Periprosthetic humeral fractures in shoulder arthroplasty

Periprosthetic humeral fractures in shoulder arthroplasty

Author's Accepted Manuscript Periprosthetic Humeral Fractures in Shoulder Arthroplasty James M. Gregory MD, Jason Hsu MD, Leesa M. Galatz MD www.els...

2MB Sizes 0 Downloads 100 Views

Author's Accepted Manuscript

Periprosthetic Humeral Fractures in Shoulder Arthroplasty James M. Gregory MD, Jason Hsu MD, Leesa M. Galatz MD

www.elsevier.com/locate/enganabound

PII: DOI: Reference:

S1045-4527(14)00045-5 http://dx.doi.org/10.1053/j.sart.2014.02.009 YSART50584

To appear in: Semin Arthro

Cite this article as: James M. Gregory MD, Jason Hsu MD, Leesa M. Galatz MD, Periprosthetic Humeral Fractures in Shoulder Arthroplasty, Semin Arthro , http://dx.doi.org/10.1053/j.sart.2014.02.009 This is a PDF file of an unedited manuscript that has been accepted for publication. As a service to our customers we are providing this early version of the manuscript. The manuscript will undergo copyediting, typesetting, and review of the resulting galley proof before it is published in its final citable form. Please note that during the production process errors may be discovered which could affect the content, and all legal disclaimers that apply to the journal pertain.

Periprosthetic Humeral Fractures in Shoulder Arthroplasty  James M. Gregory, MD; Jason Hsu, MD; Leesa M. Galatz, MD    From the Shoulder and Elbow Service, Department of Orthopaedics, Washington University  School of Medicine, Saint Louis, Missouri    James Gregory  Jason Hsu  Leesa Galatz    Reprint requests:  Leesa Galatz – [email protected]  Washington University Orthopaedics  660 S. Euclid Ave., Campus Box 8233  St. Louis, MO 63110     

 

Abstract   

Periprosthetic fractures associated with shoulder arthroplasty are uncommon, but can 

be very difficult to treat.  Treatment options depend on the timing of the fracture, the type of  fracture, and the stability of the implant.  Understanding these characteristics of periprosthetic  fractures helps the practicing surgeon to avoid them, and also to determine how best to  manage them when they do occur.             

Despite the success of shoulder arthroplasty, periprosthetic fractures are a recognized 

complication.  Based on large case series, they have been estimated to occur in anatomic total  shoulder arthroplasty with an incidence of between 1.5% and 2.4%.1‐3  Rates of fracture  associated with reverse shoulder arthroplasty have not been as well described.  Although  multiple classification systems have been developed4,5, all are based on relatively small series,  and are either of limited clinical relevance, or are insufficient to help guide treatment decisions.    Instead, the three most essential characteristics that one needs to consider are the location of  the fracture, the timing of the fracture, and the stability of the components.  By understanding  these characteristics, surgeons can be aware of the types of periprosthetic fractures associated  with shoulder arthroplasty, how to avoid them, and how to manage them when they do occur.   

Risk factors for periprosthetic fractures include age, rheumatoid arthritis, female sex, 

osteopenia and excessive surgical manipulation2,6.  Essentially, anything that decreases bone 

quality is a risk factor for fracture.  They can occur either intra‐operatively, or as a late  complication.  Intra‐operative fractures are primarily the result of poor surgical exposure or  overzealous manipulation of the arm.  A key to preventing these fractures is appropriate  surgical positioning.  Ensuring that the shoulder is off the edge of the bed allows extension and  external rotation of the arm without undo force (Figure 1).  Additionally, inadequate soft tissue  releases or humeral head resection limit exposure and may cause errors in humeral  preparation.  Care must be taken to release the entire inferior capsule, the capsule on the  undersurface of the subscapularis, and the rotator interval to allow appropriate retraction of  these tissues.  The entry point into the humeral canal may vary slightly, but typically is lateral to  the center of rotation of the humeral head, posterior to the biceps groove (Figure 2).  Failure to  find an appropriate starting point or inadequate exposure may lead to reaming in a more varus  position which risks lateral cortex perforation.  Finally, when placing the humeral stem, care  must be taken to avoid over‐sizing.  Stems and trials in reverse shoulder arthroplasty, in  particular, have a proximal flare that may cause a fracture if they are aggressively impacted  without appropriate reaming.    For post‐operative fractures, the same patient‐specific risks apply.  In addition, creation  of a stress‐riser substantially increases fracture risk.  This may result from cortical perforation,  endosteal notching, or even ipsilateral shoulder and elbow arthroplasties.  Stem loosening or  osteolysis creates cortical defects which may predispose to fracture as well.     

