a térdízület instabilitása mellett számos egyéb korai és késõi következmény is kialakul. Az instabil térdben a sérülést követõen megindul az ízületi porcfelszín károsodása, degeneratív elváltozása és emellett a megváltozott ízületi kinematika következtében az egyéb képletek sérülésének a kockázata is megnõ. Ezért a mûtéti beavatkozás, vagyis az elülsõ keresztszalag pótlásának a célja nemcsak a térdízület stabilitásának helyreállítása, hanem a degeneratív folyamatok kialakulásának megelõzése és az egyéb társsérülések prevenciója is. Az utóbbi 20 évben számos alapkutatás, klinikai tanulmány foglalkozott az elülsõ keresztszalag hiányos térd kezelésével. Ahogy egyre inkább nyilvánvalóvá vált az elülsõ keresztszalag hiány rövid- és hosszú távú negatív hatása és egyre tökéletesebb sebészi technikák láttak napvilágot, ezek következtében az elülsõ keresztszalagpótlás indikációja jelentõs mértékben kiszélesedett. Sajnos a megemelkedett mûtéti szám a szövõdmények emelkedését is magával hozta, ami viszont a revíziós sebészet szükségességét és technikájának fejlõdését eredményezte. Az elülsõ keresztszalag rekonstrukció sikerét számos tényezõ befolyásolja: a beteg együttmûködése, a mûtét idõzítése, a graft választás, a furatok ideális elhelyezése, a graft jó megfeszítése és megfelelõ rögzítése, valamint a posztoperatív rehabilitáció. Az elülsõ keresztszalag pótlására az autológ csont-patella ín-csont szabadgraft az egyik leggyakrabban használt grafttípus. A csontfuratokban a csontblokkok rögzítésére a fém vagy felszívódó csavarral történõ interferencia csavaros technika széles körben elterjedt és elfogadott módszer. Bár az interferencia csavaros rögzítés jó biomechanikai tulajdonságokkal rendelkezõ megoldás, bizonyos hátrányokkal is bír. Ezek a következõk: az idegen anyag jelenléte, a csavar graftot károsító hatása a becsavarás alatt, a csavar - csontblokk divergencia (aminek a rögzítõerõ csökkenése lehet a következménye), a csavarkivétel és újrasérülés esetén az MR vizsgálat nehézségei. A felszívódó interferencia csavarok szintén jó szakítószilárdsági értékeket mutatnak, azonban a felszívódás alatti esetleges szakítóerõ csökkenésrõl nincsenek adatok. Emellett synovitist és idegen anyag reakciót is leírtak alkalmazásukkor. Mindezek miatt egyéb, olyan rögzítési módszerek alkalmazása is elõtérbe kerül, amelyek kiküszöbölik a fenn említett hátrányokat, ugyanakkor alkalmazásukkal nem nõ a rehabilitáció ideje. A femoralis press-fit rögzítést Hertel írta le 1990-ben. Lényege, hogy kisebb átmérõjû csontfuratba a fokozatosan növekvõ átmérõjû, csonka gúla alakú csontblokkot utánverõ segítségével impaktáljuk, aminek következtében a csontblokk beékelõdik a csontfuratba, és ezért nem szükséges az idegen anyag alkalmazása a graft rögzítésére. A press-fit technika használatával az említett hátrányok elkerülhetõek, de a módszer biomechanikai tulajdonságaira vonatkozóan még csak kevés adat áll rendelkezésre. Korábbi vizsgálatok a csontfurat és a húzóerõ iránya által bezárt szögnek, a
csontblokk és a csontfurat átmérõ különbségének, valamint a csontblokk alakjának a rögzítés szakítószilárdságára gyakorolt szerepét vizsgálták. Shapiro és Lee igazolta, hogy a keresztmetszetét tekintve teljesen kör alakú csontblokk alkalmazása nagyobb szakítószilárdságot eredményez. Lee eredményei szerint a furat és a csontblokk átmérõje közötti különbség növelése szintén a kiszakítóerõ növekedését okozza. A elülsõ keresztszalag pótlást végzõ sebész számára fontos a különbözõ rögzítési technikák mechanikai paramétereinek és ezek biológiai következményeinek ismerete. Az LCA-pótlást követõ rehabilitációt az alkalmazott mûtéti technika és annak biomechanikai háttere ismeretében szükséges megtervezni. Az Országos Sportegészségügyi Intézet évtizedek óta a hazai elülsõ keresztszalag sebészet kiemelt központja. Intézetünk Sportsebészeti Ambulanciáján a térdsérülések messze a legnagyobb arányban fordulnak elõ és ezek közül az elülsõ keresztszalag szakadása az egyik legsúlyosabb, a fiatal, munkaképes korosztályt érintõ sérülés, arra ösztönzött, hogy kutatásaim során megpróbáljam a legjobb megoldást megtalálni ennek kezelésére. Mindezek ismeretében kezdtünk el kollégámmal, dr. Hidas Péterrel együtt 1997-tõl foglalkozni a press-fit rögzítési technikával, annak esetleges elõnyeivel, technikájával, klinikai alkalmazhatóságával. Az évek óta tartó közös kutatásunk eredményeirõl számolunk be PhD munkáinkban.
2. CÉLKITÛ ZÉS ? ? ? ? ?
Célom volt sportolók elülsõ keresztszalag szakadásánál alkalmazott csont – patella ín – csont szabadgrafttal végzett rekonstrukciók során a graft rögzítésére alkalmazott press-fit technika biomechanikai jellemzõinek a vizsgálata. Célomnak tekintettem az általunk kapott biomechanikai adatok összehasonlítását a legelterjetebb módszer, az interferencia csavaros rögzítés biomechanikai tulajdonságaival. Továbbá célom volt a kapott biomechanikai adatok alapján következtetések levonása a posztoperatív rehabilitációra vonatkozóan. Tanulmányom további céljául tûztem ki a klinikai gyakorlatban általunk alkalmazott press-fit technika kialakítását és tapasztalataink bemutatását. Végül célom volt a módszerrel végzett mûtéti eredmények utánvizsgálata és adataink összehasonlítása a nemzetközi eredményekkel, különös tekintettel a sportképesség helyreállására a mûtétet követõen.
3. ANYAG ÉS MÓDSZER 3.1.Biomechanikai mérések A szakítószilárdsági mérések során 10 kadáver (6 férfi és 4 nõ) 20 friss fagyasztott térdét használtuk fel. A kadáverek átlagéletkora 47 (22-59) év volt. Minden olyan kadávert, akinek térdtáji törése, tumora, ismert metabolikus betegsége vagy súlyos osteoarthrosisa volt kizártunk a vizsgálatból. A kadáverekbõl a halál beálltát követõen 24 órán belül távolítottuk el a distalis femur és a patella-patella ín komplexeket, majd ezt követõen –18 C fokon tároltuk. Összesen 20 distalis femur,
valamint a patella-patella ín komplex állt rendelkezésünkre. Elsõ lépésben 12 kadáver térdet használtunk fel a 0 fokos mérésekhez. A vizsgálat megkezdése elõtt a vizsgálati anyagot szobahõmérsékletre olvasztottuk fel. Patella ínanként 3 graftot készítettünk el, mivel mind a patella, mind a patella ín szélessége erre lehetõséget biztosít. A csontblokkokat a mûtéteknél is alkalmazott standard módon, pontos mérést követõen oszcillációs fûrésszel, majd vésõvel vettük ki a patellából. Ezt követõen a csontblokkokat trapéz alakúra formáltuk. A trapéz magassága, vagyis a csontblokk hossza minden esetben 20-22 mm volt, proximalis végét 9x9, distalis végét 10x10 mm keresztmetszetûre képeztük ki. A kísérletek során elõkompressziót nem alkalmaztunk. Az elõkészítés során a kadáverbõl származó distalis femurrészek intercondylaris terét a lágyrészektõl megtisztítottuk, majd a femur hossztengelyével párhuzamosan, 9 mm átmérõjû furatokat képeztünk ki. A csontblokkokat a press-fit technikánál alkalmazott módon, utánverõ segítségével a femurba impaktáltuk. Az ekkor kapott femur-csontblokk-patella ín komplexen végeztük el a szakítóméréseket, melyek során a csontcsatorna és a csontblokk iránya egybe esett a kihúzás irányával (0 fokos mérések). Az elõkészítés és a mérések során a preparátumokat fiziológiás sóoldattal tartottuk nedvesen, mivel az ín dehydrációja csökkent szakítószilárdságot eredményezhet. A második fázisban a femurokat ismét felhasználtuk és különbözõ szögekben további furatokat készítettünk úgy, hogy 15, 30, 45, és 60 fokos húzási szögekben tudjuk elvégezni a vizsgálatokat. Az elõkészített csont - patella ín graftokat ezekbe a furatokba rögzítettük press-fit módszerrel. A furatok között minimum 1,5 cm távolságot hagytunk a csontszerkezet sérülésének és így a mérési eredmények megváltozásának elkerülése érdekében. Ez azt jelentette, hogy a 20 distalis femurba további 48 furatot képeztünk, minden szögben 12 furat készült. Az így nyert femurcsontblokk-patella ín komplexeket vetettük alá a további méréseknek. A méréseket a Mûszaki Egyetem Gépszerkezettani Tanszékén Zwick Z020/TN2S univerzális, számítógép-vezérlésû szakítógéppel (gyártó: Zwick GmbH, Ulm, Németország) végeztük. A femurok diaphysisén haránt irányban furatot készítettünk, amelyen acélrudat vezettünk át. Az acélrudat az erre a célra gyártott tartóeszköz segítségével rögzítettük a szakítószilárdságmérõhöz. A patella inat két fémlap közötti maximális kompresszióval rögzítetve fixáltuk a mérõkészülék másik végéhez. A méréseket 200 mm/min állandó sebességgel, 2 N-s elõfeszítést követõen, a patella ín irányának megfelelõ húzási irányban végeztük. A mérések a csontblokkoknak a femurból való kiszakadásáig, vagy a patella ín elszakadásáig tartottak. A szakítószilárdságmérõ a kapott adatokat erõ-elmozdulás diagrammon rögzítette. Ezenkívül rögzítettük, hogy a vizsgálat során a femurcsontblokk-patella ín komplex mely pontján jött létre a sérülés (csontblokk kihúzása a furatból, a patella ín szakadása, csontblokk törése). A különbözõ fokban kialakított furatok szerint 5 csoportot alakítottunk ki. Két csoport eredményeit a csoportonkénti, statisztikai szempontból alacsony mintaszám miatt egy nem-parametrikus módszerrel, a Mann-Whitney-féle U-teszttel hasonlítottuk össze. A kapott különbséget statisztikailag szignifikánsnak értékeltük, ha a p értéke kisebb volt 0,05-nél.
