Biofilm formation by bacteria isolated from retrieved failed prosthetic hip implants in an in vitro model of hip arthroplasty antibiotic prophylaxis

Bacterial infection primarily with Staphylococcus spp. and Propionibacterium acnes remains a significant complication following total hip replacement. In this in vitro study, we investigated the efficacy of gentamicin loading of bone cement and pre- and postoperative administration of cefuroxime in the prevention of biofilm formation by clinical isolates. High and low initial inocula, representative of the number of bacteria that may be present at the operative site as a result of overt infection and skin contamination, respectively, were used. When a high initial inoculum was used, gentamicin loading of the cement did not prevent biofilm formation by the 10 Staphylococcus spp. and the 10 P. acnes isolates tested. Similarly, the use of cefuroxime in the fluid phase with gentamicin-loaded cement did not prevent biofilm formation by four Staphylococcus spp. and four P. acnes isolates tested. However, when a low bacterial inoculum was used, a combination of both gentamicin-loaded cement and cefuroxime prevented biofilm formation by these eight isolates. Our results indicate that this antibiotic combination may protect against infection after intra-operative challenge with bacteria present in low numbers as a result of contamination from the skin but would not protect against bacteria present in high numbers as a result of overt infection of an existing implant.

Wear paths produced by individual hip-replacement patients— A large-scale, long-term follow-up study

Wear particle accumulation is one of the main contributors to osteolysis and implant failure in hip replacements. Altered kinematics produce significant differences in wear rates of hip replacements in simulator studies due to varying degrees of multidirectional motion. Gait analysis data from 153 hip-replacement patients 10-years post-operation were used to model two- and three-dimensional wear paths for each patient. Wear paths were quantified in two dimensions using aspect ratios and in three dimensions using the surface areas of the wear paths, with wear-path surface area correlating poorly with aspect ratio. The average aspect ratio of the patients wear paths was 3.97 (standard deviation ¼ 1.38), ranging from 2.13 to 10.86. Sixty percent of patients displayed aspect ratios between 2.50 and 3.99. However, 13% of patients displayed wear paths with aspect ratios 45.5, which indicates reduced multidirectional motion. The majority of total hip replacement (THR) patients display gait kinematics which produce multidirectional wear paths, but a significant minority display more linear paths.

Antimicrobial peptides and proinflammatory cytokines in periprosthetic joint infection

Background: Differentiation between septic and aseptic loosening of joint replacements is essential for successful revision surgery, but reliable markers for the diagnosis of low-grade infection are lacking. The present study was performed to assess intra-articular and systemic levels of antimicrobial peptides and proinflammatory cytokines as diagnostic markers for periprosthetic joint infection. Methods: Fifteen consecutive patients with staphylococcal periprosthetic joint infections and twenty control patients with aseptic loosening of total hip and knee replacements were included in this prospective, single-center, controlled clinical trial. Expression of the antimicrobial peptides human β-defensin-2 (HBD-2), human β-defensin-3 (HBD-3), and cathelicidin LL-37 (LL-37) was determined by ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) in serum and joint aspirates. Proinflammatory cytokines were assessed in serum and joint aspirates with use of cytometric bead arrays. C-reactive protein in serum, microbiology, and histopathology of periprosthetic tissue served as the “gold standard” for the diagnosis of infection. Results: The antimicrobial peptides HBD-3 and LL-37 were significantly elevated in joint aspirates from patients with periprosthetic joint infection compared with patients with aseptic loosening, and the area under the curve (AUC) in a receiver operating characteristic curve analysis was equal to 0.745 and 0.875, respectively. Additionally, significant local increases in the proinflammatory cytokines interleukin (IL)-1β, IL-4, IL-6, IL-17A, interferon (IFN)-γ, and tumor necrosis factor (TNF)-α were observed to be associated with infection. Logistic regression analysis indicated that the combination of an antimicrobial peptide with another synovial fluid biomarker improved diagnostic accuracy; the AUC value was 0.916 for LL-37 and IL-4, 0.895 for LL-37 and IL-6, 0.972 for HBD-3 and IL-4, and 0.849 for HBD-3 and IL-6. In contrast, the only antimicrobial peptides and cytokines in serum that showed a significant systemic increase in association with infection were HBD-2, IL-4, and IL-6 (all of which had an AUC value of <0.75). Conclusions: The present study showed promising results for the use of antimicrobial peptides and other biomarkers in synovial fluid for the diagnosis of periprosthetic joint infection, and analysis of the levels in synovial fluid was more accurate than analysis of serum.

