Evaluation of Intramedullary Methods with Polymethylmethacrylate for Fixation of Bone Lesions of the Extremities.

Objective  To evaluate the better potential and functional results in pain control in the treatment of pathological fractures and prophylactic fixation with an intramedullary nail associated with polymethylmethacrylate, compared with the utilization of an intramedullary nail in long bone tumor lesions. Methods  From January 2012 to September 2017, 38 patients with 42 pathological lesions (fractures or impending fractures according to the Mirels criteria) were treated surgically. Sixteen patients allocated to the control group underwent a locked intramedullary nail fixation, and 22 patients with pathological lesions were allocated to treatment with an intramedullary nail associated with polymethylmethacrylate. Postoperatively, the patients were submitted to the Musculoskeletal Tumor Society (MSTS) rating scale, radiographic assessment, and to the assessment of events and complications related to the treatment. Results  The evaluation using the MSTS questionnaire showed better functional results in the group associated with polymethylmethacrylate, in comparison with the control group, which obtained an average score of 16.375 out of a maximum of 30 points (54.6%). The group studied with association with polymethylmethacrylate obtained a mean of 22.36 points (74.5%). The procedure proved to be safe, with similar complication and severity rates, and with no statistical difference in comparison with the standard treatment. Conclusion  Stabilization of tumor lesions with an internal fixation associated with the polymethylmethacrylate demonstrated early rehabilitation and improved the quality of life, allowing rapid functional recovery. The use of polymethylmethacrylate has advantages such as reduced bleeding, tumor necrosis and higher mechanical stability. Sociedade Brasileira de Ortopedia e Traumatologia. This is an open access article published by Thieme under the terms of the Creative Commons Attribution-NonDerivative-NonCommercial License, permitting copying and reproduction so long as the original work is given appropriate credit. Contents may not be used for commecial purposes, or adapted, remixed, transformed or built upon. ( https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ ).

Introduction

Advances in chemotherapy and radiotherapy treatment have increased the life expectancy of cancer patients, making them more susceptible to metastatic presentation. 1

Pathological fractures occur in between 11 and 29% of metastatic bone lesions. 2 3 4 5 Surgical treatment allows for improved functional capacity, greater emotional acceptance, and care, as well as pain relief; therefore, early treatment provides a far better quality of life. 6

Benign lesions such as simple and aneurysmal bone cyst, fibrous dysplasia, giant cell tumors, and Paget disease present an increased risk of fracture, especially in the proximal portion of long bones. 7 8 9

Among the surgical methods, the foremost used is the intramedullary nail (IMN), due to its biomechanical properties 5 10 11 12 13 and greater stability in the face of disease progression, where the stabilization of lesions with the utilization of plates and screws may fail and define the survival of the patient.

The IMN can be introduced through the open or percutaneous technique; therefore, the use of bone cement allows for greater stability and pain control. 14 15 16 The association of bone cement has already been shown to be efficient in the oncological treatment of the spine and flat bones. 17

The present study aimed to evaluate the results of the treatment of pathological lesions in long bones with the use of IMN associated or not with polymethylmethacrylate (PMMA).

Materials and methods

Between January 2012 and September 2017, 38 patients with 42 pathological injuries were treated, meeting the objectives of this research, with fractures or bone injuries on the verge of a fracture according to the criteria of Mirels, who underwent surgical procedure, being divided into two groups.

The inclusion criteria were: long bone neoplasm (primary or secondary), meeting the criteria of Mirels with surgical indication, pathological fractures in long bones, intramedullary osteosynthesis associated or not with PMMA, absence of previous treatment of the lesion, acceptance of the written informed consent form (WICF).

The exclusion criteria were: previous fracture in the affected limb, non-intramedullary osteosynthesis, a previous infectious process in the affected limb, non-acceptance of the WICF.

Group 1, with 16 patients, received treatment with IMN. For Group 2, with 22 patients, the treatment was associated with PMMA. The surgical technique had similar surgical steps. After placing the nail and drilling the locking holes close to the insertion of the nail, the material was removed, and a hole was drilled in the metadiaphyseal region opposite to the entrance of the nail. The objective was to reduce intramedullary pressure during cementation and insertion of the intramedullary cement through the nail entry point, with continuous aspiration through the drilling point. Before the complete hardening of the cement, the nail is replaced and locked.

Among the patients allocated to Group 1, 11 females and 5 males, the primary disease is described in Table 1 . The lesion site in eight cases was the proximal femur, five cases with involvement of the diaphyseal humerus, two cases in the diaphyseal portion of the femur, and on case in the distal femur ( Table 1 ).

