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Análise biomecânica da dupla fixação de enxerto tendinoso em tíbia porcina – uso de parafuso de interferência e agrafe

Biomechanical analysis of a double fixation method for tendon graft in porcine tibia – using an interference screw plus staple

Luis Antônio de Ridder Bauera, Hermes Augusto Agottani Albertia, Vitor Gustavo de Paiva Corottia, Ana Paula Gebert de Oliveira Francob,*, Edmar Stievena, Luiz Antônio Munhoz da Cunhaa

 

RESUMO:

OBJETIVO: Comparar o comportamento mecânico da fixação tibial com parafuso de interferência versus parafuso de interferência com agrafe, em modelo animal.
MÉTODOS: Foram selecionadas 36 peças de joelho suíno e divididas em dois grupos: Grupo 1, fixação tibial com parafuso de interferência (n = 17) e Grupo 2, fixação com parafuso de interferência e agrafe (n = 19). Os modelos foram submetidos a teste de ciclo único de tração. Foram mensuradas as seguintes variáveis: medida da área de seção transversal do enxerto, ponto de falha nos 10 mm (F10), yield load (Fy) e rigidez.
RESULTADOS: Os valores médios de área de seção transversal do enxerto, F10, Fy, e rigidez não apresentaram diferenças significativas entre os grupos.
CONCLUSÃO: A adição de um segundo dispositivo de fixação ligamentar tibial tipo agrafe, complementar ao parafuso de interferência, não aumentou a segurança mecânica do sistema.

Palavras-chave:
Ligamento cruzado anterior; Tíbia; Dispositivos de fixação ortopédica; Fenômenos biomecânicos; Tendões.

ABSTRACT:

OBJECTIVE: The aim of the study was to compare the mechanical behavior of interference screw tibial fixation vs. screw-plus-staple tibial fixation in an animal model.
METHODS: Thirty-six pieces of swine knee specimens were selected and divided into two groups: Group 1, tibial fixation with interference screw (n = 17), and Group 2, fixation with interference screw and staple (n = 19). The models were submitted to a single cycle of tension testing. The following variables were measured: graft cross-sectional area, failure point on 10 mm (F10), yield load (Fy), and stiffness.
RESULTS: The mean values of graft cross-sectional area, F10, Fy, and stiffness did not present significant differences between the groups.
CONCLUSION: The addition of a second staple-type ligament fixation device, complementing the interference screw, did not increase the mechanical safety of the system.

Keywords:
Anterior cruciate ligament; Tibia; Orthopedic fixation devices; Biomechanical phenomena; Tendons.

FIGURAS

Citação: Bauer LAR, Alberti HAA, Corotti VGP, Franco APGO, Stieven Filho E, Cunha LAM. Análise biomecânica da dupla fixação de enxerto tendinoso em tíbia porcina - uso de parafuso de interferência e agrafe . 53(5):564. doi:10.1016/j.rboe.2018.07.003
Nota: ☆ Trabalho desenvolvido na Universidade Federal do Paraná (UFPR), Curitiba, PR, Brasil.
Recebido: February 21 2017; Aceito: May 19 2017
 

INTRODUÇÃO

O ligamento cruzado anterior (LCA) é um dos quatro grandes ligamentos do joelho. Em conjunto com o ligamento cruzado posterior, colateral tibial e os ligamentos do canto posterolateral, ajuda a manter o joelho estável, não permite movimentos anormais entre o fêmur e a tíbia. A lesão do LCA é de tratamento cirúrgico em muitas ocasiões. Na ausência do LCA, alguns esportes se tornam desaconselháveis, pois podem ocorrer entorses frequentes pela instabilidade e suas complicações.1 A indicação de reconstrução cirúrgica do LCA vem pela presença dos sintomas, sobretudo falseamentos. Essa modalidade de tratamento traz melhores resultados para a prática esportiva.2

