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INJERTOS Y SUSTITUTOS OSEOS

En este capítulo se explican algunos de los conceptos y alternativas que tenemos, en cirugía reconstructiva, en aquellos casos con pérdidas óseas o defectos que requieren la adición de injertos o sustitutos óseos para la ayudar a restituir la pérdida de hueso alrededor de una prótesis, para la reparación de fracturas, pseudoartrosis o para ayudar a la fijación de nuestros implantes.

Osteointegración, es la fijación ósea:
– En el caso de prótesis o implantes hace referencia al crecimiento de hueso en la superficie porosa o rugosa del implante
– Se produce una conexión directa, estructural y funcional entre el hueso vivo y la superficie de un implante artificial de tal forma que no existe movimiento entre ambos
– Estabilidad biomecánica

Biointegración, es la incorporación ósea, “bone ingrowth”:
– Unión bioquímica que se produce en aquellos implantes recubiertos de materiales bioactivos, como la hidroxiapatita, que estimulan la formación ósea (biointegración) y mecánica.
– Entre los llamados materiales bioactivos los de uso común en nuestra especialidad son las cerámicas.

Estabilidad del implante requisito básico para la incorporación. Estabilidad mecánica inicial ha de ser < 100-150µm y secundariamente estabilidad biológica: crecimiento óseo en los poros, fijación estable y permanente

Distancia interfaz hueso – implante. A más espacios menos crecimiento óseo y menor fuerza fijación
– Espacios = 0.5mm entre el hueso y el componente poroso afecta a la incorporación y puede derivar en una fijación fibrosa. Ej. 2mm de espacio entre un componente de hidroxiapatita supone 6 veces menos crecimiento óseo.

Potenciación del crecimiento óseo. Es importante en cirugía de revisión porque generalmente tenemos una reserva ósea pobre o porque son pacientes pacientes muy activos. Se puede potenciar de muchas maneras, los injertos son una de ellas pero otras son:
– Mejoras en el diseño y material de las prótesis, mejoras en el recubrimiento poroso.
– Autoinjerto este tiene propiedades osteoinductoras (OI), osteoconductoras (OC) y osteogénicas (OG). OC (capilares, células osteoprogenitoras), OI (mitogénesis células mesenquimales y diferenciación en células osteoprogenitoras con capacidad para formar hueso)
– Aloinjerto y matriz ósea desmineralizada
– Ca, P, fosfato cálcico. Es osteoconductor pero no se conoce cuál es su duración a largo plazo.
– Medicamentos que actúen sobre el metabolismo óseo, antirresortivos.
– Osteoinductores: ß-1TGF (transforming growth factor): Proteínas morfogenéticas.

FUNCIONES DE LOS INJERTOS Y SUSTITUTOS ÓSEOS

  • SOPORTE MECÁNICO
    – Injertos corticales: inmediata, luego remodelación
    – Injertos esponjosos: tardía
  • OSTEOGÉNESIS, FORMACIÓN DE HUESO
    Osteogénesis: capacidad de formar hueso por células especializadas. Sólo 10% de las células de los autoinjertos esponjosos no vascularizados sobreviven.
    Osteoinducción invasión del injerto por células mesenquimales del huésped que se diferencian en células osteoprogenitoras, que son las que formarán el hueso:
    • BMP y citoquinas modulan este proceso
    • Auto y aloinjertos pueden tener esta propiedad
    Osteoconducción función de soporte 3D para la invasión de capilares y células osteoprogenitoras
    • Auto, aloinjertos y cerámicas
    • Afectado por características del injerto: tamaño del poro, porosidad, arquitectura del injerto y tamaño conexión poro.

 

TIPOS DE INJERTOS Y SUSTITUTOS ÓSEOS

Los principales son los autoinjertos y los aloinjertos, corticales o esponjosos. En otro grupo se incluyen los sustitutos óseos.

Reconstrucción acetabular con aloinjerto en partículas y cotilo modular de tantalio. Prótesis de Cadera Injertos y Sustitutos Óseos por el especialista en traumatología y cirugía ortopédica Dr. Manuel Villanueva

Reconstrucción acetabular con aloinjerto en partículas y cotilo modular de tantalio.

