JE TLAK V OSE DOLNÍ KONČETINY DOSTAČUJÍCÍ PRO IMITACI ZÁTĚŽE PŘI IMPLANTACI TEP KOLENA?

IS THE PRESSURE IN THE AXIS OF THE LOWER LIMB DURING TOTAL KNEE ARTHROPLASTY SUFFICIENT TO IMITATE WEIGHT-BEARING?

INTRODUCTION:
Gonarthrosis is non-inflammatory degenerative disease affecting the cartilage of the knee, often associated with mechanical axis deviation of the limbs. The definitive restoration of the mechanical axis of the limb during total knee arthroplasty using navigation system occurs during surgery and in the final phase of the operation during the solidification of bone cement, when the weight-bearing is imitated by pressure to heel in the axis of the limb. The goal of the study was to clarify whether this imitation of weight-bearing of the limb is sufficient in determining the mechanical axis of the limb.

MATERIAL AND METHODS:
We investigated the mechanical axis of the limb before and after total knee arthroplasty from measurements from weight-bearing X-ray and from the navigation system. We enrolled 113 patients.

RESULTS:
Complete agreement between the data from X-ray and navigation system before total knee arthroplasty was found in 14 patients (12 %), 1–2 degrees difference was found in 36 patients (32 %), 3–4 degrees difference was found in 23 patients (20 %) and in 40 patients (35 %) difference was greater than 4 degrees. The average difference between the mechanical axes obtained from X-ray and navigation system before total knee arthroplasty was 4 degrees (maximum 17 degrees). The correspondence between the data from X-ray and navigation system after total knee arthroplasty was found in 35 patients (31 %), 1–2 degrees difference was found in 51 patients (45 %), 3–4 degrees difference was found in 22 patients (19 %) and in 5 patients (4 %) this difference was greater than 4 degrees. The average difference between the mechanical axis obtained from X-ray and navigation system after total knee arthroplasty was 2 degrees (maximum 11 degrees). T-test for post-operative X-ray data and post-operative navigation system data showed statistically significant difference (p = 0.02).

CONCLUSION:
The pressure in the axis of the limb to imitate weight-bearing during total knee arthroplasty is not sufficient.

KEY WORDS:
Total knee arthroplasty, navigation system, mechanical axis of the limb.

Autoři: Michal Baňas ¹; Radek Hart ^1,2; Pavel Šváb ¹; Adel Safi ¹
Působiště autorů: Departement of Orthopaedics and Traumatology, General Hospital Znojmo ¹; Ortopedicko-traumatologické oddělení, Nemocnice Znojmo ¹; Departement of Traumatology, Trauma Hospital Brno ²; Klinika traumatologie LF MU, Úrazová nemocnice Brno ²
Vyšlo v časopise: Úraz chir. 22., 2014, č.1

Souhrn

ÚVOD:
Gonartróza je nezánětlivé degenerativní onemocnění postihující chrupavku kolenního kloubu, často spojené s osovou úchylkou končetiny. K definitivnímu obnovení mechanické osy končetiny při implantaci totální endoprotézy s použitím navigace dochází v průběhu operace i v závěrečné fázi operace během tuhnutí kostního cementu, kdy zatížení končetiny je imitováno tlakem do paty v ose končetiny. Cílem práce bylo objasnit, zda je tato imitace zatížení končetiny při stanovení mechanické osy dostačující.

MATERIÁL A METODIKA:
V práci byla zjišťována mechanická osa končetiny před a po implantaci totální endoprotézy měřením z rtg snímku v zátěži a z údajů o mechanické ose v navigačním systému. Do studie bylo zařazeno 113 pacientů.

VÝSLEDKY:
Shoda mezi údaji z rtg snímku před operací a navigace na začátku operace byla u 14 pacientů (12 %), rozdíl 1–2 stupně byl zjištěn u 36 pacientů (32 %), u 23 pacientů (20 %) byl rozdíl 3–4 stupně a u 40 pacientů (35 %) byl rozdíl větší než 4 stupně. Rozdíl mezi mechanickými osami získanými z rtg snímku před operací a z navigace na začátku operace byl průměrně 4 stupně s maximem 17 stupňů. Shoda mezi údaji z rtg snímku po operaci a z navigace na konci operace byla u 35 pacientů (31 %), rozdíl 1–2 stupně byl zjištěn u 51 pacientů (45 %) a u 22 pacientů (19 %) byl rozdíl 3–4 stupně. Rozdíl mezi mechanickými osami získanými z rtg snímků po operaci a z navigace na konci operace byl průměrně 2 stupně s maximem 11 stupňů. T-testem byl mezi údaji z pooperačního rtg a z navigace na konci operace zjištěn statisticky významný rozdíl (p=0,02).

