Failed distractional bone regeneration as a complication of distraction osteosynthesis: risk factors, preventive diagnosis, treatment

Introduction Despite the large number of articles on complications associated with surgical lengthening, information about such a complication of transosseous distraction osteosynthesis as failed bone regenerate (called hypoplastic in foreign literature) is extremely rare. There are no methods for predicting the restructuring of the regenerate and clinical recommendations for the management of patients at various stages of reconstruction of the distraction regenerate. This entails a long period of immobilization and severe complications.

The objective of the work was to define the notion of inadequate (“ischemic”/hypoplastic) bone regeneration and the problem of its formation as a complication during surgical limb lengthening

Material and methods The PubMed database and the eLIBRARY scientific electronic library were used to select sources for a systematic literature review. The sources published between 1997 and 2020 were selected

Results and discussion Ineffective distraction bone regenerate is a complication of surgical segment lengthening with the shape and/or structure of the newly formed bone preventing functional load on the segment. There is a general tendency with bone elongations being greater than 15-20 % to significantly reduce biomechanical properties of the distractional regenerate bone. Patients' age at surgical lengthening is not reported as a risk factor for distraction regenerate fractures and a history of adverse events and complications is regarded as an additional risk factor. Inadequate (unstable) distraction regenerate bone includes morphotypes III-V and structural types 1, 5, 7 as classified by Ru Li. There are no clinical guidelines for operational strategy. Failed distraction bone regeneration as a complication of distraction osteosynthesis was reported by different authors between 1997 and 2020. There are conflicting statistically unreliable data regarding a risk for regenerate bone to develop into a less stable type. The surgical options presented have no statistical significance (occasional case reports) and do not describe all possible clinical scenarios.

Conclusion The problem of failed distraction regeneration and impaired organotypic restructuring remains one of the most important problems in limb lengthening. Inadequate formation and restructuring of newly formed bone can be caused by many factors including anatomical, physiological and technological aspects that would require further comprehensive study.

1. Borzunov DY, Shastov AL. Mechanical solutions to salvage failed distraction osteogenesis in large bone defect management. Int Orthop. 2019;43(5):1051-1059. doi: 10.1007/s00264-018-4032-6

2. Li R, Saleh M, Yang L, Coulton L. Radiographic classification of osteogenesis during bone distraction. J Orthop Res. 2006;24(3):339-47. doi: 10.1002/jor.20026

3. Schiedel F, Elsner U, Gosheger G, et al. Prophylactic titanium elastic nailing (TEN) following femoral lengthening (Lengthening then rodding) with one or two nails reduces the risk for secondary interventions after regenerate fractures: a cohort study in monolateral vs. bilateral lengthening procedures. BMC Musculoskelet Disord. 2013;14:302. doi: 10.1186/1471-2474-14-302

4. Launay F, Younsi R, Pithioux M, et al. Fracture following lower limb lengthening in children: a series of 58 patients. Orthop Traumatol Surg Res. 2013;99(1):72-9. doi: 10.1016/j.otsr.2012.08.005

5. Дьячкова Г.В., Михайлов Е.С., Ерофеев С.А. и др. Качественные и количественные показатели рентгенологической оценки дистракционного регенерата. Гений ортопедии. 2003;(4):11-15.

6. Шастов А.Л. Оптимизация восстановительных процессов у пациентов с ложными суставами и костными дефектами в условиях нарушенного остеогенеза: автореф. дис. … канд. мед. наук. Курган; 2016:24. Доступно по: https://www.dissercat.com/content/optimizatsiya-vosstanovitelnykh-protsessov-u-patsientov-s-lozhnymi-sustavami-i-kostnymi-defe/read. Ссылка активна на 22.08.2023.

7. Аранович А.М., Стогов М.В., Тушина Н.В., Киреева Е.А. С-реактивный белок как прогностический маркер нарушений дистракционного остеогенеза. Предварительное сообщение. Гений ортопедии. 2020;26(3):382-384. doi: 10.18019/1028-4427-2020-26-3-382-384

8. Щукин А.А., Аранович А.М., Попков А.В., Попков Д.А. Оценка результатов удлинения нижних конечностей у больных с системными заболеваниями скелета, сопровождающимися патологически низким ростом. Гений ортопедии. 2014;(2):44-51.

