INTRODUÇÃO
O uso do fixador externo tem-se popularizado devido à sua versatilidade e facilidade de aplicação. Atualmente, tem sido usado não apenas como estabilizador de fraturas, mas também como alongador e compressor do osso, transpor-tador de fragmentos ou segmentos ósseos e redutor de fra-tura (1).
Entre as várias indicações do fixador externo, o uso na fratura exposta (2,3,4) e no polifraturado (5,6,7) é freqüente. Nes-sas situações recomenda-se a utilização de fixador externo uniplanar unilateral (linear), por evitar maior lesão das par-tes moles, preservar a vascularização óssea e ser de fácil e rápida instalação.
Entretanto, o uso do fixador externo está relacionado a várias complicações, como infecção e soltura dos pinos, falha do material, pseudartrose e consolidação viciosa (2,7,8,9) . A estabilidade obtida com a montagem do fixador externo parece diminuir o risco de complicações, promovendo me-lhor evolução da consolidação (10) . A estabilidade mecânica do fixador externo está relacionada a vários fatores: distân-cia entre os pinos e tipos de pinos, distância entre a barra de conexão e o osso e a configuração espacial (11,12,13).
Os trabalhos experimentais (1,5,11,12) tratam da estabilida-de das montagens, tanto nos planos frontal e sagital, como também estudam as forças de torção; entretanto, nenhum dos citados compara a resistência mecânica das montagens utilizando-se barras recartilhadas.
A proposta deste estudo é avaliar o comportamento bio-mecânico do fixador externo unilateral uniplanar montado com uma ou duas barras lisas ou recartilhadas, quando sub-metidos à força de torção.
Entre as várias indicações do fixador externo, o uso na fratura exposta (2,3,4) e no polifraturado (5,6,7) é freqüente. Nes-sas situações recomenda-se a utilização de fixador externo uniplanar unilateral (linear), por evitar maior lesão das par-tes moles, preservar a vascularização óssea e ser de fácil e rápida instalação.
Entretanto, o uso do fixador externo está relacionado a várias complicações, como infecção e soltura dos pinos, falha do material, pseudartrose e consolidação viciosa (2,7,8,9) . A estabilidade obtida com a montagem do fixador externo parece diminuir o risco de complicações, promovendo me-lhor evolução da consolidação (10) . A estabilidade mecânica do fixador externo está relacionada a vários fatores: distân-cia entre os pinos e tipos de pinos, distância entre a barra de conexão e o osso e a configuração espacial (11,12,13).
Os trabalhos experimentais (1,5,11,12) tratam da estabilida-de das montagens, tanto nos planos frontal e sagital, como também estudam as forças de torção; entretanto, nenhum dos citados compara a resistência mecânica das montagens utilizando-se barras recartilhadas.
A proposta deste estudo é avaliar o comportamento bio-mecânico do fixador externo unilateral uniplanar montado com uma ou duas barras lisas ou recartilhadas, quando sub-metidos à força de torção.
MATERIAIS E MÉTODOS
Em trabalho realizado conjuntamente pelo Departamen-to de Ortopedia e Traumatologia da Santa Casa de Mise-ricórdia de São Paulo ( DOT-SCM-SP ) e Laboratório de Me-trologia de Força - Engenharia Mecânica - da Escola de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie (LMF-EE-UPM ), foram utilizados 16 corpos de prova cilíndricos de polipropileno de 50cm, com um corte oblíquo a 45º na sua porção central. Em cada segmento foram colocados dois pinos de Schanz de 0,6cm, o primeiro a 3cm do corte e o outro a 10cm deste (fig. 1). Todas as montagens foram alinhadas longitudinalmente e mantendo entre os segmen-tos 3cm de intervalo.
Os corpos de prova foram divididos em quatro grupos, de acordo com o tipo (fig. 2) e número de barras utiliza-das:
Grupo 1BL - uma barra lisa.
Grupo 2BL - duas barras lisas.
Grupo 1BR - uma barra recartilhada.
Grupo 2BR - duas barras recartilhadas.
Foram adquiridos fixadores externos tipo Roffa Impol.
A montagem do fixador externo foi feita com 0,5cm de distância entre os segmentos de polipropileno e o sistema acoplado a uma máquina de torção do tipo MT-100.