3.2.Klinikai vizsgálat Az Országos Sportegészségügyi Intézet Sportsebészeti Osztályán 1997 óta alkalmazzuk a femoralis press-fit grafrögzítést csont - patella ín - csont grafttal, transtibialis technikával végzett elülsõ keresztszalag pótlások során. 1998.01.01. és 2002.06.30-a között 1568 betegnél végeztünk osztályunkon elülsõ keresztszalag rekonstrukciót, közülük 1303-nál használtunk autológ csont - patella ín - csont szabadgraftot. 373 betegnél alkalmaztunk artroszkópos, transztibialis technikát femoralisan press-fit, tibialisan pedig interferencia csavaros rögzítéssel. A vizsgálatunkból kizártunk minden olyan beteget, akinél megelõzõen térdszalag mûtét vagy térdtáji törés, a mûtéttel egyidejûleg más szalag rekonstrukciója, vagy súlyos (III. vagy IV. fokú) hyalinporc károsodás állt fenn. Ezek alapján a kritériumok alapján 352 beteg vett részt a prospektív vizsgálatban. 285 beteg (201 férfi és 84 nõ) vett részt az utánvizsgálaton, amely a vizsgált betegcsoport 81%-a. A mûtétkor a betegek átlagéletkora 29,1 év (16-49) volt, 169 esetben a jobb, míg 116 esetben a bal térdet operáltuk. A sérülés és a mûtét között eltelt idõ átlagosan 21,4 hó (0-247) volt. 16 beteget az akut szakban (a sérüléstõl számított 2 héten belül), 269-t pedig a krónikus szakban (a sérüléstõl számított 6 héten túl) operáltuk. Az utánvizsgálat átlagos ideje 35,8 hó (24-77) volt. A betegek személyes utánvizsgálata során fizikális vizsgálat, az IKDC (International Knee Documantation Comittee) pontrendszer szerinti értékelés, a Lysholm pontrendszer szerinti kérdõív felvétele, a sportaktivitás és a betegek szubjektív véleményének a rögzítése, KT-1000 arthrometerrel (MedMetric, San Diego, Amerikai Egyesült Államok) történõ stabilitás vizsgálat és radiológiai vizsgálat történt. A betegek sportágát és sportaktivitását szintén megkérdeztük, mind a mûtét elõtt, mind a mûtétet követõen. A mûtétet megelõzõen 18 élsportoló, 144 versenysportoló, 119 szabadidõ-sportoló mellett, mindössze 4 beteg nem sportolt. Az utánvizsgálat során rögzített adatokat speciálisan erre a célra készített Microsoft Access adatbáziskezelõ program segítségével rögzítettük és dolgoztuk fel. A különbözõ változók eloszlását általánosan elfogadott leíró statisztikai módszerekkel elemeztük. A mûtét elõtti paramétereket és az utánvizsgálat során kapott paramétereket statisztikai módszerekkel hasonlítottuk össze: a szignifikancia vizsgálat két független csoport folyamatos változókkal jellemzett eredményeinek összehasonlítása esetén Student-féle kétmintás, kétoldalú T-próbával történt, míg a csoportok diszkrét változóinak elemzésére ?2-próbát alkalmaztunk. Statisztikailag szignifikáns különbség szintjét p<0,05 értékben határoztuk meg.
4. EREDMÉNYEK 4.1.A biomechanikai vizsgálat eredményei A 60 esetbõl 6 esetet kizártunk a vizsgálatból, mivel az elõkészítés során a csontblokk eltört vagy a csontblokk mérete technikai hiba miatt nem volt megfelelõ. Így összesen 54 kiszakítótesztet tudtunk elvégezni, amelyek közül 43 esetben történt a csontblokk kihúzása a csontfuratból. A mérések során a femur – csontblokk – patella ín komplex növekvõ szakítószilárdságát mértük, amikor 0-tól 60 fokig
növeltük a szakítóerõ és a csontcsatorna által bezárt szöget. Annál a mérési csoportnál, ahol csontcsatorna és a húzási irány által bezárt szög 60 fok volt, csak 3 esetben volt a mérés sikeres, így ezeket az adatokat nem vettük figyelembe az értékelés során és a vizsgálatból kizártuk. A sikertelen mérés oka 3 esetben a femoralis csontcsatorna falának törése, 2 esetben a patella ín abruptioja a csontblokkról, míg másik 2 esetben a patella ín intraligamentaris szakadása volt. Ennek hátterében az állt, hogy 60 fokos húzási irány mellett a húzóerõ csontcsatornára merõleges komponense nagyobb, mint a csontcsatorna irányával párhuzamos komponense, ezáltal – bár a rögzítés kiszakítóereje növekszik - a csontbokk kihúzása helyett más módon következik be a femur-csontblokk-patella ín komplex sérülése. A press-fit rögzítés maximális szakítószilárdsága a különbözõ húzási szögeknél végzett csoportok között statisztikailag szignifikáns különbséget mutatott, a kihúzási szög növekedése a szakítószilárdság növekedését eredményezte. A rögzítés merevségét tekintve a 0 fokos csoport merevsége statisztikailag szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a többi (15, 30 és 45 fokos) csoport merevsége, de ezeknek a csoportoknak az eredményei a Mann-Whitney-féle U-teszt alapján nem különböztek egymástól. Csontblokk-patella ín húzási irány (fok)
0
15
30
45
60
Sikeres mérések száma (n)
12
10
9
9
3
Sikertelen mérések száma (n)
0
1
2
1
7
Átlag±SD
312±30
353±18
485±35
534±20
na
Min-max
261–343
320–371
416–510
507-554
na
Maximális szakítóerõ (N)
Szignifikancia Merevség (N/mm)
p<0,001
p<0,001
p<0,001
na
Átlag ±SD
89±14
113±13
122±13
118±10
na
Min-max
68–103
83–124
104–136
99-126
na
Szignifikancia
p<0,001
p=0,242
P=0,297
na
4.2.A klinikai vizsgálat eredményei Az utánvizsgálat átlagos ideje 35,8 hónap (24-77) volt, ami középtávú utánvizsgálatnak felel meg. Emellett minden betegnél minimum 24 hónapos volt az utánkövetési idõ. A mûtét elõtti átlagos Lysholm pontérték 63,5±12,7 (16-81) pont volt. Az utánvizsgálat során ez az érték átlagosan 93,5±7,8-ra emelkedett (p<0.001). Az akutan operált betegcsoport átlagos Lysholm pontértéke 94,7±5,5 (80-100) volt. Az akut és a krónikus csoport eredménye között statisztikailag szignifikáns különbség nem volt (p=0,2). Az IKDC összesített értékelése szerint 241 beteg, tehát a betegek 85%-a került a jó (46 normál és 195 közel normál) kategóriába, míg 39 beteg rossz, 5 betegnek pedig igen rossz eredményt kapott.