O enxerto mais usado nos Estados Unidos para reconstrução do LCA é o de tendões flexores de joelho, mais especificamente os tendões dos músculos grácil e semitendíneo. Esse enxerto também é chamado de quádruplo, pelo fato de ter quatro bandas, duas do grácil e duas do semitendíneo.3 Suas principais vantagens são a baixa morbidade no sítio doador, menor atrofia do músculo quadríceps e uma reabilitação menos dolorosa. Como desvantagem, alguns autores questionam a rigidez da fixação do tendão contra o osso.4

Na maioria dos casos da reconstrução do LCA, a fixação tibial é feita com parafuso de interferência. Esse foi o primeiro dispositivo especialmente desenhado para esse tipo de cirurgia.5 Um problema é que esse método isolado pode não ser suficiente para a fixação tibial, uma vez que o osso esponjoso da tíbia tem densidade menor do que o femoral.6 Isso é mais frequente em pacientes idosos ou com doenças que afetam a densidade óssea. Nesses casos, uma fixação suplementar pode ter valor.7 Outra possível vantagem da segunda fixação é a liberação do paciente para uma reabilitação inicial mais agressiva, com menor perda de massa muscular e propriocepção, isso proporcionado pelo aumento da resistência da fixação.

Três opções frequentes de fixação tibial suplementar ao parafuso são: agrafe, parafuso tipo poste e parafuso com arruela. Parafuso em poste e o parafuso com arruela são métodos acessíveis e têm bons resultados.8 A desvantagem é que alguns casos podem gerar queixas dolorosas do paciente na região sob a cabeça do parafuso. Essa incidência de dor pode chegar a 48%.8

O agrafe é uma forma de fixação que apresenta a vantagem ser posicionado no mesmo nível das estruturas ósseas, diminui a chance de provocar desconforto ao paciente. O agrafe pode ser usado como suplemento do parafuso de interferência, porém não há na literatura muitos trabalhos que avaliaem o comportamento mecânico da fixação suplementar do agrafe na tíbia.7,9,10

O objetivo deste trabalho foi comparar o comportamento mecânico da fixação tibial de enxerto de tendões flexores com parafuso de interferência versus parafuso de interferência associado ao agrafe, em modelo animal.

 

MATERIAL E MÉTODOS

Os corpos de prova foram montados com tíbias suínas e tendões bovinos.11,12 Eles foram divididos em dois grupos: Grupo 1) grupo controle, com fixação do enxerto apenas com parafuso de interferência e Grupo 2) grupo da dupla fixação, com parafuso de interferência associado ao agrafe.

Os tendões foram coletados em um frigorífico, no qual já era feita a limpeza de tecidos peritendíneos. Como a anatomia dos tendões é bifurcada em Y, foram dissecados para formar dois segmentos tendinosos. As duas extremidades dos tendões já separados foram suturadas com fio de poliéster número cinco.

Obtiveram-se tendões aos pares, para medição em régua perfurada, com orifícios milimetrados, de maneira a formar enxertos quádruplos. Só foram incluídos no estudo enxertos com máximo de 9 mm de diâmetro.

Para aferição precisa da área, os enxertos foram imersos no alginato Jeltrate tipo II (Dentsply, York, PA, EUA), em uma caixa de 20 cm de comprimento e cinco de largura. Após alguns segundos, a pasta de alginato se torna gelatinosa e cria um molde. Esse molde foi seccionado transversalmente em blocos com 10 mm de espessura.13

As seções geradas pelo molde resultante foram digitalizadas com resolução de 600 dpi por digitalizador HP J5780® e o software Image-Pro Plus® gerou medidas de área de seção transversal dos moldes a partir das imagens digitalizadas (fig. 1).

A área de cada enxerto quádruplo foi obtida pela soma da média da área de suas quatro extremidades.

As tíbias suínas foram obtidas de animais da raça Large White de peso entre 100 e 120 kg. Foram selecionadas 40 peças, também adquiridas em frigorífico de abate para consumo humano.

O procedimento cirúrgico começou com guia tibial convencional para posicionar um fio de Kirschner, que serviu de guia para a perfuração do túnel de 9 mm com broca canulada. O túnel foi confeccionado na sua inserção original, sua saída ficava entre as eminências intercondilares, na face articular superior. A broca entrava, seguia o fio guia, na face medial da tíbia, aproximadamente 2 cm mediais à tuberosidade anterior da tíbia.

