DOI: https://doi.org/10.15674/0030-59872020140-45

Biomechanical experimental substantiation of the fixation technique of bone allograft and recipient’s bone

Oleg Vyrva, Yanina Golovina, Olena Karpinska, Michael Karpinsky

Abstract


A technique combining bone allografting and arthroplasty — allocomposite replacement (ACR), is widely used in orthopedic oncology. However, the risk of complications after this surgical intervention remains high — non-union of the allograft with the recipient's bone, its lysis, infection.

Objective: to substantiate ACR techniques biomechanically using segmental bone allografts with intramedullary fixation in the recipient’s bone. Methods: the experiment was performed on 28 male rats (age 5 months, body weight 350–400 g). ACR of the femur was modeled with transverse (I group) and stepcut (II) osteotomy. The strength of the isolated preparations of the operated animal femurs was examined on a biomechanical stand after 3 and 6 months after the surgery. Digital indicators are processed statistically.

Results: in the Ist group of animals (3 months after surgery) the strength of the operated bones was statistically significantly lower compared to the contralateral (t = –2.674; p = 0.037), and in rats with stepcut osteotomy the difference was not significant. In 6 months after surgery, bone strength with stepcut osteotomy was found to be (44.3 ± 15.6) N greater than with transverse (t = –2.838; p = 0.023). At the same time, the strength of the operated bones of animals of the Ist group was comparable with that of the contralateral limbs (t = –1.279; p = 0.248), and in the IInd exceeded them (t = 6,000; p = 0.001).

Conclusions: stepcut osteotomy with subsequent fixation of the bone allograft to the recipient’s bone improves the conditions for reparative osteogenesis in the area of their contact and reduces the risk of ACR complications. Bioreconstructive surgical interventions in order to replace post-resection defects of long bones in patients with tumor lesions can improve orthopedic, functional and oncological treatment results.


Keywords


allocomposite replacement; reparative osteogenesis; femur; rats; biomechanical strength study

References


Factors affecting nonunion of the allograft-host junction /

F. J. Hornicek, M. C. Gebhardt, W. W. Tomford [et al.] // Clinical

Orthopaedics and Related Research. — 2001. — Vol. 382. —

Р. 87–99. — DOI: 10.1097/00003086-200101000-00014.

Evaluation of clinical results and complications of structural

allograft reconstruction after bone t umor surgery /

M. Gharedaghi, M. T. Peivandi, M. Mazloomi [et al.] //

The Archives of Bone and Joint Surgery. — 2016. —

Vol. 4 (3). — P. 236–242.

Mayle R. E. Jr. Massive bone loss: allograft — prosthetic

composites and beyond / R. E. Mayle Jr., W. G. Paprosky //

The Journal of Bone and Joint Surgery. Br.— 2012. — Vol. 94

(11 Suppl A). — P. 61–64. — DOI: 10.1302/0301-620X.94B11.30791.

Comparison of allograft reconstruction and modular prosthetic

replacement in proximal femur bone tumors / M. G. Benedetti,

E. Bonatti, C. Malfitano, D. Donati // Acta Orthopaedica. —

— Vol. 84 (2). — P. 218–223. — DOI: 10.3109/17453674.

773119.

Bian D. J. Results of 32 allograft-prosthesis composite reconstructions

of the proximal femur / D. J. Bian, F. Larousserie,

F. Thevenin // Clinical Orthopaedics and Related Research. —

— Vol. 468 (3). — P. 834–845. — DOI: 10.1007/s11999-

-1132-z.

Complications following allograft reconstruction for primary

bone tumors: Considerations for management / J. A. Ippolito,

M. Martinez, J. E. Thomson [et al.] // Journal of Orthopaedics.

— 2018. — Vol. 16 (1). — P. 49–54. — DOI: 10.1016/

j.jor.2018.12.013.

Liebschner M. A. Biomechanical considerations of animal

models used in tissue engineering of bone / M. A. Liebschner //

Biomaterials. — 2004. — Vol. 25 (9). — Р. 1697–1714. —

DOI: 10.1016/s0142-9612(03)00515-5.

Анализ использования костных аллотрансплантатов

в клинической практике / О. Е. Вырва, Ю. П. Делевский,

Л. А. Кладченко, Н. В. Димитрова // Ортопедия, травма-

тология и протезирование. — 2002. — № 2. — С. 57–61.

Європейська конвенція про захист хребетних тварин, що

використовуються для дослідних та інших наукових цілей.

Страсбург, 18 березня 1986 року : офіційний переклад

[Електронний ресурс] / Верховна Рада України. — Офіц.

веб-сайт. — (Міжнародний документ Ради Європи). —

Режим доступу: http://zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/main.

cginreg=994_137.

Про захист тварин від жорстокого поводження : Закон

України № 3447-IV вiд 21.02.2006 р. [Електронний ресурс] /

Верховна Рада України. — Офіц. веб-сайт. — Режим доступу

до документа: http://zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/

main.cgi?nreg=3447-15.

Експериментально-гістологічне дослідження репаративного

остеогенезу за умов різних методів фіксації алотрансплан-

тата під час алокомпозитного ендопротезування довгих

кісток / О. Є. Вирва, Я. О. Головіна, Р. В. Малик [та ін.] //

Ортопедия, травматология и протезирование. — 2017. —

№ 2. — С. 70–77. — DOI: 10.15674/0030-59872017270-77.

Наследов А. SPSS 19: профессиональный статистический

анализ данных / А. Наследов. — СПб : Питер, 2011. — 400 с.

Пат. 137301 Україна. МПК G09B 23/28 (2006.01). Спосіб

моделювання способу фіксації імплантованого алоком-

позитного ендопротеза проксимального відділу стегнової

кістки / Вирва О. Є., Головіна Я. О., Малик Р. В. [та ін.] ;

заявник та патентовласник ДУ «ІПХС ім. проф. М. І. Си-

тенка НАМН». — № u201904212 ; Завл. 19.04.2019 ; Опубл.

10.2019 ; Бюл. № 19.

What is the optimal reconstruction option after the resection

of proximal humeral tumors? A systematic review / A. Dubina,

B. Shiu, M. Gilotra [et al.] // The Open Orthopaedics Journal.

— 2017. — Vol. 11. — P. 203–211. — DOI: 10.2174/1874325

Revision distal femoral arthroplasty with the Compress

prosthesis has a low rate of mechanical failure at 10 years /

M. N. Zimel, G. L. Farfalli, A. M. Zindman [et al.] // Clinical

Orthopaedics and Related Research. — 2016. — Vol. 474 (2). —

P. 528–536. — DOI: 10.1007/s11999-015-4552-y.




Copyright (c) 2020 Oleg Vyrva, Yanina Golovina, Olena Karpinska, Michael Karpinsky

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.