Autoinjertos

Es el hueso del propio paciente, extraído de un lugar para ponerlo en otro.
Representan el patrón oro o “Gold Standard” en la calidad del injerto. Sus problemas son la morbilidad (daño que producimos al sacarlo) del sitio donante y el aporte limitado (por la morbilidad).
El autoinjerto esponjoso es el único que aporta osteogénesis, tiene una incorporación rápida y completa entre los 6-12 meses.
El autoinjerto cortical tiene una incorporación lenta, aunque completa si tiene estabilidad mecánica. Esta limitación se debe a que los osteoclastos tienen una velocidad de reabsorción de 50µm/día, mientras que la capacidad de formación del hueso por los osteoblastos es de 1µm/día.

Aloinjertos Esponjosos

Presentan riesgo de transmisión de enfermedades virales, infección y reacción inmune.
Sobre todo existe experiencia con aloinjerto congelado en fresco.
Aloinjertos esponjosos: favorecen la invasión vascular precoz y una incorporación rápida, uniforme sin debilitamiento mecánico.
Influirán en su incorporación la estabilidad del injerto, área de contacto hueso huésped-injerto, patrón de cargas en el injerto y vascularización del lecho.
Las células osteogénicas o factores osteoinductivos se pierden durante el proceso de esterilización a la vez que se reduce su carga inmune. Se intenta compensar con la aplicación de células madre, proteínas morfogenéticas y nuevos materiales.

Reconstrucción acetabular con aloinjerto en partículas y cotilo modular de tantalio. Prótesis de Cadera y Rodilla Injertos y Sustitutos Óseos por el especialista en traumatología Dr. Manuel Villanueva

Aloinjertos estructurales corticales o corticoesponjosos: se incorporan lenta e incompletamente. Aportan soporte mecánico pero se producen fracasos tardíos por reabsorción, que pueden provocar la fractura aloinjerto, infección (hasta un 20%) y el fracaso tardío (6 m-3 a) de la reconstrucción, en un porcentaje elevado = 35%, según series clínicas. Sólo se incorpora la zona periférica, el centro permanece necrótico. Se considera que el momento de máxima debilidad se produce sobre los 6 meses.

Prótesis de Cadera Injertos y Sustitutos Óseos por el especialista en traumatología Dr. Manuel Villanueva

El cerclaje de fracturas periprotésicas o la pseudoartrosis de huesos largos es una indicación para el empleo de aloinjertos estructurales corticoesponjosos de refuerzo a modo de “placas biológicas de osteosíntesis”.

El cirujano ha de saber que los signos radiológicos de incorporación no son equivalentes a la integración.
En aquellos casos en que = 50% cotilo se apoye sobre aloinjerto estructural se aconseja utilizar un dispositivo antiprotrusión, para evitar el fracaso tardío de la reconstrucción. En los defectos superiores el cotilo no debe apoyarse más del 30% sobre el aloinjerto, salvo que utilicemos un diseño recubierto con los nuevos metales porosos.

Caso Clínico

Paciente con diagnóstico de artroplastia resección antigua por infección. La cadera está muy elevada con un gran acortamiento. No hay techo en el cotilo. La situación anatómica se asemeja a la de una displasia alta pero el nervio no está acortado porque la resección se produjo después del crecimiento óseo, en la edad adulta.
Se realizó un aloinjerto estructural con una metáfisis tibial, atornillado de forma independiente, complementado con partículas de esponjosa y un cotilo de tantalio para garantizar la incorporación ósea en el hueso nativo remanente y facilitar la incorporación del aloinjerto. En el fémur se empleó una prótesis de cuello modular (MLTaper). El resultado final fue muy bueno, se corrigió la diferencia de longitud, se mejoró la función y no hubo complicaciones nerviosas ni reactivación de la infección.

 

Especialista en traumatología y cirugía ortopédica Dr. Manuel Villanueva Prótesis de Cadera y Rodilla Injertos y Sustitutos Óseos

Cuando utilizamos aloinjertos estructurales en la reconstrucción de defectos acetabulares se aconseja proteger la reconstrucción con dispositivos antiprotrusión. Esto es así porque el límite de contacto con hueso nativo para conseguir la fijación biológica ha de ser < 50%, con los recubrimientos convencionales pero este límite y sus implicaciones no es válido para la reconstrucción con los nuevos metales porosos. En los defectos superiores el límite de contacto del cotilo poroso con el aloinjerto estructural ha de ser del 30%, salvo que utilicemos cotilos con recubrimiento de metal poroso, como en el caso ilustrado.