Table 1

Epidemiological differentiation between groups

	Control	Intramedullary nail + PMMA
Gender (F:M)	11:5	15:7
Primary Injury
Breast	6	8
Multiple myeloma	2	2
Prostate	1	4
Uterine	0	2
Pulmonary	0	1
Melanoma	0	1
Colon	1	0
COA	1	0
Lymphoma	1	0
Hepatic	1	0
Renal	1	2
Fibrous dysplasia	1	0
Fracture secondary to osteochondroma resection	1	0
Hyperparathyroidism	0	1
Fracture secondary to radiation	0	1

Abbreviations: F, female; M, male; PMMA, polymethylmethacrylate.

In Group 2 patients, 15 females and 7 males, the primary disease is described in Table 1 . The lesion site in 10 cases was the proximal femur, in 10 cases the diaphyseal humerus, 4 cases in the diaphyseal portion of the femur, 1 case in the distal femur, and 1 fracture of the diaphyseal tibia. In this group, there was one patient with a bilateral humeral fracture, one patient with bilateral transtrochanteric injury, and one patient with a bilateral femoral diaphyseal fracture and humeral diaphyseal fracture ( Table 1 ).

The mean follow-up time for the patients in Group 1 was 11.7 months (between 0 and 63 months), and in Group 2 it was 8.4 months (between 0 and 30 months). The functional assessment of the patients was performed through the analysis of the Musculoskeletal Tumor Society (MSTS) score. The postoperative radiographic assessments were carried out in order to verify the union of the fractures.

Results

A total of 38 patients, with a mean age of 59.24 years (between 14 and 85 years old), 26 females and 12 males, met the inclusion criteria. One patient had a bilateral femur fracture and a unilateral humerus fracture, 1 had a bilateral proximal femoral injury, and 1 had a bilateral humerus fracture, comprising 42 treated injuries.

The radiographic evaluation showed adequate alignment of the fractures and, in cases with a follow-up >1 year, no case of pseudarthrosis was evidenced by the radiographs. One patient with a fracture within the proximal femur had apparent cement leakage, but this patient did not wish to undergo to a replacement treatment, as she had sporadic pain.

The mean age in the control group was 51.5 years old (between 14 and 85 years old), whereas in the group treated with PMMA associated with IMN the mean age was 64.8 years old (between 27 and 84 years old). The mean follow-up time in the control group was 11.7 months (between 0 and 63 months), and in the PMMA-associated IMN group, it was 8.4 months (between 0 and 30 months). There was no statistical difference between ages in the groups ( p  = 0.05), as well as no statistical difference in the follow-up ( p  = 0.48) ( Table 2 ).

Table 2

Age evaluation and follow-up, according to the Student t test

	Control	Intramedullary nail + PMMA
Age (years old)	51.5	64.8	p = 0.05
Follow-up (months)	11.7	8.4	p = 0.48

Abbreviation: PMMA, polymethylmethacrylate.

The functional assessment of patients using the MSTS questionnaire showed the superiority of the group that received the treatment linked to PMMA, with statistical significance ( p  = 0.049). The control group had an average score of 16.375 out of a maximum of 30 points, while the group with the PMMA association had an average score of 22.36 points ( Fig. 1 ).

Fig. 1

MSTS rating scale for functional evaluation.

In a comparative evaluation with new segmentation, this difference was not observed when we compared only the patients with injuries and treatments in the upper limbs, with a mean score of 20 ( n  = 5) in the MSTS questionnaire of patients treated with surgical synthesis material, and a score of 23.125 ( n  = 8) when associated with PMMA ( p  = 0.60). However, when this assessment was carried out comparing patients with injuries in the lower limbs, the control group ( n  = 10) had an average score of 13.6, and the group with PMMA association ( n  = 13) had an average score of 21.46, with statistical significance ( p  = 0.036).

The comparison between the affected upper and lower limbs shows no difference within the group in the comparison between the control group and the group associated with PMMA. The patients in the control group with injury in the upper limbs, with a mean score of 20 ( n  = 5) versus patients with injuries in the lower limbs of the control group ( n  = 10), with a mean score of 13.6 ( p  = 0.21). In a comparison linked to PMMA, however, no statistical difference was observed: patients with injuries in the upper limbs treated with IMN + PMMA had a score of 23.125 ( n  = 8) versus the group of patients with injuries in the lower limbs ( n  = 13), with a mean score of 21.46 ( p  = 0.69).

