Biomechanical Evaluation of Locked Retrograde Intramedullary Nails for Ankle Arthrodesis Using Finite Element Analysis

Abstract

Introducción:

La artrodesis de tobillo es el tratamiento de referencia para la artritis terminal del tobillo y tiene como objetivo lograr la fusión ósea estable entre la tibia, el astrágalo y, en algunos casos, el calcáneo. El uso de clavos intramedulares retrógrados bloqueados es una alternativa ampliamente utilizada; sin embargo, la evaluación biomecánica del diseño del clavo, el material y la configuración de bloqueo podría contribuir a identificar configuraciones de implantes que favorezcan un entorno mecánico más adecuado para la fusión ósea.

Objetivo:

Evaluar el efecto del diseño, material y configuración de bloqueo de clavos intramedulares retrógrados utilizados para artrodesis de tobillo sobre el estímulo mecánico en las regiones tibiotalar y subtalar mediante análisis por elementos finitos.

Metodología:

Se desarrolló un modelo tridimensional de tobillo a partir de tomografía computarizada de un sujeto aparentemente sano, sin patología articular, quien previamente firmó una carta de consentimiento informado para el uso de sus imágenes con fines de investigación. Las imágenes fueron segmentadas mediante InVesalius y el modelo de elementos finitos fue implementado en ANSYS. Las propiedades mecánicas del tejido óseo se asignaron a partir de unidades Hounsfield obtenidas de la tomografía. Se simularon procedimientos de artrodesis mediante dos diseños de clavos intramedulares retrógrados bloqueados (Ø10 × 180 mm y Ø11 × 200 mm), dos materiales (aleación de titanio Ti6Al4V y acero inoxidable 316L) y dos configuraciones de bloqueo (cinco y seis tornillos). Se aplicó una carga equivalente a cinco veces el peso corporal durante la fase de apoyo medio de la marcha. Se cuantificaron los esfuerzos de von Mises en el sistema clavo-tornillos y en las regiones adyacentes a la artrodesis, considerando estas últimas como indicador biomecánico del entorno mecánico asociado con la fusión ósea.

Resultados:

Los clavos Ø10 × 180 mm presentaron mayores esfuerzos promedio en las regiones de artrodesis respecto a los Ø11 × 200 mm (p < 0.001). Asimismo, la configuración de seis tornillos mostró un mayor estímulo mecánico en comparación con la de cinco tornillos (p = 0.020), mientras que los implantes de aleación de titanio presentaron valores superiores a los de acero inoxidable (p < 0.001). La región subtalar mostró esfuerzos más elevados que la tibiotalar (p < 0.001). La configuración con mayor estímulo mecánico fue el clavo Ø10 × 180 mm de aleación de titanio con seis tornillos de bloqueo.

Conclusiones:

El diseño del clavo, el material y la configuración de bloqueo influyen en el comportamiento biomecánico de la artrodesis de tobillo. Los clavos de aleación de titanio Ø10 × 180 mm con seis tornillos de bloqueo mostraron el patrón mecánico más favorable para promover la fusión ósea, sin exceder los niveles de esfuerzo asociados con riesgo de falla del implante.