Betegszám=285
A n (%)
B n (%)
46 (16%)
195 (68%) 39 (14%)
5 (2%)
Aktivitás
160(56%)
108(38%)
13(5%)
4(1%)
Szubjektív értékelés
161(56%)
108(38%)
14(5%)
2(1%)
Tünetek
122(43%)
139(49%)
20(7%)
4(1%)
Mozgásterjedelem
230(81%)
51(18%)
2(1%)
2(1%)
Stabilitás
93(33%)
169(59%)
23(8%)
0(0%)
Radiológiai értékelés
208(73%)
67(23%)
8(3%)
2(1%)
Totál IKDC eredmény
C n (%)
D n (%)
A hop-index a betegek 89%-ában (254 beteg) normál, 9%-ában (25 beteg) közel normál, míg 2%-ában (6 beteg) rossz volt. Az akutan és a krónikusan operált betegek eredményeit összehasonlítva statisztikailag szignifikáns különbséget nem találtunk a hop-indexet tekintve, annak ellenére, hogy az összes akutan operált beteg hop-indexe a normál tartományba esett (p=0,35). A KT-1000 arthrometerrel történt mérések során az operált és az ép, ellenoldal elmozdulásainak különbségét vizsgáltuk. Az elülsõ keresztszalag állapotára jellemzõ tesztek közül 20 fokos térdflexió mellett 67 N-nal történt terheléskor átlagosan 0,71 mm különbséget kaptunk, 1,41 mm különbséget mértünk a 89 N-nal végzett méréskor, míg 1,91 mm volt az oldalkülönbség a maximális kézierõ tesztnél. 70 fokban hajlított térdízület 89 N-os terhelésekor csak 0,62 mm volt a két oldal között mért differencia. A maximális kézierõvel végzett posztoperatív tesztek esetében a betegek 66%-ának a két oldal különbsége ? 2 mm volt, míg 84%-uknak ?3 mm oldalkülönbséget mértünk. Az IKDC pontrendszer szerinti radiológiai értékelés során csak 10 betegnél észleltünk 4 mm-nél szûkebb ízületi rést, míg 67 beteg röntgen felvétele minimális ízületi rés beszûkülést mutatott valamely kompartmentben. Az utánvizsgálat során nem észleltünk csonkblokk kicsúszást a femoralis csatornából, a felvételeken a csontblokkok beépülése volt látható. A sporthoz való visszatérés átlagos ideje 8,5±2,9 (3-19) hónap volt. A következõ, a sportszintet feltüntetõ táblázatból látható, hogy betegeink egy része a sérülést követõen is képes volt magas szintû sporttevékenységre, 32 versenyzõ és 6 élsportoló volt közöttük. Azonban ezeknek a sportolóknak is ismételten elõforduló instabilitásérzésük volt, amely a sportteljesítményüket hátráltatta. A sportolók másik része csak alacsonyabb szinten volt képes sporttevékenységre a sérülést követõen. Az utánvizsgálat alkalmával megállapítottuk, hogy a sportolók 69%-a (194 beteg) tért vissza a mûtétet követõen az eredeti szinten sportágához és mindössze 4,3%-uk, azaz 12 sportoló hagyta abba teljesen a sportolást. A maradék 75 beteg visszatért a
sporthoz, de a sérülését megelõzõhöz képest alacsonyabb szinten. Közülük néhányan az újabb sérüléstõl való félelem miatt, mások pedig az életkörülményeikben bekövetkezett változások miatt hagyták abba a versenysportot. Külön vizsgáltuk a labdarúgók, a kézilabdázók és a kosárlabdázók sportba való visszatérését. A 139 labdarúgó közül 94 (68%) folytatta magasabb vagy ugyanolyan szinten a sportot, mint a sérülés elõtt, 35 alacsonyabb szinten, míg 9 (6,5%) labdarúgó abbahagyta a sportolást. A kézilabdázók közül viszont csak 19-en (56%) tudtak azonos szinten visszatérni, 13-an alacsonyabb szinten és 2-en (5,9%) abbahagyták a sportot. A kosárlabdázók ugyanolyan, 68%-os arányban tértek vissza eredeti szinten a sporthoz, mint a labdarúgók, viszont csak 1 sportoló (4,5%) hagyta abba. A labdajátékokat a többi sportággal összehasonlítva látható, hogy a nem labdajátékok közül senki nem hagyta abba teljesen a sportot a labdajátékok 6,1%-os arányával szemben. A sportot azonos szinten folytatók aránya is különbözik, mivel a labdajátékosok 66%-ával szemben a nem labdajátékosok 77%-a tudta a mûtét elõtti szinten folytatni a sporttevékenységét.
5. MEGBESZÉLÉS Számos szerzõ szerint a graftrögzítés a szalagrekonstrukciók leggyengébb láncszeme a korai posztoperatív szakban, mielõtt a mechanikus rögzítés biológiai rögzítéssé alakul. Az azonnali és biztos rögzítések elõsegítik rehabilitációt, siettetik az izomtónus és erõ visszaállását és javítják a beteg kilátásait. Az elülsõ keresztszalag pótlás sebészi technikájának fejlõdése már lehetõvé tette a végtag neuromuscularis funkciójához való azonnali visszatérést a mûtétet követõen. A rögzítésnek nemcsak ezeknek a korai fiziológiás erõknek kell ellenállnia, de a graft teljes egészének a beépülését is segítenie kell. Az utóbbi években számos szerzõ számolt be a különbözõ rögzítési módszerek szakítószilárdságáról. A press-fit rögzítés idegen anyag nélküli technika, alkalmazásáról, biomechanikai tulajdonságairól azonban csak kevés adat állt rendelkezésre. Ezért munkánk elsõ lépése során a press-fit rögzítés szakítószilárdságát és merevségét határoztuk meg humán kadáver csonton végzett kísérletek során. Vizsgáltuk azt is, hogy a graftrögzítésre ható erõ iránya hogyan befolyásolja a kiszakítóerõt, mivel a posztoperatív szakban a rehabilitáció során a térd nyújtása, hajlítása befolyásolja az erõ irányát és megállapítottuk, hogy a csontfurat és a kihúzás által bezárt szög növelése a maximális szakítószilárdság értékeit jelentõsen növelte. A 15 fokonként történt vizsgálat minden csoportjának eredménye között statisztikailag szignifikáns különbséget kaptunk. Eredményeink nagyságrendileg megegyeztek az irodalomban az interferencia csavaros rögzítés vizsgálatának eredményeivel és meghaladják a rehabilitáció számára szükséges követelményeket. Ennek alapján a press-fit rögzítési technikát biomechanikai szempontból alkalmasnak találtuk a graftok rögzítésére. A press-fit rögzítés szakítószilárdságának vizsgálatánál lényeges szempont a rögzítésre ható erõ iránya. Boszotta korábbi vizsgálatai szerint a húzási irány növelése esetén a rögzítés szakítószilárdsága is növekedett. Azonban a vizsgálatai csak 45 foknál nagyobb húzási irányokban történtek, ami miután a mûtét során a
femoralis csontfurat kialakítása 90 fokos térdflexió mellett történik, a posztoperatív szakot tekintve csak a 45 foknál kisebb térdflexiós helyzetekre ad felvilágosítást. Mivel a rehabilitáció során a flexió és az extenzió minél korábbi elérése is követelmény, ezért saját vizsgálatunkban már a csontfurattal megegyezõ irányú kiszakítóerõvel is végeztünk méréseket. Eredményeink szerint a rögzítés megfelel a rehabilitáció követelményeinek, továbbá a mindennapi életben az LCA-ra ható erõ is kisebb a rögzítés 30 fokos kihúzási iránytól mért szakítószilárdsági értékeinél. A nemzetközi irodalomban a press-fit rögzítés biomechanikai vizsgálata során egymásnak ellentmondó eredmények születtek. Boszotta laboratóriumi eredményei jó szakítószilárdsági értékeket mutattak, a technika alkalmazásával kiváló klinikai eredményekrõl is beszámolt . Ezzel szemben Rupp és Seil vizsgálatai szerint a femoralis press-fit rögzítés primer szakítószilárdsága szignifikánsan alacsonyabb az interferencia csavaros rögzítés szakítószilárdságánál. Ennek hátterében állhat, hogy Rupp tibiát használt méréseihez, aminek csontsûrûsége bizonyítottan alacsonyabb a femurhoz képest, emellett a csontblokk félkör keresztmetszete szintén csökkentette a kapott eredményeit. Lee sertés térdeken végzett összehasonlító vizsgálatot a press-fit, a fém és a felszívódó interferencia csavaros rögzítéseknél. Sem a szakítószilárdságban, sem a merevségben nem talált különbséget a csoportok között. Eredményeit 2 ténynek tulajdonítja elsõsorban, a kör alakú csontblokkot és nagyobb, 1.4 mm–s csontfurat – csontblokk körfogat különbséget alkalmazott vizsgálatai során. A módszer hátrányaként említi, hogy a graft csontblokkjának megfelelõ kiképezése technikailag nehéz feladat. Saját anyagunkban az 1.0 mm-es átmérõ különbség mellett kör alakú keresztmetszetre kiképezett csontblokkot használtunk. Egyetértünk a már korábban Shapiro által is alátámasztott ténnyel, hogy a csontblokk alakjának fontos szerepe van a press-fit rögzítés mechanikai tulajdonságaiban. A sikeres biomechanikai vizsgálatok képezik az alapját a press-fit graftrögzítési technika klinikai használatának. Az irodalomban korábban már közölt mûtéti technikát módosítottuk annak érdekében, hogy megfeleljen a napjainkban leginkább elterjedt artroszkópos, transtibialis technika alkalmazásának. Az utánvizsgálaton megjelent 285 beteg létszáma nemzetközileg is kiemelkedõ betegszámot jelent, nagyobb számú beteget ismereteink szerint egyedül Shelbourne vizsgált, aki viszont interferencia csavaros rögzítést alkalmazott. A press-fit technikával történõ mûtétek utánvizsgálatai vagy kis betegszámmal (Gobbi, Georgoulis, Al-Husseiny) vagy nem elég hosszú utánvizsgálati idõvel (Boszotta) történtek. A klinikai utánvizsgálat során az IKDC pontrendszer összesített értékelése szerint betegeink 85%-a kapott normál (A), illetve közel normál (B) minõsítést. Ez kielégítõ eredmény, az irodalomban megjelent közlemények átlagával megegyezik, akár az interferencia csavaros, akár a press-fit technikával végzett LCA-pótlások eredményeivel hasonlítjuk össze. A KT-1000 arthrometerrel történt stabilitásvizsgálatok eredményei közül az irodalom a maximális kézierõvel történõ vizsgálatot részesíti elõnyben. Több utánvizsgálat adatai szerint az operált és az ép térd elmozdulásának különbsége átlagosan 2 mm körül van, mások a 3 mm-nél kisebb oldalkülönbséggel rendelkezõ betegek arányát adják meg 70 és 90% között.
