L'ostesintesi è un complesso ma robusto processo che comincia con la frattura e prosegue mediane una cascata di eventi biologici diretti a ristabilire la funzionalità meccanica dell'osso. Il metodo di guarigione ossea primario o secondari (diretto o indiretto) è influenzato da fattori intrinseci del paziente e della frattura e da fattori estrinseci del metodo di riparazione della frattura e trattamenti complementari. Molte strategie e strumenti sono stati sviluppati per supportare o stimolare un normale e vigoroso processo di guarigione. È utile dividere queste strategie in tipo meccanico e biologico. Le strategie meccaniche consentono di riallineare i frammenti della frattura e ridurre il movimento presso la frattura per permetterle di guarire. Le strategie biologiche permettono di preservare o stimolare il normale processo di guarigione, che infine porteranno a ristabilire la funzionalità dell'osso. Se queste strategie, quelle meccaniche o quelle biologiche o entrambe, sono insufficienti, avremo ritardo della guarigione della frattura (unione ritardate), e / o un insuccesso della guarigione (non-unione), e / o riposizionamento dei frammenti in modo errato (mal-unione).
Inadeguato ambiente meccanico
La meccanica è lo studio delle forze su un sistema materiale. In questo senso, la meccanica può essere divisa in una configurazione geometrica della guarigione della frattura e dell'osso guarito, come delle forze e della resultante mobilità dei frammenti. L'obbiettivo finale nella riparazione delle fratture è ottenere un osso rimodellato e funzionale, compresi la sua lunghezza, angolazione, l'orientamento delle articolazioni adiacenti, dimensioni e volume, nonché relazione con i tessuti molli adiacenti.
Un gap eccessivamente ampio può inabilitare i meccanismi di guarigione. In uno studio, creando un gap di 21mm di frattura in un femore di diametro 14mm, pur se ben fissato in posizione con una placca ossea l'osso andrà incontro a non-unione48. Altri studi hanno
cercato di definire il gap massimo sopportabile, ma non sono arrivati a risposte sicure. Indicativamente un gap simile allo spessore dell'osso è molto a rischio.
Il secondo fattore meccanico consiste dalla forza e dalla risultante mobilità dei frammenti della frattura. La mobilità ha effetto sui tessuti in sviluppo e può distorcere, proteggere o
danneggiare le cellule. Una appropriata mobilità è una parte essenziale della guarigione dell'osso perché attiva si le cellule proliferative sia la loro differenziazione. Una fissazione estremamente rigida riduce i movimenti interframmentari, quindi in un grado minore di formazione del callo. Non è semplicemente la mobilità, ma anche la sua direzione e la sua intensità che influenza la guarigione. Le cellule staminali rispondono in modo differente alle direzione di forze applicate. Durante il carico di peso, molte forze lungo la diafisi sono assiali, comprimono il tessuto di guarigione, e quindi come un pallone si crea una tensione all'esterno della frattura. Questa tensione risulta in una tensione idrostatica, che è l'ambiente meccanico più favorevole per la formazione dell'osso ed è la ragione per cui nella formazione del callo l'osso si crea prima nella porzione esterna del callo. Vicino al centro del callo, le cellule staminali sono soggette più spesso a forze compressive, quindi la condrogenesi è favorita. Lo stesso effetto si ottiene mediante tensione come nelle ostegenesi da distrazione. Quando i segmenti ossei sono distratti, le cellule mesenchimali sono sottoposte ad una forza tensile e idrostatica fra entrambi i margini della frattura. È incoraggiata una nuova fondazione di osso, e spesso ne viene apposto molto molto più del necessario.