ZÁVĚR:
Tlak v ose dolní končetiny pro imitaci zatížení při implantaci totální endoprotézy kolena není dostačující.

KLÍČOVÁ SLOVA:
Totální endoprotéza kolena, navigace, mechanická osa končetiny.

ÚVOD A CÍL PRÁCE

Gonartróza je nezánětlivé degenerativní onemocnění postihující chrupavku kolenních kloubů, jejíž výskyt v posledních letech narůstá. Rozlišujeme artrózu primární, jejíž etiologii neznáme, a artózu sekundární, která vzniká následkem jiného onemocnění nebo úrazu. Charakterizovaná je opotřebením kloubní chrupavky, subchondrální sklerózou, tvorbou osteofytů a cyst a změnami měkkých tkání [16]. Artrózou může být postižen jeden nebo i všechny tři kompartmenty kolena. Stav se projevuje bolestí, omezením pohybu postiženého kloubu a často je spojen s osovou úchylkou končetiny.

Mechanická osa dolní končetiny, neboli Mikuliczova linie, je spojnice středu kyčelního a středu hlezenního kloubu. Za fyziologických podmínek prochází tato osa interkondylickou eminencí, představující centrum kolenního kloubu nebo v její těsné blízkosti. Osová úchylka končetiny mění polohu její mechanické osy. Pokud mechanická osa leží laterálně od centra kolena, je končetina ve valgózním postavení. Při varózním postavení se mechanická osa nachází od centra kolena mediálně [6]. Postižení mediálního kompartmentu kolena bývá spojeno s varózním postavením proximálního kloubního povrchu tibie. Postižení laterálního kompartmentu bývá spojeno převážně s valgózní úchylkou femorálních kondylů [5]. Abnormální postavení končetiny bývá příčinou laxicity vazů na konvexní straně. Při implantaci TEP (totální endoprotézy) kolenního kloubu jako definitivního řešení artrózy je potřeba tuto vazivovou a osovou dysbalanci korigovat. Nesprávné vzájemné postavení komponent endoprotézy a dysbalance stabilizátorů kolenního kloubu může vést k femorotibiální nestabilitě, akceleraci opotřebení polyetylénu s následným uvolněním implantátu nebo omezením pohybu až ztuhlosti kloubu.

Peroperační pochybení při implantacích endoprotéz jsou dnes redukována využitím různých typů navigačních systémů. K definitivnímu obnovení mechanické osy končetiny při použití navigace dochází nejen v průběhu výkonu, ale též v závěrečné fázi operace během tuhnutí kostního cementu, přičemž zatížení končetiny je imitováno tlakem do paty v ose končetiny (obr. 1). V případě, že by tento tlak byl dostatečný pro imitaci zatížení končetiny pacienta vlastní váhou, je předpoklad, že mechanická osa stanovená navigací na konci operace a mechanická osa naměřená ze zátěžových snímků po operaci budou shodné. Cílem naši práce bylo objasnit, zda imitace zatížení končetiny v závěrečné fázi operace během tuhnutí kostního cementu je dostačující pro obnovu její mechanické osy.

**Obr. 1. Tlak do paty v ose končetiny imituje zatížení končetiny**

MATERIÁL

V období od března 2008 do září 2011 jsme v nemocničním informačním systému (PACS) retrospektivně hodnotili pacienty, kterým byla implantována totální endoprotéza kolenního kloubu s pomocí navigačního systému. Operace byly provedeny erudovanými lékaři se specializovanou způsobilostí v oboru ortopedie. Při operaci byl použit navigační systém Orthopilot (Aesculap, Tuttlingen, Německo) (obr. 2).

Za uvedené období se na našem pracovišti implantovalo 488 kinematicky navigovaných kolenních endoprotéz. Po konečném hodnocení ve studii zůstalo 113 pacientů. 28 pacientů (25 %) bylo mužského pohlaví a 85 pacientů (75 %) bylo pohlaví ženského. Pravé koleno bylo operováno u 63 pacientů (56 %) a u 50 pacientů (44 %) bylo operováno koleno levé. Průměrný věk pacientů byl 70 let (medián 70), přičemž nejmladšímu bylo 45 a nejstaršímu 89 let.

