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Análise biomecânica de dois tipos de fixação de fratura supracondiliana de úmero em modelo anatômico*

Biomechanical Analysis of Two Types of Humerus Supracondylar Fracture Fixation in Anatomical Model*

Marcos Ceita Nunes1, Ticiano Dozza Posser1, Charles Leonardo Israel2, Leandro de Freitas Spinelli2, Luis Gustavo Calieron1, Jung Ho Kim1

DOI: 10.1055/s-0039-1688756


 

RESUMO:

OBJETIVO Analisar através de ensaios mecânicos a estabilidade da fixação da fratura supracondiliana do úmero com dois fios de Kirschner, intramedular e lateral (Fi), comparada à fixação com dois fios laterais paralelos (FL) em modelos anatômicos, de forma a se definir qual configuração apresenta maior estabilidade.
MÉTODOS Foram utilizados como corpos de prova 72 úmeros sintéticos, os quais foram seccionados transversalmente para simular a fratura. Estes ossos foram divididos em dois grupos iguais e as fraturas fixadas com dois fios de Kirschner paralelos (FL) e com um fio lateral e outro intramedular (Fi). Então os corpos de prova foram submetidos aos testes de carga em estresse em uma máquina de ensaio universal, medidos em Newtons (N). Cada grupo foi subdividido em carga em varo, em valgo, em extensão, em flexão, em rotação externa e em rotação interna. A análise dos dados foi realizada comparando os subgrupos do grupo FL, com seus respectivos subgrupos do grupo Fi através do teste t bicaudal.
RESULTADOS O teste t bicaudal demonstrou que em 4 das 6 condições aplicadas não houve diferença estatística significativa entre os grupos (p > 0,05). Encontramos uma diferença significativa entre os grupos com carga em extensão com uma média das maiores forças no grupo FL de 19 N e no grupo Fi de 28,7 N (p = 0,004), e também entre os grupos com carga em flexão com a média de forças registradas no grupo FL de 17,1 N e no grupo Fi de 22,9 N (p = 0,01).
CONCLUSÃO A fixação com fio intramedular e um fio lateral para cargas em extensão e flexão apresenta maior estabilidade quando comparada com a fixação com dois fios laterais paralelos, sugerindo resultados clínicos no mínimo semelhantes.

Palavras-chave:
fenômenos biomecânicos; epífises/lesões; fixação de fratura; fraturas do úmero.

ABSTRACT:

OBJECTIVE To analyze the stability of humerus supracondylar fracture fixation with Kirschner wires comparing intramedullary and lateral (Fi), and two parallel lateral wires (FL) fixation in experimental models, to define which configuration presents greater stability.
METHODS A total of 72 synthetic humeri were cross-sectioned to simulate the fracture. These bones were divided into two equal groups and the fractures were fixed with parallel Kirschner wires (FL) and with a lateral and intramedullary (Fi) wire. Then, the test specimens were subjected to stress load tests on a universal test machine, measured in Newtons (N). Each group was subdivided into varus load, valgus, extension, flexion, external rotation and internal rotation. An analysis of the data was performed comparing the subgroups of the FL group with their respective subgroups of the Fi group through the two-tailed t test.
RESULTS The two-tailed t test showed that in 4 of the 6 evaluated conditions there was no significant statistical difference between the groups (p > 0.05). We have found a significant difference between the group with extension load with a mean of 19 N (FL group) and of 28.7 N (Fi group) (p = 0.004), and also between the groups with flexural load with the mean of the forces recorded in the FL group of 17.1 N and of 22.9 N in the Fi group (p = 0.01).
CONCLUSION Fixation with one intramedullary wire and one lateral wire, considering loads in extension and flexion, presents greater stability when compared to a fixation with two lateral wires, suggesting similar clinical results.

Keywords:
biomechanical phenomena; epiphyses/injuries; fracture fixation; humeral fractures.

FIGURAS

Citação: Nunes MC, Posser TD, Israel CL, Spinelli LF, Calieron LG, Kim JH. Análise biomecânica de dois tipos de fixação de fratura supracondiliana de úmero em modelo anatômico*. 54(3):261. doi:10.1055/s-0039-1688756
Nota: * Trabalho realizado no Hospital São Vicente de Paulo, Passo Fundo, RS, Brasil.
Recebido: September 28 2017; Aceito: July 02 2018
 

INTRODUÇÃO

A fratura supracondiliana é mais comum no período entre 4 a 7 anos de idade,1 corresponde a dois terços das crianças hospitalizadas por trauma em cotovelo e a 30% das fraturas nesta faixa etária.2 Devido à anatomia particular do cotovelo, a configuração das partes moles e a ordem de ossificação dos núcleos de crescimento, a fratura supracondiliana se comporta em padrões quase sempre definidos em extensão, com deslocamentos posteromediais, posterolaterais e em flexão. O grau de deslocamento é definido pela direção da força deformante, pela posição do membro na hora do trauma e pela magnitude desta força.3,4

