Sobrecrecimiento de huesos largos en conejos mediante estimulación del crecimiento a través de la creación de agujeros metafisarios

Mar 06, 2023

Las mejores ofertas en electrodomésticos en Discover Samsung Sale: lavadoras y secadoras, refrigeradores y más

Mar 08, 2023

Revisión de Sun Joe SPX 3000 XT1 2023

Mar 10, 2023

Eaton ofrece alta especializada

Mar 12, 2023

El Ford Bronco está siendo retirado del mercado debido a duro

Mar 14, 2023

Los osos negros han salido de la hibernación.

Envíe su consulta

ENTREGAR

Apr 29, 2023

Sobrecrecimiento de huesos largos en conejos mediante estimulación del crecimiento a través de la creación de agujeros metafisarios

Informes científicos volumen 13,

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 9284 (2023) Citar este artículo

37 Accesos

Detalles de métricas

Se observó sobrecrecimiento de huesos largos en pacientes pediátricos que se sometieron a reconstrucción del ligamento cruzado anterior. La hiperemia durante la creación de un orificio metafisario y la microinestabilidad creada por el orificio perforado pueden inducir un crecimiento excesivo. Este estudio tuvo como objetivo determinar si la creación de orificios metafisarios acelera el crecimiento y aumenta la longitud del hueso y comparar los efectos de la estimulación del crecimiento entre la creación de orificios metafisarios y la resección perióstica. Seleccionamos conejos blancos machos de Nueva Zelanda de 7 a 8 semanas de edad. La resección perióstica (N = 7) y la creación de orificios metafisarios (N = 7) se realizaron en las tibias de conejos esqueléticamente inmaduros. Se incluyeron siete controles simulados adicionales como controles emparejados por edad. En el grupo del orificio metafisario, el orificio se realizó con un clavo de Steinman al mismo nivel de la resección perióstica y el hueso esponjoso debajo de la fisis se eliminó mediante curetaje. El espacio vacío en la metáfisis por debajo de la fisis se rellenó con cera ósea. Las tibias se recogieron 6 semanas después de la cirugía. La tibia operada fue más larga en el grupo con orificio metafisario (10,43 ± 0,29 cm frente a 10,65 ± 0,35 cm, P = 0,002). El sobrecrecimiento fue mayor en el grupo del orificio metafisario (3,17 ± 1,16 mm) que en el grupo simulado (−0,17 ± 0,39 mm, P < 0,001). El sobrecrecimiento en el grupo del orificio metafisario fue comparable al del grupo de resección perióstica (2,23 ± 1,52 mm, P = 0,287). En conejos, la creación de orificios metafisarios y la interposición con cera ósea pueden estimular el crecimiento excesivo de huesos largos, y la cantidad de crecimiento excesivo es similar a la observada en la resección perióstica.

Se ha informado sobrecrecimiento de huesos largos en poblaciones pediátricas1,2,3,4. Debido al sobrecrecimiento después de la fractura, se ha mencionado como una de las causas la estimulación del crecimiento por desprendimiento o división del periostio, y el efecto del daño perióstico circunferencial sobre el sobrecrecimiento se ha probado a través de diversos estudios en animales5,6,7,8. Sin embargo, también se observa el crecimiento excesivo de un hueso largo sin daño perióstico amplio. También se observó sobrecrecimiento en pacientes pediátricos que se habían sometido a una reconstrucción del ligamento cruzado anterior (LCA)3,9. Durante la reconstrucción del LCA, no hubo daño perióstico circunferencial; en cambio, el orificio de perforación se hizo desde la metáfisis hasta la epífisis, y el orificio se rellenó con un injerto de tendón. El sobrecrecimiento también se informó en niños con fractura metafisaria proximal como fenómeno de Cozen, y el sobrecrecimiento después de la rotura cortical proximal sin daño perióstico extenso se confirmó en un estudio con animales10,11. Es posible que, además del daño perióstico, pueda existir otro mecanismo relacionado con el sobrecrecimiento del hueso.

El aumento de la actividad metabólica en la fisis o la inestabilidad ósea se ha sugerido como otra posible causa del sobrecrecimiento12,13. El agujero cortical realizado al perforar la metáfisis podría aumentar la actividad metabólica en la fisis a través de la hiperemia y el gran agujero cortical estaría relacionado con la inestabilidad ósea. Durante la reconstrucción del LCA, un orificio cortical realizado en la metáfisis de la fisis y la interposición del espacio vacante con el tendón pueden promover la hiperemia y la microinestabilidad ósea3,14.