Aplicações das redes de Bragg na biomecânica

O presente trabalho tem como objectivo o estudo, desenvolvimento e aplicações na área da biomecânica de sensores intrínsecos baseados em redes de Bragg em fibras ópticas (FBG). As aplicações são feitas em modelos biomecânicos in vitro tais como: implantes de anca, prótese de joelho, placas de osteossíntese e implantes dentários. A optimização do desenvolvimento de próteses e respectivos elementos de fixação é actualmente dependente da geração e validação experimental de seus modelos computacionais. A validação destes modelos é normalmente feita utilizando-se dados de ensaios não invasivos e invasivos em modelos sintéticos. Em ensaios in vitro os sensores convencionais têm um princípio de funcionamento eléctrico e apresentam por vezes dimensões inadequadas. Existem situações exploradas no presente trabalho, tais como sensoriamento de superfícies irregulares e junções ou ainda análises de deformações internas, onde é recomendável a utilização de sensores FBG, pois apresentam dimensões reduzidas e flexibilidade o que permite efectuar medidas localizadas. O desenvolvimento de um protocolo de utilização de FBG e a sua aplicação no contexto apresentado demonstrou-se mais adequado, pela precisão e segurança futura oferecidas. Foi desenvolvida uma metodologia experimental para medidas de deformações utilizando FBG ao longo de uma placa de osteossíntese metálica aparafusada a um fémur sintético fracturado. Foi efectuada a monitorização da cura do cimento ósseo utilizado como fixador do prato tibial na artroplastia total do joelho através da medida da sua contracção e temperatura. Foi também desenvolvido um sistema refrigerador com resposta às leituras de temperatura com vista a evitar a necrose do osso. Foram efectuados estudos de deformação nesse cimento após a sua cura, como resultado da aplicação de cargas mecânicas estáticas. Foram efectuados estudos da cura de cimento ósseo aplicado a próteses de anca e também de deformações nestas próteses. Foi ainda efectuado o estudo comparativo de vários implantes dentários através da medida da distribuição de deformações como resposta a excitações mecânicas impulsivas. Para a desmodulação das FBG foram inicialmente utilizados sistemas comerciais. Entretanto algumas aplicações não puderam ser implementadas com estes sistemas comerciais devido à baixa reflectividade das FBG utilizadas, mas fundamentalmente devido à necessidade de executar testes com uma taxa de aquisição maior do que os 5 Hz disponíveis (cerca de 15 kHz). Por estes motivos foi desenvolvido um sistema optoelectrónico completo de desmodulação de FBG baseado num filtro sintonizável e que tem como característica principal a alta taxa de aquisição (até 1,2 MHz) mas também se destaca pela facilidade na reconfiguração dos parâmetros de leitura, pela apresentação duma interface de utilizador amigável e pela capacidade de operar com até 5 FBG na mesma fibra óptica.

Évaluation biomécanique de la locomotion à la suite d'une arthroplastie de la hanche