Saját anyagunkban a betegek 84%-ának volt ? 3 mm a két oldal különbsége a maximális kézierõ tesztnél, az átlagos különbség pedig 1,91 mm volt. A hop-tesztek eredménye a jó funkcionális eredményt igazolja, hiszen a betegek 89%-a kitûnõ (90–100%) minõsítést kapta. Vizsgálatunkban a sportképesség helyreállásának megítélése fontos szerepet kapott. Freedman metaanalízis során összesített eredménye alapján a sportolók 67,2%-a tud LCA-pótlást követõen a mûtét elõtti szinten sportágához visszatérni. Bach adatai szerint a sportolók 59%-a folytatta a sportot a mûtét elõtti szinten, bár mintegy egyharmaduknak sport közben jelentkezõ panaszai voltak. Georgoulis magas, 100%os, míg Boszotta alacsonyabb arányú sportba való visszatérést állapított meg. Saját eredményünk mindenképp az átlag felettinek mondható, hiszen a csak Georgoulis némileg megkérdõjelezhetõ 100%-os eredménye múlja felül. Mivel betegeink többsége sportoló, ezért számunkra ez igen lényeges kritérium a mûtét sikeressége szempontjából.
6. KÖVETKEZTETÉS I. Biomechanikai vizsgálataim során bebizonyosodott, hogy a femoralis press-fit rögzítés szakítószilárdsága és merevsége megfelelõ az elülsõ keresztszalag pótlások során a graft rögzítésére. ? Az összes mért szögérték mellett az átlagos kiszakítóerõ 300 N felett volt, 45 foknál pedig 534±20 N-t mértünk, amely értékek meghaladják az izometriás quadriceps kontrakció (200 N) és a mindennapi életben az LCA-ra ható erõk nagyságát (450 N). ? A press-fit rögzítés átlagos merevsége 0 foknál 89±14 N/mm, 15 foknál 113±13 N/mm, 30 foknál 122±13 N/mm és 45 foknál 118±10 N/mm volt. II. Biomechanikai vizsgálatokkal bizonyítottam, hogy a kihúzási szög növelése szignifikánsan növeli a press-fit rögzítés szakítószilárdságát. ? A 0 foknál mért 312±30 N, a 15 foknál mért 353±18 N, a 30 foknál mért 485±35 N és a 45 foknál mért 534±20 N értékek statisztikailag szignifikáns különbséget mutatnak, a kihúzási szög növekedése a kiszakítóérték folyamatos növekedését eredményezte. III. Kadáver vizsgálataim eredményei (szakítószilárdság, merevség) nem különböznek az irodalomban található interferencia csavaros vizsgálatok eredményeitõl. ? Az interferencia csavaros rögzítés szakítószilárdsága a kadáver vizsgálatok során 476 és 640 N között voltak. Saját eredményeink 312 és 534 N között helyezkedtek el. ? Az interferencia csavaros rögzítés merevségének értékei 57,9 N/mm-tõl 80 N/mm-ig terjedtek, míg saját eredményeink 89 és122 N/mm között voltak.
IV. Bizonyítottam, hogy a press-fit rögzítés szakítószilárdságának kadávereken mért adatai alapján végezhetõ az interferencia csavaros rögzítéssel megegyezõ rehabilitáció. ? Mivel az összes mért eredmény értéke meghaladja a térdízület extenziója során az LCA graftra ható erõt, ezért a posztoperatív szakban végezhetõ 0-90 fokig való mozgásterápia. ? Mivel 30 fokos kihúzási szögnél (ez a térd 60 fokos flexiós helyzetét jelenti) mért értékek a mindennapi életben az LCA-ra ható erõk mintegy 450 Nra tehetõ nagyságát meghaladják, ezért 60 fokos flexiós helyzetig a press-fit rögzítés elviseli a posztoperatív szakban a graftra ható erõk nagyságát. V. Az elmúlt 6 év során femoralis press-fit rögzítéssel elvégzett elülsõ keresztszalag pótlásokkal szerzett tapasztalataim alapján a mûtétet jól alkalmazhatónak tartom. ? A kezdeti szakban történt 4 technikai problémát követõen intraoperatív szövõdményünk nem volt. ? A mûtéti technika könnyen elsajátítható és jól reprodukálható. ? Az idegen anyag használatának mellõzésével jelentõs költség megtakarítás érhetõ el. ? Megállapítható, hogy az egyre nagyobb számban bekövetkezõ revíziós mûtétek szempontjából a press-fit technika alkalmazása nagyon kedvezõ, mivel újrasérülés esetén a korábban behelyezett fémek nem képezik akadályát az esetleges diagnosztikának (MR) és eltávolításuk nem jelentenek nehezséget revíziós mûtétek során. VI. A nemzetközi mértékben is kiemelkedõ, 285 betegen elvégzett középtávú utánvizsgálatunk eredményei megfelelnek az irodalomban közölt, egyéb technikákkal végzett elülsõ keresztszalag pótlások eredményeinek ? Betegeink az IKDC és a Lysholm pontrendszer szerinti eredményei, a KT1000 arthrometerrel mért értékei, valamint a sportolóink sportba való visszatérésének az aránya is megfelel a nemzetközi irodalomban található utánvizsgálati eredményeknek. VII. Operált betegeink magas arányban tértek vissza azonos szinten a mûtétet követõen sportágukhoz ? A sportba azonos szinten való visszatérés közel 70%-os aránya kiemelkedõnek mondható.
7. ÖSSZEFOGLALÁS Az elülsõ keresztszalag szakadása súlyos térdsérülés, amely leggyakrabban a fiatal, munkaképes korosztályt érinti. A mûtéti rekonstrukció az utóbbi évtizedekben sokat fejlõdött, ami a technikai lehetõségek fejlõdése mellett, a több ezer, a témával foglalkozó kutatásnak is köszönhetõ. A javuló eredmények hatására egyre nagyobb számú rekonstrukciót végeznek világszerte. Ennek ellenére ma is sok vitatott pont van az LCA sérülések ellátásában.
