Utilización de fuerzas físicas en la consolidación ósea

Utilización de fuerzas físicas en la consolidación ósea Fred R. T. Nelson, MD, Carl T. Brighton, MD, PhD, James Ryaby, PhD, Bruce J. Simon, PhD, Jason H. Nielson, MD, Dean G. Lorich, MD, Mark Bolander, MD, PhD y John Seelig, MD

Resumen En las últimas dos décadas, se ha aprobado la utilización de varias modalidades terapéuticas físicas para el tratamiento de las ausencias y los retrasos de consolidación. La estimulación con corriente directa implantable es eficaz para el tratamiento de las ausencias de consolidación establecidas de las extremidades y como medida coadyuvante para conseguir las artrodesis de columna. Los campos de pulsos electromagnéticos y el acoplamiento por capacitación inducen corrientes que atraviesan las partes blandas, lo que produce voltaje y corrientes de pequeña magnitud en el foco de fractura. Puede que los campos electromagnéticos pulsados sean tan efectivos como la cirugía en el tratamiento de las ausencias de consolidación de las extremidades. El acoplamiento por capacitación parece ser eficaz tanto en las ausencias de consolidación de las extremidades como en las artrodesis lumbares. Los ultrasonidos de baja intensidad se han utilizado para acelerar la consolidación normal de las fracturas y para tratar los retrasos de consolidación. Su uso se ha aprobado recientemente para el tratamiento de las ausencias de consolidación. A pesar de los diferentes mecanismos de estimulación de la consolidación ósea, todas estas señales producen un aumento del calcio intracelular, lo que conduce a la formación de hueso. J Am Acad Orthop Surg (Ed Esp) 2003;2:388-398 J Am Acad Orthop Surg 2003;11:344-354

La ausencia de consolidación se ha definido como la ausencia de cambios demostrables en la consolidación de una fractura en radiografías seriadas a lo largo de un período de 3 meses.1 El retraso de consolidación se define como menor velocidad de consolidación de lo esperable de una fractura, sin que ello implique expectativas sobre la posible consolidación o ausencia de consolidación. De los aproximadamente 6 millones de fracturas de las extremidades que se producen anualmente en los Estados Unidos,2,3 entre el 5 y el 10% desarrollan retraso o ausencia de consolidación.3 Si se estima que el coste medio en salarios perdidos y tratamiento médico adicional es de 10.000 dólares por cada uno de estos casos, las pérdidas económicas anuales se sitúan entre 3 y 6 billones de dólares. En un intento de reducir los problemas asociados a la consolidación de las fracturas, se han combinado nue-

388

vos métodos de fijación interna o externa de las fracturas con la transmisión precoz en el momento adecuado de fuerzas fisiológicas que atraviesan el foco de fractura.4 Además, se han desarrollado varias opciones terapéuticas para estimular la consolidación óptima normal, los retrasos y las ausencias de consolidación.5 Entre estas opciones se encuentran la corriente continua (CC), los campos electromagnéticos pulsados (CEMP), el acoplamiento por capacitación y el ultrasonido. En las últimas dos décadas se estima que se han tratado con campos físicos aproximadamente 400.000 ausencias de consolidación, retrasos de consolidación y artrodesis. En enero de 2000, la Sociedad para la Regulación Física en Biología y Medicina promovió una reunión para revisar las aplicaciones clínicas y los mecanismos de acción de estas modalidades. El material más importante presenta-

do en esa reunión se ha organizado en un formato que permite ayudar a los clínicos a utilizar con mayor eficacia y conocimiento estas señales clínicas. Los médicos deberían estar familiarizados con los términos usados habitualmente y sus definiciones (tabla 1) y conocer la historia del uso clínico de estas fuerzas físicas. Para realizar una aplicación clínica óptima, es necesario comprender en profundidad los mecanismos de acción, indicaciones de

El Dr. Nelson es Director of Resident Education, Henry Ford Hospital, Detroit, MI. El Dr. Brighton es Paul B. Magnuson Professor Emeritus of Bone and Joint Surgery, Department of Orthopaedic Surgery, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA. El Dr. Ryaby es Senior Vice President, OrthoLogic, Tempe, AZ. El Dr. Simon es Director of Research, EBI, Parsippany, NJ. El Dr. Nielson es Chief Resident, Department of Orthopaedic Surgery, Jacoby Medical Center, Bronx, NY. El Dr. Lorich es Associate Director, Orthopaedic Trauma Surgery, Hospitals for Special Surgery, New York, NY. El Dr. Bolander es Professor of Surgery, Mayo Clinic, Rochester, MN. El Dr. Seelig es Doctor of Neurosurgery, San Diego, CA. Ninguno de los siguientes autores ni los departamentos con los que están asociados han recibido ningún tipo de ayuda ni poseen acciones en ninguna empresa comercial o institución relacionada directa o indirectamente con el tema de este artículo: Dr. Nelson, Dr. Nielson, Dr. Lorich, y Dr. Seelig. El Dr. Brighton o el departamento con el que está asociado han recibido ayudas para la investigación o apoyo institucional de Bioelectron. El Dr. Brighton o el departamento con el que está asociado han recibido royalties de Biolectron. El Dr. Brighton o el departamento con el que está asociado son asesores o empleados de Bioelectrón. El Dr. Ryaby o el departamento con el que está asociado son asesores o empleados de OrthoLogic. El Dr. Simon o el departamento con el que está asociado tienen acciones u opciones de compra en Biomet. El Dr. Bolander o el departamento con el que está asociado han recibido ayudas para la investigación o apoyo institucional de Simth & Nephew y Exogen. Copyright 2003 by the American Academy of Orthopaedic Surgeons.

Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons (Edición Española)

68

Fred R. T. Nelson, MD y cols.

Tabla 1 Términos y definiciones Definición

Término Fuerzas físicas Estimulación eléctrica directa Campos electromagnéticos pulsados (CEMP) Acoplamiento por capacitación

Incluye cualquier fuerza mecánica, eléctrica o sónica aplicada a un área de consolidación ósea de una fractura. Es diferente de los tratamientos de osteoinducción bioquímica Supone la implantación de un cátodo en el área de estimulación ósea deseada y un ánodo con batería colocado subcutáneamente. Se proporciona una corriente directa constante de 20 µA Utilización de bobinas magnéticas que reciben una corriente eléctrica pulsada específica que produce una densidad de flujo magnético de 0,1 a 18 G en forma de un tren de pulsos, con una frecuencia de 15 Hz o una frecuencia sinusoidal de 76 Hz. Un tren de pulsos es una secuencia rápida, habitualmente de 20 picos repetidos de 220-µsec. Un gauss (G) es una unidad de flujo eletromagnético. (El campo geomagnético de la tierra es de aproximadamente 0,6 G) Requiere dos electrodos de superficie que se colocan en la piel a través del foco de fractura. Se genera una señal de onda sinusoidal de 60 kHz utilizando una batería de 9 V; esto produce un campo interno de 0,1 a 20 mV/cm y una densidad de corriente de 300 µA/cm2 que el paciente no percibe

uso, y resultados clínicos de los dispositivos que generan las fuerzas físicas que influyen sobre la consolidación de las fracturas (tabla 2).

