Numerical investigations on the strain-adaptive bone remodelling in the periprosthetic femur: Influence of the boundary conditions

Background: There are several numerical investigations on bone remodelling after total hip arthroplasty (THA) on the basis of the finite element analysis (FEA). For such computations certain boundary conditions have to be defined. The authors chose a maximum of three static load situations, usually taken from the gait cycle because this is the most frequent dynamic activity of a patient after THA. Materials and methods: The numerical study presented here investigates whether it is useful to consider only one static load situation of the gait cycle in the FE calculation of the bone remodelling. For this purpose, 5 different loading cases were examined in order to determine their influence on the change in the physiological load distribution within the femur and on the resulting strain-adaptive bone remodelling. First, four different static loading cases at 25%, 45%, 65% and 85% of the gait cycle, respectively, and then the whole gait cycle in a loading regime were examined in order to regard all the different loadings of the cycle in the simulation. Results: The computed evolution of the apparent bone density (ABD) and the calculated mass losses in the periprosthetic femur show that the simulation results are highly dependent on the chosen boundary conditions. Conclusion: These numerical investigations prove that a static load situation is insufficient for representing the whole gait cycle. This causes severe deviations in the FE calculation of the bone remodelling. However, accompanying clinical examinations are necessary to calibrate the bone adaptation law and thus to validate the FE calculations.

Efeitos de um programa de reabilitação instituído a pessoas submetidas a artroplastia total da anca

Introdução: O aumento da esperança média de vida torna as pessoas mais vulneráveis e dependentes, especialmente no que se refere às atividades quotidianas. A coxartrose é uma das osteoartroses mais comuns, manifestada por dor, limitação progressiva da mobilidade articular e atrofia muscular. A artroplastia total da anca tem-se afirmado como alternativa eficaz e com sucesso ao longo do tempo. Hoje em dia, a necessidade de recuperação funcional após a cirurgia é irrefutável. Neste contexto, a reabilitação assume um papel primordial, quer na maximização das capacidades e minimização dos défices pós-cirúrgicos da pessoa, quer no restabelecimento da sua autonomia e consequente retorno à vida social e profissional. Objetivo: Avaliar os efeitos de um programa de reabilitação instituído a pessoas submetidas a artroplastia total da anca. Metodologia: Foi realizado um programa de reabilitação às pessoas submetidas a artroplastia total da anca, com início no primeiro dia de pós-operatório até à consulta pós-operatória, baseado em exercícios resistidos, a 28 pessoas. Avaliaram-se a força muscular (Lafayette manual muscle tester), a amplitude articular (goniometria), a escala de Tinetti e o questionário WOMAC. A colheita de dados foi realizada em três momentos (admissão – T0, alta – T1 e primeira consulta pós-cirurgia – T2). Resultados: Após o programa verificou-se uma melhoria substancial da qualidade de marcha e dos domínios do questionário WOMAC, até ao dia da consulta de ortopedia, que em média foi de 41 dias. A força muscular, quer força máxima quer força média, diminuiu ligeiramente em T1 e em T2 aumentou, exceto nos isquiotibiais em que existe um incremento em todas as avaliações. Verificou-se ainda que os resultados obtidos são independentes da idade, sexo e existência de cirurgia ortopédica anterior. Conclusão: Comprova-se que um programa de reabilitação que forneça as competências necessárias às pessoas, em que se conjugue reabilitação em ambiente hospitalar e domiciliário, é crucial para uma recuperação rápida e eficaz.

Elevated hepatocyte growth factor levels in osteoarthritis osteoblasts contribute to their altered response to bone morphogenetic protein-2 and reduced mineralization capacity

International audience

Rôle de la signalisation Wnt non-canonique dans l’étiologie de l’ostéoarthrose chez l’humain

