Los destornilladores aumentados pueden aumentar el rendimiento de los cirujanos ortopédicos en comparación con el uso de destornilladores normales.

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 20076 (2022) Citar este artículo

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La inserción de tornillos ortopédicos puede trivializarse como un procedimiento simple, sin embargo, con frecuencia se realiza de manera deficiente. Existe trabajo limitado para definir qué tan bien los cirujanos insertan los tornillos o si los destornilladores aumentados pueden ayudar a los cirujanos a reducir las tasas de extracción y optimizar la estanqueidad. El objetivo fue establecer el desempeño de los cirujanos al insertar tornillos y si esto se puede mejorar con el aumento con destornillador. 302 cirujanos ortopédicos apretaron 10 tornillos sin bloqueo hasta alcanzar lo que determinaron que era una estanqueidad óptima en láminas de hueso artificial. Se dio la confianza en la compra del tornillo (1-10). Se apretaron otros 10 tornillos utilizando un destornillador aumentado que indicaba cuándo se alcanzaba un apriete óptimo predeterminado. La estanqueidad para las inserciones sin pelar en condiciones normales y con el destornillador aumentado fue del 81% (IC del 95%: 79-82%) (n = 1275) y del 70% (IC del 95%: 69-72%) (n = 2577) (p < 0,001). Las tasas de extracción fueron del 58% (IC del 95%: 54-61%) y del 15% (IC del 95%: 12-17%) respectivamente (p <0,001). Las confianzas al utilizar destornilladores normales y aumentados, respectivamente, fueron de 7,2 y 7,1 en inserciones sin pelar y de 6,2 y 6,5 en inserciones sin pelar. El rendimiento mejoró con un destornillador mejorado, tanto en tasas de extracción reducidas como en una mayor precisión en la detección de extracción. Aumentar los destornilladores para indicar una estanqueidad óptima ofrece beneficios clínicos potencialmente enormes al mejorar la fijación de los tornillos.

La mayoría de las personas sufrirán una fractura a lo largo de su vida, lo que a menudo requerirá fijación con tornillos para restaurar la función y la movilidad1. Los tornillos son el implante ortopédico que se inserta con mayor frecuencia: se insertan millones cada año solo en el Reino Unido, en un mercado global que se espera que alcance un valor de 1.960 millones de dólares en 20282. La mayoría de los tornillos se insertan manualmente y se aprietan según la cantidad elegida subjetivamente por el cirujano. Si los tornillos se aprietan demasiado, desgastan el hueso circundante, lo que reduce la resistencia en > 90 % y aumenta las tasas de fracaso de la fijación3. Si falla, los costos del tratamiento al menos se duplican junto con una mayor morbilidad y mortalidad para los pacientes3.

Los datos son limitados sobre qué tan bien los cirujanos insertan los tornillos y se basan en solo 145 cirujanos que insertaron un total de 1510 tornillos4, y la mayoría de los estudios se limitan a que un cirujano inserte todos los tornillos o que muchos cirujanos inserten muy pocos tornillos. Sin embargo, estos estudios han demostrado que los cirujanos repetidamente obtienen malos resultados con más de uno de cada cuatro tornillos insertados, dañando irreparablemente el orificio del tornillo4. Si fuera representativo de la práctica clínica, esto equivaldría a millones de tornillos mal insertados cada año. Actualmente no hay datos que respalden cuán apretados los cirujanos insertan los tornillos dadas las limitaciones y la falta de potencia de los estudios anteriores, ni datos sobre cuán apretados creen los cirujanos que deberían insertar los tornillos.

El conocimiento del torque aplicado durante la inserción del tornillo mejora el desempeño quirúrgico5,6, aunque ningún trabajo ha utilizado destornilladores aumentados en un intento de ayudar a los cirujanos a reducir las tasas de extracción y optimizar la estanqueidad. Hasta hace poco se desconocía qué torque se debe aplicar para una fijación óptima. Anteriormente, hemos demostrado que el apriete óptimo de los tornillos sin bloqueo en determinadas condiciones está entre el 70 y el 80 % del par máximo5,6. Saber qué apriete apuntar y aumentar los destornilladores para indicar cuándo se ha alcanzado el apriete óptimo ofrece la promesa de mejorar en gran medida el rendimiento quirúrgico al insertar tornillos, aunque su uso no se ha explorado.

