Comparação das propriedades mecânicas das hastes femorais bloqueadas AO-ASIF e FMRP

Esta segunda parte é a continuação da publicada no número anterior, na qual foram analisadas as propriedades mecânicas das hastes isoladamente.

Nesta segunda parte, o objetivo é analisar comparativamente o comportamento mecânico das hastes AO-ASIF e FMRP de 12mm de diâmetro bloqueadas, implantadas em ossos de cadáveres humanos pareados.

MATERIAL E MÉTODOS

A mesma máquina de testes usada na Parte I foi também aqui empregada.

Dez pares de fêmures foram obtidos de indivíduos que faleceram vítimas de causa violenta (usualmente acidente de tráfego). O comprimento aproximado era de 45cm para melhor acomodar a haste de 400mm de comprimento e 12mm de calibre (tabela 1).

Os conjuntos (osso + haste + parafusos) eram então preparados. Um defeito diafisário segmentar era produzido removendo parte da diáfise, de tal forma que o fragmento proximal foi reduzido a 12cm, medido da ponta do trocanter maior. O fragmento distal tinha inicialmente 14cm, medido da parte mais distal do côndilo lateral. O defeito resultante entre os fragmentos era, portanto, de 16cm. As hastes, todas de 400mm de comprimento e 12mm de diâmetro, eram introduzidas após fresagem apropriada, ficando sua extremidade proximal ao nível da ponta do trocanter maior, ao passo que sua extremidade distal alcançava um ponto 2cm acima da porção mais distal do côndilo lateral e centrada na massa condilar. As hastes AO foram travadas proximalmente através de dois parafusos próprios. No orifício de dinamização, o parafuso foi colocado na posição de neutralização em cinco pares (pares de 1 a 5) e na posição de dinamização em outros (pares de 6 a 10). O travamento distal foi feito através de dois parafusos próprios nas posições usuais.

As hastes FMRP foram travadas proximalmente da forma usual com dois parafusos próprios. Distalmente elas foram bloqueadas com um parafuso colocado através do cilindro ósseo removido para visualizar a haste dentro do canal, perpendicularmente ao longo do eixo da haste, através do orifício de travamento mais distal (10ºorifício). O segundo parafuso foi inicialmente inserido através do 2ºorifício (relativamente ao 10ºmais distalmente colocado), em uma direção oblíqua de cerca de 20 graus para cima, em relação à perpendicular ao eixo da haste. Esta é a situação mais comumente usada nos casos clínicos. Esta posição foi modificada para análises ulteriores (veja testes de inclinação).

A primeira preparação foi feita usando uma haste AO no fêmur direito e uma FMRP no esquerdo. Nos pares consecutivos, o lado foi alternado para resultar em cinco preparações do lado direito e cinco do lado esquerdo para cada tipo de haste (tabela 2).

Os conjuntos tiveram sua porção distal (maciços condilares) envolvida em um bloco paralelepipedal de gesso e de forma discretamente inclinada lateralmente, para ter a base do bloco perpendicular à linha passante pela cabeça femoral e pelo centro do maciço condilar. O ponto mais distal do maciço condilar fazia face com a base do bloco (fig. 1).

centro do maciço condilar. O ponto mais distal do maciço condilar fazia face com a base do bloco (fig. 1).

Testes semelhantes foram feitos para o fragmento proximal, usando uma distância de 180mm entre o centro do atuador e o bloqueio contra translação da haste. O fragmento proximal era aprisionado dentro de uma armação metálica com pinos ajustáveis encostados ao osso, sendo a armação fixada ao atuador da máquina numa altura de 3cm proximalmente à osteotomia da diáfise.