Les études cliniques et in vitro suggèrent que la sclérose de l’os sous-chondral due aux ostéoblastes (Ob) anormaux est impliquée dans la progression de l’ostéoarthrose (OA). Les Ob OA humains isolés à partir d’os sous-chondral sclérosé montrent un phénotype altéré, un niveau réduit de signalisation Wnt/β-caténine canonique et une minéralisation in vitro réduite. Il existe également deux voies non-canoniques, Wnt/PKC et Wnt/PCP qui ont étés décrites dans la littérature. Cependant, il n’existe aucune étude qui traite de ces deux voies dans les Ob OA. Ces voies sont activées après qu’un ligand Wnt non-canonique tel que Wnt-5a se lie à un récepteur Wnt couplé à des corécepteurs de la voie non-canonique. Ceci enclenche, respectivement pour la voie Wnt/PKC-Ca2+ et Wnt/PCP, la phosphorylation de PKC (p-PKC) et la phosphorylation de JNK (p-JNK) et agit sur les cibles en aval. Nous avons voulu déterminer s’il était possible de constater des altérations dans les voies Wnt non-canoniques dans les Ob OA. Nous avons préparé des cultures primaires d’ostéoblastes sous-chondral humains à partir de plateaux tibiaux de patients OA subissant une arthroplastie totale du genou, ainsi qu’à partir de plateaux tibiaux recueillis à l’autopsie de patients « normaux ». L’expression des gènes impliqués dans les voies Wnt/PKC et Wnt/PCP a été évaluée par RT-qPCR et la production par Western Blot des protéines, ainsi que celle de p-PKC et p-JNK et que l’activité des facteurs NFAT et AP-1 utilisés par ces deux voies. L’activité phosphatase alcaline (ALPase) et la quantité d’ostéocalcine (OC) ont étés évaluées respectivement à l’aide d’hydrolyse de substrat et d’ELISA. Le niveau de minéralisation a été évalué par la coloration au rouge Alizarine. Nos résultats montrent que l’expression et la production de Wnt-5a étaient augmentées dans les Ob OA comparées aux Ob N et LGR5 était significativement plus élevée. De plus, l’expression de LGR5 est directement régulée via la stimulation ou la diminution de Wnt-5a, à la fois au niveau de l’ARNm et des protéines. Par ailleurs, Wnt-5a a stimulé la phosphorylation de JNK et de PKC ainsi que l’activité NFAT et AP-1. Les niveaux de minéralisation ainsi que d’activité ALPase et de sécrétion d’OC ont aussi été affectés par les changements du niveau de Wnt-5a. Ces résultats suggèrent que Wnt-5a, qui est augmentée dans les OA Ob, peut stimuler les voies Wnt non-canoniques et affecter le phénotype et la minéralisation des OA Ob humains.

Rôle de la signalisation Wnt non-canonique dans l’étiologie de l’ostéoarthrose chez l’humain

Les études cliniques et in vitro suggèrent que la sclérose de l’os sous-chondral due aux ostéoblastes (Ob) anormaux est impliquée dans la progression de l’ostéoarthrose (OA). Les Ob OA humains isolés à partir d’os sous-chondral sclérosé montrent un phénotype altéré, un niveau réduit de signalisation Wnt/β-caténine canonique et une minéralisation in vitro réduite. Il existe également deux voies non-canoniques, Wnt/PKC et Wnt/PCP qui ont étés décrites dans la littérature. Cependant, il n’existe aucune étude qui traite de ces deux voies dans les Ob OA. Ces voies sont activées après qu’un ligand Wnt non-canonique tel que Wnt-5a se lie à un récepteur Wnt couplé à des corécepteurs de la voie non-canonique. Ceci enclenche, respectivement pour la voie Wnt/PKC-Ca2+ et Wnt/PCP, la phosphorylation de PKC (p-PKC) et la phosphorylation de JNK (p-JNK) et agit sur les cibles en aval. Nous avons voulu déterminer s’il était possible de constater des altérations dans les voies Wnt non-canoniques dans les Ob OA. Nous avons préparé des cultures primaires d’ostéoblastes sous-chondral humains à partir de plateaux tibiaux de patients OA subissant une arthroplastie totale du genou, ainsi qu’à partir de plateaux tibiaux recueillis à l’autopsie de patients « normaux ». L’expression des gènes impliqués dans les voies Wnt/PKC et Wnt/PCP a été évaluée par RT-qPCR et la production par Western Blot des protéines, ainsi que celle de p-PKC et p-JNK et que l’activité des facteurs NFAT et AP-1 utilisés par ces deux voies. L’activité phosphatase alcaline (ALPase) et la quantité d’ostéocalcine (OC) ont étés évaluées respectivement à l’aide d’hydrolyse de substrat et d’ELISA. Le niveau de minéralisation a été évalué par la coloration au rouge Alizarine. Nos résultats montrent que l’expression et la production de Wnt-5a étaient augmentées dans les Ob OA comparées aux Ob N et LGR5 était significativement plus élevée. De plus, l’expression de LGR5 est directement régulée via la stimulation ou la diminution de Wnt-5a, à la fois au niveau de l’ARNm et des protéines. Par ailleurs, Wnt-5a a stimulé la phosphorylation de JNK et de PKC ainsi que l’activité NFAT et AP-1. Les niveaux de minéralisation ainsi que d’activité ALPase et de sécrétion d’OC ont aussi été affectés par les changements du niveau de Wnt-5a. Ces résultats suggèrent que Wnt-5a, qui est augmentée dans les OA Ob, peut stimuler les voies Wnt non-canoniques et affecter le phénotype et la minéralisation des OA Ob humains.