Among the complications related to surgical treatment, we did not observe any statistical difference between the series. In the control group, there were three deaths (one after pulmonary thromboembolism [PE]), one deep surgical site infection, one superficial infection, and one case of decompensated heart failure. In the treatment group with association with PMMA, two deaths were observed (one case after PTE associated with stroke, and one after acute renal failure in a polytrauma patient), two cases of bone cement extravasation (one of these cases was examined in the initial surgery, with the removal of extravasated cement), one case of hypokalemia, and two of delirium ( Figs. 2 and 3 ).

Fig. 2

Metastatic breast cancer lesion in the proximal femur in a 61-year-old patient with transtrochanteric fracture and impending contralateral fracture. The distal locking screw was not necessary due to stabilization with bone cement.

Fig. 3

Pathological fracture of the left humerus. Primary lung adenocarcinoma ( A ) pathological fracture; ( B ) fixation with nail and cement; ( C ) bone union 15 weeks.

Discussion

The goal of treating pathological lesions is early mobilization, pain relief, and functional recovery as quickly as possible. 18 The Mirels score proved to be an important tool to identify the precise timing of prophylactic fixation of the tumor lesions. 19 20 21

Conservative treatment showed the worst results, with higher morbimortality; thus, surgical treatment is the standard treatment for pathological fractures. 22 Osteosynthesis showed a lower rate of complications when compared with an endoprosthesis, as it allows immediate support. 23 The use of long nails is the most chosen and indicated method, as it prevents future injuries as the disease progresses. The milling procedure of the medullary canal showed biomechanical advantages. The possibility of tumor cell dissemination has not been demonstrated. 24 25 26 27

The treatment with association with PMMA and IMN has advantages over the standard treatment only with the use of the implant. As the cement occupies the spinal space, bleeding from the lesion is reduced. The cement provides greater mechanical stability to the compound, reducing adjacent bone destruction, and, consequently, pain. 17 28 Reports show that cement would lead to volume reduction and tumor necrosis caused by thermal injury, as well as to reduced blood supply to the tumor. 29 30

Conclusion

Surgical treatment for long bone injuries, especially in palliative cases, aims at rapid pain control and functional recovery. Thus, the association with the percutaneous method of fixation of long bone fractures, with the use of an intramedullary nail associated with cementation with PMMA, proved to be an efficient technique. It presented complication rates similar to those of the traditional method and better functional results, allowing the patient to recover quickly. These results are more prominent in patients with lower limb involvement when compared with patients with upper limb injuries.

Introdução

Avanços no tratamento quimioterápico e radioterápico aumentaram a expectativa de vida de pacientes oncológicos, tornando-os mais propensos à apresentação metastática. 1

As fraturas patológicas ocorrem em entre 11 e 29% das lesões metastáticas ósseas. 2 3 4 5 O tratamento cirúrgico permite melhora da capacidade funcional, maior aceitação emocional e cuidados, bem como alívio álgico; desta forma, o tratamento precoce oferece melhor qualidade de vida. 6

Lesões benignas como cisto ósseo simples e aneurismático, displasia fibrosa, tumor de células gigantes e doença de Paget apresentam risco aumentado de fratura, especialmente na porção proximal de ossos longos. 7 8 9

Dentre os métodos cirúrgicos, o mais utilizado é a haste intramedular (HIM), devido às suas propriedades biomecânicas 5 10 11 12 13 e maior estabilidade diante da progressão da doença, onde a estabilização de lesões com o uso de placas e parafusos pode falhar e definir a sobrevivência do paciente.

A HIM pode ser introduzida através de técnica aberta ou percutânea, e o uso de cimento é possível para maior estabilidade e controle álgico. 14 15 16 A associação de cimento ósseo já se mostrou eficiente no tratamento oncológico na coluna e em ossos chatos. 17

O presente estudo buscou avaliar os resultados do tratamento de lesões patológicas em ossos longos com o uso de HIM associado ou não ao polimetilmetacrilato (PMMA).

Materiais e Métodos

Entre janeiro de 2012 e setembro de 2017, foram atendidos 38 pacientes com 42 lesões patológicas atendendo os objetivos da presente pesquisa, com fraturas ou lesões ósseas na iminência de fratura segundo os critérios de Mirels, submetidos ao tratamento cirúrgico, sendo divididos em dois grupos.

Os critérios de inclusão foram: neoplasia em ossos longos (primária ou secundária) que preencha critérios de Mirels com indicação cirúrgica, fraturas patológicas em ossos longos, osteossíntese intramedular associada ou não ao PMMA, ausência de tratamento prévio da lesão e aceitação do termo de consentimento livre e esclarecido (TCLE).

Os critérios de exclusão foram: fratura prévia no membro acometido, osteossíntese não intramedular, processo infeccioso prévio no membro acometido e não aceitação do TCLE.

