Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2018; 85(6):385-391 | DOI: 10.55095/achot2018/066
Mechanická stimulace hojení zlomenin - stimulace svalku prodloužením fáze zotaveníPůvodní práce
- AO Research Institute Davos, Switzerland
PURPOSE OF THE STUDY:
Mechanical stimulation plays an uncontested role in the surgical treatment of bone fractures. The effect of frequency, shape, amplitude and rise time of usually symmetrical mechanical stimuli is well known. The recovery period immediately after single pulses is potentially a critical period but has attracted little attention so far. The present study addresses the effect of extending the recovery period which may conceivably increase the efficacy of postoperative fracture management and physiotherapeutic intervention.
MATERIAL AND METHODS:
The research method consisted of moving an isolated fragment of bone at a fixed amplitude followed by different recovery periods of between ten seconds and two hours between repeated single pulses. The amount of callus produced was observed radiologically and micro-radiologically and the material property of the healing unit was assessed by measuring the stiffness of the unit.
RESULTS:
The result was that pulses applied after a recovery period of up to two hours produced abundant callus and a large increase of stiffness. Pulses applied after a recovery period of ten seconds produced only traces of callus and no increase of stiffness. The significant differences of mean values at 5 weeks were 74 mm2 vs. 13 mm2, and 31.5 MPa vs. 5.5 MPa, respectively.
CONCLUSIONS:
The working hypothesis postulates a time-dependent change in tissue reaction to deformation in relation to the time allowed for recovery. Damage and consequent irritation inducing callus does not occur below the critical interval. The observed, unexpected lack of reaction to recovery intervals below 10 seconds may trigger the expectation that in postoperative physiotherapy loading at longer intervals would be preferable to activation at frequencies of locomotion.
Klíčová slova: fracture healing, mechanical stimulation, callus
Zveřejněno: 1. prosinec 2018 Zobrazit citaci
Reference
- Augat P, Rüden C von. Evolution of fracture treatment with bone plates. Injury. 2018;49(Suppl 1):S2-S7.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Bartnikowski N, Claes LE, Koval L, Glatt V, Bindl R, Steck R, Ignatius A, Schuetz MA, Epari DR. Modulation of fixation stiffness from flexible to stiff in a rat model of bone healing. Acta Orthop. 2017;88:217-222.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Bonewald LF. The amazing osteocyte. J Bone Miner Res. 2011;26:229-238.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Bottlang M, Tsai S, Bliven EK, Rechenberg B von, Kindt P, Augat P, Henschel J, Fitzpatrick DC, SM. Dynamic Stabilization of Simple Fractures With Active Plates Delivers Stronger Healing Than Conventional Compression Plating. J Orthop Trauma. 2017;31:71-77.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Brown GN, Leong PL, Guo XE. T-Type voltage-sensitive calcium channels mediate mechanically-induced intracellular calcium oscillations in osteocytes by regulating endoplasmic reticulum calcium dynamics. Bone. 2016;88:56-63.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Claes L, Augat P, Schorlemmer S, Konrads C, Ignatius A, Ehrnthaller C. Temporary distraction and compression of a diaphyseal osteotomy accelerates bone healing. J Orthop Res. 2008;26:772-777.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Claes L, Meyers N, Schülke J, Reitmaier S, Klose S, Ignatius A. The mode of interfragmentary movement affects bone formation and revascularization after callus distraction. PLoS One. 2018;13:e0202702.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Einhorn TA, Gerstenfeld LC. Fracture healing: mechanisms and interventions. Nat Rev Rheumatol. 2015;11:45-54.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Elliott DS, Newman KJH, Forward DP, Hahn DM, Ollivere B, Kojima K, Handley R, Rossiter ND, Wixted JJ, Smith RM, Moran CG. A unified theory of bone healing and nonunion: BHN theory. Bone Joint J. 2016;98-B:884-891.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Fountain S, Windolf M, Henkel J, Tavakoli A, Schuetz MA, Hutmacher DW, Epari DR. Monitoring healing progression and characterizing the mechanical environment in preclinical models for bone tissue engineering. Tissue Eng Part B Rev. 2015;22:Dec 15.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Frost HM. The mechanostat: a proposed pathogenic mechanism of osteoporoses and the bone mass effects of mechanical and nonmechanical agents. Bone Miner. 1987;2:73-85.