Los objetivos de este estudio fueron identificar para una gran muestra de cirujanos ortopédicos qué estanqueidad se logra al insertar tornillos sin bloqueo, qué tan apretados creen los cirujanos que deben estar los tornillos, qué confianza tienen los cirujanos en sus inserciones, su precisión para detectar la extracción de los orificios de los tornillos, cómo cambian las inserciones de tornillos cuando se utiliza un destornillador aumentado que indica cuándo se alcanza el ajuste óptimo y cómo la capacitación y la experiencia impactan los resultados.

El protocolo, los procedimientos y los cuestionarios del estudio se desarrollaron y aprobaron bajo la aprobación ética institucional local (AO Research Institute Davos), de acuerdo con la Declaración de Helsinki. Todos los cirujanos asistentes, tanto profesores como participantes que asistieron a un curso ortopédico internacional, fueron elegibles para su inclusión en el estudio. Se invitó a los cirujanos a participar y/o los cirujanos se presentaron ellos mismos para realizar las pruebas. Todos los participantes dieron su consentimiento informado y por escrito para participar y para que se analizaran sus datos anonimizados. No se ofrecieron incentivos financieros ni materiales para la participación; a los cirujanos se les dijo que recibirían individualmente sus resultados si participaban. Después de leer las condiciones relacionadas con el estudio, los participantes completaron un cuestionario en inglés para obtener información demográfica, antes de que se les pidiera que leyeran las instrucciones para la inserción de los tornillos.

Se convirtieron láminas de hueso artificial (Synbone, Zizers, Suiza) con una densidad de 0,32 g/cm3 en láminas de 4 mm de espesor mediante un proceso de fresado personalizado (FP1, Deckel Maho GmbH, Pfonten, Alemania) con orificios piloto de 2,5 mm. diámetro; Estas láminas fueron diseñadas para imitar la difícil situación de realizar la inserción en hueso de baja densidad (Fig. 1). Cada lámina se montó en una plantilla hecha a medida y se utilizó una base para imitar la rigidez del tejido de las extremidades inferiores humanas7.

Diagrama de la disposición de la prueba que muestra los tornillos preinsertados de 3 a 5 mm sobresaliendo de la placa, para que los apriete el cirujano. Análisis posterior a la inserción realizado en un episodio separado.

Se indicó a los cirujanos que usaran guantes no esterilizados antes de apretar secuencialmente tornillos corticales autorroscantes de 3,5 mm sin bloqueo en las láminas de hueso artificial en orientación vertical en dos fases de prueba (Fig. 2). Todos los tornillos se habían insertado previamente a través de placas de compresión dinámica (LC-DCP) de contacto limitado de 10 orificios (Synthes, Zuchwil, Suiza), y los tornillos permanecieron a 3 a 5 mm de la superficie de la placa. En estudios anteriores, identificamos que no se necesitan más de diez inserciones de tornillos para caracterizar la técnica de un cirujano7,8. Se utilizó un destornillador medidor de torsión (Premier STS103 (Jack Sealey LTD., Bury St. Edmunds, Reino Unido)) para apretar todos los tornillos. Se pidió a los participantes que insertaran cada tornillo con lo que determinaron que era el ajuste óptimo para ese tornillo. El destornillador mostró el torque aplicado a través de una lectura digital que fue registrada por los investigadores; los participantes estaban cegados a estos valores. En un episodio separado, un investigador calculó la estanqueidad lograda por el cirujano creando una relación entre el torque elegido por el cirujano (torque de detención) y el torque máximo que podría recibir el orificio del tornillo (torque de extracción). Si se encontraba que el torque de parada había sido mayor que el torque de extracción, se definió que la inserción había sido retirada por el cirujano. Después de la inserción de cada tornillo, los participantes calificaron el logro de la compra del 1 al 10 (1 es muy pobre y 10 es óptimo). También informaron si sentían que se había quitado el orificio del tornillo, sí o no.

