As complicações decorrentes do uso do fixador externo relacionam-se principalmente à transfixação das partes moles pelos pinos e fios(1), sendo também problemática a interface pino-osso(2,3,4).
O micromovimento entre o pino e as partes moles e entre o pino e o osso favorece o surgimento da infecção nos tecidos do trajeto dos pinos, que, uma vez instalada, facilita o aparecimento de movimento nestas interfaces, gerando um circulo vicioso(5). Bongiovanni et al(6), Mercadante et al(7) e Targa et (8) encontraram a infecção nos tecidos do trajeto dos pinos como complicação comum no uso do fixador circular externo. Em todos os nossos pacientes submetidos ao transporte ósseo com o fixador externo circular ocorreu esse tipo de infecção, bem como afrouxamento dos fios de Kirschner, que perderam a tensão inicialmente imposta(9).
Além do aço, outros materiais passaram a ser utilizados na confecção dos pinos, na tentativa de diminuir as complicações na interface pino-osso e pino-partes moles, dentre eles o titânio(5) e o titânio revestido com hidroxiapatita(10).
O objetivo foi testar se realmente o uso de pinos de titânio, ou de pinos de titânio revestido com hidroxiapatita, sob situação de suporte de carga, têm melhor fixação no osso que o pino de aço, com o conseqüente aumento da estabilidade da montagem da fixação externa. Comparamos a resistência à soltura desses diferentes tipos de pinos de Schanz após utili-zá-los na fixação externa uniplanar e unilateral de osteotomia mediodiafisária tibial até a obtenção da consolidação em coelhos.
MATERIAL E MÉTODOS
Foram operados 27 coelhos albinos da raça Nova Zelândia, sendo 15 machos e 12 fêmeas, com oito semanas de idade e peso variando entre 2.500 e 4.200g. Apenas 15 animais completaram o protocolo preestabelecido e foram divididos em três grupos de cinco, de acordo com o tipo de pino implantado para fixação externa. No grupo 1 foram empregados pinos de aço; no grupo 2, pinos de titânio; e no grupo 3, pinos de titânio revestidos com hidroxiapatita.
Os pinos de Schanz foram confeccionados pela Baumer ® com as seguintes especificações técnicas: comprimento total: 70mm; diâmetro externo: 2,5mm; comprimento da rosca: 20mm; diâmetro da alma: 1,9mm; espessura do filete: 0,1mm; passo: 1mm; altura do filete: 0,3mm; ângulo de afiação: 10º; ângulo da ponta: 45º; acabamento eletropolido ou ionizado; ponta triangular retificada no comprimento de 10mm.
A matéria-prima dos pinos foi aço inox AISI 316 L ou liga de titânio (Ti6Al4V) F136, com dureza do material igual ou superior a 34HRC.
A espessura do revestimento do hidroxiapatita, obtido pela técnica de plasma spray, variou entre 35 e 80µ. A cristalinidade da hidroxiapatita foi do tipo hexagonal/piramidal, variando entre 20 e 80µ.
Os fixadores externos utilizados possuem a barra lateral de alumínio e clampes de fixação simultânea da barra e dos pi-nos, sendo o mesmo fixador externo desenhado para a fixação de fraturas do punho chamado de minifix-Baumer ®.
Após devidamente anestesiados com Nembutal®, realizava-se a tricotomia na face ântero-medial da perna direita, seguida de anti-sepsia e cobria-se o animal com campos estéreis. Realizava-se uma incisão longitudinal da pele de aproximadamente 0,8cm de extensão, na face ântero-medial da perna, sendo 1cm distal à interlinha articular do joelho, seguida de incisão no periósteo na mesma extensão e direção. Nesse ponto, denominado de ponto A, fazia-se a primeira perfuração para colocação dos pinos, com broca de 2mm de diâmetro, acoplada a um perfurador manual, perpendicularmente ao eixo longitudinal da tíbia. O pino de Schanz era instalado nesse ponto A acoplado a um porta-fio manual em "T". Nova incisão era feita a 3cm proximal à articulação do tornozelo e, após afastamento dos tendões, era instalado neste ponto chamado D outro pino de Schanz do mesmo modo descrito anteriormente. Posicionava-se a barra longitudinal com os respectivos clam-pes nesses dois pinos já instalados, de modo que os clampes permaneciam afastados 1,5cm da pele. Marcava-se, então, na pele onde seria inserido o pino do ponto B, a 1cm distalmente em relação ao primeiro pino e o pino do ponto C, a 1cm proximalmente em relação ao segundo pino instalado. Após incisão longitudinal com 2cm de comprimento, no ponto médio entre os dois pinos centrais, e afastada a musculatura da face ântero-lateral da perna, realizava-se a osteotomia diafisária com serra manual denteada tipo Gigli. As incisões foram suturadas e as feridas deixadas expostas. Os animais foram mantidos em gaiolas, com ração padrão e água ad libitum, durante oito semanas. Nesse período foram clinicamente avaliados diariamente.