Historia del desarrollo de los campos físicos En 1841, Hartshorne6 describió un caso de ausencia de consolidación de una fractura que fue tratada con «descargas de fluido eléctrico aplicadas a diario a través del espacio entre los extremos del hueso». Lente7 describió en 1850 tres casos de retraso o ausencia de consolidación tratados

con corrientes galvánicas. Más de 100 años más tarde, la estimulación eléctrica del hueso obtuvo nuevo apoyo científico y clínico cuando Fukada y Yasuda8 descubrieron los «potenciales piezoeléctricos» generados con la aplicación de tensiones mecánicas sobre la estructura cristalina del hueso. Al mismo tiempo, el ultrasonido comenzó a mostrar resultados prometedores como método para estimular la consolidación de las fracturas. En 1953, Corradi utilizó ondas continuas de ultrasonido para estimular la consolidación de las fracturas, consiguiendo aumentar el callo perióstico.9

Una hipótesis básica en la aplicación de las fuerzas físicas es que los potenciales eléctricos generados por tensiones pueden constituir una de las señales reguladoras implicadas en el proceso de formación de hueso. La idea de que los campos eléctricos pueden ser importantes en el proceso de reparación fue introducida a principios de los 60 por Bassett y Becker.10 Se utilizó una transformación de Fourier para descomponer la señal electromagnética en sus componentes mayores y menores, con el fin de predecir la tasa biológicamente importante de generación de potenciales eléctricos en el hueso produci-

Tabla 2 Dispositivos que generan fuerzas físicas Dispositivo

Forma de la onda

Corriente directa Campos electromagnéticos Acoplamiento por capacitación Campos electromagnéticos pulsados y modificados Campos electromagnéticos combinados Ultrasonidos

20 µA Series de 4,5-msec de duración de 20 pulsos de 18 G y 220-µsec repetidos a 15 Hz 60 kHz, 10 µA (rcm), 6 V de pico a pico generada utilizando una batería de 9 V Campo de 790-mG con series de 21 pulsos de 260µsec y una frecuencia de repetición de 15 hz Campo magnético de CA sinusoidal de 40-µT (400 mG) a 76,6-Hz sobre un campo magnético de 20-µT de CC Sinusoidal

Campo eléctrico tisular Tal y como se proporciona 1,5 mV/cm; 10 µA/cm2 0,1 a 20 mV/cm y 300 µA/cm2 a 60 kHz 4 mV/cm de pico a pico Efecto del campo magnético, no del campo inducido N/A

rcm = raíz cuadrada media. N/A = no aplicable.

69

Vol 2, N.o 6, Noviembre/Diciembre 2003

389

Utilización de fuerzas físicas en la consolidación ósea da por tensiones mecánicas.10 Este estudio sirvió como base para seleccionar uno de los CEMP que se utiliza en la actualidad. La adquisición de nuevos conocimientos sobre la naturaleza de los campos eléctricos endógenos en biología condujo al desarrollo de los campos de electricidad directa que se emplean actualmente.11 Posteriormente se experimentó un mayor desarrollo de los CEMP y de los campos magnéticos combinados (CC y CA). Se utilizó un modelo de fractura en peroné de conejo para definir la curva dosis-respuesta para el acoplamiento por capacitación en la consolidación de las fracturas. La modalidad más efectiva para la inducción de la consolidación fue un campo interno de 220 mV con una densidad de corriente de 250 µA.12 Los efectos del ultrasonido sobre la estimulación del callo de fractura han sido investigados por numerosos autores utilizando una gran variedad de modelos animales.9 Pilla y cols.13 demostraron que períodos breves (20 min/día) de pulsos de ultrasonido (series de 200 µsec de ondas sinusoidales de 1,5 MHz repetidos a 1 kHz) con baja intensidad (30 mW/cm2) aceleraron la recuperación de la resistencia a la torsión y la rigidez en una osteotomía de tercio medio de peroné en conejo. Aunque la mayor parte de los estudios clínicos realizados en humanos durante el desarrollo de estos dispositivos fueron retrospectivos, en la actualidad existen estudios prospectivos controlados. Sin embargo, la mayor parte de estos tienen en cuenta como resultado final únicamente la presencia o ausencia de consolidación. Otros parámetros importantes para el resultado, como la reincorporación al trabajo o actividades específicas, no se han publicado, aunque resultan importantes para valorar el papel de estos dispositivos en comparación con técnicas alterativas para estimular la consolidación de la fractura. La revascularización, como en el forage realizado en la osteonecrosis de la cabeza femoral, y la estimulación de la reparación cartilaginosa en la artrosis constituyen nuevas aplicaciones potenciales para es-

390

tas metodologías que actualmente se encuentran en investigación.

Corriente directa Principios científicos En 1981, Brighton y cols.11 demostraron que con la estimulación eléctrica directa desciende la pO2 y aumenta el pH en la vecindad del cátodo. La reducción de la pO2 favorece la formación de hueso; Brighton y cols.11 encontraron valores de pO2 menores en la unión cartílago-hueso de la placa de crecimiento y en el hueso y cartílago neoformados en el callo de fractura. Entre los mecanismos celulares de la osteogénesis inducida por corriente eléctrica está el aumento de la síntesis de proteoglicanos y colágeno14 (tabla 3). Datos clínicos Tras la demostración clínica inicial de la consolidación de las fracturas en 1971 por parte de Friedenberg y cols.,57 Brighton y cols.22 publicaron en 1977 un artículo sobre la utilización de CC mediante la implantación percutánea de un eletrodo en ausen-

cias de consolidación tibiales con una evolución media de 3,3 años. Treinta y nueve de las 57 ausencias de consolidación consolidaron con un régimen de tratamiento de 10 a 20 µA durante 12 semanas. Los datos de este estudio y de modelos animales permitieron determinar que la corriente de elección era la de 20 µA. En 1981, Brighton y cols.11 publicaron una serie de 178 ausencias de consolidación tratadas con 4 cátodos insertados percutaneamente, cada uno de los cuales proporcionaba 20 µA, consiguiéndose la consolidación en 149 casos. Las tasas de éxito fueron del 83,3% en el caso de las ausencias de consolidación tibial, 66,7% en las ausencias de consolidación de clavícula y del 61,5% en el caso de las ausencias de consolidación de húmero. La presencia de una pseudoartrosis con recubrimiento sinovial impidió la consolidación. Indicaciones actuales En 1979, la Food and Drug Administration (FDA) norteamericana aprobó la utilización de la CC en ausencias de consolidación establecidas. (Se considera ausencia de conso-

Tabla 3 Fuerzas físicas en la consolidación ósea: mecanismos de acción Dispositivo (estudios clínicos) Corriente

continua11-14

Campos electromagnéticos pulsados (CEMP)15-20 Acoplamiento por capacitación26-28 CEMP modificados31,32 Campos magnéticos combinados15,34 Ultrasonidos9,48-51

Mecanismo Reducción de O2,11,14 síntesis de colágeno y proteoglicanos11 Citocinas12,13,21-25 Proliferación de células óseas,29 canales de calcio activados por voltaje, PGE2, calcio citosólico, calmodulina activada,26 ARNm para FTC-β30 Proliferación vascular, migración de osteoblastos, calcificación de la matriz33 Transporte de iones a través de membranas celulares y señalización celular dependiente de iones en los tejidos,35-37 citocinas de crecimiento38-47 Entrada y salida de K+,52 Ca++ en cartílago y hueso,53 actividad adenilato ciclasa,54 FTC-β,54 PGE2,55 agrecanos y vascularización,9 PDGFAB56

* Aumenta, estimula o activa.

Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons (Edición Española)

70

Fred R. T. Nelson, MD y cols. lidación establecida la que no muestra signos visibles de progresión de la consolidación. La definición original de la FDA requería ausencia de signos visibles de consolidación durante al menos tres meses o pasados al menos 9 meses desde la lesión.) Originalmente, el ánodo se colocaba en la piel, utlizándose un juego de baterías en la muñeca. Más tarde se desarrollaron baterías implantables que actuaban como ánodos y proporcionaban una corriente de 20 µA de forma constante. En la actualidad el cátodo puede envolverse en forma de espiral y tomar la forma necesaria para encajar en el área de interés. A diferencia de la inducción desde la superficie, la estimulación con implantes de CC elimina el problema del cumplimiento del tratamiento por parte del paciente cuando se utiliza en el contexto de un procedimiento quirúrgico para realizar una fijación interna o aportar injerto. La estimulación eléctrica directa también ha sido aprobada por la FDA para su utilización en procedimientos de artrodesis de columna. Es necesario realizar un procedimiento abierto, y la batería/ánodo se extrae a los seis meses de la implantación.