Depuis les dernières années, la prévalence de personnes souffrant de dégénérescence des cartilages articulaires, communément appelée ostéoarthrite (OA), ne cesse d’augmenter. Les douleurs articulaires et les raideurs musculaires associées à cette pathologie mènent à des limitations des capacités fonctionnelles, à une perte de mobilité et d’autonomie affectant grandement la qualité de vie de ces personnes. Afin de soulager les personnes souffrant de cette pathologie, l’arthroplastie de la hanche est une procédure chirurgicale fréquemment utilisée. À la suite de cette chirurgie, une amélioration de la qualité de vie et une reprise des capacités fonctionnelles sont souvent observées. Cependant, comparativement à des sujets sains, la vitesse de marche est diminuée, une faiblesse des muscles abducteurs de la hanche est constatée et des mouvements compensatoires au niveau du tronc sont persistants. L’objectif de cette thèse est d’évaluer le patron locomoteur chez des patients qui subiront une arthroplastie de la hanche. Plus spécifiquement, les adaptations locomotrices pré et post-opératoires seront quantifiées dans le but d’apporter des modifications aux programmes de réhabilitation pour ainsi favoriser un patron locomoteur sans déficit. Afin de répondre à cet objectif, trois études distinctes ont été effectuées. Dans le cadre de la première étude, l’impact de l’implantation d’une prothèse totale de la hanche avec une tête fémorale de large diamètre et une prothèse de resurfaçage a été évalué par rapport aux sujets sains lors de la locomotion. Au cours de cette étude, le contrôle du tronc a été analysé en utilisant la distance entre le centre de masse corporel et le centre articulaire de la hanche opérée. Suite aux résultats obtenus, aucune différence majeure n’existe entre les deux types de prothèses en ce qui a trait au contrôle du tronc et ce, à un an post-opératoire. Lors de la deuxième étude, la symétrie des paramètres biomécaniques des membres inférieurs lors de la locomotion chez des patients ayant bénéficié de l’implantation d’une prothèse de la hanche a été caractérisée suite à un programme d’exercices péri-opératoires (pré et post-opératoire). Lors de cette étude, le programme d’exercices péri-opératoires était complémentaire au protocole de réadaptation du centre hospitalier. D’après les résultats obtenus lors de cette étude exploratoire, ce programme d’exercices péri-opératoires semble permettre d’améliorer la symétrie de la puissance et du travail musculaire au niveau de la hanche, du genou et de la cheville favorisant ainsi un patron de marche avec de minimes compensations. Finalement, dans le cadre de la troisième étude, l’approche prédictive et l’approche fonctionnelle, utilisées pour localiser le centre articulaire de la hanche, ont été comparées aux mesures radiographiques, chez des patients à la suite d’un remplacement articulaire de la hanche. À la suite de cette étude, les résultats démontrent que l’utilisation de l’approche fonctionnelle est plus appropriée chez des patients ayant bénéficié d’une arthroplastie de la hanche. En effet, cette approche individualisée est plus précise ce qui, par conséquent, permettra d’obtenir des résultats de plus grande qualité lors d’analyses biomécaniques de la locomotion.

Caracterización y ajuste del factor de magnificación para radiología digital de cadera

Introducción. Las imágenes obtenidas mediante rayos X, determinan una conducta clínica en ortopedia y son analizadas por parte del cirujano en el momento previo a realizar un acto quirúrgico. El planeamiento pre quirúrgico basado en radiografías de cadera, permite predecir el tamaño de los componentes protésicos a utilizar en un reemplazo de cadera. Con el advenimiento de las radiografías digitales, existe la falsa percepción de que estas tienen corregido el factor de magnificación. La corrección de dicho factor requiere un protocolo de calibración de imágenes, aún no implementado en la Fundación Santa Fe de Bogotá (FSFB). Como consecuencia, las radiografías de cadera actualmente resultan magnificadas. Materiales y métodos. Fueron seleccionados 73 pacientes con reemplazo articular total de la cadera intervenidos en la FSFB. Para cada paciente, se estableció la dimensión de la cabeza protésica en la radiografía de cadera obtenida mediante el sistema de radiología digital (PACS-IMPAX) y su tamaño fue comparado con el de la cabeza femoral implantada. Resultados. La concordancia entre los dos observadores al medir la dimensión radiológica de los componentes protésicos fue excelente y el coeficiente de magnificación promedio de 1.2 (20%). Este será introducido al PACS-IMPAX para ajustar el tamaño definitivo de la radiografía. Conclusión. El ajuste del PACS-IMPAX permite obtener radiografías en las cuales se refleja con mayor precisión el tamaño de los segmentos anatómicos y de los componentes protésicos.

Biopsia por congelación para diagnóstico de infección en revisión de reemplazo total de cadera

En estados unidos se realizaron 200.000 reemplazos de cadera en el 2001, de los cuales 36.000 fueron cirugías de revisión. La incidencia de infección en primarios es del 1% mientras que en revisión es 4% . Es determinante detectar la presencia o no de infección, sin embargo no existe una prueba 100% sensible ni 100% especifica. El cultivo intraoperatorio es el patrón de oro, pero inoportuno para tomar decisiones intraoperatorias. La biopsia por congelación es un estudio histopatológico que ayuda a determinar infección intraoperatoria.

Avaliação preliminar de um protocolo assistencial de artroplastia total do quadril