Presumimos que la creación de un orificio metafisario y la interposición con material diferente del hueso, como el tendón, puede inducir un crecimiento excesivo. Este estudio tuvo como objetivo determinar si la creación de orificios metafisarios acelera el crecimiento óseo y aumenta la longitud del hueso y comparar los efectos de la creación de orificios metafisarios sobre la estimulación del crecimiento con la resección perióstica.

En el grupo de control simulado, no hubo diferencia en la longitud de la tibia entre el lado de control (107,1 ± 2,3 mm) y el lado de la operación (106,7 ± 2,3 mm, P = 0,166). Sin embargo, en el grupo del orificio metafisario, el lado de la operación fue más largo (104,3 ± 2,9 mm frente a 106,5 ± 3,5 mm, P = 0,002). El sobrecrecimiento promedio fue de 3,17 ± 1,16 mm en el grupo del orificio metafisario (P < 0,001) en comparación con -0,17 ± 0,39 mm en el grupo simulado (Fig. 1a).

Sobrecrecimiento de tibias de conejo en grupos de agujeros falsos y metafisarios. ( a ) Análisis de cuantificación de las longitudes de sobrecrecimiento de los grupos de agujeros falsos y metafisarios utilizando imágenes radiográficas de tibias de conejo (n = 7 por grupo). Las longitudes de sobrecrecimiento se midieron con el software Image J. ( b ) Análisis de cuantificación de la tasa de aposición mineral (MAR) simulada y grupos de agujeros metafisarios utilizando las imágenes de doble marcaje de calceína (n = 3 por grupo). MAR (µm/día) = espacio entre líneas de doble fluorescencia/días entre las dos líneas. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001 en comparación con el tratamiento simulado.

En la tinción con H&E, la altura de la placa de crecimiento fue más significativa en el grupo del orificio metafisario (273,1 ± 15,9 µm) en comparación con el grupo simulado (206,6 ± 13,4 µm) (P < 0,001). La tasa de crecimiento en el marcaje óseo con calceína también fue mayor en el grupo con orificio metafisario (12,5 ± 4,94 µm/día) en comparación con el grupo simulado (0,66 ± 0,55 µm/día) (P < 0,01) (Fig. 1b).

En el grupo de resección perióstica, el lado de la operación fue más largo que el lado no operado (107,5 ± 2,0 mm frente a 105,3 ± 2,2 mm, P = 0,008), y el sobrecrecimiento (2,23 ± 1,52 mm) fue significativamente mayor en comparación con el tratamiento simulado grupo (− 0,17 ± 0,39 mm, P < 0,001). Sin embargo, no hubo diferencia en la longitud del sobrecrecimiento entre los grupos de resección perióstica y agujero metafisario (P = 0,219) (Fig. 2).

Imágenes radiográficas de tibias de conejo a las 6 semanas después de la cirugía. La cirugía se realizó en la tibia izquierda.

En el grupo de resección perióstica, la altura de la placa de crecimiento (258,0 ± 14,1 µm) y la tasa de crecimiento (11,73 ± 2,51 µm/día) fueron mayores que las del grupo simulado (P = 0,017, P < 0,05, respectivamente) ( Fig. 3). Sin embargo, no hubo diferencia en la altura de la placa de crecimiento y la tasa de crecimiento (P = 0,287 y P = 0,661, respectivamente) entre los grupos de resección perióstica y agujero metafisario (Tabla 1).

Análisis histológico del crecimiento óseo tras la cirugía. ( a ) Tinción con hematoxilina y eosina para el crecimiento excesivo de hueso utilizando tejidos óseos descalcificados. La distancia entre las líneas punteadas rojas y negras representa una nueva barra de escala de área ósea, 2 mm. ( b ) Análisis de histomorfometría dinámica ósea para evaluar la tasa de crecimiento en la tibia utilizando muestras de hueso sin descalcificar. Para el análisis histomorfométrico dinámico, se inyectó subcutáneamente calceína (15 mg/kg) en los conejos 3 y 7 días antes del sacrificio. Los marcadores dobles de calceína se midieron usando microscopía de fluorescencia. La distancia entre las líneas punteadas rojas y amarillas representa una nueva área ósea.

El crecimiento excesivo de huesos largos se encuentra en la población pediátrica. El sobrecrecimiento femoral después de una fractura es un fenómeno bien conocido, y se cree que el desprendimiento o lesión del periostio es una de las causas del sobrecrecimiento. Sin embargo, también se ha observado crecimiento excesivo después de la reconstrucción del LCA. En estos procedimientos no hay desprendimiento ni división del periostio. En cambio, los componentes clave son la penetración del hueso cortical, la eliminación del hueso esponjoso y el llenado del espacio vacante con tendones. Presumimos que la creación de un orificio metafisario y la interposición con otro material del hueso podría estimular el crecimiento excesivo. La tibia de los conejos demostró un sobrecrecimiento significativo después de la creación del orificio metafisario y la interposición con cera ósea en la que la cantidad de sobrecrecimiento fue comparable a la del procedimiento perióstico.