Em 17 peças a fixação do enxerto foi feita apenas com parafuso de interferência de titânio de nove milímetros de diâmetro (Grupo 1). No Grupo 2 foi usado o agrafe de cinco pontas (fig. 2) associado ao parafuso de interferência para fixação do enxerto (fig. 3).

Após o procedimento cirúrgico, os corpos de prova foram embutidos em resina epóxi 134 em moldes de PVC rígido com dimensões de 60 mm de diâmetro, 75 mm de comprimento e 3,3 mm de espessura. A resina epóxi foi manipulada a uma proporção de 1:4, ou seja, 25% de catalisador e 75% de resina. Aguardou-se a cura total de 60 minutos.

Para manter os corpos de prova na posição vertical durante o envase da resina simultaneamente em seis moldes, foi construído um dispositivo de sustentação com chapas de MDF (15 mm espessura), uma barra de aço escovado (12,7 x 500 mm) e parafusos de madeira (5 x 30 mm). A altura entre a base e a barra de sustentação foi de 230 mm, o comprimento externo do enxerto de 500 mm e a largura externa de 180 mm.

Após embutidas, as amostras foram montadas em um dispositivo de fixação e alinhamento para o ensaio. Esse dispositivo é composto por uma morsa de precisão angular com mordentes projetados para possibilitar a fixação de corpos cilíndricos. A configuração da morsa permitiu um ótimo alinhamento visual entre o eixo de tração e o túnel do enxerto.

Os mordentes da morsa foram fabricados em aço AISI 1045 com vincos das cunhas inclinados em 20°, o que possibilita a inclinação a partir do eixo x de 20° a 65°.

O munhão para tracionamento do tendão foi fabricado do mesmo material que a morsa e é composto de três componentes: um parafuso de fixação na célula de carga, o corpo em forma de U e um pino de 8 mm de diâmetro sobre o qual são laçadas as alças do tendão.

Durante toda a manipulação, armazenagem, procedimentos de fixação e teste mecânico, as tíbias e os tendões foram umedecidos com solução salina isotônica para evitar desidratação e mudança das características mecânicas.

Os tendões foram posicionados em uma máquina de tração EMIC DL 10000 equipada com transdutores de deslocamento e célula de carga tipo s (EMIC- CCE5KN) com carga nominal máxima de 500 Kgf e resolução de 0,1 Kgf. O enxerto foi mantido a 50 mm da tíbia, simulou a condição cirúrgica. A fixação das alças do tendão no munhão e do corpo de prova nos mordentes foi feita por meio do alinhamento visual entre o eixo de rotação da máquina e o eixo que passa pelo túnel do enxerto através do dispositivo de fixação.

Após fixação do joelho porcino à máquina, aplicou-se tração de força constante de 80 N por dois minutos como pré-tensionamento e acomodação do sistema.14 Em seguida, retornou-se para força de tração de 10 N. A partir desse ponto iniciou-se o teste de tração única com velocidade de 30 mm/min. Após 10 mm de escorregamento o teste foi interrompido. Definiu-se F10 como a medida de força no ponto de 10 mm de deslocamento do atuador.15

Os dados de força e deslocamento do atuador foram fornecidos pelo software da máquina EMIC (TESC) e exportados para o software Microsoft Excel®.

Também foi coletado o primeiro ponto no qual a linha do gráfico perdeu sua retitude. Ou seja, o ponto cuja deformidade do tendão deixou de ser elástica (com capacidade de retorno ao estado original) e se tornou plástica.16 Esse parâmetro é chamado de yield load e é representado neste trabalho por Fy.7

Determinados F10 e Fy usou-se o modo secante para obtenção da inclinação da reta que traduz as medidas de rigidez (R10 e Ry).

Os valores F10 e Fy de cada grupo foram divididos pela área do enxerto testado para obtenção da tensão, são representados por σ10 e σy.

O teste t de Student foi usado com finalidade de obtenção do valor-p para identificar a significância estatística da diferença entre os grupos. Determinou-se significância estatística para valores de p menores do que 0,05.