Demostración del participante realizando el experimento de inserción de tornillos.

Para la Fase 2, se apretaron 10 tornillos exactamente de la misma manera, excepto que el mismo destornillador se configuró para emitir un pitido y vibrar cuando se alcanzó un valor de torsión óptimo teórico predeterminado: 0,105 Nm. Este valor, definido como estanqueidad óptima5,6, se calculó como el 70 % del torque de extracción promedio para tornillos de 3,5 mm en orificios para tornillos de 2,5 mm en las láminas de hueso artificial de 4 mm de espesor, establecido en 0,15 Nm en la prueba piloto. Las instrucciones para insertar tornillos en la Fase 2 fueron detener la inserción cuando el destornillador indicara el apriete óptimo. Nuevamente, se registró la confianza (1-10) en la compra del tornillo y la evaluación del cirujano sobre si se había quitado el orificio del tornillo.

El análisis estadístico se realizó mediante pruebas t pareadas para comparaciones entre las fases de apriete de los tornillos, confianza en las inserciones sin pelar, confianza en las inserciones con pelado, sensibilidad, especificidad y precisión en la predicción del apriete de los orificios del tornillo y la predicción del apriete óptimo y el apriete real logrado. Se utilizaron pruebas de chi cuadrado para comparar la tasa de extracción entre fases. El análisis de regresión se realizó mediante regresión por pasos hacia atrás para seleccionar entre las siguientes variables: edad (< 26, 26–30, 31–35, 36–40, 41–45, 46–50, > 50), sexo (femenino, masculino) , nivel de trabajo (post-residencia, pre-residencia, residencia), continente de trabajo (África, Asia, Australasia, Europa, Norteamérica, Sudamérica), número de años de especialidad, valor pensado para generar estanqueidad óptima y calificación de ingeniería ( sí No). Los cirujanos se clasificaron según sus técnicas en buen desempeño (tasa de extracción ≤ 10 % y una precisión de ≥ 80 %) o desempeño deficiente (tasa de extracción > 10 % y/o precisión < 80 %) para ambas fases de prueba. Los resultados se consideraron significativos con una tasa de error familiar de 0,05 y los intervalos de confianza se calcularon al 95%. Las pruebas estadísticas se realizaron con 'R', versión 4.0.29. Todos los datos están disponibles en un repositorio en línea10.

Se reclutaron trescientos dos cirujanos (Tabla 1). Apretaron un total de 6040 tornillos, 3020 para cada fase, con todas las inserciones de tornillos disponibles para su análisis.

En la Fase 1, utilizando un destornillador normal, se quitó el 58 % (intervalo de confianza (IC) del 95 %: 54-62 %) (n = 1745/3020) de los orificios para tornillos, siendo el apriete medio promedio de los tornillos para las inserciones sin pelar del 81 % ( IC 95% 79-82%) (n = 1275) (Fig. 3). En la Fase 2, con un destornillador aumentado, se observó una tasa de extracción más baja del 15 % (IC del 95 %: 12 a 17 %) (n = 443/3020) (p < 0,001), con un apriete promedio de los tornillos menor para las inserciones sin extracción. del 70% (IC 95% 69-72%) (n = 2577)(p < 0,001). En la Fase 1, 56 cirujanos (19%) quitaron los 10 orificios para tornillos. Esto se redujo a sólo siete cirujanos (2%) en la Fase 2 (p <0,001).

Actuación del cirujano para cada una de las condiciones de prueba; destornillador normal (barras azules) y destornillador aumentado (barras naranjas). La estanqueidad objetivo para la inserción normal se basa en el promedio informado por los cirujanos antes de la inserción y se establece en 70 % cuando se utiliza el destornillador aumentado. Un buen rendimiento se define como una tasa de extracción de tornillos de ≤ 10 % (es decir, no se despojó más de 1 de las 10 inserciones) y una precisión para describir correctamente si un orificio para tornillo se desforró o no de ≥ 80 % (es decir, al menos 8 de cada 10 inserciones). 10 respuestas sobre cómo quitar los orificios de los tornillos fueron correctas). El mal desempeño se definió como el fracaso en lograr uno o ambos factores. Diferencias estadísticas (p < 0,001) resaltadas con asterisco.

