INTRODUÇÃO
O microscópio eletrônico de varredura (MEV) é um instrumento freqüentemente utilizado na avaliação da superfície de implantes cirúrgicos e biomateriais, como, por exemplo, na investigação das macro e microestruturas da superfície de implantes de titânio(1-2) e de osso(3-5), e na quantificação da porosidade de enxertos de fosfato de cálcio(6). A análise microscópica da superfície de implantes é necessária para buscar melhores condições de acabamento superficial e osteointegração. Além disso, a análise microscópica da superfície óssea pode revelar indícios de alterações provocadas por um meio físico ou químico sobre o tecido ósseo.
Parafusos feitos de osso têm sido desenvolvidos(3,5,7-9) com o objetivo de superar complicações indesejáveis relatadas em implantes confeccionados a partir de ligas metálicas e polímeros bioabsorvíveis, embora em fase experimental. Entretanto, potencialmente, poderiam ser usados apenas em algumas condições específicas que não exigem grande resistência, como, por exemplo, epifisiodese ou fixação de uma fratura por avulsão na região epifisária do osso da criança.
Previamente ao uso de parafusos ósseos, é imperativo avaliar os efeitos da usinagem e de diferentes métodos de processamento químico e de esterilização sobre as características mecânicas e estruturais do tecido ósseo. A influência dos métodos de esterilização sobre as propriedades mecânicas e a capacidade de incorporação do enxerto ósseo são assuntos muito discutidos na literatura(3-4,10-11). Entretanto, a avaliação da estrutura superficial do osso processado, esterilizado e usinado é tema que necessita maior investigação.
MÉTODOS
Um parafuso ósseo (figura 1 e tabela 1) foi obtido a partir da usinagem em torno horizontal (NDT 650, Nardini®, Brasil). Serviu como modelo um parafuso de aço inoxidável, cujas características metrológicas estão apresentadas na tabela 1.
O osso para obtenção do parafuso foi retirado da porção medial da diáfise da tíbia bovina de animal jovem. A usinagem da porção proximal do parafuso foi realizada com ferramentaria de aço (bits quadrado, de aço rápido com 12% de cobalto, Steelma Ster®, Estados Unidos). As roscas do parafuso foram confeccionadas com a utilização de um rebolo de ponta montada de óxido de alumínio (grupo B-71, Brasilex®, Brasil). Depois, os parafusos foram seccionados transversalmente com uso de uma serra de precisão (Isomet 1000, Precision Saw, Buehler®, Estados Unidos), sob refrigeração, totalizando 12 espécimes, de bases de 4,5 x 3mm, sendo metade das amostras proveniente da porção rosqueada e o restante, da porção lisa proximal.
Além dos parafusos, da mesma tíbia bovina e da mesma região de onde fora obtido o osso para confecção do parafuso, foram retiradas, com serra de precisão, amostras da superfície óssea, que depois foram recortadas de modo a fornecer seis blocos cúbicos de 3,0 x 3,0mm. No preparo dos espécimes, a superfície da córtex externa foi limpa, sendo o periósteo retirado manualmente e o osso lavado com banhos sucessivos de soro fisiológico.
Metade de todo material (parafusos e cubos ósseos) foi armazenada sob refrigeração, em temperatura média de 4°C. A outra metade das amostras foi processada quimicamente e esterilizada em óxido de etileno, conforme descrito por Volpon et al(12), e que, basicamente, consistiu nos seguintes passos: fixação em álcool absoluto por 48 horas, clareamento em água oxigenada por 24 horas, remoção da gordura em éter etílico por 24 horas, desidratação em álcool absoluto por 48 horas e secagem em estufa durante 24 horas.
Depois, as amostras foram acondicionadas em embalagens próprias e esterilizadas em óxido de etileno (utilizando 2,0kg de gás por ciclo, com tempo de esterilização de três horas e aeração e hiperventilação de duas horas cada, à temperatura de 55°C, na pressão de 0,5kgf/cm2, com -0,5kgf/cm2 de vácuo, no aparelho da marca Sercon®, Alemanha).
Para o exame em microscopia eletrônica, todas as amostras foram recortadas para um tamanho adequado e submetidas ao seguinte preparo: (1) desidratação em concentrações crescentes de etanol (30°-50°-75°-85°-95°-100°, por 10 minutos cada); (2) secagens em dióxido de carbono líquido na temperatura de 37°C em um equipamento CPD 030 (Critical Point Dryer, Bal-Tec®, Alemanha); (3) fixação em suportes de alumínio com cola condutora à base de prata, a qual foi aplicada nas adjacências das peças para melhorar o escoamento de elétrons; (4) cobertura com uma fina camada de ouro 24k em alto vácuo em um sputter coater modelo SCD 050 (Super Cool Sputtering System, Bal-Tec®, Alemanha), tornando as amostras refletoras para o feixe de elétrons.
Por fim, as amostras foram observadas e fotografadas utilizando- se filmes da Kodak® Tmax iso100 de 120mm, em um MEV (JSM - 5200, Jeal®, Japão), sendo estudada a porção correspondente ao córtex externo da tíbia e à superfície do parafuso. As imagens foram analisadas em aumentos de 35 a 5.000 vezes (x), quando foram observados o aspecto geral da peça e a regularidade da superfície. Nos aumentos de 1.000x e 5.000x foram estudadas a regularidade da superfície e a presença ou ausência de microfissuras. Nas amostras obtidas do córtex externo da tíbia também foi avaliado o padrão do trabeculado ósseo. As comparações realizadas foram as seguintes:
a) Blocos do córtex externo da tíbia: processado x in natura;
b) Blocos do córtex externo do osso in natura x superfície lisa e rosqueada do parafuso in natura;
c) Porções lisas e rosqueadas do parafuso: processado x in natura;
d) Porção lisa x porção rosqueada do parafuso in natura.