EVIDENCE FOR MECHANICAL STRAINS INFLUENCE IN OSTEOPHYTE DEVELOPMENT

Purpose: Osteophytes are osteo-cartilaginous metaplastic tissue outgrowths of bone capped by cartilage usually found in degenerative and inflammatory joint disease. The presence and degree of maturity of osteophytes, along with joint space narrowing, are the main radiographic criteria for diagnosis and grading osteoarthritis (OA). Although osteophytes are known for being anatomic signs of advanced OA, they can occur in non-symptomatic joints, in joints with no other observable alterations, and in early stage OA. It remains unclear if they develop from molecular, physiological and/or mechanical stimuli. We hypothesized that mechanical strains play a role in osteophyte development. The overall objective of this thesis was to find evidence that osteophytes are influenced by mechanical strains. Methods: The first project was to develop a mechanically-induced osteophyte animal model. One single impact load that was reported to induce moderate joint damage was applied to the periosteum of the rat knee. Animals were sacrificed at four time points to characterize the evolution of damaged tissue and the joint by histology. A second study using human mature hip osteophytes was conducted to evaluate if mature osteophyte presented histological signs of proliferating and developmental processes. The histological characterization of mature osteophyte was used to compare findings of the mechanically-induced osteophyte in the animal model to validate the use of this rodent model in studying some aspect of osteophyte development of human. Lastly, a detailed three-dimensional (3D) radiological morphometric analysis was performed on microscopic computed tomography (µCT) scanned femoral heads collected from total hip arthroplasty patients presenting mature hip osteophytes. Quantitative morphometric measures of osteophytes internal structure was compared to three regions of the femoral head of known quality of organisation and mechanical constraint. Results and Conclusion: Osteophyte can be mechanically induced by a single load impact to the joint periosteum, indicating that a moderate trauma to the periosteal layer of the joint may play a role in osteophyte development. Mature osteophytes have proliferation, developing and remodelling zones and have trabecular structures. Mechanically-induced osteophytes and mature osteophytes presented similar histological composition. Mature osteophytes have organized internal structure. These results provide evidence that mechanical strain can influence osteophyte development.

Evaluación de desenlace: trasplante meniscal versus segunda meniscectomía

Introducción: El incremento de pacientes sintomáticos de rodilla y la osteoartrosis en jóvenes con limitadas posibilidades terapéuticas después de una meniscectomía, genera la búsqueda de alternativas terapéuticas. A pesar que es poco utilizado en Colombia, el trasplante meniscal es una propuesta para el manejo sintomático. Según cifras norteamericanas, se practican entre 700.000 a 1.500.000 artroscopias de rodilla anualmente, el 50% termina en meniscectomía y de este un 40% persisten sintomáticos. Métodos: Estudio de cohorte retrospectivo, con el objetivo de evaluar dolor (Escala Visual Análoga-EVA) y funcionalidad (Escala de Tegner y Lysholm) en los pacientes a quienes se les realizó trasplante meniscal o meniscectomía por segunda vez, entre los años 2007 a 2015. Resultados: A partir de los 6 meses la EVA mostró una tendencia a la mejoría en el grupo de trasplante meniscal, pasando de Moderado a Leve (p: <0.000). La Escala de Tegner y Lysholm cambió de Pobre a Bueno en el grupo de segunda meniscectomía (p= 0.008) y de Bueno a Excelente en el grupo trasplantado (p=0.225). La calificación promedio de la EVA en el grupo de trasplante presentó mejoría (p=<0.000), a diferencia del grupo de segunda meniscectomía (p=0.591). La escala de Tegner y Lysholm, mostró significancia estadística con tendencia a la mejoría en el grupo de segunda meniscectomía. Discusión: Los resultados muestran que con trasplante meniscal hay mejoría del dolor y la funcionalidad versus un segunda meniscectomía. Para fortalecer la evidencia de este tratamiento son necesarios estudios prospectivos complementarios.

Factores asociados a transfusión sanguínea en el manejo quirúrgico del canal lumbar estrecho en la Fundación Santa Fe de Bogotá 2003 - 2013