SUSTITUTOS ÓSEOS

Son estructuras porosas que, implantadas en el hueso, sirven puente para la formación de hueso. Además pueden tener una función como soporte estructural transitorio.
Evitan dejar espacios vacíos u ocupados por tejidos blandos. El tamaño ideal del poro ideal para favorecer los procesos de incorporación es de 100-500µm con interconexiones de 100µm.
Los sustitutos óseos están indicados para el relleno de cavidades, no para estabilidad mecánica. Son una especie de matriz con propiedades osteoconductoras +- osteoinductoras. Entre sus contraindicaciones figuran la infección y la osteomielitis.

Sustitutos Óseos, Osteoconductores

Existe una cantidad enorme de productos comerciales disponibles en el mercado. Algunos de ellos, las características mecánicas, su composición y la categoría a la que pertenecen se detallan a continuación.

CERÁMICAS
– Colágenos
Xenoinjertos. Principal componente de la matriz ósea desmineralizada (DBM).
Matrices de colágeno = resistencia a la compresión que hueso esponjoso, se reabsorbe rápidamente. Se combina con HA (reabsorción lenta) ó FTC (reabsorción rápida), o ambos.
– Fosfato tricálcico
(40% Ca, 20% P. a-FTC, ß-FTC)
Resistencia a la compresión = hueso esponjoso. El periodo de reabsorción es de 6-12 meses y es frágil. La combinación hidroxiapatita (HA) 60%+ fosfato tricálcico (FTC) 40% parece ideal. Se valorará su uso en combinación con aspirado de médula ósea y colágeno laminar
-Sulfato cálcico
Su resistencia a la compresión es similar a la del hueso esponjoso.
Su periodo de reabsorción está entre las 4-12 semanas, más rápido que el periodo necesario para la formación de nuevo hueso. Su utilidad es el relleno de defectos en zonas sin carga o liberación de antibiótico.

– Colágenos
Xenoinjertos. Principal componente de la matriz ósea desmineralizada (DBM).
Matrices de colágeno = resistencia a la compresión que hueso esponjoso, se reabsorbe rápidamente. Se combina con HA (reabsorción lenta) ó FTC (reabsorción rápida), o ambos.
– Fosfato tricálcico
(40% Ca, 20% P. a-FTC, ß-FTC)
Resistencia a la compresión = hueso esponjoso. El periodo de reabsorción es de 6-12 meses y es frágil. La combinación hidroxiapatita (HA) 60%+ fosfato tricálcico (FTC) 40% parece ideal. Se valorará su uso en combinación con aspirado de médula ósea y colágeno laminar
-Sulfato cálcico
Su resistencia a la compresión es similar a la del hueso esponjoso.
Su periodo de reabsorción está entre las 4-12 semanas, más rápido que el periodo necesario para la formación de nuevo hueso. Su utilidad es el relleno de defectos en zonas sin carga o liberación de antibiótico.
– Hidroxiapatita
HA mas lenta o no reabsorción (según preparados) y = resistencia a la compresión que hueso esponjoso. Usarlo con aspirado de médula ósea. Eficacia demostrada en estudios prospectivos.

especialista en traumatología y cirugía ortopédica Dr. Manuel Villanueva

Sustitutos óseos. Herasorb ® (CaSO4 • 2 H2O) + (CaCO3) + S-Genta
AP en modelo animal a las 6 semanas. Nueva matriz ósea y área de reabsorción.

FOSFATOS CÁLCICOS INYECTABLES
Su resistencia a la compresión es 4-10 veces > que la del hueso esponjoso. El periodo de reabsorción es lento, 30-60% al año. Se presenta como una pasta inyectable que se endurece. Permite el apoyo precoz, en dos semanas. Son materiales porosos, biodegradables que se utilizan para el relleno de cavidades.

 

Sustitutos Óseos, Osteoinductores

Compuestos capaces de producir células formadoras de hueso (osteogénesis) o de estimular su reclutamiento o su formación (osteoinducción).
-Células madre mesenquimales. Se obtienen mediante aspiración percutánea de la médula ósea (0.001% de las células nucleadas). Se aplican en zonas de no unión de fracturas o de necrosis ósea, solas o en combinación con otros preparados.

Prótesis de Cadera y Rodilla Injertos y Sustitutos Óseos

Las células madre mesenquimales adultas están indicadas para las pseudoartrosis y para la necrosis ósea. Se aspira la médula ósea de la pelvis, se centrifuga y se inyectan o se mezclan con injerto o con factores osteoinductores y se aplican en la zona de defecto óseo o pseudoartrosis de la fractura.