Two major classification systems have been described for periprosthetic fractures.  The  

classification by Ianotti and Williams is primarily based on location (Table 1).4  Wright and 

Cofield developed a classification system that is also based on location is relation to the tip of  the humeral implant (Table 2).5  However, these systems have not been validated, and do not  take into account the stability of prosthesis which is clearly important for decision making.  The  inter‐observer reliability of the Wright and Cofield classification was recently evaluated and  found to be poor.7  Therefore, decision making cannot be based entirely on classification, and  instead must rely on critical evaluation of the timing of the fracture, the location of the  fracture, and the stability of the stem.   

For those fractures that occur intra‐operatively, the key principle is ensuring that the 

arm is stable at the completion of the case.  Management should not be delayed until a later  date.  The location of the fracture is the primary guide to decision making.  Fractures that occur  around the tuberosities do not typically compromise stability of the stem.  They can usually be  fixed with heavy suture or wire (Figure 3).  Even in the setting of reverse arthroplasty, in which  the rotator cuff is not as critical, it is usually beneficial to reduce and fix tuberosity fractures.   Fractures that involve the metaphysis must be bypassed with a long‐stem prosthesis that  extends distal to the fracture at least two cortical diameters.  A cerclage wire may also be  helpful to reinforce the repair.  Care must be taken to ensure that component version is  correct, because the proximal segment may move independently from the elbow.  Finally,  fractures that occur at or distal to the tip of the stem should either be bypassed with a long‐ stem prosthesis or fixed by extramedullary plating (Figure 4).   

A fracture may also present as a late complication.  When these fractures occur in the 

post‐operative setting, in addition to the location of the fracture, determination of stem 

stability is key to surgical planning.  Sperling et al and Sanchez‐Sotelo et al have previously  identified radiographic signs of loosening that help pre‐operative identification of stem stability.  8,9

   These signs are present in either cemented or uncemented stems, and are best noted on 

sequential radiographs.  They include ≥2mm of radiolucency present in three or more humeral  zones, or evidence of subsidence or tilt.  Use of these radiographic signs to identify loose  humeral stems has been found to be very accurate.7   Once determination of stem stability has  been made, the decision making simplifies.  If the stem is loose, it needs to be revised.  If the  stem is stable, and the fracture is stable, then the fracture may be able to be treated non‐ operatively.  Tuberosity fractures are managed in the same fashion as intra‐operative  tuberosity fractures – securing the fragment with sutures or wires.  Metaphyseal fractures  require revision if the stem is loose, with supplementation by cerclage wires or plate fixation if  needed.  Diaphyseal fractures with a loose humeral stem are managed in a similar fashion.  If a  diaphyseal fractures occurs at or distal to the tip of a stable stem, then it may be managed non‐ operatively with a cast brace.  Unstable diaphyseal fractures, or those the fail non‐operative  treatment can be managed with hybrid plates and supplemental cortical strut allograft if  needed for poor bone quality.10 (Figure 5)  The average time to union for these surgically  treated diaphyseal fractures has ranged from 5 to 7 months, and healing rates have approached  97‐100%.10,11      

Again, for those fractures with a stable prosthesis and a stable fracture pattern, a trial of 

non‐operative treatment with a cast brace is recommended (Figure 6).  Long spiral or oblique  fractures are particularly favorable for non‐operative treatment, as the strain at the fracture  site is spread out over a much larger surface area.  Risk factors for failure of non‐operative 

treatment include smoking, poor bone quality, distraction at the fracture site, or inadequate  immobilization.  If the fractures do not heal by 3 months, then fixation may be considered  pending discussion with the patient.  Additionally, some patients develop skin breakdown from  the cast brace.  In our practice, this indicates an unstable fracture that is unable to be  adequately stabilized by the cast brace, and would lead us towards operative intervention.   Care must be taken in patients who present with stiff shoulders as well.  In this case, the forces  from arm motion will be transmitted directly through the fracture site instead of the  glenohumeral joint, and may predispose to failure of treatment with functional bracing. 

 

In summary, although the risk of periprosthetic fractures can be minimized with proper 

attention to surgical technique, they do still occur.  Timing of the fracture, location of the  fracture, and stability of the stem are the major factors influencing management decisions.   Intra‐operative fractures should be managed at the time of surgery according to their location.   Tuberosity fractures can be fixed with wires, metaphyseal fractures can be bypassed with a  stem, and diaphyseal fractures can either be bypassed, or fixed with a plate or cerclage wires.   Management of post‐operative fractures depends on stem stability.  Loose stems must be  revised.  Fractures in which the humeral stem is stable can either be managed non‐operatively  in a stable fracture pattern, or fixed with hybrid plates in an unstable fracture pattern.   