Todos os animais tiveram seus membros radiografados imediatamente antes e após a cirurgia.
Os animais foram mortos na oitava semana pós-operatória; a seguir, os membros operados foram desarticulados nos joelhos, clinicamente examinados e radiografados.
Na seqüência, foram realizados os testes mecânicos em bancada, que consistiram em medir a força de extração dos pinos do osso.
Houve a necessidade de confeccionar um torquímetro próprio, visto não existir um disponível comercialmente com as especificações adequadas para o nosso propósito.
O torquímetro foi projetado e dimensionado no Laboratório de Bioengenharia, com capacidade de 1N.m, resolução de 0,05N.m e tolerância de 50%, e confeccionado pela Baumer.
O registro do torque máximo é fornecido por um indicador digital modelo IKE-01 Kratos®, que recebe o sinal dos extensômetros do torquímetro por um fio de quatro pólos. A calibração do torquímetro foi realizada utilizando-se massas previamente aferidas, com pesos variando de 50 a 2.000g, utilizando-se para a leitura o indicador digital.
A fixação dos diferentes pinos ao osso foi avaliada pelo teste de extração dos pinos por torção, estando o torquímetro fixo ao torno de bancada perpendicularmente ao solo. O pino de Schanz da posição A era fixado ao mandril do torquímetro pela extremidade oposta à do osso, permanecendo a peça desarticulada do animal paralelamente ao solo. As proximidades do local de inserção do pino A, na peça, eram mantidas entre o polegar e o indicador do examinador, sendo realizado um movimento circular, no sentido anti-horário, correspondente a ¼ de volta da circunferência (90º), para mover o pino no sentido contrário da colocação. O maior valor observado no indicador digital era anotado. Na seqüência eram retirados os pinos das posições B, C e D com a mesma técnica.
RESULTADOS
Dos 27 animais operados, dois morreram por causa desconhecida no 33o e 44o dias de pós-operatório. Dois outros animais quebraram a tíbia no pino mais distal no pós-operatório imediato. Em quatro animais houve fratura do pino, sendo dois na posição B e dois na posição D. Três animais roeram a barra longitudinal de alumínio do fixador externo, com a conseqüente quebra dessa barra. Em um animal ocorreu soltura da fixação do pino no clampe. Assim, 12 animais não completaram as oito semanas necessárias para a avaliação mecânica da fixação dos pinos. No entanto, esse grupo de animais serviu como piloto, facilitando o desenvolvimento do torquímetro.
A tabela 1 detalha os valores (N.m) do torque de extração por torção dos diferentes pinos nos três grupos de animais, sendo a: aço, t: titânio e h: titânio revestido com hidroxiapatita, nas quatro posições da tíbia (A, B, C, D).
Os valores do torque de extração dos pinos, obtidos nos três grupos de animais, foram analisados estatisticamente pelo teste não paramétrico de Kruskal-Wallis.
O torque de extração dos pinos de aço inoxidável variou de 0,028467N.m a 0,883988N.m (média: 0,421817N.m); para os pinos de titânio, de 0,212257N.m a 1,013839N.m (média: 0,641165N.m); e para os pinos de titânio revestidos com hidroxiapatita, de 0,001498N.m a 0,972886N.m (média: 0,589275N.m) (gráfico 1).
O torque de extração dos pinos de aço no orifício A variou de 0,163313N.m a 0,403039N.m (média: 0,281477N.m); no orifício B, 0,028467N.m a 0,199272N.m (média: 0,139839N.m); no orifício C, de 0,394548N.m a 0,844034N.m (média: 0,651653N.m); e, no orifício D, de 0,317137N.m a 0,883988N.m (média: 0,614296N.m).
O torque de extração para os pinos de titânio no orifício A variou de 0,322131N.m a 0,908959N.m (média: 0,592022N.m); no orifício B, de 0,212257N.m a 0,713183N.m (média: 0,342308N.m); no orifício C, de 0,683717N.m a 0,928936N.m (média: 0,866407N.m); no orifício D, de 0,597316N.m a 1,013839N.m (média: 0,763925N.m).