-Matriz Ósea Desmineralizada. Es hueso cortical pulverizado. Contribuye a la reparación ósea en zonas sin carga bien vascularizadas. Se aconseja mezclarla con sangre del paciente durante el procedimiento. Los preparados comerciales tienen proteínas morfogenéticas, pero en dosis bajas.

La matriz ósea desmineralizada suele presentarse como una pasta o como gránulos. Pueden tener bajas concentraciones de proteínas morfogenéticas. Se mezcla con aspirado de médula ósea (células madre) y aloinjerto y se aplica en zonas de no consolidación de hueso. Así se combinan factores osteogénicos, osteoinductores y osteoconductores.

Traumatólogo especialista en cirugía ortopédica de rodilla y cadera e infección protésica Dr. Manuel Villanueva

– BMPs. Proteínas morfogenéticas. Producen un aumento de la masa ósea en contacto con superficies metálicas, animales y humanos.
• OP-1: BMP-7. Con su utilización, en zonas con defectos, se consigue un mayor crecimiento óseo que con el uso aislado de aloinjertos, pero no en zonas de íntima aposición hueso-implante.
En pseudoartrosis de huesos largos es útil pero no está demostrada su utilidad en cirugía de revisión protésica.

Pseudoartrosis de fractura supracondílea de fémur tratada con osteosíntesis más cerclaje de aloinjertos estructurales más aporte de aloinjerto en partículas más aporte de proteína morfogenética OP-1. Se consiguió la consolidación de la fractura pero la rodilla perdió rango de movilidad tras varias intervenciones.

• BMP-2: THA animales, rh-BMP-2, rh-OP-1. Podría facilitar la incorporación de los injertos estructurales.
– TGF-ß tumor growing factor.
– IGFs insulin like growing factor.
– FGFb basic fibroblast growth factor.
– PDGF platelet derived growth factor.

Prótesis de Cadera Injertos y Sustitutos Óseos por el especialista en traumatología Dr. Manuel Villanueva

PRINCIPALES SUSTITUTOS ÓSEOS

CERÁMICAS

– CRISTALES
Parcialmente o no biodegradables. Odontología Perioglas® y Biogran®.
– COLÁGENOS
Matrices de colágeno = resistencia a la compresión que hueso esponjoso, se reabsorbe rápidamente
– FTC (40% Ca, 20% P. a-FTC, ß-FTC) Resistencia a la compresión = hueso esponjoso, Reabsorción 6-12 meses, frágil Combinación HA 60%+ FTC 40% parece ideal +- aspirado médula osea y colágeno laminar
– SULFATO CÁLCICO. SCa Resistencia a la compresión = hueso esponjoso Reabsorción 4-12 semanas, más rápido que formación nuevo hueso
Utilización en defectos en zonas sin carga
Permiten la liberación de antibiótico
– HIDROXIAPATITA, HA HA más lenta o no reabsorción (según preparados) y = resistencia a la compresión que hueso esponjoso.
Se aconseja usar con aspirado de médula ósea. Eficacia demostrada en estudios prospectivos
• FOSFATOS CÁLCICOS INYECTABLES
Resistencia a la compresión 4-10 veces > que hueso esponjoso
Reabsorción lenta 30-60% al año, pasta inyectable que se endurece. Apoyo precoz, en dos semanas
Porosos, biodegradables, relleno de cavidades.
• MATRIZ ÓSEA DESMINERALIZADA, FACTORES CRECIMIENTO
– Grafton ® : DMO gelatina. Partículas. Osteotech, NJ™
– Allomatrix®: DMO + Sca +- chips esponjosa, Palex ™
– Ignite. SCa + DMO + Aspirado MO. Palex, Wright ™