Nessa máquina a força de torção era aplicada manual-mente através de um redutor, de modo que uma volta da manivela correspondia a quatro graus e meio no eixo onde estava engastado o corpo de prova. A outra extremidade do corpo de prova estava acoplada a um eixo contendo um braço de alavanca e célula de carga Sodmex N320 ligada a um indicador permitindo leituras de força de torção da or-dem de 0,5Ncm (newton centímetro).
Além da força de torção necessária para tornar instável o sistema de fixação, foram avaliados também os desvios axial e lateral entre os segmentos de polipropileno, no lo-cal do corte central, com 4,5, 9, 13,5 e 18 graus de torção. Essas medidas foram feitas com um paquímetro digital Mitutoyo e expressas em centímetros (cm). Por desvio axial entende-se a diminuição ou aumento do espaço entre os segmentos do corpo de prova sobre o seu eixo de rotação. Por desvio lateral, o desvio do segmento em relação ao eixo de rotação, medido no segmento afixado ao eixo com
a alavanca móvel.
Ao final do teste, os corpos de prova eram retirados da máquina de torção e avaliados quanto à existência de de-formações em seus componentes e, quando positiva, eram anotados o plano da deformação e o local.
Os valores ordinais obtidos foram submetidos à estatística descritiva com o cálculo da média ( M ), do desvio pa-drão (DP) e do erro padrão da média ( EPM). Para compara-ção entre os vários grupos utilizou-se a análise de variância e, para determinação das significâncias entre os grupos, o teste de Bonferroni. Adotou-se o nível de significância de 5% ( a = 0,05), sendo que os resultados significantes estão evidenciados por asteriscos (*).
Fig. 1 - Máquina de torção MT-100 com um corpo de prova mon-tado. A) Corpo de prova de
polipropileno com corte em 45 o no porção central com fixador externo montado.
B) Braço de alavan-ca móvel, com cada volta correspondendo a 4,5 o de rotação.
C) Célula de carga Sodmex N320 , para mensurar a força de torção
polipropileno com corte em 45 o no porção central com fixador externo montado.
B) Braço de alavan-ca móvel, com cada volta correspondendo a 4,5 o de rotação.
C) Célula de carga Sodmex N320 , para mensurar a força de torção
Fig. 2 - Tipos de barras utilizadas. A) Barra lisa. B) Barra recartilhada.
RESULTADOS
O torque obtido com 4,5º de torção mostrou diferença significante entre os grupos com barra recartilhada 1BR e 2BR , e semelhança entre os grupos com barra lisa 1BL e 2BL . Com 9º e 13,5º de torção não houve diferença entre os quatro grupos. Com 18º de torção encontrou-se diferença entre o grupo 2BR e os grupos 1BL e 2BL . Observou-se que, com o aumento do ângulo de torção, o torque foi significa-tivamente maior em todos os grupos (gráfico 1 e tabela 1).
Em relação ao desvio axial, com 4,5º de rotação, os qua-tro grupos mostraram desvios semelhantes (p = 0,898), variando em média de 0,05cm a 0,08cm. Com 9º de rotação também não houve diferença estatisticamente significante entre os quatro grupos (p = 0,09), mas os dados mostravam tendência de equivalência, os grupos com barras lisas se assemelhando entre si e o mesmo acontecendo com os de barra recartilhada.
Em relação ao desvio axial, com 4,5º de rotação, os qua-tro grupos mostraram desvios semelhantes (p = 0,898), variando em média de 0,05cm a 0,08cm. Com 9º de rotação também não houve diferença estatisticamente significante entre os quatro grupos (p = 0,09), mas os dados mostravam tendência de equivalência, os grupos com barras lisas se assemelhando entre si e o mesmo acontecendo com os de barra recartilhada.