Munkánkban legfõbb célunk annak bizonyítása, hogy a femoralis press -fit rögzítés megfelelõ az elülsõ keresztszalag pótlás során a csont -patella ín -csont graft rögzítésére. Az elvégzett kísérletek és klinikai utánvizsgálatok alapján az összefoglalás legfontosabb megállapítása, hogy a femoralis press -fit rögzítés alkalmas, jó alternatív módszer a graft rögzítésére LCA -pótlás során. A megfogalmazott célkitûzéseket, vagyis a kadávereken és állatokon végzett biomechanikai vizsgálatok szintetizálását, a femoralis press -fit rögzítés biomechanikai alapjainak megteremtését a munka maradéktalanul teljesítette. A vizsgálatok során kapott szövettani eredményekkel a kedvezõ biomechanikai eredményeket alátámasztottuk. 285 betegen elvégzett középtávú, prospektív vizsgálatunk eredményei megfelelnek a nemzetközi irodalomban közölt eredményeknek. Betegeink magas arányban voltak képesek azonos szinten folytatni sportpályafutásukat a mûtétet követõen. Mindezek ismeretében lehetõvé vált, hogy az interferencia csavaros rögzítés során alkalmazott gyorsított és hatékony rehabilitációs protokollt a press -fit rögzítés esetében is alkalmazhassuk. A press-fit graftrögzítési technika alkalmazása révén az idegen anyag behelyezésével járó számos hátrány elkerülhetõ, és nem elhanyagolható a módszer alkalmazása során keletkezõ jelentõs költségmegtakarítás sem. Ugyanakkor a posztoperatív rehabilitáció nem kíván változtatásokat. Így teljesülhet a modern szakmai elveknek megfelelõen az elülsõ keresztszalag pótláson átesett betegek akcelerált rehabilitációja, és a jelenko r igényeinek megfelelõen a minél elõbbi munkába illetve sportba való visszatérés lehetõsége.
1. INTRODUCTION Nowadays due to the increase in demand from top athletes and the rise in number of active population and their results, the number of the knee i njuries has also increased, so within that the number of the anterior cruciate ligament ruptures as well. The anterior cruciate ligament (ACL) rupture is a very serious knee injury, which may result in instability of the knee joint, and many other early an d later consequences may develop. After the injury in the unstable knee a joint surface damage appears, in its degenerative form and apart from this, as a consequence to the change in joint kinetic, there is a risk of other kinds of injury. That is why the aim of the surgical treatment, the ACL reconstruction is not only a knee joint stabilization, but also the prevention of the occurrence of degenerative processes and prevention of the other similar injuries. Many basic and clinical researches dealt with t he inadequate treatment of the anterior cruciate ligament in knee in the last 20 years. As it became more clear that there were no negative short or long term insufficiencies in the anterior cruciate ligament surgical treatments and since there appeared mu ch more perfect surgical techniques, it resulted in widening of the indication for the anterior cruciate ligament reconstruction. Many facts are supporting the success of the anterior cruciate ligament reconstruction: the cooperation of the patient, the timing of the surgery, graft choice, tunnel placement, graft tensioning, graft fixation methods and postoperative rehabilitation protocol. One of the most often used graft type for anterior cruciate ligament reconstruction is the autologue free bone -patellar tendon-bone graft. Nowadays the interference screw fixation is one of the most popular and accepted methods for fixation of the bone-blocks in bony tunnels using metal and biodegradable interference screws. Although the interference screw fixation method has good biomechanical properties and seems a right solution, there are some disadvantages. The disadvantages are: the presence of a foreign material, the graft may be damaged during the insertion of the screw, the divergence between the bone block and the screw (may cause significant decrease in fixation strength), in the case of its removal or of re-injury, the screw may inhibit MR scanning. The bioabsorbable interference screws also show a good value in failure strength, on the other hand there are no data on the possible decrease in pullout strength during absorption. Furthermore synovitis and foreign body reactions were noted down while using them. Because of all these reasons the application of other fixation methods comes to the focus, which might overcome the above mentioned disadvantages and which do not prolong the time of rehabilitation. Hertel first described the femoral press -fit fixation in 1990. The point is to impact the trapezoid bone block, which is increasing in range, into a smaller bone tunnel by using a drill, which means that bone blocks were impacted into the hole and that is why no foreign material is needed for fixing the graft. By using the press -fit technique the mentioned disadvantages can be avoided, but there are not enough data considering the biomechanical characteristics of the
method. The previous studies were dealing with the screws blocked because of the bone-drill and the pullout strength, because of the divergence between the bone -drill and the bone block, and with the im portance of the shape of the bone block on the ultimate failure strength of the fixation. Shapiro and Lee proved that cross -section taken into consideration; the absolute circular shaped bone block gives better results in ultimate failure strength. Accordi ng to Lee’s results, the increasing of the divergence in diameter of the hole and the bone block also causes the rise in pullout strength. It is important for the surgeon performing the anterior cruciate ligament reconstruction to know the mechanical parameters of the various fixing techniques and to have the knowledge of their biological consequences. It is necessary to plan the rehabilitation after the ACL reconstruction based upon the applied surgical techniques and their biomechanical background. The ACL has been in the focus of attention of the surgery of the National Institute for Sports Medicine for many decades. Knee injuries are by far most common in our Department of Sports Surgery and among them the ALC being the most serious, affecting the young work capable adults, which inspired me during my research to find the best solution for their treatment. Knowing all this my colleague dr. Peter Hidas and me have started dealing with press -fit fitting techniques and their possible advantages, techniques and clinical applying since 1997. We are presenting the results of our many years’joint research in our PhD works.
2. AIMS ?
? ? ?
?
My aim during performing the interventions on ACL ruptures on athletes using the bone- patella tendon -bone free graft was to examine the biomechanical characteristics of the press -fit technique used for graft fixation. My aim was to compare our biomechanical data with the most widespread method of the interference screw fixation and its biomechanical characteristics. Furthermore my target was to draw conclusions based upon the received biomechanical data, which were relevant for the postoperative rehabilitation. Further targets of my research were to work out the press-fit technique, which we have been using in our clinical practice and to present what we have experienced. Finally my aim was to check surgical results based upon this method and the comparison of our results with the international results, especially taking into consideration the restoration of the sports capability su bsequent to the surgery.
3. MATERIALS AND METHODS 3.1.Biomechanical measuring During the ultimate failure strength measuring we used 20 fresh frozen knees of 10 human cadavers (six men and four women). The average age of the cadavers was 47 (22-59). Any pathologic conditions of the knee, such as fracture, tumor, known metabolic illness or severe osteoarthritis resulted in exclusion from the study. The distal femurs, the patellae and the patellar tendons were harvested within 24 hours after death and stored below – 18 C. We had altogether 20 distal femurs and patellae patellar tendon grafts at our disposal. 2 cadaver knees were used in the first phase for the 0 degree measuring. Before preparation for the testing the specimens were thawed at the room temperature. Three bone-patellar grafts were prepared from each knee sample, since the width of both the patella and the patella tendon provided the necessary conditions for that. The bone blocks were after precise measuring in a standard surgical fashion ta ken out from patella by using an oscillating saw and an osteotome. After this the bone blocks were formed to a trapezoid shape. The height of the trapeze or the length of the bone block was 20-22 mm in each case, the proximal end being 9x9, distal end 10x1 0 of the cross-section. Pre-compression was not used during the testing. During the preparation all the soft tissue was stripped from the intercondylar notch of the distal femurs and a 9 mm -diameter tunnels were drilled parallel with the longitudinal axis of the femur. The bone blocks were impacted into the femur using the press -fit method and by using a hammer. Pullout tests were being performed on these femur -bone block-patella tendon complexes during which the direction of the bone tunnel and the bone bl ock coincided with the pullout direction (0 degrees measurements). During the preparation and testing the specimens were kept moist with physiologic saline solution because the tendon dehydration may cause diminished pullout strength. In the second phase we used the femurs again and further drillings were performed at different angulations so that pullout tests could be measured at 15, 30, 45, and 60 degrees. The prepared bone - patella tendon grafts were fixed by the press - fit fixation method. In the int erest of the accuracy of our measuring and to avoid damaging of the bone structure, we left the space of 1,5 cm between the tunnels. This means that further 48 tunnels were drilled, 12 tunnels at each angle. These femur-bone block-patella tendon complexes were put under further measuring. The measurements took place at Budapest University of Technology using the Zwick Z020/TN2S computer-controlled testing device (made by: Zwick GmbH, Ulm, Germany) for the pullout tests. Diagonal tunnels were prepared in fe mur diaphyses through which the metal plates were impacted. The steel stick was fixed to the pullout -measuring device by a holder specially designed for this occasion. The patellar tendon was compressed with two metal plates and secured to the other side of the testing device. A pre -tension of 2 N was applied to the bone -patellar tendon complex and the failure tensile -strength test was performed with a constant 200 mm/min speed along the longitudinal axis of the tendinous part of the graft. The measuring en ded with recording the femoral bone breakage or patella tendon
breakage. The measured data were recorded on load- displacement diagrams of the device. Furthermore, failure mode was also recorded and its place on the femur -bone block-patella tendon complex (pullout from the tunnel, intrasubstance ligament rupture, femoral bone breakage). Tunnels drilled at different angulations we divided into 5 groups. The results of the two groups were compared to a non-parametric method, a Mann-Whitney-type U-test because of the low sample number according to the statistics. Statistical significance was assumed if the p value was less than 0,05.