EJEMPLOS DE SUSTITUTOS ÓSEOS EN EL MERCADO

  • HA y MATRICES DE COLÁGENO
    • Osteogen®. HA Sintética
    • Healos®: colágeno + HA. De Puy ™
    • Osteogen®. HA Sintética, OsteoGraft ®. HA humana. Ceramed®, Healos®: colágeno + HA
    • ProOsteon®. HA-coral. Partículas, no biodegradables. Autorizado defectos metafisarios. Interpore Cross ™.
    • Collagraft®: HA 65%+ ß-FTC 35% + colágeno bovino. Tiras y gránulos. Defectos < 30 cc. Añadir sangre autóloga. Zimmer ™.
  • FTC
    • Vitoss®. Orthovita ™. ß-PTC ultraporoso. 75% poros: 1-1000µm. 90% interconectividad,ß-PTC ultraporoso. Todo tipo de defectos.
    • Orthograft ®. FTC. Partículas, biodegradables
    • Syntograft ®, Augment ®, Orthograft ®. FTC. Partículas, biodegradables
    • Hapset®, FTC+Sca. Pasta
    • Cellplex®, Palex, Wright ™,
    • Calstrux, Stryker ™
    • Cerasorb M, Ascension Orthop ™
    • Conduit, De Puy ™
    • ChronOS, Synthes ™
    • Mastergraft, Medtronic ™
    • Osteomax, Orthofix ™
    • TheriLok, Therics ™
  • SULFATO CÁLCICO
    • BonePlast, Interpore Cross
    • OsteoMax, Orthofix McKinney
    • Herasorb G®. Heraeus ™
    • Osteoset®. Palex-Wright M ™
    Autorizado todo tipo de defectos.

• FOSFATOS CÁLCICOS INYECTABLES
• Norian SRS ®™. Norian Corp ™
• True Bone®. Etex Corp ™
• MIIG 115 y X3 ®, Osteoset T ®, Palex, Wright ™
• Mimix®, Biomet ™, Norian SRS ®™. PCa+ tricálcico+ CaC+ NaP. Norian Corp ™
• Bone Source®: P4Ca + P2Ca, Stryker ™
• a-BSM, De Puy ™

Caso Clínico

Caso clínico. Paciente de 56 años con pseudoartrosis de fractura espiroidea de húmero tratada con clavo intramedular. Se realizó extracción del clavo, síntesis con placa Philos larga más aporte de Matriz ósea desmineralizada más células madre más aloinjerto consiguiendo la consolidación de la fractura.

Injertos y Sustitutos Óseos. Dr. Manuel Villanueva especialista en cirugía ortopédica y prótesis de cadera y rodilla

Otro caso similar en un varón de 61 años

Injertos y Sustitutos Oseos. Dr. Manuel Villanueva especialista en cirugía ortopédica y prótesis de cadera y rodilla

Varón de 63 años que había sufrido múltiples fracasos de tratamiento por una fractura espiroidea de húmero. El paciente estaba infectado y en pseudoartrosis por lo que se decidió la cirugía en dos etapas.

Traumatólogo especialista en cirugía ortopédica de rodilla y cadera e infección protésica Dr. Manuel Villanueva

En un primer tiempo se realizó una extracción del material de osteosíntesis, limpieza, toma de muestras para cultivo y colocación de un espaciador de cemento con doble antibiótico Cuando la infección hubo curado se realizó una reconstrucción con placa de DCP, aloinjerto estructural cerclado (técnica de sándwich), aporte de células madre, aloinjerto en partículas y matriz ósea desmineralizada. Se consiguió la consolidación de la pseudoartrosis con buen resultado funcional. Se emplearon injertos y sustitutos óseos en todas las formas detalladas para tener las máximas garantías de éxito y consolidación, como finalmente ocurrió. 

Traumatólogo especialista en cirugía ortopédica de rodilla y cadera e infección protésica Dr. Manuel Villanueva

Imágenes de la pseudoartrosis, grave atrofia ósea

Injertos y Sustitutos Oseos. Dr. Manuel Villanueva especialista en cirugía ortopédica y prótesis de cadera

Preparando el aloinjerto estructural. Concentrado células madre, injerto en partículas y matriz ósea desmineralizada. 

Traumatólogo especialista en cirugía ortopédica de rodilla y cadera e infección protésica Dr. Manuel Villanueva

Colocación del aloinjerto, de los cerclajes y de la placa de síntesis

 

Injertos y Sustitutos Oseos. Dr. Manuel Villanueva especialista en cirugía ortopédica de rodilla y cadera

Aplicación final de parte del concentrado de médula ósea (células madre). Resultado quirúrgico.


 

Injertos y Sustitutos Oseos. Dr. Manuel Villanueva especialista en cirugía ortopédica de rodilla y cadera

Reconstrucción de un defecto acetabular con sistema modular de metal trabecular y aloinjerto en partículas. Paciente ilustrado en casos clínicos complejos.