METODIKA

Mechanickou osu končetiny jsme zjišťovali z rtg snímků před a po operaci a pomocí navigačního systému měřením na začátku a konci operace. Za referenční hodnotu mechanické osy pro studii jsme zvolili nulovou osu. Ze studie byli vyřazeni pacienti, u kterých byla na rtg snímcích patrna rotace končetiny. Indikátorem rotace končetiny bylo asymetrické postavení kondylů femoru resp. femorální komponenty na rtg snímku (obr. 3).

**Obr. 3. Asymetrické a symetrické postavení femorální komponenty**

Radiologickou analýzu jsme prováděli na předozadních rtg snímcích celé končetiny jedním snímkem v zátěži v programu IMPAX (Agfa). Vyšetření dolní končetiny jedním snímkem se provádělo ve stoje, s kolenem v extenzi, zády k vertigrafu s detektorem a centimetrem, s končetinou natočenou tak, aby čéška směřovala dopředu. Tři expozice byly elektronicky zpracovány a jejich výsledkem byl složený snímek celé dolní končetiny. Pooperační zátěžové rtg snímky se prováděly za hospitalizace zpravidla 7. pooperační den. V této době už tito pacienti byli schopni plné extenze a zátěže při rtg s adekvátní analgetickou terapií. Mechanickou osu končetiny jsme konstruovali spojením středu hlavice femuru se středem kolenního kloubu (střed femorálních kondylů ve výši vrcholu interkondylické fossy) a středem hlezenního kloubu (střed kladky talu) (obr. 4). Velikost osové úchylky představoval úhel mezi vzniklými liniemi t.j. mechanickou osou femuru a mechanickou osou tibie.

**Obr. 4. Mechanická osa končetiny před operací a po implantaci endoprotézy – rtg**

Mechanickou osu končetiny pomocí navigace jsme měřili na začátku operace po umístění navigačních sond do stehenní a holenní kosti. Druhé měření jsme provedli na konci operace po ztuhnutí cementu a vložení definitivního tibiálního plata (obr. 5).

**Obr. 5. Mechanická osa končetiny - navigace**

Získaná data jsme přenesli do programu MS Excel. Porovnali jsme mechanickou osu pacientů z rtg snímku před operací s mechanickou osou z navigace na začátku operace. Následně jsme porovnali mechanickou osu pacientů z rtg snímku po operaci s mechanickou osou z navigace na konci operace. Určili jsme průměrné a maximální odchylky mezi údaji z rtg snímků a navigace. Hodnoty mechanické osy získané po operaci z rtg snímku a navigace jsme vyhodnotili párovým T- testem.

T-test je metodou matematické statistiky, který se v praxi používá k porovnání, zda se výsledky měření v jedné skupině významně liší od výsledků měření v druhé skupině.

VÝSLEDKY

Mechanická osa končetiny na rtg snímcích před operací byla u 97 pacientů (86 %) s odchylkou více než 4 stupně, u žádného pacienta nebyla bez odchylky. Mechanická osa končetiny na rtg snímcích po operaci byla u 26 pacientů (23 %) bez odchylky a u 63 pacientů (56 %) byla odchylka 1–2 stupně (tab. 1).

**Tab. 1. Hodnota mechanické osy končetin před a po operaci z rtg**

Mechanická osa končetiny měřená navigací na začátku operace byla u 80 pacientů (79 %) s odchylkou víc než 4 stupně a u tří pacientů (3 %) byla bez odchylky. Mechanická osa končetiny měřena navigací na konci operace byla u 58 pacientů (51 %) bez odchylky a u 52 pacientů (46 %) s odchylkou 1–2 stupně (tab. 2).

**Tab. 2. Hodnota mechanické osy končetin na začátku a konci operace z navigace**

Shoda mezi údaji z rtg snímku před operací a navigace na začátku operace byla u 14 pacientů (12 %), rozdíl 1-2 stupně byl zjištěn u 36 pacientů (32 %), u 23 pacientů (20 %) byl rozdíl 3-4 stupně a u 40 pacientů (35 %) byl rozdíl větší než 4 stupně. Rozdíl mezi mechanickými osami získanými z rtg snímku před operací a z navigace na začátku operace byl průměrně 4 stupně s maximem 17 stupňů.