Gartland classificou esta fratura em três tipos de acordo com o grau de deslocamento: é consenso que as fraturas de grau 1 são de tratamento conservador.5 Existem também artigos descrevendo técnicas conservadoras com redução e imobilização nas de grau 2 e 3.6 Porém, muitos autores descrevem a redução e fixação percutânea como o padrão ouro nas fraturas deslocadas.7,8 Neste sentido, não existe consenso quanto à melhor posição dos fios de Kirschner na estabilização desta fratura.9 A fixação com configuração com fios cruzados dá uma melhor estabilidade; no entanto, há o risco de lesão iatrogênica do nervo ulnar. A configuração com dois fios laterais demonstrou ter estabilidade inferior aos fios cruzados, menor incidência de lesões do nervo ulnar e ser tecnicamente mais difícil, pois tanto na direção divergente quanto na paralela o espaço lateral para colocação dos fios é diminuto. Entretanto, ambas apresentam resultados clínicos semelhantes.10-13

Em 1991, Bertol et al14 publicaram a técnica de fixação das fraturas supracondilianas com desvio posteromedial com um fio de Kirschner intramedular inserido logo lateral ao olécrano e outro lateral com entrada no epicôndilo, sendo esta técnica presumidamente mais fácil, pois otimiza o espaço da coluna lateral.

Existem inúmeros estudos biomecânicos comparando as diversas configurações de posição dos fios de Kirchner na estabilização da fratura supracondiliana de úmero,13,15,16 porém não existe nenhum estudo que analise a configuração com um fio intramedular e outro lateral. O objetivo do presente estudo é comparar a técnica de fixação com fio intramedular com a técnica de fixação com dois fios paralelos laterais.

 

MATERIAIS E MÉTODOS

A presente pesquisa utilizou como corpos de prova 72 úmeros esquerdos sintéticos com canal medular e material esponjoso modelo 3022B (Nacional Ossos, Jaú, SP, Brasil) que foram seccionados igualmente de forma transversal, paralelamente à superfície articular no plano coronal, com uma serra guiada em sua porção distal, com a secção passando na fossa do olécrano a 3 cm da borda distal do úmero, simulando uma fratura supracondiliana (Fig. 1). Optamos pelo corte transversal, pois 80% das fraturas supracondilianas apresentam um padrão de fratura transversal na radiografia em perfil17 e, além disso, a obliquidade da fratura determina instabilidade.18

Os úmeros sintéticos seccionados foram divididos em dois grupos conforme a configuração da fixação: grupo com fixação com dois fios laterais (FL) e grupo com fixação com um fio intramedular e um fio lateral (Fi). Todos os modelos tiveram redução anatômica e fixação com fios de Kirschner 2.0 mm. Confeccionamos um modelo padronizado de fixação para cada grupo, assegurando que as fixações de cada grupo fossem idênticas. No grupo FL, a fixação foi realizada com dois fios de Kirschner 2.0 mm com entrada no epicôndilo lateral, sendo o fio mais distal na borda inferior do epicôndilo lateral e o fio proximal 1 cm acima, paralelos, a 30° com o eixo da diáfise do úmero, fixados na cortical oposta 3 cm acima da linha de fratura.

No grupo Fi, a fixação também foi realizada com dois fios de Kirschner 2.0 mm com o 1° fio entrando 2 mm lateral à borda lateral da tróclea, no sulco capítulo-troclear, ficando intramedular, sendo introduzido até a transição do terço médio com o terço distal do úmero a 11 cm da extremidade distal do úmero, e o 2° fio introduzido no centro do epicôndilo lateral, a 30° com o eixo da diáfise do úmero, cruzando o primeiro fio a 2 cm da linha de fratura e fixado na cortical oposta a 3 cm da linha de fratura.

As fixações foram feitas com auxilio de um perfurador e de fluoroscopia. Todos os corpos de prova foram comparados com seus respectivos modelos padronizados através de fluoroscopia, seguindo os critérios de fixação já citados, assegurando a semelhança entre eles (Fig. 2).

Os corpos de prova que não apresentavam os critérios de fixação foram excluídos. Após a fixação, os úmeros de cada grupo foram encaminhados ao Laboratório de Engenharia, onde, em conjunto com um engenheiro colaborador, separamos cada grupo em subgrupos conforme os testes de carga aos quais foram submetidos: subgrupo 1: carga em varo; subgrupo 2: carga em valgo; subgrupo 3: carga em extensão; subgrupo 4: carga em flexão; subgrupo 5: carga em rotação interna; e subgrupo 6: carga em rotação externa.