A artrose do quadril é uma doença articular degenerativa que atinge principalmente idosos, faixa etária que vem gradativamente aumentando nos últimos tempos. Assim, medidas de racionalização do uso de leitos e recursos hospitalares são necessárias para melhor viabilizar os procedimentos cirúrgicos e reduzir gastos para o sistema de saúde, uma vez que quase dois terços destes gastos decorrem do período de internação. Com esse objetivo, foi desenvolvido um protocolo assistencial de artroplastia total de quadril (PAATQ), multidisciplinar, com consultas ambulatoriais e visitas domiciliares programadas para pacientes a serem submetidos à artroplastia total de quadril (ATQ), visando uma melhor abordagem por parte da equipe médica e de enfermagem e uma melhor orientação dos pacientes e familiares quanto ao procedimento cirúrgico. Este estudo transversal (piloto), com controle histórico aninhado a um ensaio clínico randomizado, tem por objetivo avaliar a factibilidade de implantação e a adesão, por parte das equipes médica e de enfermagem, à utilização deste protocolo. Secundariamente, visa determinar o impacto desta rotina no tempo de internação, na independência funcional do paciente e nos eventos clínicos da fase hospitalar, bem como avaliar a factibilidade das visitas domiciliares de enfermagem. Um total de 22 pacientes (9 homens e 13 mulheres) submetidos à ATQ no Hospital de Clínicas de Porto Alegre (Brasil), com média (dp) de idade de 58,86 (16,87), variando de 21 a 86 anos, foram incluídos no estudo. Os pacientes foram divididos em dois grupos  grupo 1 (n=12) e grupo 2 (n=10)  de acordo com aplicação ou não do PAATQ. No grupo 1, as principais comorbidades foram a hipertensão arterial sistêmica (HAS) (dois casos), o diabete mellitus (um caso); e o alcoolismo (um caso).No grupo 2, houve um caso de HAS. O tempo de permanência médio (dp) pós-operatório (DPO) foi de 5,2 e 7,5 dias para os grupos 1 e 2, respectivamente (p=0.0055). A adesão ao protocolo foi de 90% e 100% por parte das equipes médica e de enfermagem, respectivamente. Sete pacientes do grupo 1 conseguiram sentar fora do leito no 2o dia pós-operatório (PO), dois sentaram no 3o e nenhum foi incapaz de sair do leito. Todos deambularam com muletas um dia após sentarem. No grupo 2, todos os pacientes saíram do leito no 4o DPO. Em conclusão, o presente protocolo mostrou-se factível, tendo obtido ótima adesão por parte da equipe e propiciado redução do tempo de internação. O seguimento do programa determinará mais detalhadamente a sua eficácia e a factibilidade das visitas domiciliares.

Enxertos ósseos liofilizados e impactados humano e bovino em revisão de artroplastia total de quadril

O presente estudo é uma coorte não concorrente em 63 pacientes (66 quadris) submetidos à revisão de artroplastia total de quadril (RATQ), com enxerto ósseo liofilizado moído e impactado. Foi realizado no Serviço de Ortopedia e Traumatologia do Hospital de Clínicas de Porto Alegre (HCPA), no período de maio de 1997 a setembro de 2003. O objetivo do estudo foi comparar clínica, radiográfica e cintilograficamente a capacidade de osteointegração dos enxertos ósseos liofilizados humano e bovino impactados em RATQs cimentadas e não-cimentadas. Os pacientes foram divididos em dois grupos: o Grupo 1 (n=35) foi composto pelos que receberam enxerto ósseo liofilizado de origem humana e o Grupo 2 (n=31) por aqueles que receberam enxerto de origem bovina. O tempo médio de seguimento foi de 33 meses. Os enxertos ósseos purificados e liofilizados foram produzidos pelo Banco de Tecidos do HCPA. A análise clínica baseou-se no escore de Merle, d’Aubigné e Postel; a radiográfica, nos critérios de radioluscência, densidade, formação de trabeculado ósseo, migração dos componentes e floculação, formulando-se um escore radiográfico de osteointegração (EROI). Foram escolhidos, aleatoriamente, como forma complementar de análise por imagem, 35 (53%) pacientes assintomáticos para realizarem cintilografia óssea com Tecnécio, sendo 17 (48,5%) do Grupo 1 e 18 (51,5%) do Grupo 2. Não foram encontradas diferenças clínicas, radiográficas ou cintilográficas relevantes entre os grupos, obtendo-se em torno de 85% de integração do enxerto, tanto no componente acetabular quanto femoral. Estes resultados são comparáveis aos relatados na literatura com o uso de enxerto alogênico congelado e confirmam a adequacidade do uso de enxertos liofilizados de origem bovina e humana em RATQ.