Gráfico 1 - Resultado do torque (Ncm) me-dido com 4,5º , 9º , 13,5º e 18º de torção do
corpo de prova com uma e duas barras li-sas e com uma e duas barras recartilhadas
corpo de prova com uma e duas barras li-sas e com uma e duas barras recartilhadas
Gráfico 2 - Resultado do desvio axial (cm) medido com 4,5º , 9º , 13,5º e 18º de torção
do corpo de prova com uma e duas barras lisas e com uma e duas barras recartilhada
do corpo de prova com uma e duas barras lisas e com uma e duas barras recartilhada
Gráfico 3 - Resultado do desvio lateral (cm) medido com 4,5º , 9º , 13,5º e 18º de torção
do corpo de prova com uma e duas barras lisas e com uma e duas barras recartilhadas
do corpo de prova com uma e duas barras lisas e com uma e duas barras recartilhadas
Tabela -1 Resultado do torque (Ncm) medido com 4,5º , 9º , 13,5º e 18º de torção do corpo
de prova com uma e duas barras lisas e com uma e duas barras recartilhadas.
Avaliação estatística pelos testes de análise de variância de Bonferroni ( a = 0,05)
de prova com uma e duas barras lisas e com uma e duas barras recartilhadas.
Avaliação estatística pelos testes de análise de variância de Bonferroni ( a = 0,05)
Tabela -2 Resultado do desvio axial (cm) medido com 4,5º , 9º , 13,5º e 18º de torção do corpo
de prova com uma e duas barras lisas e com uma e duas barras recartilhadas.
Avaliação estatística pelos testes de análise de variância de Bonferroni ( a = 0,05)
de prova com uma e duas barras lisas e com uma e duas barras recartilhadas.
Avaliação estatística pelos testes de análise de variância de Bonferroni ( a = 0,05)
Tabela -3 Resultado do desvio lateral (cm) medido com 4,5º , 9º , 13,5º e 18º de torção do corpo
de prova com uma e duas barras lisas e com uma e duas barras recartilhadas.
Avaliação estatística pelos testes de análise de variância de Bonferroni ( a = 0,05)
de prova com uma e duas barras lisas e com uma e duas barras recartilhadas.
Avaliação estatística pelos testes de análise de variância de Bonferroni ( a = 0,05)
Com as rotações de 13,5º e 18º houve diferença de com-portamento mecânico dos fixadores. Não houve diferença do uso de uma ou duas barras, mas sim com o de barra lisa ou recartilhada, a lisa apresentando desvio axial maior que a recartilhada (p = 0,012) (gráfico 2 e tabela 2).
Com a utilização de duas barras recartilhadas o desvio axial não aumentou de forma significativa (p = 0,465) com o aumento da torção, mas com uma barra recartilhada ou uma ou duas barras lisas o desvio foi tanto maior quanto maior a rotação, tendo diferença significante entre os des-vios axiais entre 18º e 4,5º.
Com 4,5º de rotação, o deslocamento lateral mostrou diferença estatisticamente significante apenas entre os gru-pos 1BR e 1BL (p = 0,047*) (gráfico 3 e tabela 3). Com o aumento da rotação também ficou evidente a di-ferença de comportamento mecânico entre as montagens. Entretanto, em relação ao desvio lateral, os fixadores com barra lisa apresentaram desvio lateral menor do que os com barra recartilhada, apresentando com 18º desvio médio de 0,01cm contra 0,38cm (p = 0,001*).
Mais uma vez, a utilização de uma ou duas barras mos-trou pouca influência mecânica, sendo mais significativo o uso de barras lisas ou recartilhadas.
Com a utilização de duas barras recartilhadas o desvio axial não aumentou de forma significativa (p = 0,465) com o aumento da torção, mas com uma barra recartilhada ou uma ou duas barras lisas o desvio foi tanto maior quanto maior a rotação, tendo diferença significante entre os des-vios axiais entre 18º e 4,5º.
Com 4,5º de rotação, o deslocamento lateral mostrou diferença estatisticamente significante apenas entre os gru-pos 1BR e 1BL (p = 0,047*) (gráfico 3 e tabela 3). Com o aumento da rotação também ficou evidente a di-ferença de comportamento mecânico entre as montagens. Entretanto, em relação ao desvio lateral, os fixadores com barra lisa apresentaram desvio lateral menor do que os com barra recartilhada, apresentando com 18º desvio médio de 0,01cm contra 0,38cm (p = 0,001*).
Mais uma vez, a utilização de uma ou duas barras mos-trou pouca influência mecânica, sendo mais significativo o uso de barras lisas ou recartilhadas.