O torque de extração para os pinos de titânio revestidos com hidroxiapatita no orifício A variou de 0,163313N.m a 0,972886N.m (média: 0,484245N.m); no orifício B, de 0,001498N.m a 0,458475N.m (média: 0,356192N.m, ou 0,444865N.m, se excluído o valor mais baixo que foge à média); no orifício C variou de 0,512413N.m a 0,898971N.m (média: 0,695104N.m); e, no orifício D, de 0,778109N.m a 0,873999N.m (média: 0,821559N.m).
Sem distinção do material implantado, o torque médio de extração global no orifício A foi de 0,452481N.m; no orifício B, de 0,279446N.m; no orifício C, de 0,737721N.m; e no orifício D, de 0,733260N.m.
A análise radiográfica mostrou que, após oito semanas, em todos animais ocorreu a consolidação da osteotomia (fig. 1).
Em todos animais a consolidação óssea foi acompanhada de desvio de eixo entre os fragmentos diafisários (tabela 2).
Procuramos avaliar a importância do desvio angular observado nas radiografias, ocorrido entre o pós-operatório imediato e após a 8ª semana, correlacionando-o com o torque de extração dos pinos. Os resultados dos testes não evidenciaram existir correlação diferente de zero entre as variáveis em questão (p > 0,05).
Foi possível diagnosticar reabsorção óssea ao redor dos pi-nos proximais em quatro animais (a2, t2, t3 e h4). Em um único animal ocorreu reabsorção óssea ao redor de todos os pinos (a4), e em outro houve reabsorção ao redor dos pinos distais (h2).
Em um animal, com infecção clínica no trajeto dos pinos distais (a3), a imagem radiográfica mostrou reação periostal ao redor dos pinos proximais, enquanto que na região dos pinos distais ocorreram lise óssea, seqüestro e reação periostal, características da infecção óssea.
DISCUSSÃO
Aparentemente fácil de ser realizado, o estudo experimental em coelhos é repleto de percalços, muitas vezes intransponíveis. É um animal de baixo custo e de fácil obtenção, dócil, fácil de anestesiar e de conservar em gaiolas apropriadas, mas extremamente delicado. O alto número de perdas de animais devido às dificuldades técnicas encontradas durante o experimento fez com que seu número em cada grupo fosse limitado a cinco.
Os animais foram operados obedecendo a normas técnicas rigorosas, de modo a receber tratamento adequado, evitando adicionar qualquer forma de sofrimento além da cirurgia realizada. Foi assegurado que pudessem caminhar livremente no espaço restrito da gaiola no pós-operatório imediato e obtiveram ganho de peso desde a data da cirurgia até o dia da morte. O fixador externo não limitou o andar e o apoio sobre os quatro membros dos animais nas gaiolas. A tíbia do coelho apresenta a cortical mais delgada que as de animais de grande porte, o que limita a área de fixação dos pinos no osso. Desde que os resultados obtidos são comparativos da força de extração entre os diferentes pinos e uma vez que a dificuldade de fixação é semelhante para todos os tipos de pinos, é provável que a pouca fixação oferecida pela tíbia do coelho não tenha influenciado nossos resultados.
Após exposição adequada do osso, a broca foi passada uti-lizando-se perfurador manual, de modo a evitar a lesão tecidual provocada pelo calor desprendido quando do emprego de motores de alta rotação, como demonstrado por Matthews e Hirsch(11) e por Fisher(12).
Lewallen et al(13) relacionaram a acentuada soltura dos pinos com a liberação da carga total no pós-operatório da fixação externa unilateral e uniplanar, devido à elevada carga na interface pino-osso. Foi permitida aos nossos animais carga livre após a cirurgia. Acreditamos que os pinos terão sua máxima fixação no osso logo após ser inseridos e que esta fixação tem de ser suficiente para suportar a solicitação mecânica inicial imposta ao fixador externo e, conseqüentemente, a carga precoce tem que ser suportada.
Desde que qualquer pino metálico tem coeficiente de elasticidade diferente daquele do osso, é inevitável a presença de micromovimento na interface pino-osso(14) e isso pode induzir a separação do implante do osso, levando ao afrouxamento do pino, independentemente da sua constituição. Hyldahl et al(15) demonstraram que, quando o osso suporta carga, tendo presos a ele pinos que não recebem carga diretamente, a interface pino-osso é microscopicamente instável.