Campos electromagnéticos pulsados Principios científicos La señal de los CEMP se desarrolló para inducir campos eléctricos en el hueso parecidos en intensidad y duración a los campos endógenos eléctricos producidos como respuesta a las tensiones. Se piensa que estos campos explican la capacidad del hueso de responder a los cambios del medio ambiente mecánico, como describe la ley de Wolff. La señal consiste en la aplicación de series de 4,5 milisegundos de duración compuestos por pulsos de 18 G y 220 µseg y repetidos a una frecuencia de 15 Hz. Esto produce un campo eléctrico extracelular e intracelular que cambia con el tiempo. Los estudios realizados sobre los CEMP se han centrado en la regulación de la síntesis de ARN mensajero (ARNm) y proteínas de la superfami-

71

lia del factor transformante de crecimiento beta (FTC-β)/proteínas óseas morfogenéticas (Bone morphogenetic proteins o BMP), porque estas ticocinas son las que parecen modular la actividad celular de las células progenitoras osteocondrales, condrocitos y osteoblastos. En muchos estudios animales y más recientemente en estudios realizados en humanos, se ha demostrado que el FTC-β, la BMP-2 y la BMP-7 facilitan la consolidación de las fracturas. En un modelo de osificación endocondral con matriz ósea desmineralizada para inducir la osteogénesis, el tratamiento con CEMP aumentó la condrogénesis y el efecto del FTC-β.23 Después de estimular durante 15 días in vivo osteoblastos de cráneo de rata, los niveles de ARNm para la BMP-2 y BMP-4 se multiplicaron.58 En un cultivo de osteoblastos en cráneo de rata, la estimulación durante una hora multiplicó por tres la ARNm para la BMP2 y por seis el ARNm para BMP-4.59 Dos estudios recientes han descrito los efectos de los CEMP sobre la producción de FTC-β.25,60 En uno de los estudios,25 se estimularon cultivos de células osteoblásticas humanas MG63 en fase de confluencia 8 horas al día durante 4 días, y, en las células estimuladas se evidenció un aumento significativo (p < 0,05) de los niveles de FTC, en comparación con las células control, tras 1 a 2 días de estimulación. Los CEMP favorecen la diferenciación de las células MG63, como demuestran la reducción de la proliferación y el aumento de la actividad de la fosfatasa alcalina y de la producción de osteocalcina y colágeno. Estos resultados apoyan observaciones previas en modelos de osificación endocondral en los que la estimulación con CEMP aumentó la condrogénesis, al facilitar la diferenciación de células precursoras en sentido condral sin afectar a su proliferación.24 En un segundo estudio, se cultivaron con éxito 60 células obtenidas de focos de ausencia de consolidación de pacientes tratados quirúrgicamente, y la estimulación con CEMP de estas células produjo incrementos significativos (p < 0,05) de la producción de FTC-β en comparación con células control no estimula-

Vol 2, N.o 6, Noviembre/Diciembre 2003

das.16 Las células obtenidas de ausencias de consolidación hipertróficas respondieron mejor que las procedentes de ausencias de consolidación atróficas, lo que apoya la observación clínica de mejor respuesta a la estimulación electromagnética de las ausencias de consolidación hipertróficas respecto a las atróficas. Datos clínicos Existen más de 150 artículos publicados sobre los principios científicos y los resultados clínicos de la estimulación con CEMP.21 En 1990, Sharrard publicó un ensayo a doble ciego sobre 45 retrasos de consolidación en fracturas de tibia tratadas con yeso, aplicando unidades activas de CEMP (n = 20) o unidades placebo idénticas (n = 25) durante 12 semanas.19 Nueve de las 20 fracturas (45%) en el grupo de tratamiento consolidaron, y sólo 3 consolidaron de las 25 fracturas (12%) del grupo control (p < 0,01).19 Bassett y cols.62 publicaron una serie de 127 ausencias de consolidación de tibia tratadas con CEMP en las que se obtuvo una tasa de éxito del 87%. Un año más tarde, Bassett y cols. comunicaron los resultados de un tratamiento con CEMP asociado a cirugía y autoinjerto en 83 ausencias de consolidación con amplia separación de los fragmentos, pseudoartrosis sinovial y mal alineamiento. La tasa de éxito para estos pacientes fue del 87%. En una amplia revisión de la bibliografía para comparar el tratamiento de las ausencias de consolidación con CEMP o cirugía, Gossling y cols.16 observaron que la tasa de consolidación fue del 81% con los CEMP y del 82% con cirugía. Además, la tasa de éxito del tratamiento de ausencias de consolidación infectadas fue del 69% con cirugía y del 81% con los CEMP.16 En las fracturas abiertas, el tratamiento quirúrgico superó a los CEMP (89 y 78%, respectivamente), pero en las fracturas cerradas el tratamiento con CEMP condujo a la consolidación con mayor frecuencia que la cirugía (85 y 79%, respectivamente). Este estudio indica que el tratamiento con CEMP tiene una eficacia comparable al tratamiento quirúrgico para las ausencias de consolidación de las fracturas.

391

Utilización de fuerzas físicas en la consolidación ósea El tratamiento con CEMP también tiene aplicaciones en la extremidad superior. Frykman y cols.17 consiguieron la consolidación de 35 de las 44 ausencias de consolidación del escafoides (80%) tratadas con inmovilización con yeso y CEMP. Sin embargo, una continuación de ese estudio publicada seis años más tarde presentó una reducción de la cifra global de éxito al 69%, debido a la separación de ciertas fracturas que inicialmente se habían considerado consolidadas. Las fracturas del polo proximal consolidaron en el 50% de los casos.63 La dosis diaria del tratamiento con CEMP es importante para el proceso de consolidación. Un estudio realizado sobre la relación dosis-respuesta demostró que el aumento del tiempo de tratamiento diaria se correlaciona con una reducción del tiempo requerido para la consolidación de las pseudoartrosis.18 Los pacientes tratados 10 horas al día experimentaron consolidación de la pseudoartrosis como media 76 días antes que los tratados menos de 3 horas al día. Indicaciones actuales El tratamiento con CEMP se recomienda como adyuvante a las modalidades de tratamiento estándar de las fracturas. Su utilización se considera indicada en las ausencias de consolidación, las artrodesis fallidas y la pseudoartrosis congénita. Recientemente, la definición de la ausencia de consolidación se ha modificado y actualmente se considera como el fracaso en evidenciar signos visibles de progresión de la consolidación.64 Esta definición permite, por lo tanto, iniciar cualquier forma de estimulación eléctrica durante el tratamiento antes de lo que se podía previamente, y elimina la controversia sobre cuándo un retraso de consolidación puede considerarse ausencia de ésta. Como norma general, la existencia de un espacio mayor de 5 mm entre los fragmentos, pseudoartrosis sinovial sospechada o documentada, y desvascularización grave son contraindicaciones para la utilización de los CEMP. Los pacientes suelen recibir tratamiento durante 3

392

a 9 meses, en función de la localización de la fractura, su gravedad y el tiempo desde la lesión. Algunas fracturas difíciles pueden requerir tratamiento durante períodos más largos. La fractura debe progresar hacia la consolidación pasados entre 3 y 6 meses. Si la cirugía llega a ser necesaria, algunos pacientes deciden seguir utilizando el estimulador para facilitar la consolidación después de la cirugía.

Acoplamiento por capacitación Principios científicos La utilización de acoplamiento por capacitación para la estimulación de la consolidación de las fracturas supone la aplicación de dos electrodos de superficie en la piel de forma que la fractura quede entre los electrodos. El campo inducido se crea mediante una corriente eléctrica oscilante, a diferencia de la inducción con los CEMP. En un estudio in vitro sobre células óseas de cráneo de rata, Brighton y cols.29 encontraron que la potencia del campo era el factor dominante sobre la respuesta proliferativa de las células óseas al campo de acoplamiento por capacitación. Potencias calculadas de campo de 0,1 a 20 mV/cm (60 kHz y 300 µA/cm2) utilizando tanto diferentes configuraciones de pulso como señales continuas estimulan eficazmente la proliferación de las células óseas.29 El efecto clínico de la osteogénesis inducida eléctricamente se reconoce fácilmente. Sin embargo, los mecanismos fisiológicos básicos de cómo las señales eléctricas estimulan la formación de hueso son más difíciles de demostrar en laboratorio. Utilizando varios inhibidores metabólicos, Lorich y cols.26 comprobaron que la transducción de señal en la estimulación de acoplamiento por capacitación activa canales de calcio regulados por voltaje, lo que aumenta la prostaglandina E2 (PGE2), el calcio citosólico y la calmodulina activada. Este mecanismo es diferente al del acoplamiento indirecto y los campos magnéticos combinados (CMC), en los que el calcio citosólico proviene