La longitud del hueso en el grupo del orificio metafisario fue significativamente mayor que en el lado opuesto. El sobrecrecimiento en el grupo del orificio metafisario fue de 3,17 ± 1,16 mm, que fue aproximadamente el 2,9 % de la longitud del miembro operado. Cohen et al. revisó 26 casos de reconstrucciones transfisarias de LCA14. Informaron de un sobrecrecimiento medio de 1,2 ± 3,2 mm, en el que el sobrecrecimiento máximo fue de 7 mm. Calvo et al. revisó 27 pacientes con una edad promedio de 13 años y reportó un sobrecrecimiento promedio de 1,6 mm (rango, −4 a 8 mm)15. Estos estudios estimaron la seguridad de la reconstrucción transfisaria del LCA en hueso inmaduro, por lo que no se encontró crecimiento excesivo cuantificable en sus resultados. Sólo Zimmerman et al. reportaron sobrecrecimiento de tibia de 1 cm y sobrecrecimiento de fémur de 1,8 cm, que representaron alrededor del 2,4 % y el 3,5 % de cada hueso después de la reconstrucción transfisaria del LCA, en un niño de 10 años3. Esta tasa de sobrecrecimiento de la tibia fue similar a nuestro hallazgo. Sin embargo, no hicimos un agujero en la fisis para evitar daños directos; por lo tanto, el efecto del daño fisario fue difícil de predecir directamente.

Si el daño fisario y la interposición con el ligamento estimulan el crecimiento excesivo durante la reconstrucción del LCA, es posible que no se produzca un crecimiento excesivo en este estudio porque hicimos el orificio debajo de la fisis. Sin embargo, notamos un crecimiento excesivo después de crear el orificio metafisario y la interposición con cera ósea sin violación fisaria. También se ha informado sobrecrecimiento después de todas las reconstrucciones de LCA epifisarias2,16,17. Durante todas las reconstrucciones de LCA epifisarias, no hay daño fisario, pero puede ocurrir hiperemia a través de la perforación epifisaria. En un estudio previo en conejos, cuando se interrumpió el suministro de sangre metafisaria a la placa epifisaria, la parte central de la placa se engrosó y se estimuló el crecimiento a través de la hiperemia18. También se observó la restauración del crecimiento suprimido después de la resección de la barra fisaria o el crecimiento guiado. Yuan et al.19 reportaron un sobrecrecimiento de 0,8 cm en el fémur y 0,3 cm en la tibia proximal después de la resección de la barra fisaria. La resección de la barra fisaria es similar a nuestro protocolo de investigación en cuanto a la creación del orificio metafisario y la interposición de cera ósea, excepto por la penetración de la fisis. En este procedimiento no hubo un daño perióstico amplio, por lo que la hiperemia o disminución de la tensión en la fisis sería causa de sobrecrecimiento. Un artículo de revisión comentó sobre el fenómeno de rebote como un crecimiento excesivo después de la extracción del implante20. No hay daño fisario durante la inserción de ocho placas. El rebote podría resultar de la restauración de la función fisaria; sin embargo, la placa de ocho aumenta la tensión o la estabilidad del periostio en la fisis y, por lo tanto, el crecimiento excesivo después de la extracción del implante puede estar relacionado con la disminución de la tensión o la estabilidad del periostio. Por lo tanto, en nuestra opinión, el propio orificio de perforación y la inestabilidad debida al orificio pueden estar relacionados con el crecimiento excesivo a través de la hiperemia y la disminución de la tensión alrededor de la fisis.