References  1. Athwal GS, Sperling JW, Rispoli DM, Cofield RH. Periprosthetic humeral fractures during  shoulder arthroplasty. J Bone Joint Surg Am. 2009;91(3):594‐603. 

2. Boyd AD,Jr, Thornhill TS, Barnes CL. Fractures adjacent to humeral prostheses. J Bone Joint  Surg Am. 1992;74(10):1498‐1504. 

3. Worland RL, Kim DY, Arredondo J. Periprosthetic humeral fractures: Management and  classification. J Shoulder Elbow Surg. 1999;8(6):590‐594. 

4. Williams GR,Jr, Iannotti JP. Management of periprosthetic fractures: The shoulder. J  Arthroplasty. 2002;17(4 Suppl 1):14‐16. 

5. Wright TW, Cofield RH. Humeral fractures after shoulder arthroplasty. J Bone Joint Surg Am.  1995;77(9):1340‐1346. 

6. Campbell JT, Moore RS, Iannotti JP, Norris TR, Williams GR. Periprosthetic humeral fractures:  Mechanisms of fracture and treatment options. J Shoulder Elbow Surg. 1998;7(4):406‐413. 

7. Cheung E, Willis M, Walker M, Clark R, Frankle MA. Complications in reverse total shoulder  arthroplasty. J Am Acad Orthop Surg. 2011;19(7):439‐449. 

8. Sperling JW, Cofield RH, O'Driscoll SW, Torchia ME, Rowland CM. Radiographic assessment of  ingrowth total shoulder arthroplasty. J Shoulder Elbow Surg. 2000;9(6):507‐513. 

9. Sanchez‐Sotelo J, O'Driscoll SW, Torchia ME, Cofield RH, Rowland CM. Radiographic  assessment of cemented humeral components in shoulder arthroplasty. J Shoulder Elbow Surg.  2001;10(6):526‐531. 

10. Andersen JR, Williams CD, Cain R, Mighell M, Frankle M. Surgically treated humeral shaft  fractures following shoulder arthroplasty. J Bone Joint Surg Am. 2013;95(1):9‐18. 

11. Mineo GV, Accetta R, Franceschini M, Pedrotti Dell'Acqua G, Calori GM, Meersseman A.  Management of shoulder periprosthetic fractures: Our institutional experience and review of  the literature. Injury. 2013;44 Suppl 1:S82‐5. 

             Figures 

Figure 1.  Appropriate patient positioning includes ensuring that shoulder is positioned off of  the bed so that the arm is free to extend and externally rotate.  In this case, the shoulder pad  on the operating table is removable (black arrow). 

Figure 2. When reaming, care is taken to identify a start point on the lateral aspect of the  humeral head to ensure that the reamer is not introduced in a varus position.   

Figure 3.  Anteroposterior radiograph of the right shoulder demonstrates an intra‐operative  tuberosity fracture that was secured with cerclage wires.   

Figure 4.  Post‐operative radiograph of the right humerus demonstrates an intra‐operative  diaphyseal fracture that was treated with lag screws and a lateral plate. 

Figure 5.  (A) Radiograph of the left humerus shows a traumatic diaphyseal fracture distal to a  well‐fixed humeral component.  (B) Given the poor quality of the bone at the fracture site, the  fracture was treated with open reduction and internal fixation 

Figure 6. Two views of the right shoulder demonstrate a traumatic diaphyseal fracture distal to  a well‐fixed reverse shoulder arthroplasty.  It is being treated with a cast brace.  The oblique  fracture line and stable component makes non‐operative treatment favorable.  On an unrelated  note, disengagement of the glenosphere is observed.   

 

  Table 1. Iannotti and Williams  classification of  periprosthetic fractures    Region  Location of Fracture 1  2  3  4 

       

Tuberosity  Metaphyseal fracture Proximal diaphysis  Diaphysis distal to tip of stem

       

    Table 2. Wright and Cofield classification of periprosthetic fractures Type  A  B  C 

 

Location of Fracture

 

Begins at tip of humeral stem and extends  proximally Begins at tip of humeral stem and extends distally Completely distal to tip of humeral stem

   

   

 

       

Fig. 1 

   

 

Fig. 2 

   

 

Fig. 3 

   

 

Fig. 4 

   

 

Fig. 5A 

   

 

Fig. 5B 

   

 

Fig. 6A

 

Fig. 6B