Conosci la storia dell'inchiodamento endomidollare?

L’avvento del chiodo endomidollare ha rivoluzionato il trattamento delle fratture delle ossa lunghe. Sebbene la tecnica esistesse da secoli, raggiunse lo stato attuale solo nella seconda metà del XX secolo.

La strada verso il successo non è stata sempre facile, poiché la tecnica è stata accolta con scetticismo e confutazione da molti studiosi nella prima metà del XX secolo. Oggi, attraverso le innovazioni nella metallurgia, nelle tecniche chirurgiche e nelle competenze fluoroscopiche, l’inchiodamento endomidollare è diventato lo standard di cura per le fratture delle ossa lunghe.

I progressi nella conoscenza biomeccanica umana hanno reso possibile la creazione di questo design moderno. Il moderno inchiodamento endomidollare è caratterizzato da bassi tassi di infezione, cicatrici minime, buona stabilità della frattura e mobilità immediata del paziente.

La revisione storica condotta in questo articolo mira a riassumere l'evoluzione del chiodo intramidollare, evidenziare le sue tappe importanti, presentare l'atmosfera del periodo del primo utilizzo e della successiva evoluzione del chiodo intramidollare e introdurre il posto del chiodo intramidollare nella moderna ortopedia e traumatologia (ad esempio, Figura 1).

La nascita del chiodo intramidollare

Gli antichi egizi utilizzarono per primi un dispositivo intramidollare simile a un chiodo. Era improbabile che la cura chirurgica complessa delle fratture esistesse tanti anni fa.

Ciò che è certo, però, è che gli antichi Egizi possedevano grandi tecniche di imbalsamazione derivanti dalla loro fede nella resurrezione del corpo nell’aldilà.

Questo è stato il caso della mummia chiamata Usermontu trovata nella tomba di Tutankhamon, dove un chiodo filettato è stato inserito tra il femore e la tibia per stabilizzare l'articolazione del ginocchio (come nella Figura 2).

Gli archeologi ipotizzano che la mummia all'interno del sarcofago non fosse lo stesso Usermontu, ma qualcun altro che fu sostituito da antichi ladri di tombe nel 600 a.C.

2000 anni dopo, Bernardino de Sahagun, un antropologo della spedizione Hernando Cortes, riportò il primo utilizzo dell'inchiodamento endomidollare in un paziente vivente in Messico.

Nel 1524, vide un chirurgo osseo azteco (chiamato 'Tezalo') eseguire un'osteotomia utilizzando un coltello di ossidiana e quindi inserire un'asta di resina nella cavità midollare per stabilizzare la frattura. A causa della mancanza di tecniche chirurgiche e antisettici adeguati, queste procedure avevano un alto tasso di complicanze e un alto tasso di mortalità.

1800: primi passi

Intorno alla metà del 1800, le prime riviste mediche riportarono l’esistenza dell’inchiodamento endomidollare. Si dice che Diefenbach, Langenbeck, Bardenheuer e altri chirurghi di lingua tedesca abbiano utilizzato chiodi d'avorio nel midollo delle ossa lunghe per trattare le discontinuità ossee.

Nel frattempo, Nicholas Senn di Chicago, ricercatore e appassionato chirurgo militare, condusse esperimenti con la fissazione endomidollare. Utilizzerebbe una stecca cava e perforata fatta di osso bovino e la inserirà nel midollo per curare la 'pseuartrosi' dopo una frattura.

Nel 1886, lo svizzero Heinrich Bircher descrisse in una riunione chirurgica l'inserimento di chiodi d'avorio nel midollo per il trattamento acuto di fratture complesse (Figura 3).

Pochi anni dopo, Themistocles Gluck in Germania creò il primo chiodo intramidollare in avorio con un foro all'estremità del chiodo, introducendo così per la prima volta il concetto di incastro.

Nello stesso periodo, il norvegese Julius Nicolaysen fu il primo a scrivere sui principi biomeccanici dell'inchiodamento endomidollare delle fratture femorali prossimali. Ha sottolineato la necessità di aumentare la lunghezza del chiodo endomidollare per ottenere un maggiore vantaggio biomeccanico e fornire protezione a quasi tutto l'osso.

