Bajo anestesia general, el cirujano ortopédico hace una incisión sobre la rodilla afectada. Se retira luego la patela (rótula) y se pulen las cabezas del fémur y la tibia para eliminar cualquier parte rugosa y permitir una mejor adhesión de la prótesis. Las dos partes de la prótesis se implantan en el fémur y la tibia utilizando un cemento óseo especial. La persona regresa de la cirugía con un apósito grande en el área de la rodilla. Durante la cirugía, se coloca un pequeño tubo para ayudar a drenar el exceso de líquido del área articular. La pierna se coloca en un dispositivo de movimiento pasivo continuo, dispositivo mecánico que flexiona (dobla) y extiende (estira) la rodilla para evitar que se ponga rígida. La velocidad y cantidad de flexión se incrementan gradualmente en la medida que se tolere. La pierna debe estar siempre en este dispositivo cuando la persona está en cama, con lo cual se agiliza la recuperación y disminuye el dolor posoperatorio, la hemorragia y la infección. Después de la cirugía se experimenta dolor moderado. Sin embargo, se pueden recibir analgésicos controlados por el paciente o analgésicos epidurales para controlar el dolor durante los primeros tres días después de la cirugía. El dolor debe disminuir gradualmente y hacia el tercer día, los medicamentos analgésicos orales pueden ser suficientes para controlarlo. Se debe tratar de programar los medicamentos para el dolor aproximadamente media hora antes de caminar o de los cambios de posición. La persona también regresa de la cirugía con varias líneas intravenosas que suministran hidratación y nutrición, las cuales se dejan puestas hasta que la persona ingiera cantidades adecuadas de líquidos orales. Se pueden suministrar antibióticos profilácticos (preventivos) para reducir el riesgo de desarrollar una infección, que obligaría a la extracción de la articulación artificial. La persona también regresa de la cirugía usando medias antiembólicas o medias inflables de compresión neumática. Estas medias se usan para reducir el riesgo de desarrollar coágulos sanguíneos que son más comunes después de la cirugía de la extremidad inferior. Además, se estimula a la persona a moverse y caminar luego de la cirugía y a pasarse de la cama a una silla durante el primer día después de la cirugía. Mientras el paciente permanece en la cama debe flexionar y extender los tobillos frecuentemente para evitar el desarrollo de coágulos sanguíneos. Se le puede enseñar a la persona a usar un incentivo de espirometría (un dispositivo plástico que motiva la respiración profunda) y a toser y realizar ejercicios de respiración profunda con el fin de prevenir la neumonía. Se puede insertar un catéter de Foley durante la cirugía para monitorear la función renal y el nivel de hidratación. Esta sonda se retira al segundo o tercer día después de la cirugía. Se estimula a la persona para que intente caminar hasta el baño con ayuda.
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