Shoda mezi údaji z rtg snímku po operaci a navigace na konci operace byla u 35 pacientů (31 %), rozdíl 1-2 stupně byl zjištěn u 51 pacientů (45 %) a u 22 pacientů (19 %) byl rozdíl 3-4 stupně (tab. 3). Rozdíl mezi mechanickými osami získanými z rtg snímku po operaci a z navigace na konci operace byl průměrně 2 stupně s maximem 11 stupňů. Testem pro pooperační údaje z rtg a navigace byl zjištěn statisticky významný rozdíl (p=0,02). Z uvedeného vyplývá, že tlak v ose dolní končetiny pro imitaci zatížení během tuhnutí kostního cementu není dostačující.

**Tab. 3. Rozdíl hodnot mechanické osy končetiny získané z rtg po operaci a navigace na konci operace**

DISKUZE

Implantace komponent kolenních endoprotéz s využitím navigačních systémů je přesnější než implantace při standardním cílení [7, 9, 10, 13, 17]. Rovněž je spojena s redukcí peroperačních chyb, což je pomoc zejména u méně zkušených operatérů [8]. Definitivní obnovení mechanické osy končetiny je možno dosáhnout i v závěru operace během tuhnutí cementu, přičemž zatížení končetiny je imitováno operatérovým tlakem do paty v ose končetiny. Předpokládá se, že toto zatížení je dostatečné pro imitaci zatížení končetiny pacienta vlastní váhou v pooperačním období.

Rozdíly mezi osami končetin z rtg snímků a navigací se vykytují ve více studiích [1, 2, 3]. Podle Yaffeho a kol. [19] a Okála a kol. [14] se tento rozdíl zvyšuje s velikostí deformity končetiny.

Názory na vliv zatížení tělesnou váhou na mechanickou osu končetiny jsou nejednotné. Sui a kol. [15] neudává vliv zátěže tělesnou hmotností na mechanickou osu, zatímco např. Specogna a kol. [18] udává v průměru odchylku mechanické osy 1,6 stupně vleže na zádech vůči stoji na obou dolních končetinách. Kendoff a kol. [12] popisuje odchylku mechanické osy 0,4 stupně při zátěži polovinou tělesné váhy oproti snímku bez zatížení.

Yaffe a kol. [19] hodnotili vztah mezi měřením mechanické osy pomocí rtg snímku a pomocí navigace u 58 pacientů. Podobně jako v naší práci nalezl diskrepanci mezi měřením z rtg a navigace. Toto ale připisují nepřesnosti, se kterou může být radiologická analýza spojena. Navigaci považuje za nástroj umožňující přesnější měření. Rovněž Choi a kol. [1] uvedli obdobný rozdíl ve své práci. Rtg snímek je za přesně určených podmínek u pacientů s minimální deformitou přesný [3, 4]. Hauschild a kol. [11] porovnávali pooperační mechanické osy z rtg snímků realizovaných dva týdny a tři měsíce od operace s pooperačními údaji z navigace a zjistili, že s odstupem od operace se rozdíl mezi údaji zmenšuje. To připisují možnosti dosažení plné extenze v koleně a plné zátěže kolena pacientem s delším odstupem od operace.

Diskrepance mezi údaji z rtg snímků a navigace tedy různí autoři uvádějí, ale tento rozdíl připisují spíše chybám doprovázejícím radiologické měření a žádají přehodnocení používání rtg snímků k hodnocení implantace náhrady kolenního kloubu nebo se snaží o eliminaci těchto chyb. V naší práci jsme proto pro rotační nepřesnosti rtg snímků vyřadili 375 případů (77 %), abychom se tomuto problému v měření vyhnuli.

ZÁVĚR

Tlak v ose dolní končetiny pro imitaci zatížení při implantaci totální endoprotézy kolena není dostačující. Rozdíl mezi hodnotami naměřenými počítačovou navigací a radiologickou analýzou je tedy kromě nepřesnosti v provedení rtg snímků způsoben též laxicitou postranních vazů, která při plném zatížení dovolí větší rozevření kloubní štěrbiny než při tlaku v ose končetiny.

MUDr. Michal Baňas

michal.banas@nemzn.cz

Zdroje

1. CHOI, W.C., LEE, S., AN, J.H., KIM, D. et al. Plain radiograph fails to reflect the alignment and advantages of navigation in total knee arthroplasty. J Arthroplasty. 2011, 26, 756–64. ISSN 0883-5403.