O Grupo 1, com 16 pacientes, recebeu o tratamento com HIM. No Grupo 2, com 22 pacientes, o tratamento foi associado ao PMMA. O método cirúrgico apresentava passos cirúrgicos semelhantes. Após a colocação da haste e perfuração dos bloqueios próximos à inserção da haste, o material era retirado, era perfurado um orifício na região metadiafisária oposta à entrada da haste visando diminuição da pressão intramedular durante a cimentação e inserção de cimento intramedular através do ponto de entrada da haste com aspiração contínua pelo ponto de brocagem. Antes do completo endurecimento do cimento, a haste era recolocada e bloqueada.

Dentre os pacientes alocados no Grupo 1, 11 femininos e 5 masculinos, a doença primária é descrita na Tabela 1 . O local da lesão em oito casos foi o fêmur proximal, cinco casos com acometimento do úmero diafisário, dois casos na porção diafisária do fêmur, e um caso no fêmur distal ( Tabela 1 ).

Tabela 1

Diferenciação epidemiológica entre grupos

	Controle	Haste intra-medular + PMMA
Gênero (F:M)	11:5	15:7
Lesão Primária
Mama	6	8
Mieloma múltiplo	2	2
Próstata	1	4
Uterino	0	2
Pulmonar	0	1
Melanoma	0	1
Cólon	1	0
COA	1	0
Linfoma	1	0
Hepático	1	0
Renal	1	2
Displasia fibrosa	1	0
Fratura secundária à ressecção de osteocondroma	1	0
Hiperparatireoidismo	0	1
Fratura secundária à irradiação	0	1

Abreviações: F, feminino; M, masculino; PMMA, polimetilmetacrilato; COA, cisto ósseo aneurismático.

Nos pacientes do Grupo 2, 15 femininos e 7 masculinos, a doença primária é descrita na Tabela 1 . O local da lesão em 10 casos foi o fêmur proximal, em 10 casos o úmero diafisário, 4 casos na porção diafisária do fêmur, 1 caso no fêmur distal, e 1 fratura da tíbia diafisária. Neste grupo, encontrava-se um paciente com fratura de úmero bilateral, um paciente com lesão transtrocanteriana bilateral e um paciente com fratura diafisária femoral bilateral e fratura diafisária de úmero ( Tabela 1 ).

O tempo médio de seguimento dos pacientes do Grupo 1 foi 11,7 meses (de 0 a 63 meses), e o do Grupo 2 foi 8,4 meses (de 0 a 30 meses). A avaliação funcional dos pacientes foi realizada através da análise do escore MSTS e foi realizada a avaliação radiográfica pós-operatória para constatação da consolidação das fraturas.

Resultados

Um total de 38 pacientes, com média de idade de 59,24 anos (de 14 a 85 anos), sendo 26 femininos e 12 masculinos, atendiam aos critérios de inclusão. Um paciente apresentava fratura bilateral de fêmur e unilateral de úmero, um com lesão bilateral femoral proximal e um com fratura bilateral de úmero, abrangendo 42 lesões tratadas.

A avaliação radiográfica demonstrou alinhamento adequado das fraturas e, nos casos com seguimento >1 ano, não foi evidenciado nenhum caso de pseudoartrose, com extravasamento de cimento evidente em uma paciente com fratura no fêmur proximal, mas esta não desejava se submeter a um novo tratamento por apresentar dor esporádica.

A idade média no grupo controle foi 51,5 anos (de 14 a 85 anos), enquanto no grupo de tratamento com HIM associado ao PMMA a idade média foi 64,8 anos (de 27 a 84 anos). O tempo médio de seguimento no grupo controle foi 11,7 meses (de 0 a 63 meses), e no grupo do tratamento associado ao PMMA o tempo médio de seguimento foi 8,4 meses (de 0 a 30 meses). Não houve diferença estatística entre a idade nos grupos ( p  = 0,05), tampouco no seguimento ( p  = 0,48) ( Tabela 2 ).

Tabela 2

Avaliação de idade e seguimento segundo avaliação pelo teste t de Student

	Controle	Haste intra-medular + PMMA
Idade (anos)	51,5	64,8	p = 0,05
Seguimento (meses)	11,7	8,4	p = 0,48

Abreviação: PMMA, polimetilmetacrilato.

A avaliação funcional dos pacientes através do questionário da Musculoskeletal Tumor Society (MSTS, na sigla em inglês) mostrou superioridade do grupo que recebeu o tratamento com associação do PMMA, com significância estatística ( p  = 0,049). O grupo controle obteve pontuação média de 16,375 em um máximo de 30 pontos, enquanto o grupo em estudo com associação do PMMA obteve pontuação média de 22,36 pontos ( Figura 1 ).