Maxillo-mandibular counter-clockwise rotation and mandibular advancement with TMJ Concepts (R) total joint prostheses Part I - Skeletal and dental stability

The purpose of this study was to evaluate skeletal and dental stability in patients who had temporomandibular joint (TMJ) reconstruction and mandibular counterclockwise advancement using TMJ Concepts total join, prostheses (TMJ Concepts Inc. Ventura, CA) with maxillary osteotomies being performed at the same operation. All patients were operated at Baylor University Medical Center, Dallas TX, USA, by one surgeon (Wolford). Forty-seven females were studied; the average post-surgical follow-up was 40.6 months. Lateral cephalograms were analyzed to estimate surgical and post-surgical changes. During surgery, the occlusal plane angle decreased 14.9 +/- 8.0 degrees. The maxilla moved forward and upward. The posterior nasal spine moved downward and forward. The mandible advanced 7.9 +/- 3.5 mm at the lower incisor tips, 12.4 +/- 5.4 mm at Point B, 17.3 +/- 7.0 mm at menton, 18.4 +/- 8.5 mm at pogonion, and 11.0 +/- 5.3 mm at gonion. Vertically, the lower incisors moved upward -2.9 +/- 4.0 mm. At the longest follow-up post surgery, the maxilla showed minor horizontal changes while all mandibular measurements remained stable. TMJ reconstruction and mandibular advancement with TMJ Concepts total joint prosthesis in conjunction with maxillary osteotomies for counter-clockwise rotation of the rnaxillo-mandibular complex was a stable procedure for these patients at the longest follow-up.

Platelet-rich plasma (PRP) applied during total knee arthroplasty

To evaluate the efficacy of platelet-rich plasma regarding healing, pain and hemostasis after total knee arthroplasty, by means of a blinded randomized controlled and blinded clinical study. Forty patients who were going to undergo implantation of a total knee prosthesis were selected and randomized. In 20 of these patients, platelet-rich plasma was applied before the joint capsule was closed. The hemoglobin (mg/dL) and hematocrit (%) levels were assayed before the operation and 24 and 48 h afterwards. The Womac questionnaire and a verbal pain scale were applied and knee range of motion measurements were made up to the second postoperative month. The statistical analysis compared the results with the aim of determining whether there were any differences between the groups at each of the evaluation times. The hemoglobin (mg/dL) and hematocrit (%) measurements made before the operation and 24 and 48 h afterwards did not show any significant differences between the groups (p > 0.05). The Womac questionnaire and the range of motion measured before the operation and up to the first two months also did not show any statistical differences between the groups (p > 0.05). The pain evaluation using the verbal scale showed that there was an advantage for the group that received platelet-rich plasma, 24 h, 48 h, one week, three weeks and two months after the operation (p < 0.05). In the manner in which the platelet-rich plasma was used, it was not shown to be effective for reducing bleeding or improving knee function after arthroplasty, in comparison with the controls. There was an advantage on the postoperative verbal pain scale.

Plasma rico em plaquetas (PRP) aplicado na artroplastia total do joelho

Objective: To evaluate the efficacy of platelet-rich plasma regarding healing, pain and hemostasis after total knee arthroplasty, by means of a blinded randomized controlled and blinded clinical study. Methods: Forty patients who were going to undergo implantation of a total knee prosthesis were selected and randomized. In 20 of these patients, platelet-rich plasma was applied before the joint capsule was closed. The hemoglobin (mg/dL) and hematocrit (%) levels were assayed before the operation and 24 and 48hours afterwards. The Womac questionnaire and a verbal pain scale were applied and knee range of motion measurements were made up to the second postoperative month. The statistical analysis compared the results with the aim of determining whether there were any differences between the groups at each of the evaluation times. Results: The hemoglobin (mg/dL) and hematocrit (%) measurements made before the operation and 24 and 48hours afterwards did not show any significant differences between the groups (p > 0.05). The Womac questionnaire and the range of motion measured before the operation and up to the first two months also did not show any statistical differences between the groups (p > 0.05). The pain evaluation using the verbal scale showed that there was an advantage for the group that received platelet-rich plasma, 24hours, 48hours, one week, three weeks and two months after the operation (p < 0.05). Conclusions: In the manner in which the platelet-rich plasma was used, it was not shown to be effective for reducing bleeding or improving knee function after arthroplasty, in comparison with the controls. There was an advantage on the postoperative verbal pain scale.

Avaliação da qualidade de vida dos pacientes submetidos a artroplastia total primária do quadril antes e após a cirurgia

Pós-graduação em Saúde Coletiva - FMB

Artroplastia total híbrida nacional em cães Portadores de displasia coxofemoral

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Avaliação da qualidade de vida dos pacientes submetidos a artroplastia total primária do quadril antes e após a cirurgia

Pós-graduação em Saúde Coletiva - FMB