3.2.Clinical follow-up We have been using transtibial technique for femoral press -fit graft fixation with bone-patella tendon-bone graft ALC reconstructions in our Department of Sports Surgery since 1997. Between the period of 1 January 1998 and 30 June 2002 1568 patients have undergone the ACL reconstruction operation in our department, among them 1303 had bone-patellar tendon-bone autograft. Arthroscopic transtibial technique was used with femoral press -fit and tibial interference screw fixation in 373 cases. Exclusion criteria from this study included previous knee ligament surgery, fractures around the knee, associated ligament injuries or serious (grade III or IV) chondral damage. According to these criteria 352 patients were involved in this study. 285 patients (201 men and 84 women) appeared on clinical examination, which presented 81% of the tested patients. The average age of the operated patients was 29,1 years (range 16 to 49). The injured knee was the right in 169 and the left in 116 patients. The average period between the injury and the surgery was 21,4 months (range 0 to 247). 16 patients were operated within the acute period (within 2 weeks from the injury), 269 were chronic cases (operated 6 weeks after injury). The average follow-up period was 35,8 months (range 24-77). During the final evaluation a physical examination, a subjective evaluation, the IKDC and Lysholm scores, KT-1000 arthrometer (Med Metric, San Diego, California, USA) testing and radiological evaluation were performed. The patients were also asked about their sports type and activity level before and after the injury and surgery. Based on the preinjur y sports activity of the patients there were 4 non-athletes, 121 recreational, 142 competitive and 16 top athletes. A standardized data questionnaire was designed to allow the establishment of a computerized database and individual database software was de veloped in Microsoft Access for data collection and analysis. The paired students t -test was used to compare the preoperative and postoperative values of the tests. The level of the statistical significance was assumed as p<0,05.
4. RESULTS 4.1.The results of the biomechanical tests There were 6 cases excluded from the study out of 60 in which the bone block was broken or the size of which was incorrect. Therefore the total number of the pullout strength tests was reduced to 54, among which in 43 cases t he bone block came out
of the bone tunnel. We measured the increased failure strength of femur – bone block – patella tendon complex when the pullout angle was increased from 0 to 60 degrees. When the measurements were performed at 60 degrees between the t unnel and the pullout direction, there were only 3 successful measurements, therefore these data were not evaluated and included in the study. The causes of these unsuccessful measurements were femoral bone breakage in three cases, ligament abruption from the bone plug in two cases and intrasubstantial ligament tear in two cases. At 60 degrees, the component of the pullout strength vertical to the tunnel is bigger than the parallel component and therefore – although the pullout strength increases with the angle – at 60 degrees a failure occurs instead of the pullout of the bone block. The ultimate failure strength of the press -fit fixation showed statistically significant differences. The increase of the pullout angle resulted in the increase of the failure strength. Regarding the stiffness of the fixation, the result of the 0 degree group showed low statistically significant stiffness unlike the results of the other three groups at 15, 30, and 45 degrees where the results showed no further difference. The results of these three groups measured by the Mann -Whitney U-test showed no differences between the results. Bone block-patellar tendon pullout direction (degree) Number of successful measurements (n) Number of unsuccessful measurements (n)
0
15
30
45
60
12
10
9
9
3
0
1
2
1
7
353±18
485±35
534±20
na
320–371
416–510
507-554
na
Maximum pullout Avg.±SD 312±30 strength (N) Min-max 261–343 Significance Stiffness (N/mm)
p<0,001
p<0,001
Avg.±SD
89±14
113±13
122±13
Min-max
68–103
83–124
104–136
Significance
p<0,001
p=0,242
p<0,001 118±10 99-126 P=0,297
na na na na
4.2.The results of the clinical tests The average follow-up period was 35,8 month (range 24-77), which is equal to a middle length follow -up period. Apart from this the minimum follow -up period with every patient was 24 months. The preoperative average Lysholm score was 63,5±12,7 (ranged: 16-81). At the final examination the average value rose to 93,5±7,8 points (p<0,001). The average final Lysholm score of the acutely operated patients was 94,7±5,5 (ranged:80-100). The difference between the results of the acute and the chronic group was not statistically
significant (p=0,2). According to the IKDC score 241 patients (85%) had good (46 normal and 195 nearly normal) result while 39 patients had bad and 5 patients had very bad overall result. Number of patients=285
A n (%)
B n (%)
46 (16%)
195 (68%) 39 (14%)
5 (2%)
Activity
160(56%)
108(38%)
13(5%)
4(1%)
Subjective evaluation
161(56%)
108(38%)
14(5%)
2(1%)
Symptoms
122(43%)
139(49%)
20(7%)
4(1%)
Range of motion
230(81%)
51(18%)
2(1%)
2(1%)
Stability
93(33%)
169(59%)
23(8%)
0(0%)
Radiological evaluation
208(73%)
67(23%)
8(3%)
2(1%)
Total IKDC results
C n (%)
D n (%)
The hop-index was 89% normal (254 cases), 9% nearly normal (25 cases ) and in 2% (6 patients) had very bad overall result. There were no statistically significant differences in results concerning the hop index of the acute and chronic groups in spite of the fact that the hop index of all the acute patients belonged to the normal range (p=0,35). The measurements taken by the KT -1000 arthrometer showed the side-to-side difference. The typical ACL condition tests at 20 degrees of knee flexion on the 67 N loading showed the average 0, 71 mm difference, 1,41 mm difference at 89 N, and 1,91 mm difference at the maximum manual strength test. The difference of the 89 N test with 70 degrees of knee flexion was only 0,62 mm between the two sides. In the case of the maximum manual loading postoperative tests the side -to-side difference of the 66% of the patients was ? 2 mm and 84% of them had ? 3 mm side to-side difference. The results of the radiological evaluation based on the IKDC score show in 10 patients only a 4 mm or smaller bone block crack. There were no bone block slips; the incorporation of the bone plugs was seen well on the postoperative pictures. The average time when the athletes could return to their previous sports was 8,5±2,9 (3-19) month. From the following table we can see that the athletes could perform their previous sports activity on the previous level, among them being 32 competitive athletes and 6 top athletes. Although these athletes had the repeated instability feeling which prevented them from reaching top results. The other athletes could return to a lower level sport. During the follow-up we got the data that the 69% (194 patients) could return to their previous sports activity level and only 4,3% that is 12 athletes gave up the competitive sport completely. The remaining 75 athletes could return to sport but
lower level. Some of them were afraid of new injury, the others due to the change in their lifestyle, but they gave up the competitive sport. We studied separately the return of the football players, handball players and the basketball players to their sports. 94 (68%) out of 139 football players continued in higher or same level as prior to injury, 35 continued in lower level and 9 (6,5%) football players gave up the sport. Among the handball players only 19 (56%) could return to the same level, 13 to the lower level and 2 (5,9%) gave up the sport. The basketball players could return to the same level in the same number as football players, 68%, but 1 (4,5%) player gave it up. We can see that in non -ball sports compared to ball sports nobody gave the sport up completely, in comparison to 6,1% of the players who gave the ball sports up. There is also difference between the level of the sport, which the ball sports players 66% could continue on the same level and it was 77% with the non -ball sports athletes.