È stato anche il primo a proporre il concetto di incastro chiodo/osso prossimale e distale per progettare il bloccaggio statico. È considerato da alcuni studiosi il padre dell'inchiodamento endomidollare.

Verso la metà del 1800, pionieri come Ignaz Philipp Semmelweis a Vienna e JosephLister a Glasgow avevano gettato le basi per la sterilizzazione chirurgica. Si è trattato di un risultato rivoluzionario perché ha consentito lo sviluppo di nuove tecniche chirurgiche in condizioni asettiche.

1900: Evoluzione

Nel 1912, il chirurgo britannico Ernest Hay Groves fu il primo chirurgo a utilizzare un'asta metallica solida come chiodo intramidollare e fu un pioniere dell'approccio del chiodo intramidollare retrogrado.

Maturò la sua esperienza durante la Prima Guerra Mondiale quando curò pazienti affetti da pseudoartrosi infetta che erano riluttanti ad amputare gli arti. Non solo descrisse la prima tecnica di inchiodamento intramidollare che consentiva l'osteointegrazione attraverso un trauma minimo, ma era anche esperto nell'uso di chiodi intramidollari e chiodi più piccoli per riparare le fratture.

Ha sperimentato impianti in alluminio, magnesio e acciaio e ha riconosciuto l'importanza della biomeccanica nella guarigione delle fratture. Anche così, la tecnica di Ernest Hay Groves soffriva di un alto tasso di infezione e quindi non era così popolare tra i suoi contemporanei.

Nel 1931, Smith-Petersen, un chirurgo ortopedico americano, introdusse una vite in acciaio inossidabile a tre ali per il trattamento delle fratture del collo del femore della capsula intrarticolare. Ha progettato un approccio aperto che incideva il terzo anteriore della cresta iliaca, entrava nel campo operatorio lungo il bordo anteriore dell'ampio tensore fasciale, quindi riposizionava la frattura e utilizzava un impattatore per inserire la vite in acciaio inossidabile nella testa del femore (Figura 4).

Grazie al successo dello studio Smith-Petersen, molti chirurghi iniziarono a sperimentare impianti metallici per le fratture. Sven Johansson ha inventato il chiodo intramidollare cavo nel 1932; la sua ingegnosa innovazione utilizzava un ago tagliente che consentiva l'inserimento controllato e guidato radiologicamente del chiodo intramidollare. I componenti tecnici fondamentali da lui applicati sono ancora in uso oggi.

Facendo un ulteriore passo avanti, Rush e suo fratello introdussero il concetto del chiodo intramidollare elastico nel 1937.

Hanno utilizzato un chiodo intramidollare elastico in acciaio inossidabile pre-piegato e hanno tentato di creare una struttura di fissazione intramidollare a tre punti per contrastare la tendenza allo spostamento assiale attorno alla frattura.

Nel loro concetto, l'area dei tessuti molli intatti agisce come una fascia di tensione che resiste alla tensione generata dal chiodo elastico pre-piegato. La loro costruzione era limitata dalle proprietà elastiche dell'acciaio inossidabile, che cambiò presto da deformazione elastica a deformazione plastica. Quest'ultimo può portare allo spostamento secondario e alla guarigione della deformità.

Inoltre, i chiodi intramidollari tendono ad uscire dall'ingresso o a penetrare nelle strutture dell'osso spongioso o addirittura a perforare l'interno dell'articolazione. Tuttavia, lo studioso viennese Ender continuò a utilizzare questa tecnica come base per la scuola di Ender sulla fissazione delle fratture ed è ancora utilizzata oggi per la fissazione flessibile delle fratture pediatriche.

Unghia del midollo osseo

Nel 1939, il chirurgo tedesco Gerhard Küntscher, candidato al Premio Nobel, sviluppò un chiodo intramidollare in acciaio inossidabile per il trattamento delle fratture dello stelo femorale.

Küntscher e altri si ispirarono alle viti in acciaio inossidabile Smith-Petersen utilizzate per trattare le fratture del collo del femore e credevano che gli stessi principi potessero essere applicati alle fratture dello stelo. Il chiodo intramidollare da loro sviluppato aveva inizialmente una sezione trasversale a forma di V e un diametro di 7-10 mm.