de la liberación de calcio de los reservorios intracelulares. Esto conduce a un aumento de la calmodulina activada. Aunque la señal de transducción inicial del acoplamiento por capacitación es diferente del acoplamiento por inducción producido por una combinación de CC y campos pulsados electromagnéticos, parece existir una vía final común.65 Además, Zhuang y cols.30 demostraron que un campo eléctrico de acoplamiento por capacitación apropiado aumenta los niveles de ARNm para el FTC-β1 en células osteoblásticas a través de un mecanismo en el que interviene la vía calcio/calmodulina. Datos clínicos En un estudio prospectivo aleatorizado multicéntrico en el que se compararon 17 pacientes con ausencia de consolidación recalcitrante (tratados previamente con cirugía o estimulación eléctrica) con 5 pacientes con ausencias de consolidación rutinarias (sin tratamiento previo), Brighton y Pollack1 publicaron cifras medias de consolidación del 77,3% con acoplamiento por capacitación tras un período medio de 22,5 semanas. Brighton y cols.66 utilizaron un análisis logístico de regresión en un estudio retrospectivo sobre las tasas de consolidación de 271 ausencias de consolidación de tibia tratadas con CC, acoplamiento por capacitación o injerto óseo. Los autores identificaron siete factores de riesgo que afectaban de forma adversa la tasa de consolidación de las ausencias de consolidación tratadas con acoplamiento por capacitación: duración de la ausencia de consolidación, cirugía previa con injerto óseo, estimulación eléctrica previa, fractura abierta, osteomielitis, fractura oblícua o conminuta y ausencia de consolidación atrófica. Cuando no existió ningún factor de riesgo presente o existió sólo uno, no se apreciaron diferencias significativas entre los tres métodos de tratamiento (96 al 99%). Con la presencia de dos a cinco factores de riesgo, el acoplamiento por capacitación proporcionó peores resultados en el tratamiento de ausencias de consolidación atróficas; por lo demás, los resultados fueron similares

Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons (Edición Española)

72

Fred R. T. Nelson, MD y cols. independientemente de la modalidad terapéutica. Cuando existían seis o siete factores de riesgo, las tres formas de tratamiento proporcionaron malos resultados. Lamentablemente, este estudio no consideró el efecto del tabaco como posible factor de riesgo. Scott y King27 publicaron los resultados de un pequeño estudio prospectivo a doble ciego en el que utilizaron acoplamiento por capacitación para el tratamiento de ausencias de consolidación establecidas. Encontraron una asociación estadísticamente significativa entre la utilización de acoplamiento por capacitación y la consolidación final. Seis de las 10 ausencias de consolidación en el grupo tratado de forma activa consolidaron, lo que no ocurrió en ningún caso de los 11 en el grupo placebo (p = 0,004). También se han publicado dos estudios prospectivos a doble ciego sobre la realización de artrodesis lumbar utilizando acoplamiento por capacitación. Goodwin y cols.28 estudiaron 179 pacientes distribuidos aleatoriamente en dos grupos asignados para recibir electrodos activos o no activos como complemento a una artrodesis lumbar. Estos autores encontraron un aumento estadísticamente significativo (p = 0,0043) en las cifras de fusión en el grupo activo (84,7%) en comparación con el grupo placebo (64,9%). La asociación de instrumentación al aporte de injerto posterolateral en los niveles afectados presentó niveles más elevados de artrodesis que el injerto no asociado a instrumentación. En el grupo instrumentado, los pacientes estimulados mostraron cifras de artrodesis más altas que los tratados con placebo. Indicaciones actuales El acoplamiento por capacitación está indicado en las ausencias de consolidación de los huesos largos y del escafoides y como un método complementario para favorecer las artrodesis de columna. Cuando se utiliza el acoplamiento por capacitación, generalmente se asocia inmovilización con yeso. Se cortan dos ventanas pequeñas para la aplicación de los electrodos, que se colocan en la

73

zona aproximada de la fractura, y se humedecen antes de la aplicación. Cuando los parches se secan, el monitor detecta la pérdida de contacto y dispara una alarma, que indica la necesidad de humedecer de nuevo los parches. Los electrodos actualmente disponibles duran hasta una semana antes de ser necesaria una nueva aplicación de gel. Los parches se llevan puestos 24 horas al día y se cambian semanalmente, o con mayor frecuencia si es necesario por razones de higiene. El dispositivo utiliza una batería de 9 voltios, que debe cambiarse todos los días. La reacción cutánea es generalmente leve. Si resulta necesario, los electrodos pueden moverse a una localización cutánea diferente. El tratamiento se interrumpe si la irritación cutánea es muy intensa. Se utilizan radiografías seriadas anteroposterior, lateral y oblícua para apreciar la progresión de la consolidación, como se realiza habitualmente en el tratamiento de las fracturas. El dispositivo suele utilizarse 25 semanas, y su uso se interrumpe cuando la fractura consolida o pasados tres meses, si no existe ninguna evidencia de progresión de la consolidación.

Campos electromagnéticos pulsados modificados Principios científicos Se ha desarrollado una modificación de los CEMP para reducir los requisitos de energía. Proporciona un campo medio de 790 mG con series de 21 pulsos de 260 microsegundos que se repiten con una frecuencia de 15 Hz. Los dispositivos son solenoides en forma de herradura y planos; algunos utilizan una bobina en forma de silla de montar. Se han sugerido varios mecanismos de acción. Utilizando la señal de los CEMP originales (también con una frecuencia de repetición de 15 Hz), Yen-Patton y cols.33 demostraron que esta modificación de los CEMP multiplicaba el número de vasos, o «brotes» de tejido endotelial, por 10 o por 15. La neovascularización se produce in vitro pasadas entre 5 y 8 horas de estimulación. Los autores también ob-

Vol 2, N.o 6, Noviembre/Diciembre 2003

servaron un aumento de la migración de los osteoblastos y de la mineralización del nuevo fibrocartílago.33 Se ha desarrollado un campo diferente para la columna, administrado mediando bovinas duales que cubren toda la zona lumbar. Producen un campo de 160 mG con 99 pulsos de 260 microsegundos. Datos clínicos Se ha realizado un ensayo multicéntrico abierto con el dispositivo de CEMP modificados en el que se han incluido 139 pacientes que presentaban una o más fracturas no consolidadas durante al menos 9 meses (algunos más de 5 años).31 El tiempo prolongado de ausencia de consolidación sirvió como punto de partida, porque era poco probable que se produjera la consolidación espontánea de la fractura. La única intervención aplicada fue la adición de tratamiento con CEMP 8 horas al día durante al menos 90 días. Se aplicaron cuatro criterios para juzgar la consolidación de la fractura: puentes óseos corticales con ausencia de movilidad en las radiografías en estrés, dolor nulo o mínimo, edema nulo o mínimo y no necesidad de utilizar yeso. Al finalizar el protocolo de tratamiento, los pacientes que habían utilizado el dispositivo al menos 3 horas al día durante un mínimo de 90 días experimentaron tasas de consolidación significativamente superiores (p < 0,05) que los pacientes que fueron menos cumplidores con el régimen de tratamiento (80 frente a 19,2%). No se comprobaron diferencias estadísticamente significativas en la tasa de consolidación utilizando el dispositivo entre 3 y 6 horas, entre 6 y 9 horas, y más de 9 horas. Se produjo la consolidación de las pseudoartrosis en presencia de separaciones ≥ 6 mm, independientemente de que el paciente fuese fumador o presentase conminución, una fractura abierta, una infección previa o procedimientos quirúrgicos múltiples. El seguimiento a más largo plazo 4 años más tarde mostró básicamente las mismas cifras de consolidación sin efectos adversos a largo plazo. Mooney32 publicó los resultados de un ensayo clínico prospectivo,