RESULTADOS
Blocos do córtex externo da tíbia bovina - processado x in natura: não foram encontradas diferenças na superfície óssea nos aumentos de 35 a 1.000x entre as amostras. Entretanto, no osso processado, com o aumento de 5.000x, a superfície óssea estava mais lisa que na amostra de osso in natura, aparentemente com condensação das fibras colágenas, em processo de amalgamação (figura 2, A e B).
Blocos do córtex externo da tíbia in natura x superfície lisa e rosqueada do parafuso in natura: na análise das imagens das amostras do parafuso, houve a presença de microfissuras na superfície, tanto na porção lisa, quanto rosqueada (figura 2, F e G), o que não ocorreu nos blocos do córtex externo da tíbia.
Porção lisa e porção rosqueada do parafuso: processado x in natura: nas amostras da porção lisa do parafuso, nos aumentos de 35 a 1.000 x, foram encontradas ranhuras do passo da ferramenta de usinagem (figura 2, C), principalmente nas amostras de osso in natura. A análise da porção rosqueada no aumento de 35x mostrou, em algumas peças, a presença de irregularidades grosseiras no ápice das roscas (figura 2, D), além de comprimentos de ápice de roscas visivelmente diferentes (figura 2, D e E).
Em nenhum aumento, na análise da superfície do parafuso, foram observadas diferenças entre as peças in natura e aquelas processadas, salvo pelas alterações descritas anteriormente. Para um mesmo grupo de peças, usinadas pela mesma ferramenta, a quantidade e o padrão das microfissuras pareceram semelhantes nas peças de osso processado e in natura. A quantidade de microfissuras variou em diferentes regiões analisadas de uma mesma peça. Foram observadas bactérias na superfície do osso in natura no aumento de 5.000x.
Porção lisa x porção rosqueada do parafuso in natura: nas amostras analisadas, o rebolo de ponta montada, de forma geral, produziu uma superfície óssea mais irregular que o bits de aço. Mas a quantidade e o padrão das microfissuras presentes pareceu igual na comparação entre esses dois tipos de peças (figura 2, F e G).
DISCUSSÃO
Os efeitos de diferentes métodos de esterilização sobre a estrutura do tecido ósseo são relatados em alguns estudos. O aquecimento do osso causa desnaturação e retração do colágeno(13). Voggenreiter et al(14), por meio de microscopia eletrônica, concluíram que a autoclavagem a 134°C causa desnaturação da matriz orgânica óssea, que se acentua com o aumento do tempo em que o osso permanece na autoclave.
As alterações no osso verificadas por Actis et al(3-4), que analisaram em microscopia eletrônica de varredura parafusos ósseos autoclavados, foram semelhantes às encontradas em nosso estudo para as amostras do córtex externo da tíbia (processadas pela técnica de Volpon et al(12)), ou seja, ocorreu condensação das fibras colágenas superficiais. Essas alterações estruturais superficiais podem ter-se estendido a um plano mais profundo do tecido ósseo e ser causa de repercussões na resistência mecânica de parafusos de osso. Doherty et al(10) encontraram, com uso de microscopia eletrônica de transmissão, que o óxido de etileno causou alterações microestruturais na superfície óssea e que a profundidade das alterações foi dependente do tempo de exposição ao gás, principalmente quando o período de esterilização excedeu uma hora.
Outro ponto a ser discutido é a situação da superfície óssea produzida após a usinagem. A usinagem causou microfissuras na superfície óssea, mas ferramentas menos duras que o aço, como o rebolo de óxido de alumínio, por exemplo, produziriam superfície mais rugosa ou irregular. Porém, não se sabe se essas microfraturas poderão ser responsáveis por menor resistência mecânica clinicamente significante em parafusos de osso. Mora(5) mostrou, com a usinagem do osso cortical, com variações dos parâmetros de corte e da geometria da ferramenta, que é possível manipular a morfologia da superfície do osso. Segundo esse mesmo autor, o grau de dano causado pelo processo de usinagem sobre as camadas superficiais do implante é dependente das condições de corte, sendo de importância relevante, tanto para o comportamento mecânico, quanto para a resposta biológica dos tecidos do receptor sobre o implante. Não existem estudos que mostrem como deve ser a superfície ideal de um implante de osso, ou seja, que permita sua osteointegração mais rápida, sem comprometer significativamente a resistência mecânica do material.
CONCLUSÃO
O tratamento químico aqui usado e a esterilização em óxido de etileno causaram alterações na superfície do osso caracterizadas por amalgamação das fibras. A usinagem causou microfraturas e não apresentou precisão suficiente a ponto de produzir roscas semelhantes, tanto nos parafusos processados quanto nos não processados. As ranhuras causadas pela ferramenta de usinagem foram mais nítidas nas amostras in natura do parafuso. A repercussão desses achados sobre o desempenho mecânico do parafuso necessita investigações futuras.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos ao Laboratório de Microscopia Eletrônica da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto-USP, pelo processamento das amostras ósseas para a microscopia eletrônica de varredura, e à Oficina de Precisão da Prefeitura do Campus de Ribeirão Preto-USP, pela usinagem das peças.
REFERÊNCIAS
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