Il risultante delle forze, e più importante, il risultante della mobilità deve essere considerato. È essenziale che la tensione non ecceda il limite tollerabile del tessuto, o che danneggi i tessuti e le cellule limitrofe. Nello sviluppo del callo per la frattura, il tessuto fibroso è quello che meglio tollera la tensione, poi c'è la cartilagine e infine l'osso. Quindi se la tensione limite dell'osso viene superata, si forma un danno nel tessuto e viene riempito di cartilagine. Se anche questa viene danneggiata, si riparte dal tessuto fibroso. In una situazione reale, può essere visto che in fratture con gap di 1mm possono tollerare solo un piccolo spostamento o un accorciamento di 0,3mm. In contrasto, una frattura comminuta con molti frammenti, la tensione sarà distribuita lungo molti frammenti e molti gap. Una area di frattura altamente comminuta può potenzialmente tollerare molti millimetri di tensione. Tuttavia, molti altri fattori possono influenzare la tensione tollerabile massima. La dimensione del gap ha influenza sull'effetto della tensione. Una tensione maggiore sembra incoraggiare guarigioni più forti in gap piccoli, mentre meno tensione è tollerata in gap più larghi. In uno studio, una tensione del 30% ha un effetto positivo sulla guarigione di una frattura di un gap di un 1mm se comparata ad una con il
7% di tensione, ma una tensione di 30% ha molti effetti negativi sulla guarigione dell'osso con una frattura più larga di 6mm, e la tensione più bassa ha il risultato migliore. Per piccoli gap, movimenti interframmentari più grandi risultano in un callo più grande. Per grandi gap, i movimenti interframmentari inibiscono la stimolazione del callo.
Anche se clinicamente è meno significante, la guarigione di una frattura è inibita anche se troppa poca tensione è sottoposta nel sito di frattura. Dovrebbero essere evitati impianti che limitano la tensione a meno di 1-2%.
Non è solo il grado della deformazione ma anche l'orientamento delle forze sulle cellule che influenza la risposta cellulare. Cellule del callo di guarigione sono sottoposte a compressione, tensione o slittamento. La compressione e la tensione sono le forze predominanti nello scheletro, se valutiamo la flessione come una risultante di queste due, e non causano gravi danni alle cellule o al callo osseo. Lo slittamento e la rotazione invece devono essere assolutamente evitati nel sito di frattura, specie nelle fratture oblique.
Unioni ritardate
Una unione ritardata è un prolungamento nel tempo necessario per la guarigione della frattura. Il correlato enigma clinico con questa definizione è che questo assume una eventuale guarigione. Retrospettivamente, una frattura che richiede un più lungo periodo per guarire rispetto a quello atteso, è ritardata. Ma questo richiede la conoscenza del tempo esatto atteso e quello – postumo – che sarà necessario a guarire la frattura. Un chirurgo può osservare che il processo di guarigione è ritardato ma tuttavia non sarà abile per giudicare se è il tempo massimo e sopratutto se lo farà o no.
Le ossa rotte variano molto nel tempo atteso per l'ostesintesi. Il tempo atteso dipende da molti fattori ed è qualcosa di soggettivo. Una frattura a legno verde in un paziente di poche settimane guarisce in poche settimane, ma una frattura altamente comminuta in un paziente anziano e con danni metabolici può richiedere alcuni mesi. La chiave per gestire pazienti con fratture a rischio consiste in riconoscere in anticipo cause di peggioramento del processo di guarigione e pianificare un adeguato impianto prima della fissazione, ed effettuare dei controlli radiografici più serrati nel tempo. Se la frattura è stagnante, e non si forma nessun callo osseo, la non-unione o unione ritardata è diagnostica e un intervento rapido anche chirurgico è indicato.
Meccanicamente, le cause più comuni sono un gap eccessivo o una eccessiva mobilità. Gap i frattura più largo richiede un tempo più lungo di guarigione rispetto ad uno più piccolo, e una mobilità maggiore nel sito di frattura stimola la proliferazione cellulare formando alla fine un callo di dimensioni maggiori.
Non unione
Una frattura che fallisce nel progredire nella osteosintesi è una non-unione. La causa potrebbe essere il fallimento nella creazione di un adeguato ambiente meccanico, biologico o entrambi. Se l'ambiente biologico della frattura è adeguato e inizia una risposta nella guarigione, la non-unione è classificata come vitale, e successivamente classificata ulteriormente in ipertrofica, normotrofica o oligotrofica, in base al callo presente.