 

RESULTADOS

Os valores de média de área para o Grupo 1 foram em concordância com os valores de 37±10 mm2, e para o Grupo 2 de 32±4 mm2, não houve diferença significante entre os grupos (p > 0,05).

Os resultados de ponto de falha de dez milímetros de deslocamento (F10) e de Yield Load (Fy), as medidas de rigidez (R10 e Ry), assim como a resistência e a tensão, não apresentaram diferenças significativas na comparação entre os dois grupos. Os dados são apresentados na tabela 1.

Tabela 1. Resultados dos valores médios da força no ponto de 10 mm de deslocamento (F10) yield load (Fy), rigidez (R10 e Ry) e tensão (σ10 e σy) para os Grupos 1 e 2 e valor da significância estatística (p)
  Grupo 1 Grupo 2 (p)
F10 (N) 324,7 ± 12 A 333,1 ± 78 A 0,4
Fy (N) 304,6 ± 13 B 251 ± 144 B 0,12
R10 (N/mm) 31,5 ± 12 C 32,4 ± 8 C 0,39
Ry (N/mm) 38,4 ± 14 D 40,3 ± 12 D 0,33
σ10 (MPa) 9,3 ± 4 E 10,2 ± 2 E 0,19
σy (Mpa) 8,9 ± 5 F 7,7 ± 4 F 0,21

Nota: Letras maiúsculas diferentes representam diferenças estatísticas significativas na linha.

 

DISCUSSÃO

Os métodos de dupla fixação mais estudados usam poste, âncora e agrafe. Uma vantagem teórica do agrafe, sobre os demais, é que ele age diretamente sobre o tendão. Isso pode levar a uma ação mecânica mais eficiente, em relação à âncora e ao poste, que fixam por intermédio de fios. Apesar desse tipo de ação mecânica do agrafe, no presente estudo não foram encontradas diferenças significativas entre o grupo no qual foi feita a fixação tibial apenas com parafuso de interferência e o grupo com parafuso de interferência associado ao agrafe. No estudo clássico de Kurosaka et al.5 foram encontrados melhores resultados de resistência à tração dos enxertos de cadáveres fixados com parafusos de interferência quando comparados com agrafes, uma hipotese é que o parafuso de interferência já atinja o limite mecânico do tendão, a fixação complementar não é mais capaz de aumentar a resistência. Já no estudo de Gerich et al.17 obtiveram-se valores de força máxima que variaram de 506 a 758 N para o grupo de fixação com parafuso de interferência e de 558 N para o grupo com agrafe. A rigidez calculada para 175 N de carga apresentou-se significativamente maior para o grupo de fixação com agrafe. Uma importante limitação quanto comparamos os estudos de Kurosaka et al.5 e Gerich et al.17 é que eles analisaram fixações únicas em tendão patelar e nosso estudo tem em um dos grupos uma fixação combinada e nos dois grupos a fixação é feita em enxerto do tipo tendinoso.

Para os testes com dispositivos de fixação da reconstrução de LCA, o tecido ideal seria o musculoesquelético de doadores humanos jovens, uma vez que o procedimento de reconstrução do ligamento cruzado anterior tem indicação em pacientes fisicamente ativos.2 A escassez de tecido de cadáver jovem leva à procura a substitutos semelhantes, devido ao principal fator da resistência da fixação ser a qualidade óssea. Uma das opções mais usadas é o joelho suíno, por ter uma anatomia semelhante, apesar de o osso esponjoso ser mais resistente.12 Já o modelo animal ideal para simulação de enxerto de flexores do joelho humano é o tendão digital bovino, que tem um comportamento mecânico muito similar ao tendão flexor de joelho humano.11 O objetivo do presente estudo foi comparar a eficiência dos diferentes dispositivos de fixação, usar os modelos de tecidos animais mais indicados para a investigação. No entanto, os dados absolutos não devem ser extrapolados para os seres humanos.