Introduccion: El canal lumbar estrecho es un motivo de consulta frecuente en el servicio de columna de la Fundación Santa Fe de Bogotá. Derivado del tratamiento quirurgico se pueden generar múltiples complicaciones, entre las que se encuentra la transfusión sanguínea. Objetivo: Identificar los factores sociodemográficos, antecedentes personales y factores quirúrgicos asociados a transfusión sanguínea en cirugía canal lumbar estrecho en la Fundación Santa Fe de Bogotá 2003- 2013. Materiales y métodos: Se aplicó en diseño de estudio observacional analítico transversal. Se incluyeron 367 pacientes sometidos a cirugía de canal lumbar estrecho a quienes se les analizaron variables de antecedentes personales, características sociodemograficas y factores quirúrgicos. Resultados: La mediana de la edad fue de 57 años y la mayoría de pacientes fueron mujeres (55,6%). La mediana del Índice de Masa Corporal (IMC) fue de 24,9 clasificado como normal. Entre los antecedentes patológicos, la hipertensión arterial fue el más común (37,3%). La mayoría de pacientes (59,1%) presentaron clasificación ASA de II. El tipo de cirugía más prevalente fue el de descompresión (55,6%). En el 79,8% de los pacientes se intervinieron 2 niveles. Se realizó transfusión de glóbulos rojos en 26 pacientes correspondiente a 7,1% del total. En la mayoría de procedimientos quirúrgicos (42,5%) el sangrado fue clasificado como moderado (50-500 ml). En el modelo explicativo transfusión sanguínea en cirugía de canal lumbar estrecho se incluyen: antecedente de cardiopatía (OR 4,68, P 0,034, IC 1,12 – 19,44), Sangrado intraoperatorio >500ml (OR 6,74, p 0,001, 2,09 – 21,74) y >2 niveles intervenidos (OR 3,97, p 0,023, IC 1,20 – 13,09). Conclusión: Como factores asociados a la transfusión sanguínea en el manejo quirúrgico del canal lumbar estrecho a partir de la experiencia de 10 años en la Fundación Santa Fe de Bogotá se encontraron: enfermedad cardiaca, sangrado intraoperatorio mayor de 500ml y más de dos niveles intervenidos.

Propiedades psicométricas de los instrumentos para la medición de la actividad física en adultos con discapacidad física relacionada con lesión de médula espinal: una revisión sistemática

Objetivo: Evaluar las propiedades psicométricas de los instrumentos para la medición de la actividad física en adultos de 18-65 años con discapacidad física por lesión de médula espinal. Materiales y métodos: Revisión sistemática. Las bases de datos de Medline, Scopus, Web of Science y 19 revistas especializadas fueron consultadas durante once días entre abril de 2015 y febrero de 2016 para identificar estudios originales de validación, sin límite de tiempo y que estuvieran publicados en español, francés y/o inglés. La calidad metodológica de los instrumentos de medición se evaluó usando las diferentes cajas de propiedades de la lista COSMIN. Resultados: Se identificaron 9229 referencias, de las cuales sólo 12 cumplieron los criterios de inclusión, dando como resultado 13 instrumentos de medición. Se evaluaron seis propiedades psicométricas. La propiedad más común fue la confiabilidad, además se observó que la calidad metodológica de los estudios incluidos no representa los resultados de las propiedades psicométricas de los instrumentos de medición. La calidad metodológica de los instrumentos para la evaluación de la actividad física en población con lesión medular espinal es “baja” para propiedades como consistencia interna, error de medición, sensibilidad, validez de criterio (con excepción del WISCI II que tiene buena validez) y excelente para validez de contenido y fiabilidad. Conclusión: Se ha encontrado que instrumentos empleados hasta el presente en la medición de la actividad física en población con discapacidad física relacionada con lesión de médula espinal han sido creados para otros tipos de discapacidad y otros instrumentos deben ser validados en futuros estudios.

Prevalencia del síndrome de cementación ósea en pacientes de artroplastia de cadera, Hospital Universitario Mayor Méderi 2014

Resumen Introducción: Con el fin de estimar la prevalencia del síndrome de cementación ósea (SICO) en pacientes llevados a artroplastia de cadera cementada en el Hospital Universitario Mayor Méderi 2014. Materiales y métodos: Se realizó un estudio observacional, descriptivo, de corte transversal, se evaluaron los registros de historia clínica de los pacientes llevados a artroplastia cementada de cadera desde enero a diciembre de 2014. Se estimó la prevalencia del número total de casos de SICO sobre el total de intervenidos y la mortalidad del número de muertes intraoperatorias sobre el total de pacientes que desarrollaron el SICO. Resultados: Se encontraron 102 pacientes llevados a artroplastia cementada de cadera; 73,5% de género femenino, la mediana de edad fue 82 años, la prevalencia de SICO fue de 0,96 x 100 procedimientos y la mortalidad de 7,14 x 100 eventos (1 caso), el evento más frecuentemente relacionado fue las Perdida sanguínea < 300ml (p.valor: 0,006), el resto de diferencias entre los factores de riesgo reconocidos no fueron estadísticamente significativas. Discusión Se encontró una baja frecuencia del evento, con una muerte relacionada, se requieren estudios prospectivos para explorar desenlaces en el tiempo para la presentación de SICO y factores de riesgo adicionales. Palabras clave: "Hipotensión/Diagnóstico", "Prevalencia", "Artroplastia de Reemplazo de Cadera/Efectos Adversos", "Cementos Óseos/Efectos Adversos", "Complicaciones Postoperatorias/Etiología" y "Complicaciones Postoperatorias/Inducido Químicamente"