DISCUSSÃO
Os estudos levantados na literatura que avaliavam, no campo experimental, a eficiência dos fixadores externos monolaterais para o tratamento das fraturas dos ossos lon-gos analisavam a resistência da montagem quando sub-metida à força axial.
Acreditamos que durante a movimentação e carga sobre o membro, além da força axial, a rotação desempenha pa-pel importante como força deformante do segmento fraturado.
Simulamos neste estudo mecânico a condição mais crítica enfrentada na traumatologia: fratura de osso longo com perda de substância óssea. Nessa ocasião, devido à falta de contato entre os segmentos ósseos, as forças aplicadas no membro, axiais ou de torção, são suportadas exclusivamente pelo fixador externo.
O objetivo do estudo foi verificar o ponto de menor re-sistência mecânica das montagens mais utilizadas na prá-tica ortopédica, quando submetidos à força de torção, e suas conseqüências no alinhamento do segmento. AcredItamos que esse dado é tão importante e útil para a prática clínica quanto a medida da força axial máxima que o fixa-dor externo pode suportar.
Com a determinação da influência da montagem, do local da deformação e dos desvios ocorridos, pode-se escolher a montagem ideal e eventualmente sugerir modificações nos componentes do fixador, melhorando seu comportamento mecânico.
Os corpos de prova foram confeccionados em polipropi-leno, seguindo a padronização utilizada pelos mais recen-tes trabalhos da literatura nacional.
Foi escolhido o fixador externo tipo Roffa Impol ® , por ser o modelo usado na maioria dos pacientes tratados no nosso hospital, tanto nos procedimentos de emergência como nos eletivos. Os aparelhos utilizados no teste mecâ-nico foram adquiridos do mesmo fornecedor que entrega os usados em pacientes, para que se tivessem amostras de fixadores externos semelhantes aos empregados na prática clínica.
O primeiro parâmetro avaliado foi a capacidade do fixa-dor externo em suportar a força de torção progressiva. Le-vando-se em consideração que, se o fixador externo falhar, a força de torção aplicada num segmento não será detecta-da no outro, observamos que em nenhum grupo houve fa-lência da montagem, pois em todos, com o aumento da rotação em um segmento, também se verificou aumento da força de torção medida no outro (gráfico 1 e tabela 1).
Mostrou-se que, independentemente da montagem com uma ou duas barras ou com barras lisas ou recartilhadas, existe boa resistência à força de torção. Mesmo com 18º de rotação, as forças permaneceram sendo absorvidas pelo fi-xador externo, apesar da deformação provocada.
No modelo com uma barra lisa (1BL ), observamos com-portamento semelhante ao dos outros grupos, tanto no des-vio axial quanto no lateral, até 4,5 º de torção. Com o au-mento da torção, surge grande incremento no desvio axial e pouco no desvio lateral (gráficos 2 e 3 e tabelas 2 e 3). Acreditamos que o pouco aumento no desvio lateral foi devido à falha da conexão presilha barra lisa (fig. 3), que permitiu rotação entre o pino de Schanz e a barra, não pro-duzindo deformidade lateral importante. A avaliação da face interna da presilha mostra superfície com pouca alteração (fig. 4), demonstrando a pequena capacidade de retenção da presilha quando usada barra lisa. Com a maior rotação, a falha da conexão presilha-barra lisa provocou deformação nos pinos de Schanz no sentido axial próximo à cone-xão presilha-barra (fig. 5), levando ao aparecimento de maior desvio no pano axial, com separação entre os segmentos do modelo.
Acreditamos que durante a movimentação e carga sobre o membro, além da força axial, a rotação desempenha pa-pel importante como força deformante do segmento fraturado.
Simulamos neste estudo mecânico a condição mais crítica enfrentada na traumatologia: fratura de osso longo com perda de substância óssea. Nessa ocasião, devido à falta de contato entre os segmentos ósseos, as forças aplicadas no membro, axiais ou de torção, são suportadas exclusivamente pelo fixador externo.
O objetivo do estudo foi verificar o ponto de menor re-sistência mecânica das montagens mais utilizadas na prá-tica ortopédica, quando submetidos à força de torção, e suas conseqüências no alinhamento do segmento. AcredItamos que esse dado é tão importante e útil para a prática clínica quanto a medida da força axial máxima que o fixa-dor externo pode suportar.