5. DISCUSSION According to many authors the weakest link of the ACL reconstruction in the early postoperative period is before the mechanical fixation transforms into a biological fixation. The primary stability of the graft provided by the graft fixat ion is an important factor for a secure accelerated rehabilitation program, which allows early weight bearing and full range of motion. The improvement in the ACL restoration surgical technique enables the immediate neuromuscular postoperative functioning of the limbs. The fixation has to show great weight bearing and help the build up of the whole graft. In the last years many authors published studies on the ultimate failure strength of different fixation techniques. On the other hand there are hardly any data on the press-fit technique not using foreign material, or on its practice, and there are only some data on its biomechanical characteristics. That is why we started our study by determining the ultimate failure strength and stiffness of the press -fit technique during our experiments performed on human cadaver bones. We tested the maximum tensile strength on graft and the impact of strength direction on graft fixation in the postoperative period since the stretching, bending movements of the knee inf luence the direction of power and we concluded that as the diameter difference between the tunnel increased, the maximum failure strength value increased as well. We got statistically significant difference values for every group tested by 15 degrees. Our results are comparable to the outcome of the other published studies on the interference screw fixations and are exceeding the necessary rehabilitation criteria. Based on this, we found the press -fit fixation technique satisfactory for graft fixation from the biomechanical aspect. The load direction on fixation is an important point in testing the press -fit fixation ultimate failure strength. According to Boszotta’s previous tests the ultimate failure strength rises as the pullout strength grows. But he pub lished data only for the pullout direction above 45 degrees which is during the surgery of a femoral bone tunnel under 90 degrees knee flexion; in the postoperative phase he only explains knee flexion under 45 degrees. To reach flexion and extension in reh abilitation process
as soon as possible, we measured in our study the direction of pullout strength of bone block. According to our measurements the fixation proved satisfactory to rehabilitation requirements, furthermore in everyday life the impact streng th on ACL is less than ultimate failure strength value measured at 30 degrees fixation pullout direction. The biomechanical measurements of the press -fit fixation have shown some contradictory results in the international literature. Boszotta’s laboratory results show good ultimate failure results and using this technique he reported on supreme clinical results. In comparison to this Rupp and Seil show in their tests that femoral press-fit fixation primary ultimate failure strength is significantly lower t han the interference screw fixation. Behind this must be the fact that Rupp used tibia for his measurements, the density of which is proved to be less than in femur and apart from this the semicircle cross section caused lower results. Lee performed comparison test on porcine model of press-fit, metal and bioabsorbable interference screw fixation. He found difference neither in ultimate failure strength nor in stiffness between the groups. His results are based on two facts in the first place: the circular-shaped bone block and the bigger 1,4 mm bone tunnel -bone block and the diameter-difference between the bone plug and the femoral tunnel. As the disadvantage of this method he notices is technically difficult task to make the required graft bone block. In our study we used circular-shaped cross-section bone block. We agree with the fact previously supported by Shapiro that bone block shape is of importance for the press-fit fixation mechanical properties. . The successful biomechanical tests pr esent a base for the press -fit graft fixation technique in the clinical practice. We modified the previously published surgical techniques in the interest of a satisfactory application of the most widespread arthroscopic, transtibial techniques. In the postoperative follow-up the number of 285 patients represents a high rate internationally as well, more patients having been examined only by Shelbourne who used interference screw fixation. Postoperative follow -up after using the press fit technique was eith er on low number of patients (Gobbi, Georgoulis, Al -Husseiny) or the time of the postoperative follow-up was not sufficient (Boszotta). The overall IKDC score at the final follow -up showed normal (A) or nearly normal (B) knee function in 85%. These are sat isfactory results and comparable to the outcome of the other published studies either with interference screw or press -fit ACL reconstruction methods. Considering the KT 1000 stability measurement results, the literature prefers the maximal manual strengt h tests. As many postoperative data show, the difference between the operated and the healthy knee is around 2 mm, others have the difference range of less than 3 mm between the 70 and 90% of the patients. In our study 84% patients had ? 3 mm difference at maximum manual test, the average difference being 1,91 mm. The hop -test results prove the good functional results since the 89% (90 –100%) patients got excellent qualification. Another goal of our study was also to determine the rate of regaining sports capability. According to Freedman’s metaanalysis total results, after the ACL reconstruction 67,2% athletes could return to their sports the same level as before the surgery. According to Bach’s results 59% of the athletes could continue sports
the same level as prior to surgery, although one third had problems. Georgoulis had 100% of the returning rate to sports activity, while Boszotta experienced lower rate of athletes returning to sports. For our own result all we can say is that it is above the average, even more it is above the almost unbelievable result of Georgoulis’ 100%. This criterion is of highest importance from the point of the success of the surgery, since most of our patients are athletes.
6. CONCLUSION I.
During my biomecha nical tests it has been proved that the femoral press -fit fixation maximum failure strength and stiffness prove good graft fixation of the anterior cruciate ligament reconstruction. ? The average pullout value for all measured angles was above 300 N, 534±20 N at 45 degrees the value of which exceeds the isometric quadriceps contraction (200 N) and in everyday life (450 N) affecting the ACL. ? The press-fit fixation avera ge stiffness was at 0 degrees 89±14 N/mm, at 15 degrees 113±13 N/mm, at 30 degrees 122±13 N/mm and at 45 degrees 118±10 N/mm.
II.
I proved by the biomechanical tests that the increase of the pullout angle results in significant increase of the ultimate failu re strength of the press-fit fixation. ? At 0 degrees showed 312±30 N, at 15 degrees 353±18 N, at 30 degrees 485±35 N and at 45 degrees 534±20 N statistically significant difference. The increase of the pullout angle resulted in the continuous rise of the ultimate failure strength.
III. My results on cadavers (ultimate failure strength, stiffness) do not differ from the interference screw fixation method results found in literature. ? The ultimate failure strength of the interference screw fixation during the cadaver tests was between 476 and 640 N. Our own results were between 312 and 534 N. ? The results of the stiffness of the interference screw fixation were from 57,9 N/mm to 80 N/mm while our own results were between 89 and 122 N/mm. IV. Based on the measured data of the ultimate failure strength of the press -fit fixation on cadavers I have proved that the same rehabilitation as in interference screw fixation can be performed. ? As all the measured value of the results is higher than the knee ligament extension impact power on the ACL graft, in the postoperative period 0-90 degrees therapy can be performed. ? As at 30 degrees pullout angle (it is the 60 degrees flexion position) measured value in everyday life of strength on ACL is more than 450 N, that is why the press-fit can stand impact up to the 60 degrees in the postoperative period.
V. My experience based on the 6 years of femoral press -fit fixation anterior cruciate ligament reconstruction is that I find this operation easy to perform. ? After the 4 technical problems in the beginning there were no other intraoperative complications. ? The surgical technique is easy to learn and can be easily reproduced. ? There is no need for foreign material, so it is very economical. ? We have concluded from the standpoint of ever increasing number of revision operations that press -fit technique represents a very satisfactory method in the case of re injury and the previously installed metal plates do not prevent MR scanning and their removal does not cause difficulties during t he revision surgeries. VI. Our middle length postoperative results performed on 285 patients agree with the high international standards and their results published on other ACL techniques. ? The overall IKDC score, Lysholm scores and the KT-1000 arthrometer testing evaluation were performed and the returning rate of our athletes to their sports carrier was satisfactory and comparable to the outcome of the postoperative results published in international literature. VII. Our operated athletes could return to previous sports activity level as prior to surgery at the high rate. ? The 70% returning rate to sports activity at the same level as before the surgery can be considered excellent.
7. SUMMARY The rupture of the anterior cruciate ligament is a serious knee in jury, which frequently refers to young patients capable of working. The surgical reconstruction has rapidly developed for the last decades due to the developments in the technical possibilities and the thousands of scientific studies on this topic. Because of the improving results more and more ACL reconstructions have been performed all over the world, however, there are a lot of debates about how to treat ACL injured patients. The main goal of our study is to prove that the femoral press -fit technique is an appropriate method for bone-patellar tendon graft fixation. Based on the biomechanical measurements and the clinical results the most important conclusion of the summary is that the femoral press -fit fixation technique is a proper, alternative method for graft fixation in ACL plasty. The study entirely fulfilled its purposes, namely produced a biomechanical basis for the femoral press -fit fixation by summarizing the results of cadaver and animal
measurements. The good biomechanical properties were suppo rted by the histological issues of our study. The results of our midterm, prospective follow -up study on 285 patients corresponds with the published data of the international literature. After the operation our patients were able to return to sports activi ty in high rate. With the knowledge of these facts the application of the accelerated rehabilitation protocol - used successfully at the interference fixation technique - became possible also at the press-fit fixation group. Many disadvantages with the use of metal or absorbable material can be avoided with the application of the press -fit fixation technique, while it is not necessary to modify the postoperative rehabilitation protocol. The significant reduction of expenses with the use of this method is al so not negligible. Thus, an accelerated rehabilitation of the patients can be performed after ACL reconstruction accordingly the modern professional principles; and there is a good chance to return to work and sport as early as possible according to the de mands of present times.
A DISSZERTÁCIÓ TÉMAKÖRÉBEN MEGJELENT KÖZLEMÉNYEK Közlemények 1. 2. 3.
4. 5.
6.
7.
8. 9. 10.
11.
12.
13.