Ao longo do tempo, devido aos diferentes coeficientes de elasticidade e sob a presença de carga, existe a tendência natural à soltura dos pinos, mas isto não pode ser considerado nas fases iniciais, quando o fixador é mais solicitado mecanicamente e, portanto, a carga precoce deve ser assimilada.
Pettine et al(16) concluíram que, mais importante do que a carga suportada pelo pino ou do que a instabilidade da fratura, a soltura dos pinos relaciona-se com o baixo torque de inserção no osso, principalmente quando o valor deste torque é inferior a 68,7Ncm. Não encontraram relação entre a soltura dos pinos e a localização dos mesmos na tíbia de cães; demonstraram em trabalho experimental que o torque de extração dos pinos é extremamente diminuído com o decorrer do tempo, independentemente da sua localização.
O torque de extração em nosso estudo experimental foi significantemente maior nos pinos distais do que nos proximais, independentemente do tipo de material utilizado, fato atribuído à fixação proximal dos pinos em osso esponjoso e à fixação distal em osso cortical.
O desvio observado no foco de fratura foi por nós considerado importante, uma vez que, se somados os ângulos do desvio nas duas posições radiográficas ortogonais, em apenas dois animais o somatório não ultrapassa 10º. Se o fixador externo perde sua capacidade de fixação e provoca desvio devido à soltura dos pinos, seria de esperar que as fraturas consolidadas com maior desvio fossem aquelas nas quais os pinos ofereceram menores esforços para a retirada. No entanto, não encontramos relação entre o menor desvio dos fragmentos e o torque maior para a retirada dos pinos, indicando que o grau de fixação do pino no osso não guardou relação com o grau de desvio do foco fraturário. Também não encontramos correlação entre os pinos com baixo torque de extração e maiores desvios angulares da osteotomia.
Acreditamos que o desvio angular encontrado tenha sido provocado por dificuldade técnica no momento da colocação dos pinos. O fato de os pinos não terem sido colocados exatamente num mesmo plano justifica o desvio angular logo após a osteotomia, que foi o que realmente ocorreu. Isso mostra que, quando da instalação do fixador externo, atenção especial deve ser colocada neste passo técnico, que não é tão simples como parece. Num fixador unilateral e uniplanar, cujos pinos não estejam num mesmo plano, ocorrerá desvio no foco de fratura devido à conseqüente acomodação do fixador provocada pelo mau posicionamento dos pinos.
A grande dificuldade transposta foi a de obter um torquímetro capaz de medir valores pequenos, próximos a zero, uma vez que não encontramos este tipo de aparelho disponível comercialmente. Sua confecção foi possível porque envolveu um laboratório de pesquisa (Laboratório de Bioengenharia) com uma indústria privada (Baumer).
Desde 1951, ligas de titânio têm sido utilizadas na confecção de implantes ortopédicos, principalmente naqueles destinados à substituição protética do quadril. O uso do titânio deve-se tanto às suas propriedades mecânicas, como ao fato de ter grande biocompatibilidade. Por apresentar módulo de elasticidade cerca de 50% menor do que o do aço inoxidável, com o seu uso esperava-se diminuir a absorção óssea, que se acreditava ser secundária à falta de carga suportada pelo osso, quando do emprego de materiais menos elásticos como o aço inoxidável(17).
Com o intuito de melhorar a fixação de próteses não cimentadas ao osso, passou-se a tratar as superfícies das próteses, visando dar-lhes textura que favorecesse o crescimento de osso para dentro das irregularidades da superfície, obtendo-se fixação biológica do implante. Entre as diversas formas de tratamento encontrou-se o revestimento do metal por hidroxiapatita(18).
O revestimento de pinos de aço com hidroxiapatita, visando aumentar a estabilidade da interface pino-osso na fixação externa, foi proposta por Caja e Moroni(19). Moroni et al(20,21,22) demonstraram experimentalmente e clinicamente melhor osteointegração e maior estabilidade na interface pino-osso quando os pinos de aço possuíam revestimento de hidroxiapatita. Os torques de inserção dos pinos de aço, de aço revestido com titânio e de aço revestido com hidroxiapatita não apresentaram diferenças estatisticamente significantes. Entretanto, o torque de extração foi significantemente menor que o correspondente torque de inserção para os pinos de aço e de aço revestidos com titânio, mas não foi detectada diferença significante entre o torque de inserção e o de extração para os pinos revestidos com hidroxiapatita. O torque de extração dos pinos de aço revestidos com hidroxiapatita foi significantemente maior do que o torque de extração dos pinos sem revestimento ou revestidos com titânio, concluindo pela efetividade do revestimento de hidroxiapatita em favorecer a osteointegração dos pinos. Os pinos revestidos de titânio forneceram resultados do torque de extração significantemente superiores em relação aos pinos de aço sem revestimento, mas significantemente inferiores aos dos pinos revestidos com hidroxiapatita.