Dopo studi su cadaveri e animali, presentò il chiodo intramidollare e l'approccio chirurgico ad un convegno chirurgico a Berlino nel 1940. Inizialmente la sua innovazione fu ridicolizzata dai colleghi tedeschi, sebbene il suo metodo guadagnò popolarità dopo la seconda guerra mondiale.

Ippocrate (460-370 aC), l'antico medico dell'epoca greca spesso indicato come il padre della medicina, una volta disse: 'Chi desidera eseguire un intervento chirurgico deve andare in guerra'; lo stesso vale per Küntscher.

Durante l'era nazista, Küntscher era di stanza in un ospedale sul fronte finlandese. Lì ha potuto operare pazienti e prigionieri di guerra della zona. Ha introdotto il concetto di inchiodamento del midollo osseo utilizzando rispettivamente un approccio chirurgico chiuso e aperto.

Nell'approccio chiuso, ha fatto passare il chiodo endomidollare in direzione prograde attraverso il grande trocantere e lo ha posizionato su un tavolo di retrazione operato con uno sling. La frattura viene riposizionata e il chiodo viene inserito su due piani utilizzando la fluoroscopia della testa. Nell'approccio aperto, il chiodo intramidollare viene inserito attraverso la frattura nel midollo attraverso un'incisione vicino alla linea di frattura. Küntscher utilizza il chiodo intramidollare per trattare le fratture dello stelo femorale nonché le fratture tibiale e omerale.

La tecnica di Küntscher ottenne il riconoscimento internazionale solo dopo il rimpatrio dei prigionieri di guerra alleati.

In questo modo i chirurghi americani e britannici acquisirono familiarità con il chiodo intramidollare sviluppato da Küntscher e ne riconobbero gli evidenti vantaggi nell'era delle modalità di trattamento delle fratture.

In breve tempo sempre più chirurghi in tutto il mondo iniziarono ad adottare il suo metodo e il chiodo endomidollare di Küntscher rivoluzionò il trattamento delle fratture riducendo i tempi di recupero del paziente di quasi un anno. I pazienti che avrebbero dovuto essere immobilizzati con un gesso per mesi ora potrebbero essere mobili nel giro di pochi giorni.

Ad oggi, il chirurgo tedesco è considerato lo sviluppatore chiave del chiodo endomidollare e occupa un posto fondamentale nella storia della chirurgia traumatologica.

Chiodo intramidollare espandibile

Nel 1942, Fisher et al. per primi hanno descritto l'uso della fresa per fresatura ad espansione del midollo per aumentare l'area di contatto tra il chiodo intramidollare e l'osso e per migliorare la stabilità della fissazione della frattura.

Tuttavia, Küntscher ha introdotto la fresa a guida flessibile che viene utilizzata ancora oggi e supporta l'alesaggio su tutta la lunghezza della cavità midollare dello stelo osseo per facilitare l'inserimento di chiodi intramidollari di diametro maggiore.

Inizialmente, l’alesaggio endomidollare è stato progettato per aumentare significativamente l’area di contatto dell’osso con il chiodo endomidollare per una fissazione stabile della frattura e un rapido movimento del paziente.

Come descritto da Smith et al, ogni 1 mm di espansione midollare aumenta l'area di contatto del 38%. Ciò consente l’uso di chiodi intramidollari più grandi e più rigidi, migliorando la stabilità complessiva della struttura di fissazione della frattura.

Tuttavia, sebbene il chiodo intramidollare Küntscher con la sua fresa flessibile intramidollare sia diventato una scelta adeguata come dispositivo di fissazione interna per l'osteotomia, il mondo accademico ne ha perso il favore alla fine degli anni '60 a favore delle placche di nuova concezione dell'Arbeitsgemeinschaft für Osteosynthesefragen (AO).

Anni '60: i secoli bui

Negli anni '60, l'inchiodamento endomidollare fu improvvisamente abbandonato a favore della fissazione delle fratture con placche e viti.

Sebbene il metodo di Küntscher funzionasse senza problemi, i chirurghi di tutto il mondo lo rifiutarono a causa degli scarsi risultati postoperatori.