Le non-unioni ipertrofiche hanno un callo di dimensioni notevoli e possono apparire con l'apparenza tipo piede ad elefante su entrambi i lati della linea di frattura. Questo è comunemente dovuto ad una eccessiva mobilità o inadeguato ambiente meccanico nel sito di frattura. La mobilità stimola una risposta cellulare e quindi aumenta la dimensione del callo. Il trattamento deve comprendere l'eliminazione della mobilità eccessiva e quindi un impianto più stabile. Il tessuto fibroso nella zona di frattura deve essere rimosso in sede chirurgica.
Le non-unioni oligotrofiche sono vitali, ma non ci sono evidenti segni radiografici di attività nel sito di frattura. Per questo, è difficoltoso differenziarla dalle non-unioni non vitali. La causa di queste non è semplicemente un eccesso di mobilità ma anche la assenza di attività cellulare. Una comune complicazione che esita in una non-unione oligotrofica è consiste nella perdita degli impianti nella area di frattura. Perdita degli impianti spesso indica instabilità, e può anche danneggiare la vascolarizzazione del sito di frattura. Il trattamento consiste nel rimuovere gli impianti, eliminare la mobilità interframmentaria e re-installare un ambiente biologico attivo, anche mediante inserti ossi autologhi, matrice ossea demineralizzata, o fattori di crescita.
Non-unioni atrofiche richiedono il rinnovo di tutto l'osso non vitale e rigenerazione di nuovo osso. In molti casi si richiede l'amputazione dell'arto, in funzione di una prognosi negativa. Se l'osteosintesi è stabile, sono stati fatti alcuni tentativi di successo con una promozione aggressiva della attività cellulare mediante introduzione di fattori di crescita o
inserti ossei autologhi, che sono la fonte più ricca di cellule. Ultimamente sono disponibili anche fattori di crescita sintetici in commercio, come rhBMP-2 o rhBMP-7 49 .
Mal-unione
Le mal-unioni sono il risultato del fallimento nel ristabilire meccanicamente la forma e la funzione della frattura, durante il processo di guarigione. Il naturale e spontaneo processo di guarigione dell'osso è funzionale, e la guarigione può avvenire anche senza intervento chirurgico. Tuttavia, la guarigione può avvenire con l'arto posizionato in modo non naturale (malallineamento).
Negli animali, un accorciamento dell'osso è più tollerato rispetto all'uomo. Anche alcune traslazioni sono ben tollerate. In alcune ossa, come la tibia, un allineamento imperfetto sul piano sagittale è consentito perché adeguatamente compensato dalle articolazioni adiacenti. Più precisione è richiesta sul piano rotazionale e da mediale a laterale (frontale). Un allineamento impreciso in questi orientamenti nello spazio spesso risultano in una diminuzione importante della funzionalità dell'arto.
Il trattamento delle mal-unioni in caso di malfunzione intollerabile dell'arto consiste nell'intervento chirurgico. Le tecniche usato per corregge la malunione variano, dipendendo dall'osso e dalle condizioni del paziente. Molte di queste tecniche sono usate nell'ortopedia chirurgica per risolvere le deformità angolari. L 'obbiettivo della chirurgia sarebbe far tornare l'osso ad una forma fisica normale. A differenza delle normali chirurgie ortopediche, in queste vengono a mancare del tutto ogni riferimento anatomico abituale, quindi è fortemente consigliato uno studio tomografico per apprezzare la malformazione nella sua tridimensionalità.
I metodi di fissazione variano molto ma comunemente vengono usate le placche, sopratutto nelle estremità alte (femore e omero) e pelvi. Le placche a stabilità angolare hanno utilità addizionale in quando non necessitano di essere compresse all'osso. Lo svantaggio delle placche bloccate è soprattuto la loro rigidità di uso e che non sono ben disegnate per la compressione. Nelle estremità distali hanno una ottima funzionalità i fissatori esterni, che non sono oggetto di questa tesi.