Os testes de carga foram realizados em uma máquina de ensaio universal de tração modelo UPM 200 (3022B, left humerus with medullary canal and spongy material, Nacional Ossos, Jaú, SP, Brazil) e uma célula de carga HBM U9B (3022B, left humerus with medullary canal and spongy material, Nacional Ossos, Jaú, SP, Brazil) (20 KN = 1 mV/V). Esta mede a carga gerada em Newtons (N) durante deslocamento contínuo promovido pela máquina de ensaio de tração a uma velocidade de 1 mm/segundo, com um deslocamento máximo estabelecido de 10 cm, o que promove uma angulação de até 45° no corpo de prova, com fulcro de rotação no traço de fratura (Fig. 3).

Foi desenvolvido um suporte para acoplar anatomicamente o úmero distal, permitindo que as cargas fossem aplicadas e mensuradas nos modelos de ossos, em um ponto 10 cm proximal ao traço de fratura, até que atingissem 45º de angulação e/ou quebra do material (Fig. 4). Também foi elaborado um mecanismo para criar forças rotacionais a partir da carga estabelecida pela máquina de ensaio de tração (Fig. 5). As cargas rotacionais foram aplicadas até a quebra dos modelos ósseos.

Durante a análise dos dados de cada modelo ósseo, gerados pela célula de carga, observamos que, durante o período de deslocamento estabelecido, a força, registrada em N, apresenta inicialmente um caráter ascendente, até atingir um platô, este relacionado com as maiores forças registradas. Após o platô, ocorre uma diminuição da força aplicada que está relacionada com a quebra do modelo ósseo e/ou 45° de deslocamento. Dessa forma, definimos a força em N ao atingir este platô como a variável a ser analisada, ou seja, a força máxima registrada durante o deslocamento, ao final da região linear do gráfico.

O cálculo do tamanho da amostra foi realizado no programa PEPI (Programs for Epidemiologists) versão 4.0 e baseado no estudo de Bloom et al.19 Para um nível de significância de 5%, um poder de 90%, um desvio padrão (DP) estimado em 3,5 N com uma diferença de médias de 8 N, obteve-se um total mínimo de 6 peças por subgrupo, totalizando 36 por grupo.

A análise dos dados foi realizada através do programa Microsoft Office Excel 2010 (Microsoft Corporation, Redmond, WA, EUA), comparando os subgrupos do grupo FL, com seus respectivos subgrupos do grupo Fi através do teste t bicaudal. O presente estudo não apresenta conflito de interesses.

 

RESULTADOS

Os resultados dos testes de carga para comparar a estabilidade das duas configurações de fios em questão estão representados em N na Tabela 1. O teste t bicaudal demonstrou que em 4 das 6 cargas aplicadas não houve diferença estatística significativa (p < 0,05) (Tabela 1).

Tabela 1. Dados de força e direção da carga mecânica
  Grupo FL Grupo Fi Teste t bicaudal
Varo (n) 28,7 ± 3,5 30,7 ± 4,9 p = 0,230
Valgo (n) 20,6 ± 5,2 22,9 ± 3,4 p = 0,240
Extensão (n) 19,0 ± 3,4 28,7 ± 4,0 p = 0,004
Flexão (n) 17,1 ± 1,2 22,9 ± 4,0 p = 0,015
Rotação Interna (n) 12,55 ± 1,2 11,7 ± 2,6 p = 0,256
Rotação Externa (n) 11,2 ± 1,8 11,6 ± 1,0 p = 0,292

Abreviações: Fi, fixação com um fio intramedular e um fio lateral; FL, fixação com dois fios laterais.

Nos modelos ósseos submetidos à carga em varo obtivemos uma média das maiores forças registradas durante o deslocamento no grupo FL de 28,7 N e DP = 3,5 N. No grupo Fi, encontramos uma média de 30,7 N e DP = 4,9 N. Desta forma, o teste t bicaudal não revelou uma diferença estatística significativa entre os grupos (p = 0,23) (Fig. 6).

Nos modelos submetidos à carga em valgo, a média das maiores forças registradas no grupo FL foi de 20,6 N e DP = 5,2 N. No grupo Fi, encontramos uma média de 22,9 N e DP = 3,4 N. Assim como na carga em varo, o teste t bicaudal não revelou uma diferença estatística significativa entre os grupos (p = 0,24) (Fig. 6).

Também não encontramos uma diferença estatística significativa entre os grupos nos testes de carga em rotação interna e externa (p = 0,25 e p = 0,24, respectivamente) (Fig. 6).

Obtivemos uma diferença estatisticamente significativa entre os 2 grupos nos testes de carga em extensão (p = 0,004), com uma média das maiores forças registradas no grupo FL de 19,0 N, DP = 3,4 N, e no grupo Fi de 28,7 N, DP = 4,0 N (Fig. 6). Desta forma, durante o deslocamento constante estabelecido pela máquina de ensaio foi gerada, e registrada pela célula de carga, uma força maior no grupo Fi comparado ao grupo FL. Assim, também podemos sugerir uma maior estabilidade na configuração com um fio intramedular e um fio lateral para cargas em extensão quando comparada a configuração com dois fios laterais paralelos.