Inoltre, alcuni chirurghi iniziarono ad abbandonare le tecniche di radioterapia, come la fluoroscopia della testa, perché i chirurghi erano disgustati dagli effetti collaterali negativi associati alle radiazioni. Lo sviluppo dell’inchiodamento endomidollare non si è fermato qui, nonostante il consenso generale a livello internazionale per l’uso dei sistemi di fissazione interna con placche.

Küntscher, un medico tedesco, riconobbe i vantaggi dell'incastro e sviluppò un chiodo intramidollare ad incastro a forma di quadrifoglio, che chiamò 'chiodo di detenzione'. Il tallone d'Achille della progettazione dei chiodi intramidollari di quell'epoca era l'incapacità di stabilizzare fratture molto comminute o fratture scomposte ad angoli ampi. La soluzione a questo problema era l'uso di viti di bloccaggio.

La soluzione a questo problema è stata quella di stabilizzare il chiodo endomidollare con una vite di bloccaggio.

In questo modo, l’impianto potrebbe resistere meglio alle forze di flessione e torsione, prevenendo al contempo l’accorciamento degli arti. Utilizzando una combinazione di idee di Küntscher, Klaus Klemm e Wolf-Dieter Schellmann, il chiodo intramidollare è stato sviluppato per fornire maggiore stabilità preforando i fori delle viti prossimali e distali al chiodo intramidollare, che è stato bloccato alla vite inserita.

Negli anni successivi, i progressi nella chiarezza delle immagini fluoroscopiche hanno consentito di riconsiderare le tecniche di chiusura e riduzione delle fratture.

Anni '70 e '80: rinascita

Negli anni '70 l'interesse per il concetto di inchiodamento endomidollare del chirurgo tedesco Küntscher era intenso.

La fissazione di chiodi intramidollari a riduzione chiusa per fratture, con la sua intersezione di concetti di alesatura flessibile e interblocco e maggiore chiarezza delle tecniche fluoroscopiche, ha guidato il progresso e la diffusione di questa eccellente tecnica chirurgica, caratterizzata da danni minimi ai tessuti molli, buona stabilità e mobilità immediata del paziente.

A quel tempo, il mondo accademico fu travolto da una serie di innovazioni che guidarono lo sviluppo della seconda generazione di chiodi intramidollari.

Nel 1976 Grosse e Kempf crearono un chiodo intramidollare parzialmente fessurato per risolvere il problema del modulo elastico del chiodo intramidollare. Il chiodo intramidollare non era scanalato nella regione prossimale e aveva un foro per il chiodo per la vite prossimale, che veniva inserita con un angolo di 45 gradi per aumentare la resistenza della stabilità della struttura di fissazione interna del chiodo intramidollare.

Alcuni anni dopo, AO si unì alla tendenza dello sviluppo dei chiodi intramidollari sviluppando chiodi intramidollari concepiti in modo simile (Figura 5)

Nel 1984, Weinquist et al. ha proposto l'approccio dinamico, che consisteva nel migliorare la guarigione dell'estremità della frattura applicando fori per viti di bloccaggio più grandi, rimuovendo viti di bloccaggio statiche e successivamente modificando i fori delle viti di bloccaggio in fori per chiodi ovali in un design più moderno.

Lo scopo dell'approccio dinamico è promuovere la guarigione della frattura ed evitare la pseudoartrosi ossea dovuta all'attività tardiva.

Attualmente, la dinamica dell’inchiodamento intramidollare ha perso i suoi sostenitori come tecnica a sé stante ed è attualmente utilizzata solo come soluzione più economicamente vantaggiosa rispetto alla sostituzione completa del sistema di fissazione interna nel trattamento delle fratture che non guariscono.

In uno studio biomeccanico, Gimeno et al. hanno riferito che la zona di transizione tra le porzioni non fessurate e quelle fessurate del chiodo intramidollare determinava concentrazioni di stress e fallimento chirurgico dell'impianto di fissazione interna.

Per affrontare questi problemi, Russel e Taylor et al. ha progettato il primo chiodo intramidollare non scanalato e non dilatato nel 1986, con risultati soddisfacenti.

Durante questo periodo, anche il problema dell'incastro dei chiodi intramidollari continuò a progredire e, come sappiamo oggi, l'incastro con la vite attraverso il foro preforato del chiodo intramidollare fu il progetto di Klemm e Schleman in Germania. L'inserimento della vite verrebbe guidato mediante fluoroscopia a mano libera, che esporrebbe il chirurgo a molte radiazioni.

