Disengagement of Polyethylene Insert Locking Mechanism in Modular Tibial Components for Knee Arthroplasty: A Case Report

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. Modular tibial components for knee arthroplasty are used in the majority of modern knee replacement systems. Despite a number of limitations, there are many aspects that make these types of implants indispensable for orthopedic surgeons.

Aim — to demonstrate possible risks associated with a modular polyethylene liner with metal locking clip using a clinical case as an example.

Case description. We present a case of primary total knee arthroplasty in a 70-year-old female patient. The surgery was performed by an experienced surgical team and resulted in good early radiologic and functional treatment outcome. After discharge, approximately 10 days after surgery, the patient developed knee pain. Control X-rays showed migration of the metal pin locking the polyethylene insert. The patient underwent an emergency revision surgery with replacement of the clip. The authors analyze possible causes of this complication and ways of its prevention.

Conclusion. Migration of the insert locking element and dislocation of the insert in locked systems are quite rare complications of the knee arthroplasty. Their causes are soft tissue imbalance of the knee joint during arthroplasty and a number of technical errors. The very fact of using modular components of the joint is a predisposing factor for the disassociation of these modules.

About the authors

Chugaev V. Chugaev

Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Author for correspondence.
Email: dr.chugaev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5127-5088

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, St. Petersburg

Taras A. Kuliaba

Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: taraskuliaba@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3175-4756

Dr. Sci. (Med.)

Russian Federation, St. Petersburg

Aleksey I. Petukhov

Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: drpetukhov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2403-6521