393

Utilización de fuerzas físicas en la consolidación ósea multicéntrico, aleatorizado y controlado por placebo sobre la estimulación con CEMP de artrodesis lumbares. El estudio incluyó 195 pacientes sometidos a artrodesis intersomática (abordajes anterior y posterior). (Las artrodesis intersomáticas son más fáciles de evaluar que las artrodesis posterolaterales.) La fijación de la columna se realizó con ganchos y barras, previamente a la utilización de tornillos pediculares. Se recomendó que los pacientes utilizaran el dispositivo 8 horas al día durante al menos 90 días o hasta la consecución de la artrodesis. El análisis de la utilización del dispositivo y las tasas de éxito de la artrodesis demostraron que una dosis de tan sólo 4 horas al día durante 90 días era suficiente para aumentar de forma significativa (p = 0,005) las tasas de artrodesis. La utilización de forma constante a este nivel produjo una tasa de artrodesis global del 92% en el grupo tratado con CEMP y del 64,9% en el grupo placebo. En la segunda fase de este estudio, se incluyeron 126 pacientes con una artrodesis fallida transcurridos al menos 9 meses desde la cirugía, a los que se les proporcionó el dispositivo para que lo utilizaran 8 horas al día durante al menos 90 días. No se realizó cirugía adicional. El estudio incluyó artrodesis tanto intersomáticas como posterolaterales a uno o más niveles. De los pacientes que utilizaron el dispositivo al menos 2 horas, el 67% consiguió una artrodesis sólida.32 En un estudio de cohortes históricas con 42 pacientes tratados mediante estimulación con CEMP y 19 pacientes no estimulados, Marks67 encontró que las tasas de mejoría de la artrodesis (97,6 y 52,6%, respectivamente) presentaron diferencias estadísticamente significativas (p < 0,001). Indicaciones actuales La utilización de dispositivos de CEMP modificados está indicada en las ausencias de consolidación que no presentan signos radiológicos de progresión de la consolidación ósea. La dosis recomendada es de 3 horas al día, hasta que se completa la consolidación, generalmente entre 3 y 6 meses. La utilización del dispositivo

394

Spinal-Stim (Orthofix, MccKinney, Texas) está indicada como complemento a la artrodesis quirúrgica para aumentar la probabilidad de éxito de la artrodesis y como tratamiento no quirúrgico para el rescate de artrodesis fallidas de columna. La dosis recomendada es de al menos 2 horas al día hasta que se ha completado la consolidación, habitualmente entre 3 y 9 meses.

Campos magnéticos combinados Principios científicos Las bases científicas de los campos magnéticos combinados (CMC) se basan en supuestos físicos confirmados mediante pruebas experimentales, según los cuales, la combinación de campos magnéticos estáticos y dinámicos afecta al transporte iónico a través de las membranas celulares y repercute sobre la señalización celular tisular dependiente de iones.35-37 En concreto, se afirma que la combinación de campos magnéticos de CA y CC acopla los procesos de señalización celular dependientes de calcio y dependientes de magnesio. Los estudios celulares sobre los CMC han evaluado los efectos tanto sobre las vías de transducción de señales como sobre la producción de factores de crecimiento. El modelo de trabajo derivado de los estudios de Fitzsimmons y cols.38-40 propone que los estímulos de corta duración con CMC durante 30 min activa la secrección de factores de crecimiento (como el factor de crecimiento similar a insulina II o IGF-II). Los efectos clínicamente beneficiosos sobre la consolidación ósea se producen por el aumento de la producción de factor de crecimiento, y la estimulación corta (30 min) con CMC es un mecanismo de activación que se acopla a la regulación molecular normal de la consolidación ósea mediada por factores de crecimiento. Los estudios en los que se basa este modelo de trabajo han demostrado la existencia de efectos de los CMC sobre el transporte de iones de calcio38 y la proliferación celular.39 En 1995, Fitzsimmons y cols.40,41 publicaron que los CMC aumentan la

liberación de IGF-II y la expresión de receptores para IGF-II en los osteoblastos. Los efectos de los CMC sobre IGF-I e IGF-II en el callo de fractura de las ratas fueron publicados por Ryaby y cols.42 Existen estudios recientes que han demostrado los efectos de los CMC sobre la consolidación experimental de las fracturas43,44 y sobre modelos de animales osteopénicos,45,46 quizá mediados por la atenuación de señales sobre los osteoblastos dependientes de factor de necrosis tumoral α.47 Aunque resulta provocativo, es preciso realizar más estudios sobre el papel de los factores de crecimiento en la transducción de CMC en las células y tejidos y sobre la conexión con los beneficios clínicos observados con la utilización de CMC. Datos clínicos En un estudio piloto prospectivo y aleatorizado de pacientes con neuroartropatía de Charcot aguda en fase 1, 10 pacientes control y 11 pacientes tratados con CMC fueron seguidos semanalmente y tratados hasta que la diferencia de temperatura de los dos pies era inferior a 2 ºC, el volumen de los pies no defería más de un 10% y se había producido la consolidación de la fractura.68 Posteriormente, se añadieron 10 pacientes más al grupo tratado con CMC. Los resultados mostraron que el tiempo medio hasta la consolidación en el grupo control fue de 23,2 ± 7,7 semanas. Por el contrario, el tratamiento con el dispositivo de CMC redujo el tiempo hasta la consolidación a 11,1 ± 3,2 semanas (p < 0,001). No existieron diferencias estadísticamente significativas entre los grupos de tratamiento y control. La aplicación más reciente de los CMC ha sido su utilización como complemento para estimular la artrodesis de columna.69 En este sentido, se realizó un estudio prospectivo, aleatorizado, a doble ciego y controlado por placebo sobre la artrodesis lumbar no instrumentada primaria. Los pacientes fueron sometidos a artrodesis de uno o dos niveles (entre L3 y S1) utilizando bien sólo autoinjerto o autoinjerto combinado con aloinjerto. El dispositivo de CMC para su aplicación en columna pre-

Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons (Edición Española)

74

Fred R. T. Nelson, MD y cols. senta una única bovina posterior que se centra sobre la zona de artrodesis. Se aplicó este tratamiento 30 min al día durante 9 meses. El parámetro principal de valoración fue la valoración de la artrodesis conseguida a los nueve meses según el criterio de un grupo ciego que incluía al médico responsable del tratamiento, un radiólogo musculoesquelético y un cirujano de columna. La evaluación en este grupo de estudio fue diferente a la empleada en otros estudios sobre la artrodesis de columna estimulada con métodos no invasivos, porque la valoración de la consecución de la artrodesis por parte de cirujano estaba supeditada a la opinión del resto del grupo. De los 243 pacientes incluidos en el estudio, pudieron evaluarse 201. En los pacientes con dispositivos activos, el 64% presentaba artrodesis sólida a los 9 meses; sólo el 43% de las artrodesis en el grupo placebo había consolidado (p = 0,003 utilizando la prueba exacta de Fisher). En las pacientes de sexo femenino, el 67% de las tratadas con el dispositivo consiguió la artrodesis, que se produjo en el 35% de las tratadas con placebo (p = 0,001, utilizando la prueba exacta de Fisher). Utilizando un modelo con un sólo efecto principal sobre los 201 pacientes con análisis de la fusión mediante determinaciones repetidas, se demostró un efecto principal del tratamiento activo (p = 0,030). Utilizando un modelo con efecto principal e interacción entre tiempo y tratamiento, la interacción tiempo-tratamiento fue significativa (p = 0,024), lo que indica una consolidación más rápida. Los autores concluyeron que la utilización complementaria de dispositivos de CMC en artrodesis lumbares no instrumentadas consigue una tasa de artrodesis más elevada y artrodesis más precoces. Éste ha sido el primer ensayo clínico aleatorizado de artrodesis lumbar posterolateral no instrumentada en el que la evaluación ha sido realizada por un grupo no sesgado de observadores en situación ciega. Las cifras de artrodesis de este estudio son menores que las de otros estudios publicados sobre artrodesis no instrumentada. Se piensa que esto es debido al hecho de que los pacientes incluidos eran de alto

75

riesgo (edad media, 57 años) sumado a la utilización de artrodesis sólo posterolateral y no instrumentada. Indicaciones actuales Se ha demostrado que la aplicación de CMC durante 30 min al día es eficaz para el tratamiento de las ausencias de consolidación y como tratamiento complementario en las artrodesis primarias de columna. Otras indicaciones de los CMC en el futuro pueden ser la artrosis y las artropatías neuropáticas, pero la adopción de aplicaciones adicionales requerirá conocer mejor los mecanismos a nivel tisular y realizar ensayos clínicos bien diseñados.