2. CHUNG, B.J., DILEEP, I., CHANG, C.B. et al. Novel approach to reducing discrepancies in radiographic and navigational limb alignments in computer-assisted TKA. Orthopedics. 2010, 33, 62–67. ISSN 1938-2367.

3. COOKE, T.D., SCUDAMORE, R.A., BRYANT, J.T. et al. A quantitative approach to radiography of the lower limb. Principles and applications. J Bone Joint Surg Br. 1991, 73, 715–720. ISSN 2044-5377.

4. COOKE, T.D., SLED, E.A., SCUDAMORE, R.A. Frontal plane knee alignment: a call for standardized measurement. J Rhematol. 2007, 34, 1796–1801. ISSN 1499-2752.

5. COVENTRY, B.M. Osteotomy about the knee for degenerative and rheumatoid arthritis. J Bone Joint Surg Am. 1973, 55, 23–48. ISSN 1535-1386.

6. DUNGL, P. a kol. Ortopedie. 1. vyd. Praha: Grada, 2005. 1280 str. ISBN 80-247-0550-8.

7. ENSINI, A., CATANI, F., LEARDINI, A. et al. Alignments and clinical results in conventional and navigated total knee arthroplasty. Clin Orthop Relat Res. 2007, 467, 156–162. ISSN 1528-1132.

8. HART, R., JANEČEK, M. Kinematická navigace kolenní endoprotézy. 1. vyd. Brno: Neptun, 2003. 76 str. ISBN 80-902896-5-7.

9. HART, R., JANEČEK, M., ČIŽMÁŘ, I. et al. Minimal-invasive und navigierte Implantation von Knietotalendoprothesen. Orthopäde. 2006, 35, 552-557. ISSN 1433-0431.

10. HART, R., JANEČEK, M., CHAKER, A. et al. Total knee arthroplasty implanted with and without kinematic navigation. Int Orthop. 2003, 27, 366-369. ISSN 1432-5195.

11. HAUSCHILD, O., KONSTANTINIDIS, L., BAUMANN, T. et al. Correlation of radiographic and navigated measurements of TKA limb alignment: a matter of time? Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2011, 18, 1317–1322. ISSN 1433-7347.

12. KENDOFF, D., BOARD, T.N., CITAK, M. et al. Navigated lower limb axis measurements: influence of mechanical weight-bearing simulation. J Orthop Res. 2008, 26, 553–561. ISSN 1554-527X.

13. KOMZÁK, M., OKÁL, F., SAFI, A., HART, R. Total knee replacement with using of the kinematic navigation system. In: BERHARDT, V.L. (ed.). Advances in medicine and biology. Volume 48. New York: Nova science publishers, 2012. 320 p. ISBN 978-1-61942-300-8.

14. OKÁL, F., SAFI, A., KOMZÁK, M., HART, R. Possibilities of computer application in primary knee replacement. In: FOKTER, S.K.(ed.) Recent advances in hip and knee arthroplasty. 1st. edition. Rijeka: InTech, 2012. 452p. ISBN 978-953-307-841-0.

15. SIU, D., COOKE, T.D., BROEKHOVEN, L.D., LAM, M. et al. A standardized technique for lower limb radiography. Practice, applications, and error analysis. Invest Radiol. 1991, 26, 71–77. ISSN 1536-0210.

16. SOSNA, A., VAVŘÍK, P., KRBEC, M., POKORNÝ, D. a kol. Základy ortopedie. 1. vyd. Praha: Triton, 2001. 169 str. ISBN 80-7254-202-8.

17. SPARMANN, M., WOLKE, B., CZUPALLA, H. et al. Positioning of total knee arthroplasty with and without navigation support. A prospective, randomised study. J Bone Joint Surg Br. 2003, 85, 830–835. ISSN 2044-5377.

18. SPECOGNA, A.V., BIRMINGHAM, T.B. et al. Reliability of lower limb frontal plane alignment measurements using plain radiographs and digitized images. J Knee Surg. 2004, 17, 203–210. ISSN 1538-8506.

19. YAFFE, A.M., KOO, S.S., STULBERG, S.D. Radiographic and navigation measurements of TKA limb alingnment do not correlate. Clin Orthop Relat Res. 2008, 466, 2736–2744. ISSN 1528-1132.