Přejít na PubMed...
- Gardner MJ, van der Meulen, Marjolein C. H., Demetrakopoulos D, Wright TM, Myers ER, Bostrom MP. In vivo cyclic axial compression affects bone healing in the mouse tibia. J Orthop Res. 2006;24:1679-1686.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Glatt V, Evans CH, Tetsworth K. A Concert between Biology and Biomechanics: The Influence of the Mechanical Environment on Bone Healing. Front Physiol 2016;7:678.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Goodship AE. Cyclical micromovement and fracture healing. J Bone Joint Surg Br. 1996;78:166-167.
Přejít k původnímu zdroji...
- Goodship AE, Lawes TJ, Rubin CT. Low-magnitude high-frequency mechanical signals accelerate and augment endochondral bone repair: preliminary evidence of efficacy. J Orthop Res. 2009;27:922-930.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Hert J. Význam cévních a mechanických faktorů pro hojení kosti. Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 1992;59:259-267.
Přejít na PubMed...
- Jagodzinski M, Krettek C. Effect of mechanical stability on fracture healing-an update. Injury. 2007;38(Suppl 1):S3-10.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Jing D, Baik AD, Lu XL, Zhou B, Lai X, Wang L, Luo E, Guo XE.. In situ intracellular calcium oscillations in osteocytes in intact mouse long bones under dynamic mechanical loading. FASEB J. 2014;28:1582-1592.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Knothe Tate ML, Dolejs S, McBride SH, Matthew Miller R, Knothe UR. Multiscale mechanobiology of de novo bone generation, remodeling and adaptation of autograft in a common ovine femur model. J Mech Behav Biomed Mater. 2011;4:829-840.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Lanyon LE, Goodship AE, Baggott DG. The significance of bone strain "in vivo". Acta Orthop Belg. 1976;42(Suppl 1):109-122.
Přejít na PubMed...
- Lujan TJ, Madey SM, Fitzpatrick DC, Byrd GD, Sanderson JM, Bottlang M. A computational technique to measure fracture callus in radiographs. J Biomech. 2010;43:792-795.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- McKibbin B. The biology of fracture healing in long bones. J Bone Joint Surg Br. 1978;60:150-162.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Miclau T, Martin RE. The evolution of modern plate osteosynthesis. Injury. 1997;28(Suppl 1):6.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Morgan EF, Gleason RE, Hayward LNM, Leong PL, Palomares KTS. Mechanotransduction and fracture repair. J Bone Joint Surg Am, 2008;90(Suppl 1):25-30.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Perren SM. Evolution of the internal fixation of long bone fractures. The scientific basis of biological internal fixation: choosing a new balance between stability and biology. J Bone Joint Surg Br. 2002;84:1093-1110.
Přejít k původnímu zdroji...
- Rahn BA, Gallinaro P, Baltensperger A, Perren SM. Primary bone healing. An experimental study in the rabbit. J Bone Joint Surg Am. 1971;53:783-786.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Rubin CT, Lanyon LE. Regulation of bone formation by applied dynamic loads. J Bone Joint Surg Am. 1984;66:397-402.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Schmal H, Strohm PC, Jaeger M, Südkamp NP. Flexible fixation and fracture healing: Do locked plating 'internal fixators' resemble external fixators? J Orthop Trauma. 2011;25(Suppl 1):S15-20.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Simpson AHRW, Gardner TN, Evans M, Kenwright J. Stiffness, strength and healing assessment in different bone fractures - a simple mathematical model. Injury. 2000;31:777-781.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Wehrle E, Liedert A, Heilmann A, Wehner T, Bindl R, Fischer L Haffner-Luntzer M, Jakob F, Schinke T, Amling M, Ignatius A. The impact of low-magnitude high-frequency vibration on fracture healing is profoundly influenced by the oestrogen status in mice. Dis Model Mech. 2015;8:93-104.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- Wolff Julius. Das Gesetz der Transformation der Knochen. August Hirschwald, Berlin, 1892. (Reprint pro business, Berlin, 2010).