Com a determinação da influência da montagem, do local da deformação e dos desvios ocorridos, pode-se escolher a montagem ideal e eventualmente sugerir modificações nos componentes do fixador, melhorando seu comportamento mecânico.
Os corpos de prova foram confeccionados em polipropi-leno, seguindo a padronização utilizada pelos mais recen-tes trabalhos da literatura nacional.
Foi escolhido o fixador externo tipo Roffa Impol ® , por ser o modelo usado na maioria dos pacientes tratados no nosso hospital, tanto nos procedimentos de emergência como nos eletivos. Os aparelhos utilizados no teste mecâ-nico foram adquiridos do mesmo fornecedor que entrega os usados em pacientes, para que se tivessem amostras de fixadores externos semelhantes aos empregados na prática clínica.
O primeiro parâmetro avaliado foi a capacidade do fixa-dor externo em suportar a força de torção progressiva. Le-vando-se em consideração que, se o fixador externo falhar, a força de torção aplicada num segmento não será detecta-da no outro, observamos que em nenhum grupo houve fa-lência da montagem, pois em todos, com o aumento da rotação em um segmento, também se verificou aumento da força de torção medida no outro (gráfico 1 e tabela 1).
Mostrou-se que, independentemente da montagem com uma ou duas barras ou com barras lisas ou recartilhadas, existe boa resistência à força de torção. Mesmo com 18º de rotação, as forças permaneceram sendo absorvidas pelo fi-xador externo, apesar da deformação provocada.
No modelo com uma barra lisa (1BL ), observamos com-portamento semelhante ao dos outros grupos, tanto no des-vio axial quanto no lateral, até 4,5 º de torção. Com o au-mento da torção, surge grande incremento no desvio axial e pouco no desvio lateral (gráficos 2 e 3 e tabelas 2 e 3). Acreditamos que o pouco aumento no desvio lateral foi devido à falha da conexão presilha barra lisa (fig. 3), que permitiu rotação entre o pino de Schanz e a barra, não pro-duzindo deformidade lateral importante. A avaliação da face interna da presilha mostra superfície com pouca alteração (fig. 4), demonstrando a pequena capacidade de retenção da presilha quando usada barra lisa. Com a maior rotação, a falha da conexão presilha-barra lisa provocou deformação nos pinos de Schanz no sentido axial próximo à cone-xão presilha-barra (fig. 5), levando ao aparecimento de maior desvio no pano axial, com separação entre os segmentos do modelo.
Fig. 3 - Interface presilha-barra. A) Com barras lisas. B) Com bar-ras recartilhadas.
Não ocorre fechamento uniforme das presilhas ao redor das barras.
Não ocorre fechamento uniforme das presilhas ao redor das barras.
Fig. 4 - Presilhas de duralumínio usadas na conexão com barras lisas, sem alteração
da sua superfície interna. (Realizada a sec-ção das presilhas para observação)
da sua superfície interna. (Realizada a sec-ção das presilhas para observação)
Fig. 5 - Montagem de fixador externo com barras lisas mostran-do a deformação
axial sofrida pelos pinos de Schanz, próxima às conexões presilha-barra
axial sofrida pelos pinos de Schanz, próxima às conexões presilha-barra
A colocação da segunda barra lisa (2BL ) mostrou que com 18º de rotação, apesar de a diferença não ser signifi-cante, há menor desvio axial e maior desvio lateral em re-lação ao modelo com apenas uma barra (gráficos 2 e 3). A presença da segunda barra, apesar da menor capacidade de contenção na conexão presilha-barra lisa, aumentou a ca-pacidade do sistema de suportar a força de torção, produ-zindo pouca deformidade axial, mas deformidade no plano lateral nos pinos de Schanz próximo à interface pino-poli-propileno (fig. 6), sem levar o sistema à falência.
O modelo com uma barra recartilhada (1BR ) teve resul-tados com diferença significante nos desvios axial e lateral em relação aos grupos 1BL e 2BL . O desvio lateral foi sig-nificativamente maior, devido à maior contenção da barra recartilhada na presilha. A fig. 6 mostra a face interna da presilha com áreas onde o contato com a barra recartilhada foi importante, havendo falhas na sua superfície. O aumento da resistência à rotação na interface presilha-barra recarti-lhada induziu à deformação maior dos pinos de Schanz (fig. 7), com o conseqüente aumento do desvio lateral e
diminuição do desvio axial.