Ultrasonidos Principios científicos Azuma y cols.70 confirmaron que las oleadas de 200 microsegundos de duración de ondas sinusoidales de 1,5 MHz repetidas a una frecuencia de 1 kHz y con baja intensidad (30 mW/cm2) son más eficaces que oleadas de 100 o 400 microsegundos de duración o a una frecuencia de 2 kHz. Existen más datos procedentes de estudios en animales que indican que la biología de la consolidación de las fracturas puede acelerarse con la utilización de ultrasonidos, sin que una fase concreta de la consolidación sea especialmente más sensible que las otras.70 Existe una gran variedad de mecanismos propuestos para explicar cómo estimulan los ultrasonidos la consolidación de las fracturas.9 Un aumento mínimo de la temperatura local (bastante por debajo de 1 °C) puede aumentar la actividad de algunas enzimas como la metaloproteasa de matriz tipo 1 (colagenasa intersticial), que son extremadamente sensibles a variaciones pequeñas de temperatura.71 También se ha comprobado que los ultrasonidos modifican la velocidad de entrada y salida de iones potasio, aumentan la incorporación de calcio tanto en el cartílago en diferenciación como en los cultivos de células óseas e incrementan la actividad de segundos mensajeros que se acompaña de modulación de la actividad adenila-

Vol 2, N.o 6, Noviembre/Diciembre 2003

tociclasa y de la síntesis de FTC-β en células osteoblásticas.52 En los condrocitos primarios, la aplicación de ultrasonidos a 50 mW/m2 aumenta la liberación de calcio intracelular.53 En osteoblastos de ratón, la producción de PGE2 a través de la inducción de ARNm para la cicloxigenasa-2 se produce de forma similar a cuando se estimulan los mismos mediante tensiones en cizallamiento del fluido y fuerzas tensiles.55 Se ha demostrado que los ultrasonidos aumentan la expresión de genes implicados en las fases de inflamación y remodelación de la consolidación de las fracturas. Los ultrasonidos de baja intensidad estimulan la expresión de genes de agrecanos en cultivos de condrocitos y la síntesis de proteoglicanos en condrocitos de rata aumentando la expresión de genes de agrecanos.72 Esto podría explicar el papel de los ultrasonidos en la estimulación de la osificación endocondral, lo que aumenta la resistencia mecánica y todo el proceso de consolidación de un hueso fracturado. Debido al efecto de los ultrasonidos de baja intensidad sobre cientos de genes implicados en un complejo sistema biológico destinado a conseguir la consolidación de las fracturas, destacar el impacto de un sólo gen probablemente induzca a confusión. El tratamiento con ultrasonido de baja intensidad durante un período de 10 días estimuló la vascularización en un modelo de consolidación de fracturas utilizando osteotomías de cúbito en perros.73 En general, se cree que el aumento de flujo sanguíneo es el principal factor implicado en el estímulo de la consolidación de las fracturas. De hecho, uno de los principales objetivos biológicos de la respuesta inflamatoria es restablecer la vascularización del área lesionada. Datos clínicos Los primeros estudios clínicos realizados sobre la utilización de ultrasonidos se centraron en la reducción del tiempo de consolidación. En un estudio aleatorizado, a doble ciego y controlado por placebo sobre 67 fracturas de tibia cerradas o abiertas de grado 1, la utilización de ultrasonidos durante 20 min al día a 30 mW/cm2 produjo una reducción sig-

395

Utilización de fuerzas físicas en la consolidación ósea nificativa del 24% (p < 0,01) en el tiempo hasta la consolidación clínica (86 ± 5,8 días en el grupo de tratamiento activo y 114 ± 10,4 días en el grupo control).48 Utilizando criterios tanto clínicos como radiológicos, se apreció una reducción del tiempo de consolidación del 38%. Doce de los 34 pacientes del grupo placebo (35%) sufrieron retraso de consolidación, lo que ocurrió sólo en 2 de los 33 pacientes (6%) tratados con ultrasonidos (p < 0,01). En otro estudio multicéntrico, prospectivo, aleatorizado, a doble ciego y controlado por placebo que incluyó 61 fracturas de radio distal desplazadas en sentido dorsal, el tiempo medio hasta la consolidación experimentó una reducción significativa del 38% (p < 0,0001) en los pacientes tratados con ultrasonidos (61 ± 3 días) en comparación con el placebo (98 ± 5 días).49 El tratamiento con ultrasonidos produjo una pérdida de reducción significativamente menor (20 ± 6%) que el placebo (43 ± 8%).49 Otros estudios clínicos han demostrado la reducción del tiempo de consolidación utilizando ultrasonidos, incluso en procedimientos de elongación ósea.9 El tratamiento con ultrasonidos de las ausencias de consolidación proporcionó una tasa de consolidación del 85% en 358 casos, con un período medio hasta la consolidación de 14 meses.9 Los ultrasonidos no son efectivos en todas las situaciones en las que es necesaria la consolidación ósea (como las fracturas de tibia estabilizadas con fijación intramedular). En otros estudios clínicos se ha evidenciado mejoría de la consolidación de las fracturas en pacientes fumadores, con diabetes, con insuficiencia renal o que utilizaban corticoides. Indicaciones actuales En octubre de 1994, se aprobó la utilización de ultrasonidos para la estimulación de fracturas recientes. En febrero de 2000, se extendió la

396

aprobación al tratamiento de las ausencias de consolidación establecidas. El dispositivo requiere la aplicación a diario, durante 20 minutos, del transductor de ultrasonidos sobre la piel, practicando una ventana en el dispositivo de inmovilización. El dispositivo no es portátil; debe conectarse a una fuente de energía en la pared durante su uso. La profundidad de penetración es de 3,5 cm, por lo que el dispositivo tiene que quedar cerca del hueso para ser eficaz.

Uso clínico Cuando se tratan ausencias de consolidación con campos físicos, el grado de inmovilización necesario para que el paciente esté cómodo es generalmente similar al necesario para la consolidación gradual sin estimulación. Las ausencias de consolidación deben estar adecuadamente estabilizadas y presentar un buen potencial de consolidación (buena cubierta de partes blandas y vascularización). La presencia de una pseudoartrosis sinovial (similar a la superficie articular) constituye una contraindicación para el empleo de dispositivos de estimulación física. Si una fractura tiene movilidad palpable, suelen inmovilizarse las articulaciones por encima y por debajo; sin embargo, algunas fracturas de húmero, antebrazo y pierna pueden inmovilizarse con mayor efectividad utilizando ortesis. Los retrasos y ausencias de consolidación que presentan mala alineación requieren la corrección quirúrgica previa a la consolidación. La carga se decide basándose en los mismos criterios utilizados cuando se trata sin estimulación una fractura que consolida lentamente. Si se va a utilizar estimulación física después de la osteosíntesis y/o aporte de injerto a una ausencia de consolidación, el tratamiento postoperatorio es generalmente el mismo que en

los casos en los que no se emplea estimulación. La relación coste-eficacia de cualquier modalidad de estimulación depende de la identificación de las fracturas que mejor responden, de las necesidades de fijación e injerto, y del empleo y circunstancias personales y sociales del paciente.

Conclusiones La estimulación física mediante campos eléctricos y ultrasonido es importante en algunas aplicaciones ortopédicas, como las ausencias de consolidación y las artrodesis de columna. El efecto común de estas fuerzas parece ser un aumento del calcio intracelular mediante una variedad de mecanismos celulares. En determinados casos, las tasas de éxito se aproximan a las de los procedimientos quirúrgicos. Las fuerzas físicas también pueden utilizarse para estimular algunas técnicas abiertas, como el aporte de injerto para la consolidación de las fracturas, las artrodesis de los miembros y de la columna. Aún no disponemos de datos publicados sobre los resultados en términos de reincorporación laboral o a actividades específicas. Está información será de importancia a la hora de comparar estos dispositivos con técnicas alternativas para estimular la consolidación de las fracturas. En el futuro, la investigación sobre campos eléctricos se dirigirá al estudio de fracturas de alto riesgo, artrodesis fallidas, fijación de implantes porosos, osteoporosis y revascularización tras el forage de la osteonecrosis de la cabeza femoral. La estimulación de la síntesis de cartílago articular en la artrosis está actualmente en investigación. Se está estudiando el papel de los ultrasonidos en la estimulación de las fracturas recientes en pacientes con problemas asociados, como edad avanzada, diabetes, consumo de tabaco, insuficiencia vascular y obesidad.

Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons (Edición Española)

76

Fred R. T. Nelson, MD y cols.

Bibliografía 1. Brighton CT, Pollack SR: Treatment of recalcitrant non-union with a capaci-tively coupled electrical field: Apreliminary report. J Bone Joint Surg Am 1985; 67:577-585. 2. Praemer A, Furner S, Rice DP: Musculoskeletal Conditions in the United States, ed 2. Rosemont, IL: American Academy of Orthopaedic Surgeons, 1999. 3. Praemer A, Furner S, Rice DP (eds): Musculoskeletal Conditions in the United States. Park Ridge, IL: American Academy of Orthopaedic Surgeons, 1992. 4. Buckwalter JA, Grodzinsky AJ: Loading of healing bone, fibrous tissue, and muscle: Implications for orthopaedic practice. J Am Acad Orthop Surg 1999;5:291299. 5. Einhorn TA: Enhancement of fracturehealing. J Bone Joint Surg Am 1995;77:940956. 6. Hartshorne E: On the causes and treatment of pseudarthrosis and especially the form of it sometimes called supernumerary joint. Am J Med 1841;1:121-156. 7. Lente RW: Cases of un-united fracture treated by electricity. New York State J Med 1850;5:317-319. 8. Fukada E, Yasuda I: On the piezoelectric effect of bone. J Phys Soc Japan 1957; 12:1158-1162. 9. Rubin C, Bolander M, Ryaby JP, Hadjiargyrou M: The use of low-intensity ultrasound to accelerate the healing of fractures. J Bone Joint Surg Am 2001;83:259270. 10. Bassett CAL, Becker RO: Generation of electric potentials by bone in response to mechanical stress. Science 1962;137:10631064. 11. Brighton CT, Black J, Friedenberg ZB, Esterhai JL, Day LJ, Connolly JF: Amulticenter study of the treatment of nonunion with constant direct current. J Bone Joint Surg Am 1981;63:2-13. 12. Brighton CT, Hozack WJ, Brager MD, et al: Fracture healing in the rabbit fibula when subjected to various capacitively coupled electrical fields. J Orthop Res 1985;3:331-340. 13. Pilla AA, Mont MA, Nasser PR, et al: Non-invasive low-intensity pulsed ultrasound accelerates bone healing in the rabbit. J Orthop Trauma 1990;4:246-253. 14. Brighton CT, McCluskey WP: Cellular response and mechanisms of action of electrically induced osteogenesis, in Peck WA (ed): Bone and Mineral Research/4. Amsterdam, The Nether-lands: Elsevier Science Publishers BV,1986, pp 213-254. 15. Bassett CA: Fundamental and practical aspects of therapeutic uses of pulsed electromagnetic fields (PEMFs). Crit Rev Biomed Eng 1989;17:451-529. 16. Gossling HR, Bernstein RA, Abbott J:Treatment of ununited tibial fractures: A comparison of surgery and pulsed electromagnetic fields (PEMF). Orthopedics 1992;15:711-719. 17. Frykman GK, Taleisnik J, Peters G, et al:

77

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

Treatment of nonunited scaphoid fractures by pulsed electromagnetic field and cast. J Hand Surg [Am] 1986;11:344349. Pethica BA, Brownell J: Abstract: The dose-response relationship in PEMF therapy of ununited fractures. Transactions of the Eighth Annual Meeting of the Bioelectrical Repair and Growth Society. Washington, DC, 1988, p 28. Sharrard WJ: A double-blind trial of pulsed electromagnetic fields for delayed union of tibial fractures. J Bone Joint Surg Br 1990;72:347-355. Mammi GI, Rocchi R, Cadossi R, Massari L, Traina GC: The electrical stimulation of tibial osteotomies: Double-blind study. Clin Orthop 1993;288:246-253. Ryaby JT: Clinical effects of electromagnetic and electric fields on fracture healing. Clin Orthop 1998;355(suppl):S205S215. Brighton CT, Friedenberg ZB, Mitchell EI, Booth RE: Treatment of nonunion with constant direct current. Clin Orthop 1977;124:106-123. Ciombor DM, Aaron RK: EMF stimulates cartilage differentiation in endochondral ossification coincident with an increase in TGF expression, in Bersani F (ed): Electricity and Magnetism in Biology and Medicine. New York, NY: Kluwer Academic/Plenum Press, 1999, pp 139144. Aaron RK, Ciombor DMcK, Polk C: Therapeutic potential of electric fields in skeletal morphogenesis, in Buck-walter JA, Ehrlich MG, Sandell LJ, Trip-pel SB (eds): Skeletal Growth and Development: Clinical Issues and Basic Science Advances. Rosemont, IL: American Academy of Orthopaedic Surgeons, 1998, pp 589-610. Lohmann CH, Schwartz Z, Liu Y, et al: Pulsed electromagnetic field stimulation of MG63 osteoblast-like cells affects differentiation and local factor production. J Orthop Res 2000;18:637-646. Lorich DG, Brighton CT, Gupta R, et al: Biochemical pathway mediating the response of bone cells to capacitive coupling. Clin Orthop 1998;350:246-256. Scott G, King JB: Aprospective, doubleblind trial of electrical capacitive coupling in the treatment of non-union of long bones. J Bone Joint Surg Am 1994; 76:820-826. Goodwin CB, Brighton CT, Guyer RD, Johnson JR, Light KI, Yuan HA: A double-blind study of capacitively coupled electrical stimulation as an adjunct to lumbar spinal fusions. Spine 1999;24: 1349-1357. Brighton CT, Okereke E, Pollack SR, Clark CC: In vitro bone-cell response to a capacitively coupled electrical field: The role of field strength, pulse pattern, and duty cycle. Clin Orthop 1992;285:255-262. Zhuang H, Wang W, Seldes RM, Tahernia AD, Fan H, Brighton CT: Electrical stimulation induces the level of TGF-

Vol 2, N.o 6, Noviembre/Diciembre 2003

31.

32.

33.

34.

35.

36.

37. 38.

39.

40.

41.

42.

43.

44.

beta 1 mRNA in osteoblastic cells by a mechanism involving calcium/calmodulin pathway. Biochem Biophys Res Commun 1997;237:225-229. Garland DE, Moses B, Salyer W: Longterm follow-up of fracture nonunions treated with PEMFs. Contemp Orthop 1991;22:295-302. Mooney V: Arandomized double-blind prospective study of the efficacy of pulsed electromagnetic fields for interbody lumbar fusions. Spine 1990;15:708712. Yen-Patton GP, Patton WF, Beer DM, Jacobson BS: Endothelial cell response to pulsed electromagnetic fields: Stimulation of growth rate and angiogenesis in vitro. J Cell Physiol 1988;134:37-46. Zoltan JD, Ryaby JT: Exogenous signal generators: A review of the electrical stimulation of bone. International Jour-nal of Orthopaedic Trauma 1992;2:25-30. Smith SD, McLeod BR, Liboff AR, Cooksey K: Calcium cyclotron resonance and diatom mobility. Bioelectro-magnetics 1987;8:215-227. McLeod BR, Liboff AR: Cyclotron resonance in cell membranes: The theory of the mechanism, in Blank M, Findl E (eds): Mechanistic Approaches to Interactions of Electric and Electromagnetic Fields with Living Systems. New York, NY: Plenum Press, 1987, pp 97-108. McLeod BR, Liboff AR, Smith SD: Electromagnetic gating in ion channels. J Theor Biol 1992;158:15-31. Fitzsimmons RJ, Ryaby JT, Magee FP, Baylink DJ: Combined magnetic fields increased net calcium flux in bone cells. Calcif Tissue Int 1994;55:376-380. Fitzsimmons RJ, Baylink DJ, Ryaby JT, Magee FP: EMF-stimulated bone-cell proliferation, in Blank M (ed): Electricity and Magnetism in Biology and Medicine. San Francisco, CA: San Francisco Press, 1993, pp 899-902. Fitzsimmons RJ, Ryaby JT, Mohan S, Magee FP, Baylink DJ: Combined magnetic fields increase insulin-like growth factor-II in TE-85 human osteosarcoma bone cell cultures. Endocrinology 1995; 136:3100-3106. Fitzsimmons RJ, Ryaby JT, Magee FP, Baylink DJ: IGF-II receptor number is increased in TE-85 osteosarcoma cells by combined magnetic fields. J Bone Miner Res 1995;10:812-819. Ryaby JT, Fitzsimmons RJ, Khin NA, et al: The role of insulin-like growth factor in magnetic field regulation of bone formation. Bioelectrochem Bioenerg 1994; 35:87-91. Deibert MC, Mcleod BR, Smith SD, Liboff AR: Ion resonance electromagnetic field stimulation of fracture healing in rabbits with a fibular ostectomy. J Orthop Res 1994;12:878-885. Ryaby JT, Huene D, Magee FP, Nasser PR: Effects of combined AC/DC magnetic fields on healing in a closed fem-

397

Utilización de fuerzas físicas en la consolidación ósea

45.