Los cirujanos informaron que la estanqueidad promedio para una compra óptima debería ser del 84 % (IC del 95 %: 83–85 %, rango 50–100 %), que era diferente a la estanqueidad promedio lograda (81 %) con un destornillador normal (p < 0,0164 ) (Fig. 3).

La confianza en los tornillos sin quitar no cambió entre las fases: Fase 1—7,2 (IC del 95 %: 7,0–7,4), Fase 2—7,1 (IC del 95 %: 6,9–7,3) (p = 0,441) ni tampoco la confianza en las inserciones sin quitar: Fase 1—6,2 (IC 95% 5,9-6,4), Fase 2—6,5 (IC 95% 6,2-6,7) (p = 0,218) (Fig. 4). Sin embargo, la precisión en la detección de si un tornillo había quitado o no el orificio al insertarlo aumentó significativamente con el uso de un destornillador aumentado: Fase 1: 55 %, Fase 2: 85 % (p < 0,001).

Valor de confianza informado para la compra de tornillos para cada condición de prueba (destornillador normal o aumentado) y cuándo se quitó o no el orificio del tornillo (1 es una confianza muy baja y 10 es una confianza óptima).

Para la Fase 1, no se observó ninguna variable asociada con cambios en el apriete de los tornillos. Las variables asociadas con un cambio en las tasas de desmantelamiento fueron: nivel de trabajo (pre-residencia 5.9% menor que post-residencia y residencia 13.6% menor que post-residencia), óptimo previsto (0.3% mayor por valor de predicción) y años de experiencia ( 0,4% superior por año de experiencia). Para la Fase 2, las variables asociadas con la estanqueidad promedio general fueron: tener una calificación de ingeniería (3,8% menos estricta), años de experiencia (0,1% más estricta por año de experiencia) y continente de trabajo (en comparación con la categoría de referencia África, Asia 2,7% menos (Australasia un 6,7% menos, Europa un 6,7% menos, América del Norte un 3,3% menos y América del Sur un 1,3% menos). Las variables asociadas con un cambio en las tasas de despido fueron: años de experiencia (0,6% más por año de experiencia) y continente de trabajo (en comparación con la categoría de referencia África, Asia 3,1% más, Australasia 5,0% menos, Europa 6,4% menos, América del Norte 10,9% menos y Sudamérica 0,4% menos). Los tres modelos de regresión con variables predictivas significativas se compararon con un modelo de solo intercepto que resultó en valores de p significativos de 0,0004, 0,0050 y 0,0001 respectivamente.

Utilizando las categorías basadas en la tasa de extracción y la precisión en la detección de la extracción, el uso de un destornillador aumentado permitió observar un buen rendimiento en el 69 % de los cirujanos, en comparación con solo el 9 % en condiciones normales (Fig. 3).

El rendimiento quirúrgico varió mucho entre los cirujanos, con una proporción considerable de tornillos que se insertaron mal. El uso de un destornillador aumentado que indicaba cuándo se había alcanzado la tensión óptima mejoró drásticamente las técnicas de los cirujanos. Dado que los orificios para tornillos retirados afectan la cicatrización ósea11, la resistencia de la fijación5,6,12 y contribuyen al fracaso de las fijaciones3, lo ideal es que las tasas de extracción sean cero. La capacidad de criticar inmediatamente la inserción de un tornillo debería permitir que el cirujano detecte el desmontaje, en caso de que se produzca, de modo que se puedan implementar soluciones, como cambiar la posición de la fijación o aumentar el tamaño del tornillo12. Sin embargo, encontramos, al igual que Stoesz et al. Anteriormente, la detección de desgarro al insertar tornillos con dispositivos no aumentados era rara y sólo cuando el hueso estaba muy dañado13. La alta tasa de extracción observada con un destornillador normal combinada con la baja precisión en la detección de extracción por parte de algunos cirujanos puede indicar que se están realizando fijaciones subóptimas de forma rutinaria. Del mismo modo, dadas las malas técnicas observadas con un destornillador normal, es posible que las estrategias de fijación actuales utilicen más tornillos de los necesarios para compensar la mala inserción de algunos tornillos. Al utilizar el aumento para indicar una tensión óptima, las mejoras significativas en las técnicas observadas podrían significar que menos tornillos mejor insertados proporcionarían la misma fijación si se insertaran correctamente. Esto podría reducir las exposiciones quirúrgicas, el tiempo quirúrgico y los costos de implante.