El sobrecrecimiento en el grupo del orificio metafisario (3,17 ± 1,16 mm) fue significativo en comparación con el del grupo simulado, y la cantidad de sobrecrecimiento fue comparable a la del grupo de resección perióstica (2,23 ± 1,52 mm). Los procedimientos periósticos (extirpación, división, transección y resección) son procedimientos quirúrgicos conocidos que han demostrado la capacidad de acelerar el crecimiento1,7,8,21,22,23. Wilde et al.24 informaron que la liberación perióstica circunferencial disminuyó la desigualdad de longitud de las piernas por estimulación del crecimiento. Limpaphayom et al.1 realizaron la extracción y/o división del periostio en la extremidad más corta de 11 niños, en los que ocho pacientes lograron igualar la longitud de la extremidad. Sin embargo, este procedimiento requiere una incisión amplia, y el sobrecrecimiento significativo se informó solo en tres casos como 2,3, 2,7 y 4,2 cm de ganancia de longitud. Además, todavía no sabemos qué procedimiento es el más efectivo para el sobrecrecimiento. La resección perióstica creó una aceleración inmediata y sostenida del crecimiento en un estudio de cordero, como resultado de la elongación axial del condrocito hipertrófico8. Halanski et al.7 compararon todos los procedimientos periósticos informados en conejos, incluida la resección perióstica. Llegaron a la conclusión de que la sección transversal de las fibras periósticas orientadas longitudinalmente parece crítica para acelerar el crecimiento en un modelo de conejo. El procedimiento crítico en el periostio no es el ancho sino la sección transversal de la fibra. Además, la división hemicircunferencial del lado medial provoca regularmente una angulación en valgo en conejos5,6. Durante la creación del orificio metafisario, el periostio se daña parcialmente con el clavo de Steinman. En nuestra opinión, este pequeño daño perióstico también puede estar asociado con un sobrecrecimiento.

Este estudio tuvo varias limitaciones. En primer lugar, aunque el uso de un modelo de conejo es una opción económicamente racional y óptima para realizar una operación reproducible, también plantea la cuestión de si estos hallazgos se aplican a la práctica clínica. Las conclusiones de este estudio deben limitarse a los conejos, hasta que los hallazgos se confirmen en estudios de animales más grandes. En segundo lugar, creemos que la hiperemia debida a la creación del orificio metafisario por rotura cortical, la inestabilidad debida al gran orificio y el daño parcial del periostio durante la rotura cortical son las causas del sobrecrecimiento. Sin embargo, no pudimos determinar la circunstancia máxima para el sobrecrecimiento. Se deben realizar estudios adicionales que traten con diferentes materiales de interposición, como un tendón real, diferentes tamaños de orificios metafisarios o una ubicación diferente del orificio metafisario. A pesar de estas limitaciones, cabe señalar que este estudio fue el primero en evaluar la causa del crecimiento excesivo después de la reconstrucción del LCA.

La creación de orificios metafisarios y la interposición con cera ósea en conejos podría estimular el crecimiento excesivo del hueso largo. La cantidad de sobrecrecimiento fue comparable a la de la resección perióstica.

Elegimos un modelo de conejo, ya que el tamaño del conejo en un estudio anterior era el más pequeño entre los mamíferos de laboratorio fácilmente disponibles que permitían realizar diferentes procedimientos quirúrgicos de manera reproducible. Seleccionamos conejos blancos machos de Nueva Zelanda de 7 a 8 semanas de edad. Todos los experimentos con conejos fueron aprobados por el Comité de Ética de Experimentos con Animales y se realizaron de acuerdo con las pautas y regulaciones pertinentes. Todos los conejos se aclimataron a la instalación de cuidado de animales durante un promedio de 7 días, el veterinario de la instalación aprobó su uso en el estudio y se sometieron al procedimiento quirúrgico designado. Veintiún conejos blancos de Nueva Zelanda se obtuvieron de proveedores comerciales (macho, 2-2,5 kg).

La resección perióstica (N = 7, grupo de resección perióstica) y la creación de orificios metafisarios (N = 7, grupo de orificios metafisarios) se realizaron en las tibias de conejos esqueléticamente inmaduros. Se incluyeron siete controles simulados adicionales como controles emparejados por edad (grupo simulado). En total, se asignaron aleatoriamente 21 conejos.

Se realizó una incisión cutánea medial longitudinal de aproximadamente 1 a 2 cm de longitud sobre la región tibial proximal izquierda para cada procedimiento. Los músculos se elevaron de la tibia, provocando una alteración mínima del periostio subyacente (ficticio). En el grupo de resección del periostio, se eliminó el periostio por debajo de la inserción visible del ligamento colateral medial distal como una tira de periostio circunferencial, de 10 mm de ancho. En el grupo del orificio metafisario, el orificio se realizó con un pin de Steinman al mismo nivel bajo el intensificador de imágenes, y el hueso esponjoso debajo de la fisis se eliminó mediante curetaje (Fig. 4). El espacio vacante en la metáfisis debajo de la fisis se rellenó con cera ósea en lugar de tendón porque el tendón es difícil de captar y podría causar otros daños relacionados con el crecimiento. Las tibias se recogieron 6 semanas después de la cirugía.