9. Дьячков К.А. Лучевая диагностика в выявлении закономерностей формирования дистракционного регенерата и качества кости при удлинении конечности: автореф. дис. … д-ра мед. наук. М.; 2016:48. Доступно по: https://www.dissercat.com/content/luchevaya-diagnostika-v-vyyavlenii-zakonomernostei-formirovaniya-distraktsionnogo-regenerata/read. Ссылка активна на 22.08.2023.

10. Бердюгина О.В. Иммунологические критерии прогноза костного ремоделирования при повреждении: автореф. дис. … д-ра биолог. наук. Челябинск; 2008:50. Доступно по: https://www.dissercat.com/content/immunologicheskie-kriterii-prognoza-kostnogo-remodelirovaniya-pri-povrezhdenii. Ссылка активна на 22.08.2023.

11. Devmurari KN, Song HR, Modi HN, et al. Callus features of regenerate fracture cases in femoral lengthening in achondroplasia. Skeletal Radiol. 2010 Sep;39(9):897-903. doi: 10.1007/s00256-009-0742-6

12. Zak L, Arnhold R, Tiefenboeck TM, Wozasek GE. The influence of advanced age in bone healing after intramedullary limb lengthening. Orthop Traumatol Surg Res. 2021;107(8):103055. doi: 10.1016/j.otsr.2021.103055

13. Liantis P, Mavrogenis AF, Stavropoulos NA, et al. Risk factors for and complications of distraction osteogenesis. Eur J Orthop Surg Traumatol. 2014;24(5):693-8. doi: 10.1007/s00590-013-1261-7

14. Kitoh H, Mishima K, Matsushita M, et al. Early and late fracture following extensive limb lengthening in patients with achondroplasia and hypochondroplasia. Bone Joint J. 2014;96-B(9):1269-1273. doi: 10.1302/0301-620X.96B9.33840

15. Venkatesh KP, Modi HN, Devmurari K, et al. Femoral lengthening in achondroplasia: magnitude of lengthening in relation to patterns of callus, stiffness of adjacent joints and fracture. J Bone Joint Surg Br. 2009;91(12):1612-7. doi: 10.1302/0301-620X.91B12.22418

16. Launay F, Younsi R, Pithioux M, et al. Fracture following lower limb lengthening in children: a series of 58 patients. Orthop Traumatol Surg Res. 2013;99(1):72-9. doi: 10.1016/j.otsr.2012.08.005

17. Muzaffar N, Hafeez A, Modi H, Song HR. Callus patterns in femoral lengthening over an intramedullary nail. J Orthop Res. 2011;29(7):1106-1113. doi: 10.1002/jor.21353

18. Koczewski P, Shadi M. Factors influencing bone regenerate healing in distraction osteogenesis. Ortop Traumatol Rehabil. 2013;15(6):591-9. doi: 10.5604/15093492.1091515

19. Kenawey M, Krettek C, Liodakis E, et al. Insufficient bone regenerate after intramedullary femoral lengthening: risk factors and classification system. Clin Orthop Relat Res. 2011;469(1):264-73. doi: 10.1007/s11999-010-1332-6

20. Burke NG, Cassar-Gheiti AJ, Tan J, et al. Regenerate bone fracture rate following femoral lengthening in paediatric patients. J Child Orthop. 2017;11(3):210-215. doi: 10.1302/1863-2548.11.160216

21. Менщикова Т.И. Структурно-функциональные аспекты в обосновании оперативного удлинения нижних конечностей: автореф. дис. … д-ра биол. наук. Тюмень, 2007:48. Доступно по: https://earthpapers.net/preview/299350/a?#?page=1. Ссылка активна на 22.08.2023.

22. Шевцов В.И., Леончук С.С. Стимуляция дистракционного остеогенеза при удлинении конечностей: наша концепция. Травматология и ортопедия России. 2021;27(1):75-85. doi: 10.21823/2311-2905-2021-27-1-75-85

23. Шевцов В.И. Дефекты длинных костей – краткая история развития технологии их возмещения. Уральский медицинский журнал. 2022;21(2):43-46. doi: 10.52420/2071-5943-2022-21-2-43-46

24. Балаян В.Д., Тишков Н.В., Барабаш Ю.А., Кауц О.А. Хирургическое лечение псевдартрозов длинных трубчатых костей с использованием дополнительных очагов костеобразования. Сибирский медицинский журнал. 2009;(7):73-75.