Pavlik A. - Hidas P.: Elülsõ keresztszalag pótlás szövõdményei. Magyar Ortopéd Társaság Zinner Nándor Pályázata, 1999, I.díj. Pavlik A., Hidas P., Tállay A., Berkes I.: Elülsõ keresztszalag pótlásnál alkalmazott femorális press -fit rögzítés. Korai eredmények. Orvosi Hetilap, 2002, 143(50):2769-73. Pavlik A, Hidas P, Tállay A, Berkes I, Czigány T, Szabó JS, Marczis B: Biomechanical evaluation of press -fit femoral fixation technique in ACL reconstruction. Human cadaver and animal studies. Research News, 2003, 1: 2 4. Pavlik A, Hidas P, Czigány T, Berkes I: Biomechanical evaluation of press -fit femoral fixation technique in ACL reconstruction. Knee Surgery, Sports Traumatology and Arthroscopy, 2004, 12(6): 526-533. Pavlik A, Hidas P, Tállay A, Szabó J: Elüls õ keresztszalag pótlásnál alkalmazott press-fit és interferencia csavaros rögzítés összehasonlító biomechanikai vizsgálata sertés térdeknél. Sportorvosi Szemle, 2004, 45(2): 157-165. Pavlik A, Hidas P, Tállay A, Szabó J, Kendik Zs, Czigány T, Berkes I: Elü lsõ keresztszalag pótlásnál alkalmazott press -fit rögzítés biomechanikai tulajdonságainak változása a posztoperatív szakban sertés térdeknél. Magyar Traumatológia, Ortopédia, Kézsebészet és Plasztikai Sebészet, 2005, 48(1): 53 60. Pavlik A, Hidas P, Tállay A, Berkes I: Elülsõ keresztszalag pótlásnál alkalmazott rögzítések I.: Az ideális graftrögzítés. Magyar Traumatológia, Ortopédia, Kézsebészet és Plasztikai Sebészet, 2005, 48(2). Pavlik A, Hidas P, Tállay A, Berkes I: Elülsõ keresztszalag pótlásnál alkalm azott rögzítések II.: Biomechanikai értékelés. Magyar Traumatológia, Ortopédia, Kézsebészet és Plasztikai Sebészet, 2005, 48(3). Pavlik A, Hidas P, Tállay A, Toman J, Berkes I: Femoral press-fit fixation technique in ACL reconstruction using bone -patellar tendon-bone graft: a prospective clinical evaluation of 285 patients. Am J Sports Med, közlés alatt. Hidas P., Pavlik A., Berkes I., Halasi T.: Vordere Kreuzbandruptur bei Sportlern. Operative oder konservative Therapie? Arthroskopie, 1998, (11)2: 78-81. Hidas P, Pavlik A, Czigány T, Berkes I: Az elülsõ keresztszalag rekonstrukciónál alkalmazott press fit -rögzítés biomechanikai értékelése. Magyar Traumatológia, Ortopédia, Kézsebészet és Plasztikai Sebészet, 2002, 45(2):126-131. Tállay A., Pavlik A., Halasi T., Hidas P., Berkes I.: Elülsõ keresztszalag sérülés válogatott nõi kézilabdázóknál - kezelési anomáliák. Sportorvosi Szemle, 2002, 43(2):107-117. Czigány T., Pavlik A., Hidas P., Marczis B., Bárány T., Berkes I.: Térdszalag pótlások biomechanikai vizsgál ata. A Jövõ Mérnöke. 2002, 49(1): 7.
14. Sarkady M, Tállay A, Pavlik A, Pásztor A: A nõi kézilabdázók alsó végtagi sérüléseinek megelõzésére kidolgozott proprioceptív és streching prevenciós tréning ismertetése. Sportorvosi Szemle, 2003, 44(4): 185 -202. 15. Hidas P, Illyés Gy, Pavlik A, Kendik Zs, Tállay A, Berkes I: Femoralis press fit rögzítés elülsõ keresztszalag pótlás során. A csontblokk beépülésének posztoperatív szövettani vizsgálata sertéseken. Orvosi Hetilap, 2005, 146(10): 471-475. 16. Hidas P, Pavlik A, Tállay A, Berkes I: Comparative evaluation of interference screw and press-fit fixations in ACL reconstruction. Early comparative results. Chirurgia kolana artroskopia traumatologia sportowa, közlésre elfogadva. 17. Hidas P, Pavlik A, Illyés Gy, Kendik Zs, Szabó J , Czigány T, Tállay A, Berkes I: Incorporation and fixation strength of the press-fit femoral fixation after ACL reconstruction. A biomechanical and histological study in porcine models. Arthroscopy, közlés alatt.
Elõadások 1.
Pavlik A., Berkes I.: LCA-pótlás patella ín allografttal. MOT Kongresszusa, Szekszárd, 1997. 2. Pavlik A., Hidas P., Berkes I.: „Comparative evaluation of conservative and operative treatment of ACL rupture in athletes” 8 ik ESSKA Kongresszus, Nizza, 1998. 3. Pavlik A.: LCA-pótlást követõ mozgáskorlátozottság. Fiatal Ortopéd Orvosok Fóruma, Tata, 1998. 4. Pavlik A., Hidas P., Berkes I.: Elülsõ keresztszalag pótlásnál alkalmazott femoralis press -fit rögzítés. Korai eredmények. MOT Kongresszusa, Debrecen, 2000. 5. Pavlik A., Hidas P., Czigány T., Berkes I.: Biomechanical evaluation of press fit graft fixation technique in ACL reconstruction. ISAKOS Congress, Montreoux, 2001. 6. Hidas P., Pavlik A., Czigány T., Berkes I.: Biomechaniesche Bewertung der femoralen Press-fit Verankelung bei vorderer Kreuzband -Plastic. AGA Kongresszus, Saarbrücken, 2001. 7. Pavlik A., Hidas P., Czigány T., Berkes I.: ACL reconstruction using femoral press–fit fixation technique” Magyar Artroszkópos Társaság Kongresszusa, 2002. 8. Pavlik A., Hidas P., Tállay A., Berkes I.: “Femoral press fit fixation of the BTB graft in ACL reconstruction. Early comparative results to interference screw fixation, Word Congress of Sports Medicine, Budapest, 2002. 9. Hidas P., Pavlik A., Czigány T., Berkes I.: Biomechanical evaluation of press fit graft fixation technique in ACL reconstruction. Word Congress of Sports Medicine, Budapest, 2002. 10. Pavlik A., Hidas P., Tállay A., Kendik Zs., Szabó J., Czigány T., Berkes I.: “Biomechanical evaluation of press -fit fixation t echnique in porcine knees” ESSKA 2000-APOA symposium, Budapest, 2004.
11. Pavlik A., Hidas P., Tállay A., Kendik Zs., Szabó J., Czigány T., Berkes I .: Biomechanical evaluation of press -fit fixation technique in porcine knees. APOA Congress, Kuala Lumpur, 2004. 12. Hidas P., Pavlik A., Tállay A., Kendik Zs., Szabó J., Czigány T., Berkes I.: A press-fit femorális rögzítés biomechanikai és szövettani értékelése a korai posztoperatív szakban sertéseken. Magyar Artroszkópos Társaság Kongresszusa, Kaposvár, 2004. 13. Pavlik A., Hidas P., Tállay A., Börzsei V., Berkes I.: Femorális press -fit rögzítéssel végzett LCA-pótlások eredményeinek klinikai értékelése” Magyar Artroszkópos Társaság Kongresszusa, Kaposvár, 2004. 14. Pavlik A., Hidas P., Tállay A., Berkes I.: Femoral press-fit fixation technique in ACL reconstruction using bone-patellar tendon-bone graft: a prospective clinical evaluation of 285 patients ” ESSKA 2000-APOA symposium in Tokyo, 2004. 15. Pavlik A., Hidas P., Tállay A., Kendik Zs., Szabó J., Czigány T., Berkes I.: Biomechanical evaluation of press -fit fixation technique in porcine knees. ESSKA 2000-APOA symposium, Kobe, 2004. 16. Pavlik A., Hidas P., Tállay A., Kendik Zs., Szabó J., Czigány T., Berkes I.: Biomechanical evaluation of press -fit fixation technique in porcine kn ees. presented in ESSKA 2000-APOA symposium in Hong-Kong, 2004. 17. Pavlik A., Hidas P., Tállay A., Berkes I.: Femoral press-fit fixation technique in ACL reconstruction using bone-patellar tendon-bone graft: a prospective clinical evaluation of 285 patients. ESSKA 2000-APOA symposium, Singapore, 2004. Poszterek 1.
2. 3.
4. 5. 6.
Pavlik A., Hidas P., Tállay A., Kendik Zs., Szabó J., Czigány T., Berkes I.: Biomechanical evaluation of press -fit fixation technique in porcine knees. 8 th International Conference on: Ortopaedics, Biomechanics, Sports Rehabilitation Assisi, 2004. Hidas P., Pavlik A., Tállay A., Illyés Gy., Berkes I.: Incorporation and fixation strength of the femoral press-fit fixation technique. 8th International Conference on: Ortopaedics, Biomechanics, Sports Rehabilitation, Assisi, 2004. Pavlik A., Hidas P., Tállay A., Kendik Zs., Szabó J., Czigány T., Berkes I.: Biomechanical evaluation of press -fit fixation technique in porcine knees. 11 th Congress of ESSKA, Athen, 2004. Hidas P., Pavlik A., Tállay A., Illyés Gy., Berkes I.: Incorporation and fixation strength of the femoral press-fit fixation technique” 11th Congress of ESSKA, Athen, 2004. Hidas P., Pavlik A., Berkes I.: “Femoral press fit fixation of the BTB graft in ACL reconstruction. Early comparative results to interference screw fixation. ISAKOS Congress, Montreaux, 2001. Pavlik A., Hidas P., Czigány T., Berkes I.: Biomechanical evaluation of press fit graft fixation technique in ACL reconstruction. 9 th Congress of ESSKA, London, 2000.