Oggi, questo problema è stato risolto con un sistema di targeting distale che incorpora la tecnologia di tracciamento del campo elettromagnetico, la tecnologia a mano libera con guida fluoroscopica e una precisa guida per l'installazione del chiodo prossimale.

Anni '90: chiodo intramidollare in titanio

Nel decennio successivo, il chiodo intramidollare Russel-Taylor divenne molto popolare nella comunità ortopedica internazionale. Lo standard di cura è diventato lentamente l'inchiodamento intramidollare con bloccaggio statico delle viti, come dimostrato dai risultati dello studio di Brumback et al.

In questo studio prospettico, i risultati hanno riportato che il bloccaggio ha prodotto buoni risultati nella maggior parte dei casi e non è stato associato alla pseudoartrosi della frattura.

I progressi nella metallurgia hanno portato alla nascita dei chiodi intramidollari in titanio, ampiamente utilizzati nell’industria biomedica grazie alla loro robustezza, buona resistenza alla corrosione e biocompatibilità.

Il sistema di chiodi intramidollari Alta è stato il primo chiodo intramidollare in titanio disponibile ed è stato accolto con grande favore dalla comunità medica grazie alle proprietà meccaniche del titanio, che è un metallo più resistente ma meno rigido dell'acciaio inossidabile.

Tuttavia, la letteratura attuale è scettica sul fatto che il titanio sia un materiale più adatto per la fissazione interna rispetto all’acciaio inossidabile, soprattutto a causa dei maggiori costi associati all’uso del titanio.

Tuttavia, alcuni vantaggi del titanio, come il modulo elastico vicino all’osso corticale e la compatibilità con la risonanza magnetica, lo rendono un’opzione interessante.

Inoltre, il titanio è un’opzione molto interessante quando sono necessari chiodi intramidollari di diametro inferiore.

Tendenze attuali

Dopo i successi e i fallimenti dei decenni precedenti, i chirurghi ortopedici hanno molta più esperienza con l’inchiodamento endomidollare.

La fissazione con chiodi intramidollari delle fratture femorali, tibiali e omerali è diventata lo standard di cura per la maggior parte delle fratture chiuse e per alcune fratture aperte. Nuovi sistemi di targeting e posizionamento hanno reso la procedura semplice e riproducibile anche per i chirurghi più inesperti.

Le tendenze recenti mostrano che i metalli del titanio e dell’acciaio inossidabile hanno un modulo di elasticità molto elevato e che le sollecitazioni oscurano gli stress irritanti necessari per la guarigione ossea. Nuovi biomateriali come leghe di magnesio, leghe a memoria di forma e materiali riassorbibili sono attualmente in fase di sperimentazione nel mondo accademico.

Attualmente sono disponibili chiodi intramidollari realizzati con polimeri continui rinforzati con fibra di carbonio con modulo elastico migliorato e grande resistenza alla fatica. Le leghe di magnesio hanno un modulo di elasticità simile a quello dell'osso corticale e sono biodegradabili.

Studi recenti di Li et al. hanno mostrato vantaggi significativi nel trattamento delle fratture osteoporotiche in modelli animali attribuiti alla combinazione di magnesio e rivestimento di zoledronato per la riparazione delle fratture, una modalità che potrebbe diventare un trattamento per le fratture osteoporotiche in futuro.

Conclusione

Nel corso degli anni, con miglioramenti significativi nella progettazione dei chiodi intramidollari, nelle tecniche metallurgiche e nelle tecniche chirurgiche, l’inchiodamento intramidollare si è sviluppato fino a diventare l’attuale standard di cura per la maggior parte delle fratture delle ossa lunghe ed è una procedura efficace, minimamente invasiva e riproducibile.

Tuttavia, a causa dei numerosi design dei chiodi intramidollari, mancano molte informazioni riguardo ai loro risultati postoperatori. Sono necessarie ulteriori ricerche per determinare la dimensione ottimale del tipo di chiodo intramidollare, le caratteristiche e il raggio di curvatura.

Prevediamo che le innovazioni nel campo dei biomateriali genereranno l’emergere di nuovi design di chiodi intramidollari.

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