O uso de duas barras recartilhadas (2BR ) melhorou a efi-ciência no controle do desvio rotacional pela montagem, sendo novamente o pino de Schanz a parte mais fraca do sistema. Com a segunda barra houve aumento da capaci-dade do aparelho de suportar a torção, o que acarretou, como conseqüência, maior deformidade lateral dos pinos de Schanz. Essa tendência observada não pôde ser com-provada estatisticamente.
A análise desses resultados mostra que o local de menor resistência à torção é a conexão presilha-barra. Com o uso de barra lisa, a retenção se dá por contato em pontos e não pelo contato completo, permitindo rotação nesse local. Com o uso de barra recartilhada, sua fixação à presilha foi me-lhor, pois o recartilhado produziu perfurações no duralu-mínio da presilha, diminuindo,assim, a possibilidade de torção.
O segundo ponto de fraqueza foi o pino de Schanz.
Com o aumento da capacidade de suportar a força de torção pela conexão presilha-barra recartilhada, ocorreu maior defor-mação lateral no pino de Schanz. A colocação da segunda barra não produziu diferença significante, mas os resultados sugerem maior eficiência no controle da torção com duas que com uma barra.
O modelo com uma barra recartilhada (1BR ) teve resul-tados com diferença significante nos desvios axial e lateral em relação aos grupos 1BL e 2BL . O desvio lateral foi sig-nificativamente maior, devido à maior contenção da barra recartilhada na presilha. A fig. 6 mostra a face interna da presilha com áreas onde o contato com a barra recartilhada foi importante, havendo falhas na sua superfície. O aumento da resistência à rotação na interface presilha-barra recarti-lhada induziu à deformação maior dos pinos de Schanz (fig. 7), com o conseqüente aumento do desvio lateral e
diminuição do desvio axial.
O uso de duas barras recartilhadas (2BR ) melhorou a efi-ciência no controle do desvio rotacional pela montagem, sendo novamente o pino de Schanz a parte mais fraca do sistema. Com a segunda barra houve aumento da capaci-dade do aparelho de suportar a torção, o que acarretou, como conseqüência, maior deformidade lateral dos pinos de Schanz. Essa tendência observada não pôde ser com-provada estatisticamente.
A análise desses resultados mostra que o local de menor resistência à torção é a conexão presilha-barra. Com o uso de barra lisa, a retenção se dá por contato em pontos e não pelo contato completo, permitindo rotação nesse local. Com o uso de barra recartilhada, sua fixação à presilha foi me-lhor, pois o recartilhado produziu perfurações no duralu-mínio da presilha, diminuindo,assim, a possibilidade de torção.
O segundo ponto de fraqueza foi o pino de Schanz.
Com o aumento da capacidade de suportar a força de torção pela conexão presilha-barra recartilhada, ocorreu maior defor-mação lateral no pino de Schanz. A colocação da segunda barra não produziu diferença significante, mas os resultados sugerem maior eficiência no controle da torção com duas que com uma barra.
Fig. 6 - Presilhas de duralumínio usadas na conexão com barras recartilhadas. Alterações na sua
superfície interna provocadas pela barra, advindas da melhor capacidade de contenção.
(Realizada a secção das presilhas para observação).
superfície interna provocadas pela barra, advindas da melhor capacidade de contenção.
(Realizada a secção das presilhas para observação).
Fig. 7 - Deformidade sofrida pelo pino de Schanz com o fixador externo com o uso de barra recartilhada
CONCLUSÃO
1) Os quatro grupos de configurações do fixador externo monolateral foram eficientes para suportar a força de torção progressivamente maior, demonstrando resistência do sistema, independentemente do tipo ou quantidade de barras;
2) A utilização de barra lisa permitiu falha na interface presilha-barra mais precoce no experimento, acarretando desvios maiores no sistema;
3) A utilização de barra recartilhada determinou maior contenção na interface presilha-barra, transferindo a de-formação para os pinos de Schanz, com desvio total resul-tante menor;
4) O uso de duas barras sugere incrementar a capacida-de do sistema de suportar forças de torção.
REFERÊNCIAS
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