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, St. Petersburg

Anastasiia I. Martynenko

Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: martynenko.anst@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0005-0525-6456
Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Castellarin G., Bori E., Menon A., Innocenti B. The effect of different insert design congruencies on the kinematics of a mobile bearing TKA: A cadaveric study. J Orthop. 2022;34:89-93. doi: 10.1016/j.jor.2022.07.018.
  2. Stulberg S.D., Goyal N. Which Tibial Tray Design Achieves Maximum Coverage and Ideal Rotation: Anatomic, Symmetric, or Asymmetric? An MRI-based study. J Arthroplasty. 2015;30(10):1839-1841. doi: 10.1016/j.arth.2015.04.033.
  3. Longo U.G., Ciuffreda M., D’Andrea V., Mannering N., Locher J., Denaro V. All-polyethylene versus metal-backed tibial component in total knee arthroplasty. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2017;25(11):3620-3636. doi: 10.1007/s00167-016-4168-0.
  4. AbuMoussa S., White C.C. 4th, Eichinger J.K., Friedman R.J. All-Polyethylene versus Metal-Backed Tibial Components in Total Knee Arthroplasty. J Knee Surg. 2019;32(8):714-718. doi: 10.1055/s-0039-1683979.
  5. Łapaj Ł, Mróz A., Kokoszka P., Markuszewski J., Wendland J., Helak-Łapaj C., et al. Peripheral snap-fit locking mechanisms and smooth surface finish of tibial trays reduce backside wear in fixed-bearing total knee arthroplasty. Acta Orthop. 2017;88(1): 62-69. doi: 10.1080/17453674.2016.1248202.
  6. Conditt M.A., Ismaily S.K., Alexander J.W., Noble P.C. Backside wear of modular ultra-high molecular weight polyethylenetibial inserts. J Bone Joint Surg Am. 2004;86(5):1031-1037. doi: 10.2106/00004623-200405000-00022.
  7. Thienpont E. Failure of tibial polyethylene insert locking mechanism in posterior stabilized arthroplasty. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2013;21(12):2685-2688. doi: 10.1007/s00167-012-2018-2.
  8. Chen C.E., Juhn R.J., Ko J.Y. Dissociation of polyethylene insert from the tibial baseplate following revision total knee arthroplasty. J Arthroplasty. 2011;26(2):339.e11-339.e13. doi: 10.1016/j.arth.2010.04.016.
  9. Sisko Z.W., Teeter M.G., Lanting B.A., Howard J.L., McCalden R.W., Naudie D.D., et al. Current Total Knee Designs: Does Baseplate Roughness or Locking Mechanism Design Affect Polyethylene Backside Wear? Clin Orthop Relat Res. 2017;475(12):2970-2980. doi: 10.1007/s11999-017-5494-3.
  10. Hepinstall M.S., Rodriguez J.A. Polyethylene subluxation: a radiographic sign of locking mechanism failure after modular total knee arthroplasty. J Arthroplasty. 2011;26(1):98-102. doi: 10.1016/j.arth.2009.10.020.
  11. Sanders A.P., Raeymaekers B. The effect of polyethylene creep on tibial insert locking screw loosening and back-out in prosthetic knee joints. J Mech Behav Biomed Mater. 2014;38:1-5. doi: 10.1016/j.jmbbm.2014.06.002.
  12. Чугаев Д.В., Кравцов Е.Д., Корнилов Н.Н., Куляба Т.А. Анатомо-биомеханические особенности латерального отдела коленного сустава и связанные с с ними технические аспекты одномыщелкового эндопротезирования: лекция. Травматология и ортопедия России. 2023;29(2):144-158. doi: 10.17816/2311-2905-2042. Chugaev D.V., Kravtsov E.D., Kornilov N.N., Kulyaba T.A. Anatomical and Biomechanical Features of the Lateral Compartment of the Knee and Associated Technical Aspects of Unicompartmental Knee Arthroplasty: Lecture. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2023;29(2):144-158. doi: 10.17816/2311-2905-2042. (In Russian).
  13. Rapuri V.R., Clarke H.D., Spangehl M.J., Beauchamp C.P. Five cases of failure of the tibial polyethylene insert locking mechanism in one design of constrained knee arthroplasty. J Arthroplasty. 2011;26(6):976.e21-976.e24. doi: 10.1016/j.arth.2010.07.013.
  14. Cho W.S., Youm Y.S. Migration of polyethylene fixation screw after total knee arthroplasty. J Arthroplasty. 2009;24(5):825.e5-825.e9. doi: 10.1016/j.arth.2008.07.011.
  15. Scott R.D., Chmell M.J. Balancing the posterior cruciate ligament during cruciate-retaining fixed and mobile-bearing total knee arthroplasty: description of the pull-out lift-off and slide-back tests. J Arthroplasty. 2008;23(4):605-608. doi: 10.1016/j.arth.2007.11.018.
  16. Migon E.Z., de Freitas G.L, Rodrigues M.W., de Oliveira G.K., de Almeida L.G., Schwartsmann C.R. Spontaneous dislocation of the polyethylene component following knee revision arthroplasty: case report. Rev Bras Ortop. 2014;50(1):114-116. doi: 10.1016/j.rboe.2014.12.002.
  17. Jindal S., Bansal V., Ahmed M. Disengagement of tibial insert locking pin in total knee arthroplasty - A rare failure case report. J Clin Orthop Trauma. 2022;33:101996. doi: 10.1016/j.jcot.2022.101996.
  18. Nachtnebl L., Tomáš T., Apostolopoulos V., Pazourek L., Mahdal M. Long-Term Results of Total Knee Replacement Using P.F.C. Sigma System with an All-Polyethylene Tibial Component. Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2021;88(6):412-417. doi: 10.55095/achot2021/061. (In Czech).
  19. Brihault J., Navacchia A., Pianigiani S., Labey L., De Corte R., Pascale V., et al. All-polyethylene tibial components generate higher stress and micromotions than metal-backed tibial components in total knee arthroplasty. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2016;24(8):2550-2559. doi: 10.1007/s00167-015-3630-8.
  20. Wasielewski R.C., Parks N., Williams I., Surprenant H., Collier J.P., Engh G. Tibial insert undersurface as a contributing source of polyethylene wear debris. Clin Orthop Relat Res. 1997;(345):53-59.
  21. Wasielewski R.C. The causes of insert backside wear in total knee arthroplasty. Clin Orthop Relat Res. 2002;(404): 232-246. doi: 10.1097/00003086-200211000-00037.
  22. Norgren B., Dalén T., Nilsson K.G. All-poly tibial component better than metal-backed: a randomized RSA study. Knee. 2004;11(3):189-196. doi: 10.1016/S0968-0160(03)00071-1.
  23. Kumar V., Hasan O., Umer M., Baloch N. Cemented all-poly tibia in resource constrained country, affordable and cost-effective care. Is it applicable at this era? Review article. Ann Med Surg (Lond). 2019;47:36-40. doi: 10.1016/j.amsu.2019.09.010.
  24. Apostolopoulos V., Nachtnebl L., Mahdal M., Pazourek L., Boháč P., Janíček P., et al. Clinical outcomes and survival comparison between NexGen all-poly and its metal-backed equivalent in total knee arthroplasty. Int Orthop. 2023;47(9):2207-2213. doi: 10.1007/s00264-023-05772-3.
  25. Gudnason A., Hailer N.P., W-Dahl A., Sundberg M., Robertsson O. All-Polyethylene Versus Metal-Backed Tibial Components-An Analysis of 27,733 Cruciate-Retaining Total Knee Replacements from the Swedish Knee Arthroplasty Register. J Bone Joint Surg Am. 2014;96(12):994-999. doi: 10.2106/JBJS.M.00373.
  26. Apostolopoulos V., Tomáš T., Boháč P., Marcián P., Mahdal M., Valoušek T., et al. Biomechanical analysis of all-polyethylene total knee arthroplasty on periprosthetic tibia using the finite element method. Comput Methods Programs Biomed. 2022;220:106834. doi: 10.1016/j.cmpb.2022.106834.
  27. Lewis P.L., Robertsson O., Graves S.E., Paxton E.W., Prentice H.A., W-Dahl A. Variation and trends in reasons for knee replacement revision: a multi-registry study of revision burden. Acta Orthop. 2021;92(2):182-188. doi: 10.1080/17453674.2020.1853340.
  28. Тихилов Р.М., Корнилов Н.Н., Куляба Т.А., Филь А.С., Дроздова П.В. Принципы создания и функционирования регистров артропластики коленного сустава. Вестник военно-медицинской академии. 2014;1(45):220-226. Tikhilov R.M., Kornilov N.N., Kulyaba T.A., Fil A.S., Drozdova P.V. Principles of creation and functioning of knee arthroplasty register. Bulletin of the Russian Military Medical Academy. 2014;1(45):220-226. (In Russian).
  29. Jensen C.L., Petersen M.M., Jensen K.E., Therbo M., Schrøder H.M. Outcome of isolated tibial polyethylene insert exchange after uncemented total knee arthroplasty: 27 patients followed for 8-71 months. Acta Orthop. 2006;77(6):917-920. doi: 10.1080/17453670610013222.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Knee X-rays performed on admission to the clinic

Download (231KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Postoperative knee X-rays performed the day after arthroplasty

Download (205KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Knee X-rays with signs of migration of the insert locking element

Download (286KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Knee X-rays after revision surgery

Download (177KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Linear type of fixation of the polyethylene insert in the tibial component of the knee endoprosthesis (“dovetail”)

Download (23KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Peripheral type of fixation of the polyethylene insert in the tibial component of the knee endoprosthesis

Download (21KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Central type of fixation of the polyethylene insert in the tibial component of the knee endoprosthesis

Download (24KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Hybrid type of fixation of the polyethylene insert in the tibial component of the knee endoprosthesis

Download (20KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».