25. Долганова Т.И., Борзунов Д.Ю., Менщикова Т.И., Шастов А.Л. Оценка ишемического дистракционного регенерата при полилокальном удлинении отломков у больных с дефектом длинных костей (ультразвуковое исследование). Гений ортопедии. 2013;(2):62-66.

26. Шевцов В.И., Новиков К.И., Скляр Л.В., Зыков А.Г. Способ удлинения длинных трубчатых костей. Патент РФ на изобретение № 2281707. 20.08.2006. Бюл. № 23. Доступно по: https://www.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2281707&TypeFile=html. Ссылка активна на 22.08.2023.

27. Новиков К.И., Сазонова Н.В., Аранович А.М., Менщикова Т.И. Способ купирования осложнений при дистракционном удлинении конечностей. Патент РФ на изобретение № 2268669. 27.01.2006. Бюл. № 3. Доступно по: https://www.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2268669&TypeFile=html. Ссылка активна на 22.08.2023.

28. Десятниченко К.С., Ларионов А.А., Гребнева О.Л., Ерофеев С.А., Ковинька М.А. Способ стимуляции репаративного остеогенеза. Патент РФ на изобретение № 2193868. 10.12.2002. Бюл. № 34. Доступно по: https://www.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2193868&TypeFile=html. Ссылка активна на 22.08.2023.

29. Новиков К.И. Способ удлинения трубчатой кости. Патент РФ на изобретение № 2271766. 20.03.2006. Бюл. № 8. Доступно по: https://www.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2271766&TypeFile=html. Ссылка активна на 22.08.2023.

30. Шевцов В.И., Новиков К.И., Скляр Л.В., Аранович А.М., Михайлов Е.С. Способ удлинения длинной трубчатой кости. Патент РФ на изобретение № 2182471. 20.05.2002 Бюл. № 14. Доступно по: https://www.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2182471&TypeFile=html. Ссылка активна на 22.08.2023.

31. Jauregui JJ, Ventimiglia AV, Grieco PW, et al. Regenerate bone stimulation following limb lengthening: a meta-analysis. BMC Musculoskelet Disord. 2016 Sep 29;17(1):407. doi: 10.1186/s12891-016-1259-5

32. Simpson AH, Keenan G, Nayagam S, et al. Low-intensity pulsed ultrasound does not influence bone healing by distraction osteogenesis: a multicentre double-blind randomised control trial. Bone Joint J. 2017;99-B(4):494-502. doi: 10.1302/0301-620X.99B4.BJJ-2016-0559.R1

33. Balci Hİ, Bayram S, Pehlivanoglu T, et al. Effect of lengthening speed on the quality of callus and complications in patients with congenital pseudarthrosis of tibia. Int Orthop. 2021;45(6):1517-1522. doi: 10.1007/s00264-021-05011-7

34. Park KW, Garcia RA, Rejuso CA, et al. Limb Lengthening in Patients with Achondroplasia. Yonsei Med J. 2015;56(6):1656-62. doi: 10.3349/ymj.2015.56.6.1656

35. Frost MW, Kold S, Rahbek O, et al. Complications in Elective Removal of 271 Bone Lengthening Nails (FITBONE, PRECICE and STRYDE). Strategies Trauma Limb Reconstr. 2021;16(2):110-115. doi: 10.5005/jp-journals-10080-1529

36. El-Sayed M., Correll J., Hosny G.A., et al. Bone regenerate complications during lengthening: incidence, predisposing factors, and treatmen. European Orthopaedics and Traumatology. 2015;6(4):445-449.

37. Борзунов Д.Ю., Шастов А.Л. «Ишемический» дистракционный регенерат: толкование, определение, проблемы, варианты решения. Травматология и ортопедия России. 2019;25(1):68-76. doi: 10.21823/2311-2905-2019-25-1-68-76