Sólo un par de los factores demográficos registrados se asociaron con cambios en la técnica, en particular el número de años de experiencia y el continente de trabajo, lo que implica que se observa un espectro de técnicas en todos los países, edades y experiencias quirúrgicas. Los cirujanos con valores más altos para la estanqueidad óptima sospechada se asociaron con tasas de extracción más altas, tal vez debido al deseo de lograr una mayor estanqueidad.

Si bien la confianza se redujo significativamente cuando se quitaron los orificios para los tornillos, aún se mantuvo alta tanto en las inserciones normales como en las aumentadas. De hecho, muchos cirujanos informaron de una confianza media e incluso alta en un tornillo que claramente había desmontado el orificio del mismo. Esto puede reflejar una incapacidad general para criticar las inserciones o una falta de comprensión por parte de algunos cirujanos sobre qué retroalimentación propioceptiva deberían sentir. Quizás incluso sin saber cómo funciona un tornillo. Afortunadamente, esto mejoró con el aumento, lo que demuestra los beneficios de seguridad que puede ofrecer la retroalimentación cuantitativa; En este estudio, las técnicas podrían describirse como "buenas" en el 69% de los cirujanos cuando utilizan aumento, en comparación con sólo el 9% en condiciones normales. Desafortunadamente, no se sabe, y no investigamos, qué haría un cirujano con poca confianza en un tornillo, es decir, con qué puntuación de confianza un cirujano cambiaría el tornillo o alteraría la fijación.

Trabajos anteriores sobre el aumento con destornillador han demostrado sus beneficios8,14, pero se desconocía la precisión del objetivo y cómo hacerlo. Sin embargo, recientemente, aunque solo se han realizado estudios biomecánicos in vitro, se ha encontrado que el apriete óptimo para tornillos sin bloqueo se encuentra entre el 70 y el 80 % del par de extracción. Además, utilizando las características óseas15,16, el torque de extracción se puede calcular o al menos estimar antes de la inserción. Este estudio demuestra que suponiendo que se puedan realizar estimaciones apropiadas de la tensión óptima (que son sencillas en el entorno controlado de pruebas de hueso artificial utilizado), aumentar los destornilladores para indicar el torque óptimo tiene grandes beneficios de fijación. Con los avances en el diseño de las fresas, se pueden realizar estimaciones de la densidad ósea en función de la energía necesaria para crear el orificio piloto17. Esta característica se puede incorporar en los cálculos del par máximo, y por tanto de lo que sería del 70 al 80%.

Este es el estudio más grande hasta la fecha sobre el desempeño del cirujano al insertar tornillos. La mayoría de los estudios anteriores tenían poco poder estadístico debido al pequeño número de inserciones de tornillos para cada variable probada y/o al pequeño número de cirujanos4. Es el primer estudio que analiza diferentes características de los cirujanos y si están asociadas con cambios en el rendimiento y el primero que analiza la inserción aumentada del destornillador en una muestra grande. Además, se probó un espectro diverso de cirujanos, lo que aumentó la generalización de los hallazgos.