Enquanto Moroni et al(20,21,22) utilizaram pinos de aço revestidos com titânio ou com hidroxiapatita, em nosso experimento comparamos os pinos de aço com os pinos feitos de titânio, sendo somente os pinos de titânio revestidos ou não com hidroxiapatita.
Os valores de torque obtidos para a extração dos pinos de titânio assemelham-se aos registrados para os pinos de titânio revestidos com hidroxiapatita. Aparentemente, tanto os pinos de titânio como os de titânio revestidos com hidroxiapatita apresentaram resultados de torque de extração superiores aos verificados nos pinos de aço, como demonstrado pela média ponderada. Entretanto, estatisticamente, não foi encontrada diferença no torque de extração entre os diferentes pinos (a, t, h) comparados nas diferentes posições (A, B, C, D).
Os valores obtidos de torque de extração para os pinos nas posições C e D foram superiores àqueles dos pinos nas posições A e B, indicando sua melhor fixação no fragmento ósseo distal à osteotomia.
Nossos resultados fazem-nos supor que os pinos de titânio têm melhor fixação ao osso, independente da presença ou não do revestimento de hidroxiapatita, devido a terem exibido tendência de torque maior de extração quando comparados com os pinos de aço. Talvez a falta de significância estatística em nossos resultados possa ser atribuída ao limitado número de animais em cada grupo.
Talvez a melhor biocompatibilidade do titânio possa ser responsável por melhor osteointegração do pino ao osso traduzida por maior torque de extração desses pinos. O revestimento dos pinos de titânio com hidroxiapatita não melhorou nossos resultados.
O custo financeiro do pino de titânio é 30% superior ao de aço, enquanto o de titânio revestido com hidroxiapatita é 50% maior. O uso das ligas de titânio na confecção de próteses não cimentadas justifica-se levando em consideração a necessidade de integração do componente protético ao osso, integração esta que provê estabilidade ao conjunto prótese-osso e, conseqüentemente, maior vida útil da prótese. No caso do fixador externo, a utilização dos pinos é temporária, até que se obtenha o resultado desejado, quando os pinos são retirados. Assim, a integração do pino ao osso nem seria desejável. O que pretendemos quando usamos o fixador externo é que os pinos não se afrouxem numa etapa em que seriam importantes receptores da carga. Moroni et al(20) não encontraram diferenças do torque de extração de pinos após quatro meses ou após 12 meses de implantados; concluíram que a reação óssea aos pinos certamente ocorre antes de quatro meses.
Caso nossos pinos de titânio ou de titânio revestidos com hidroxiapatita se mostrassem muito superiores aos pinos de aço, no sentido de fixarem-se melhor ao osso, justificar-se-ia a substituição dos pinos de aço independentemente do custo do material. Nossos resultados apenas mostraram tendência de melhor fixação dos pinos de titânio, com ou sem revestimento de hidroxiapatita, quanto à fixação dos pinos de aço, que pode estar relacionada à menor reação inflamatória provocada pela liga de titânio comparativamente à causada pelo aço inoxidável.
Deve ser salientado que, para a utilização por curto período de tempo na fixação externa, como ocorre na maioria dos ca-sos da prática clínica, nossos resultados não nos permitem preconizar a utilização dos pinos de titânio, revestidos ou não com hidroxiapatita, uma vez que apresentam custo muito elevado para as nossas condições socioeconômicas.
CONCLUSÕES
Os pinos de titânio apresentaram o maior torque de extração médio (0,64N.m), os pinos de titânio revestidos com hidroxiapatita tiveram o torque de extração médio um pouco inferior ao dos pinos sem revestimento (0,58N.m). Os pinos de aço inoxidável apresentaram o menor torque de extração médio (0,42N.m).
Não houve diferença significativa no torque de extração entre os diferentes pinos, embora os de aço tenham exibido os menores valores obtidos.
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