46.

47.

48.

49.

50.

51.

52.

53.

54.

398

oral fracture model. Trans Orthop Res Soc 1993;18:575. Ryaby JT, Magee FP, Weinstein A, Fitzsimmons RJ, Baylink DJ: Prevention of experimental osteopenia by use of combined AC/DC magnetic fields, in Blank M (ed): Electricity and Magnetism in Biology and Medicine. San Francisco, CA: San Francisco Press, 1993, pp 807-810. Ryaby JT, Magee FP, Haupt DL, Kinney JH, Fitzsimmons RJ, Baylink DJ: Combined treatment with magnetic fields and parathyroid hormone to reverse osteopenia in ovariectomized rats. Trans Orthop Res Soc 1996;21:247. Ryaby JT, Cai FF, DiDonato JA: Combined magnetic fields inhibit IL-1µ and TNF-µ dependent NF-kB activation in osteoblast-like cells. Trans Orthop Res Soc 1997;22:180. Heckman JD, Ryaby JP, McCabe J, Frey JJ, Kilcoyne RF: Acceleration of tibial fracture-healing by non-invasive, lowintensity pulsed ultrasound. J Bone Joint Surg Am 1994;76:26-34. Kristiansen TK, Ryaby JP, McCabe J, Frey JJ, Roe LR: Accelerated healing of distal radial fractures with the use of specific, low-intensity ultrasound: A multicenter, prospective, randomized, double-blind, placebo-controlled study. J Bone Joint Surg Am 1997;79:961-973. Mayr E, Rudzki M-M, Rudzki M, Borchardt B, Hausser H, Rüter A: Does low intensity, pulsed ultrasound speed healing of scaphoid fractures? [Ger-man]. Handchir Mikrochir Plast Chir 2000;32:115122. Mayr E, Frankel V, Rüter A: Ultrasound: An alternative healing method for nonunions? Arch Orthop Trauma Surg 2000;120:1-8. Chapman IV, MacNally NA, Tucker S: Ultrasound-induced changes in rates of influx and efflux of potassium ions in rat thymocytes in vitro. Ultrasound Med Biol 1980;6:47-58. Parvizi J, Wu CC, Lewallen DG, Greenleaf JF, Bolander ME: Low-intensity ultrasound stimulates proteoglycan synthesis in rat chondrocytes by increasing aggrecan gene expression. J Orthop Res 1999;17:488-494. Ryaby JT, Mathew J, Duarte-Alves P:

55.

56.

57.

58.

59.

60.

61.

62.

63.

64. 65.

Low intensity pulsed ultrasound affects adenylate cyclase and TGF-beta synthesis in osteoblastic cells. Trans Orthop Res Soc 1992;17:590. Kokubu T, Matsui N, Fujioka H, Tsunoda M, Mizuno K: Low intensity pulsed ultrasound exposure increases prostaglandin E2 production via the induction of cyclooxygenase-2 mRNA in mouse osteoblasts. Biochem Biophys Res Com-mun 1999;256:284-287. Ito M, Azuma Y, Ohta T, Komoriya K: Effects of ultrasound and 1,25-dihydroxyvitamin D3 on growth factor secretion in co-cultures of osteoblasts and endothelial cells. Ultrasound Med Biol 2000;26:161-166. Friedenberg ZB, Harlow MC, Brighton CT: Healing of nonunion of the medial malleolus by means of direct current: A case report. J Trauma 1971;11:883-885. Nagai M, Ota M: Pulsating electromagnetic field stimulates mRNAexpression of bone morphogenetic protein-2 and -4. J Dent Res 1994;73:1601-1605. Bodamyali T, Kanczler JM, Simon B, Blake DR, Stevens CR: Effect of faradic products on direct current-stimulated calvarial organ culture calcium levels. Biochem Biophys Res Commun 1999;264:657-661. Guerkov HH, Lohmann CH, Liu Y, et al: Pulsed electromagnetic fields increase growth factor release by nonunion cells. Clin Orthop 2001;384:265-279. Bassett CA, Mitchell SN, Gaston SR: Treatment of ununited tibial diaphyseal fractures with pulsing electromagnetic fields. J Bone Joint Surg Am 1981;63:511523. Bassett CA, Mitchell SN, Schink MM: Treatment of therapeutically resistant non-unions with bone grafts and pulsing electromagnetic fields. J Bone Joint Surg Am 1982;64:1214-1220. Adams BD, Frykman GK, Taleisnik J: Treatment of scaphoid nonunion with casting and pulsed elctromagnetic fields: A study continuation. J Hand Surg [Am] 1992;17:910-914. Blauvelt CT, Nelson FRT: A Manual of Orthopaedic Terminology, ed 6. St. Louis, MO: Mosby, 1998, p 12. Brighton CT, Wang W, Seldes R, Pollack

66.

67.

68.

69.

70.

71.

72.

73.

SR: Signal transduction in electrically stimulated bone cells. J Bone Joint Surg Am 2001;83:1514-1523. Brighton CT, Shaman P, Heppenstall RB, Esterhai JL Jr, Pollack SR, Friedenberg ZB: Tibial nonunion treated with direct current, capacitive coupling, or bone graft. Clin Orthop 1995;321:223-234. Marks RA: Spine fusion for discogenic low back pain: Outcomes in patients treated with or without pulsed electromagnetic field stimulation. Adv Ther 2000;17:57-67. Hanft JR, Goggin JP, Landsman A, Surprenant M: The role of combined magnetic field bone growth stimulation as an adjunct in the treatment of neuroarthropathy/Charcot joint: An expanded pilot study. J Foot Ankle Surg 1998;37:510-515. Ryaby JT, Linovitz RJ, Magee FP, Faden JS, Ponder R, Muenz LR: Abstract: Combined magnetic fields accelerate primary spine fusion: A double-blind, randomized, placebo controlled study, in Proceedings of the American Academy of Orthopaedic Surgeons 67th Annual Meeting, Orlando, FL. Rosemont, IL: American Academy of Orthopaedic Surgeons, 2000, vol 1, p 376. Azuma Y, Ito M, Harada Y, Takagi H, Ohta T, Jingushi S: Low-intensity pulsed ultrasound accelerates rat femoral fracture healing by acting on the various cellular reactions in the fracture callus. J Bone Miner Res 2001;16:671-680. Welgus HG, Jeffrey JJ, Eisen AZ, RoswitWT, Stricklin GP: Human skin fibroblast collagenase: Interaction with substrate and inhibitor. Coll Relat Res 1985;5:167-179. Wu CC, Lewallen DG, Bolander ME, Bronk J, Kinnick R, Greenleaf JF: Exposure to low intensity ultrasound stimulates aggrecan gene expression by cultured chondrocytes. Trans Orthop Soc 1996;21:622. Rawool D, Goldberg B, Forsberg F, Winder A, Talish R, Hume E: Power Doppler assessment of vascular changes during fracture treatment with low-intensity ultrasound. Trans Radiol Soc North Am 1998;83:1185.

Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons (Edición Española)

78