Las limitaciones de este estudio incluyen que, si bien tener un grupo internacional para las pruebas hace que los hallazgos sean más generalizables, es posible que haya habido problemas de idioma que hicieron que las instrucciones fueran más difíciles de entender para algunos participantes, aunque los cursos a los que asistían también se impartían en inglés. La homogeneidad del modelo óseo utilizado eliminó los factores de confusión del material de prueba, aunque como se trata de hueso artificial, sus propiedades pueden diferir de las técnicas y resultados de fijación in vivo. Sin embargo, un estudio previo ha demostrado que las técnicas en hueso artificial imitan a las del hueso humano7. En este estudio no se investigó la estanqueidad óptima para este modelo y se utilizaron investigaciones previas en huesos bovinos y humanos como punto de referencia para determinar la estanqueidad al objetivo. La tensión óptima para el hueso artificial puede ser diferente, lo que significa que el aumento debería haberse establecido en un nivel diferente; sin embargo, el objetivo principal de la inserción del tornillo es no dañar el hueso circundante, lo cual el aumento logró con gran éxito, mientras que la tensión óptima ( que para este modelo no se conoce) es un objetivo secundario. No se realizaron evaluaciones de la fuerza de fijación ni del impacto en la curación ósea, aunque se sabe que los tornillos desgastados empeoran la curación ósea11. Finalmente, los beneficios observados con el destornillador aumentado pueden haber mejorado debido a una mayor familiaridad con el material y el torque de extracción para la Fase 2 en comparación con la Fase 1. Sin embargo, no se han observado diferencias en estudios biomecánicos previos entre las primeras 10 inserciones de un tornillo. y más inserciones7,8.

El uso de aumento reduce las tasas de extracción, mejora la precisión y optimiza el apriete de los tornillos. El desarrollo de métodos para la evaluación en tiempo real del torque de extracción y el uso de destornilladores con torque controlado mejorará el rendimiento quirúrgico mediante menos inserciones fallidas, ahorrando tiempo, dinero y probablemente mejorando los resultados de los pacientes.

Los datos están disponibles en el siguiente repositorio en línea: https://doi.org/10.15125/BATH-00956.

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Los autores agradecen a Dieter Wahl su ayuda en la construcción del aparato.

Este estudio se realizó con la ayuda de la beca de investigación quirúrgica del Royal College of Surgeons of England y la Fundación AO. Este estudio fue apoyado por el Centro de Investigación Biomédica NIHR de los Hospitales Universitarios de Bristol NHS Foundation Trust y la Universidad de Bristol. Las opiniones expresadas en esta publicación son las de los autores y no necesariamente las del NHS, el Instituto Nacional de Investigación en Salud o el Departamento de Salud y Atención Social.

Instituto de Investigación AO Davos, Clavadelerstrasse 8, 7270, Davos Platz, Suiza

James WA Fletcher, Verena Neumann, Juan Silva, Karen Mys, Vasiliki C. Panagiotopoulou, Boyko Gueorguiev y R. Geoff Richards

Departamento de Salud, Universidad de Bath, Bath, Reino Unido

James WA Fletcher y Ezio Preatoni

Departamento de Ciencias Matemáticas, Universidad de Bath, Bath, Reino Unido

Abigail Burdón

Sección de Biomecánica, Departamento de Ingeniería Mecánica, KU Leuven, Lovaina, Bélgica

Karen Mys

Unidad de Investigación Musculoesquelética, Edificio de Investigación y Aprendizaje del primer piso de la Facultad de Medicina de Bristol, Ciencias de la Salud Traslacionales, Hospital Southmead, Bristol, Reino Unido

Michael R. Casa Blanca

Instituto Nacional de Investigación en Salud Centro de Investigación Biomédica de Bristol, Hospitales Universitarios Bristol NHS Foundation Trust y Universidad de Bristol, Bristol, Reino Unido

Michael R. Casa Blanca

Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Bath, Bath, Reino Unido

Harinderjit S. Gill

Centro de Intervención Terapéutica, Universidad de Bath, Bath, Reino Unido

Harinderjit S. Gill

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Todos los autores contribuyeron al diseño del estudio. JF, VN, JS, VP y KM realizaron la recopilación de datos. JF, VN, JS, VP, AB y BG realizaron análisis de datos. JF y AB escribieron el manuscrito. RGR, MW, HG y EP proporcionaron una revisión crítica. Todos los autores leyeron y aprobaron el manuscrito final.

Correspondencia a James WA Fletcher.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Fletcher, JWA, Neumann, V., Silva, J. et al. Los destornilladores aumentados pueden aumentar el rendimiento de los cirujanos ortopédicos en comparación con el uso de destornilladores normales. Informe científico 12, 20076 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-24646-z

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Recibido: 04 de abril de 2022

Aceptado: 17 de noviembre de 2022

Publicado: 22 de noviembre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-24646-z

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