Fig. 1

Escore funcional MSTS.

Em uma avaliação comparativa com nova segmentação, esta diferença não é observada quando comparados apenas pacientes com lesões e tratamentos para o membro superior, com escore médio de 20 ( n  = 5) no MSTS para os pacientes tratados com material de síntese e escore de 23,125 ( n  = 8) quando associado ao PMMA ( p  = 0,60). Porém, quando esta avaliação é realizada comparando pacientes com lesões em membros inferiores, o grupo controle ( n  = 10) apresenta um escore médio de 13,6, e o grupo com associação do PMMA ( n  = 13) apresenta 21,46, com significância estatística ( p  = 0,036).

A comparação entre membros superiores e inferiores acometidos não mostra diferença dentro do grupo na comparação entre grupo controle e associação com PMMA: pacientes com lesão no membro superior do grupo controle, com escore médio de 20 ( n  = 5, ) versus pacientes com lesão em membro inferior do grupo controle ( n  = 10), com escore médio de 13,6 ( p  = 0,21). Já em uma comparação nas associações com PMMA, também não é observada diferença estatística: pacientes com lesão em membros superiores tratados com HIM e PMMA apresentaram uma pontuação de 23,125 ( n  = 8 ) versus grupo de pacientes com lesão em membros inferiores ( n  = 13), com média de 21,46 ( p  = 0,69).

Dentre as complicações relacionadas ao tratamento cirúrgico, não observamos diferença estatística entre séries; no grupo controle, foram observados três óbitos (um após tromboembolismo pulmonar [TEP]), uma infecção profunda em sítio cirúrgico, uma infecção superficial e um caso de insuficiência cardíaca descompensada. Já no grupo de tratamento com associação ao PMMA, observaram-se dois óbitos (um após TEP associado com acidente vascular cerebral e um após insuficiência renal aguda em paciente politraumatizado), dois casos de extravasamento de cimento (um destes explorado na cirurgia inicial e retirada do cimento extravasado), um caso de hipopotassemia e dois de delírio ( Figuras 2 e 3 ).

Fig. 2

Lesão metastática de câncer de mama em fêmur proximal em paciente de 61 anos, com fratura transtrocanteriana e iminência de fratura contralateral. Parafuso de bloqueio distal não foi necessário devido à estabilização com cimento.

Fig. 3

Fratura patológica de úmero esquerdo. Adenocarcinoma primário de pulmão. (a) Fratura patológica; (b) fixação haste e cimento; (c) consolidação em 15 semanas.

Discussão

O objetivo do tratamento nas lesões patológicas é a mobilização precoce, alívio da dor e recuperação funcional o mais rapidamente possível. 18 O escore de Mirels mostrou-se uma ferramenta importante para determinar o momento preciso da fixação profilática em lesões tumorais. 19 20 21

O tratamento conservador mostrou piores resultados, com maior morbimortalidade; portanto, o tratamento cirúrgico é o tratamento padrão para fraturas patológicas. 22 A osteossíntese mostrou menor taxa de complicações quando comparada com a endoprótese e permite apoio imediato. 23 O uso de hastes longas é o método mais escolhido e indicado por oferecer proteção contra lesões futuras com a progressão da doença. A fresagem do canal medular mostrou vantagens biomecânicas e a possibilidade de disseminação de células tumorais não foi demonstrada. 24 25 26 27

O tratamento com associação do PMMA à HIM apresenta vantagens sobre o tratamento padrão apenas com o uso do implante. Como o cimento ocupa espaço medular, o sangramento da lesão é diminuído. O cimento fornece maior estabilidade mecânica ao composto, diminuindo a destruição óssea adjacente e, consequentemente, a dor. 17 28 Relatos mostram que o cimento levaria à necrose tumoral e à redução de volume por lesão térmica, assim como à redução do aporte sanguíneo ao tumor. 29 30

Conclusão

O tratamento cirúrgico para lesões em ossos longos, principalmente em casos paliativos, tem como objetivo o rápido controle álgico e recuperação funcional. Assim, a associação do método percutâneo de fixação de fraturas de ossos longos com a utilização de haste intramedular associado à cimentação com PMMA mostrou-se uma técnica eficiente, com taxas de complicações semelhantes ao método tradicional e melhores resultados funcionais, permitindo a rápida recuperação do paciente, sendo que estes resultados são mais proeminentes em pacientes com acometimento dos membros inferiores quando comparados com os pacientes com lesões em membros superiores.