La cirugía se realizó en la tibia izquierda de conejos que pesaban entre 2,5 y 3 kg. Se realizó una incisión cutánea medial longitudinal sobre las regiones tibiales proximales izquierdas, de aproximadamente 1-2 cm de longitud, en cada grupo. Durante la creación del orificio metafisario, se utilizó un pin de Steinman en lugar de un taladro para evitar el daño térmico. El espacio vacío se rellenó con cera de hueso.

Nuestro objetivo principal era determinar si la creación del orificio metafisario aceleraba el crecimiento y aumentaba la longitud del hueso. Comparamos la longitud de la tibia entre los lados operados y no operados en el orificio metafisario y en los grupos de control simulados. Calculamos el sobrecrecimiento en comparación con el del miembro contralateral. Calculamos la tasa de crecimiento de hueso nuevo mediante tinción doble con azul de calceína. El sobrecrecimiento y la tasa de crecimiento en el grupo del orificio metafisario se compararon con los del grupo de control simulado.

Nuestro objetivo secundario fue comparar los efectos de la creación de agujeros metafisarios en la estimulación del crecimiento con la resección perióstica. Comparamos la longitud de la tibia, el sobrecrecimiento y la tasa de crecimiento entre los grupos con orificio metafisario y resección perióstica.

Después de la recolección, se extrajeron los tejidos blandos que rodeaban las tibias. Luego, los huesos se colocaron de manera óptima y se tomaron imágenes utilizando un sistema de rayos X REX-650R de alta resolución (Listem, Gangwon-do, Corea) y el software CS-7 (Konica Minolta, Osaka, Japón). La longitud se determinó midiendo la distancia entre las eminencias tibiales proximalmente al pilón tibial distal utilizando el software Image J (Aspire Software International, Leesburg, VA, EE. UU.). La medición se realizó a ciegas para minimizar los efectos del sesgo subjetivo.

Para la histomorfometría ósea de tibia de conejo, se realizó doble marcaje, mediante administración subcutánea de 25 mg/kg de calceína (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, EE. UU.), 3 y 7 días antes del sacrificio. Todos los conejos fueron sacrificados 6 semanas después de la cirugía. Se usaron ambas tibias por conejo para el análisis histológico. A temperatura ambiente, las tibias se fijaron durante 1 semana en una solución de formaldehído al 3,7 %. Las muestras de tibia sin descalcificar se incrustaron en un bloque de resina plástica y se produjeron secciones de 50 ± 5 μm utilizando un sistema de trituración (EXAKT 400CS, KULZER, Norderstedt, Alemania). Las imágenes de fluorescencia del hueso marcado se capturaron con un sistema Pannoramic 250 Flash III (Histech, Budapest, Hungría) y se analizaron con el software Caseviewer (3DHistech, Hungría). Después del análisis de histomorfometría ósea, las tibias se extrajeron del bloque de resina y se descalcificaron con EDTA 0,5 M durante 6 semanas. Después de la inclusión en parafina, se cortaron secciones de 5 μm de espesor utilizando un micrótomo rotatorio. Las secciones se tiñeron secuencialmente usando hematoxilina y eosina (H&E) y tricrómico de Masson.

Los análisis estadísticos se realizaron utilizando el software SPSS versión 23 (IBM, Armonk, NY, EE. UU.). Se aplicó la prueba de Shapiro-Wilks para verificar la distribución de datos. Se utilizó la prueba t pareada o la prueba de rango con signo de Wilcoxon para comparar la longitud de la tibia entre los lados operados y no operados. Se utilizó la prueba t independiente o la prueba U de Mann-Whitney para comparar el crecimiento excesivo, la altura de la placa de crecimiento o la tasa de crecimiento entre los grupos. La significación estadística se fijó en P < 0,05.

Todos los experimentos con conejos fueron aprobados por el Comité de Ética de Experimentos con Animales en el Instituto de Investigación Biomédica de Yonsei, Facultad de Medicina de la Universidad de Yonsei (Permiso No. 2020-0102). Los estudios en animales se realizaron de acuerdo con las pautas ARRIVE.

Los conjuntos de datos generados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

Limpaphayom, N. & Prasongchin, P. Técnica quirúrgica: igualación de la longitud de las extremidades inferiores mediante extracción y división del periostio. clin. Orthop. Relativo Res. 469, 3181–3189 (2011).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Nathan, ST, Lykissas, MG & Wall, EJ Estimulación del crecimiento después de una reconstrucción del ligamento cruzado anterior totalmente epifisario en un niño. JBJS Caso Conectar. 3, e14 (2013).