Um dos parâmetros do estudo foi a falha do sistema com 10 mm de deslocamento (F10), uma vez que é consagrado que 10 mm de translação anterior da tíbia já definem instabilidade clínica e falha terapêutica.15 Os valores de F10 foram semelhantes ao yield load (Fy) o dado mais usado nos trabalhos atuais.18

O uso do ponto de falha F10, ou aumento do comprimento do enxerto em 10 mm, pode ser um dado a mais a ser coletado em trabalhos biomecânicos. Ainda que isso ocorra abaixo do limiar 445 N, definido como mínimo para reabilitação de cirurgia de reconstrução de LCA, acredita-se que já esteja definida uma insuficiência ligamentar.19 Por esse motivo, por mais que haja um comportamento linear de força versus deslocamento, uma medida de força menor do que 445 N no ponto de 10 mm significaria provável falha, mesmo que a curva não demonstre deformidade plástica (yield load). Essa hipótese motivou a adoção desse parâmetro.19

Estudos que avaliaram a fixação tibial adicional com agrafe tiveram os valores de força no ponto de falha semelhantes aos do presente estudo. Um estudo apresentou a força de falha de 254 N para fixação com parafuso e 197 N com parafuso e agrafe (p = 0,24).7 Outros estudos que avaliaram a dupla fixação tibial também encontraram valores semelhantes, porém eles usaram outros métodos de fixação adicional.20,21

Ambos os parâmetros de rigidez, R10 e Ry, não apresentaram diferença significativa entre os grupos. Uma possível explicação para essa ausência de significância é que os valores encontrados possam ser o limite plástico do enxerto. Portanto, a adição de mais um dispositivo não aumentou a resistência do sistema. O que reforça esse raciocínio é o fato de que os valores de F10 e Fy foram semelhantes. Outro fator é a alta densidade do osso esponjoso suíno, que pode aumentar a eficiência do parafuso. Logo, o parafuso como fixação isolada pode ter sido suficiente para levar o tendão até sua deformação plástica, tornar fixações adicionais irrelevantes do ponto de vista mecânico.10,12 Porém, há outro estudo no qual foi encontrada um maior estabilidade clínica no grupo com fixação adicional com agrafe após dois anos do ato cirúrgico.9

Nos dois estudos em que a rigidez de fixação foi comparada, os valores absolutos foram substancialmente maiores do que os encontrados neste trabalho, apesar de não haver diferença significativa.7,9 Uma possível explicação é que tais diferenças possam ter ocorrido por conta de teste cíclico prévio. Nos dois estudos fez-se ensaio cíclico previamente ao de tração, o que poderia acarretar acomodação do sistema fixação, trazer resposta mais imediata ao tensionamento do sistema, o que seria traduzido por maior rigidez. Esses dados podem sugerir um pré-tensionamento cíclico antes da fixação do enxerto que pode aumentar a rigidez, porém na literatura existem opiniões divergentes e dados científicos pobres, que não são suficientes para comprovar esse comportamento.22-24

No Grupo 1, a influência da área de seção transversal foi suprimida pelo cálculo da tensão (σ 10 e σy). A aferição precisa da área do enxerto é fundamental para corrigir esse viés. Trabalhos que medem a área do enxerto apenas por meio de régua perfurada, que tem um aumento brusco a cada orifício de teste, podem alterar a fidedignidade dos números. A aferição com molde de alginato cumpre o objetivo de precisão, além de ser de baixo custo.13

O presente estudo apresenta algumas limitações, como a amostra foi pequena, não foram feitos testes cíclicos, foram usados modelos animais e os modelos não tinham fêmur. O objetivo do trabalho era a avaliação isolada da fixação tibial e a presença de fêmur poderia gerar um viés. A tração do enxerto foi feita na mesma reta do túnel tibial e simulou o pior cenário possível.5,25-27 Futuros estudos, que considerem as limitações citadas, serão necessários para determinar a eficiência mecânica do agrafe extratúnel associado ao parafuso de interferência na fixação tibial de enxertos quádruplos de tendões flexores.

 

CONCLUSÃO

Os resultados do presente estudo não foram capazes de comprovar a maior eficiência da dupla fixação de enxerto quádruplo de tendões flexores por meio do agrafe associado ao parafuso de interferência quando comparado com a fixação isolada com parafuso.

 

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Os autores declaram não haver conflitos de interesse.