Os modelos submetidos à carga em flexão também revelaram uma diferença estatística significativa entre os grupos (p = 0,01), sendo que a média das maiores forças registradas no grupo FL foi de 17,1 N, com DP = 1,2 N, e no grupo Fi, de 22,9 N, com DP = 4 N (Fig. 6).

 

DISCUSSÃO

O principal objetivo do tratamento das fraturas supracondilianas deslocadas é obter uma redução anatômica e conseguir uma fixação segura evitando deformidades angulares. Isso geralmente é conseguido com redução fechada e fixação percutânea.20-22 Para realizar a fixação, deve-se dar total atenção ao exame clínico e radiológico do cotovelo contralateral, obter verdadeiras projeções ortogonais na fluoroscopia e considerar parâmetros radiográficos bem descritos na literatura para obter total correção das deformidades.23 As consolidações viciosas estão relacionadas também a fixações inadequadas e a erros técnicos no momento das fixações.19

Diversos estudos biomecânicos têm demonstrado que a fixação com fios cruzados apresenta uma maior estabilidade rotacional do que as fixações com fios laterais,15 porém apresenta um maior risco de lesão iatrogênica do nervo ulnar.12 Bloom et al16 relataram que três pinos divergentes laterais apresentam resistência equivalente a dois fios cruzados, os quais são mais resistentes a dois fios laterais. Porém, na maioria dos casos, não há espaço suficiente para a colocação de pinos laterais.19 Em um estudo clínico randomizado prospectivo comparando técnicas de fixação lateral e cruzada no tratamento de fraturas supracondilianas de úmero tipo III, Kocher et al11 não encontraram diferença significativa entre os dois grupos com relação ao resultado radiográfico e clínico. Em outro estudo prospectivo randomizado, Blanco et al24 não encontraram diferenças radiológicas significantes entre a fixação com fios cruzados e laterais.

Em nosso estudo, observamos que a técnica com fio intramedular apresenta uma resistência maior nas cargas em flexão e extensão do que a técnica com fios laterais, sendo as demais cargas semelhantes. Na técnica com fio intramedular, o primeiro passo após conseguir uma redução adequada é a introdução do fio intramedular,14 bloqueando as forças no sentido axial, principalmente flexão e extensão, permitindo de uma forma segura que as deformidades rotacionais possam ainda ser corrigidas, ou seja, esta técnica permite um ajuste rotacional após uma redução precisa no sentido axial, o que não é possível com a fixação com fios laterais. Desta forma, é mais fácil ter uma redução anatômica com a fixação com fio intramedular, e a obtenção de uma redução anatômica maximiza a estabilidade de todas as configurações de fixação.19 Além disso, a fixação com fio intramedular mantém um maior espaço lateral para a colocação dos fios.

Como a técnica com dois fios cruzados apresenta resultados clínicos semelhantes à com dois fios laterais,1,24-26 podemos pressupor, de acordo com o presente estudo mecânico, que a fixação com fio intramedular apresenta resultados clínicos equivalentes às técnicas citadas, porém é necessário elaborar um estudo clinico randomizado para a confirmação desta afirmativa.

Algumas limitações do presente estudo devem ser reconhecidas. Embora o uso de modelos sintéticos para análise mecânica de técnicas de redução da fratura seja comum na literatura, estas investigações não consideram a variabilidade nos padrões de fratura nem a anatomia com o periósteo circundante, as quais podem contribuir para a estabilidade do fragmento.15,27 Além disso, as cargas fisiológicas que atuam no cotovelo são certamente mais complexas do que o único eixo das direções de carga de teste utilizado no presente estudo. Além disso, os pinos foram colocados em uma situação ideal, sem levar em conta a dificuldade de introdução dos pinos no intraoperatório, a qual não pode ser simulada. O delineamento do estudo atual não permite comparações diretas das cargas aplicadas nos modelos com ossos orgânicos, permitindo apenas a comparação entre as técnicas de fixação dessas fraturas.

 

CONCLUSÃO

No presente estudo, a fixação com fio intramedular apresenta uma maior estabilidade nas cargas em flexão e extensão quando comparada à fixação com fios laterais, sendo semelhante em relação às demais cargas aplicadas, sugerindo resultados clínicos aceitáveis, como já comprovado por Bertol et al.14 Desta forma, mostra-se uma ótima opção de configuração dos fios de Kirschner para o tratamento destas fraturas.

 

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*Trabalho realizado no Hospital São Vicente de Paulo, Passo Fundo, RS, Brasil.