Os testes de inclinação foram feitos na seguinte seqüência: a) Fragmento distal a.1) na direção ântero-posterior a.2) na direção medial-lateral 

b) Fragmento proximal
b.1) na direção ântero-posterior
b.2) na direção medial-lateral
c) Fragmento distal, para espécimes FMRP, e modificação na posição do parafuso de travamento oblíquo, para tornar semelhante a distância entre os dois parafusos bloqueantes distais dos dois tipos de haste. Para isso, o parafuso oblíquo que estava no 2ºfuro distal foi transferido para o 6ºorifício e inserido com 20 graus de obliqüidade invertida para distal.

c.1) na direção ântero-posterior
c.2) na direção medial-lateral 

Todos os testes acima foram conduzidos até um momento máximo de 6,0Nm em cada sentido, usando um pré-momento de 0,15Nm com velocidade de carregamento de 2 graus/minuto e de descarregamento de 5 graus/minuto.

d) Fragmento distal, na direção medial-lateral, para ambos os tipos de haste, usando um dos parafusos de bloqueio distal das hastes FMRP na posição convencional de seis espécimes tomados ao acaso (2,4,5,8-10) e em quatro com a posição modificada como no teste anterior (1,3,6,7) .

d.1) sem ressecção adicional da diáfise.

d.2) com ressecção adicional de 2cm da diáfise distal, reduzindo o comprimento do fragmento distal para 12cm e a falha óssea sofrendo aumento para 18cm.

d.3) com ressecção de 4cm, da diáfise distal, reduzindo o fragmento distal para 10cm e aumentando a falha óssea para 20cm. Em todos esses testes (d), foram utilizados um momento máximo e um mínimo de +10 e -10Nm, respectivamente. A velocidade de carregamento era de 2 graus/minuto e a de descarregamento, de 5 graus/minuto. Um pré-momento de 0,15Nm foi empregado.

Testes de carregamento axial excêntrico

Nestes testes, a carga foi aplicada sobre a cabeça femoral através de peça semelhante a uma taça que estava adaptada ao atuador da máquina de testes. O bloco de gesso envolvendo o maciço condilar foi montado sobre uma articulação do tipo universal, permitindo que o espécime sofresse acomodação contínua durante o carregamento (figs. 3 e 4).

A carga foi aplicada até que ocorresse um encurtamento do espécime de 50mm, quando deformações plásticas já estavam estabelecidas. A velocidade de carregamento foi de 50mm/min e foi usada uma pré-carga de 15N.

Análise estatística

Os dados dos testes foram analisados empregando o teste t para duas amostras assumindo variâncias diferentes. Um nível de significância de 5% foi adotado.

Para os testes de inclinação, somente as deformações correspondentes aos momentos extremos foram tomadas para análise. A soma destas duas deformações era a faixa de deformação e este valor foi usado para as comparações estatísticas.

Para o teste de carregamento axial excêntrico, as deformações para cargas de 500N, 1.000N e carga máxima suportada, assim como a deformação correspondente à carga máxima suportada, foram escolhidas para análise estatística.

Por se desconhecer a prioriqual montagem, AO ou FMRP, seria mais rígida, consideramos o valor crítico de tde um teste bicaudal. Para os testes de inclinação das hastes FMRP antes e após a modificação dos parafusos bloqueantes distais, utilizamos o valor crítico de tpara o teste unicaudal, uma vez que era pressuposto que a colocação dos parafusos em posição mais contígua não poderia tornar a montagem mais rígida.

Da mesma forma, para os testes de inclinação antes e após a ressecção adicional da diáfise distal, utilizamos o teste monocaudal, assumindo que, com a ressecção, a montagem só se alteraria no sentido de tornar-se menos rígida.

A figura 4 ilustra curvas típicas obtidas nos testes de inclinação. Estes testes foram executados empregando um momento relativamente pequeno, para não produzir deformação plástica ou dano definitivo ao espécime.

A tabela 3 mostra as faixas de deformações obtidas e a análise estatística, para os testes de inclinação na direção ântero-posterior e medial-lateral. Para o fragmento proximal, tanto as inclinações nas direções AP e ML foram estatisticamente diferentes, sendo os espécimes FMRP mais rígidos

que os AO. Para o fragmento distal, a diferença não foi significante, embora houvesse tendência dos espécimes FMRP serem mais rígidos (AP-P = 21,3%; ML-P = 13,9%).

A tabela 4 mostra as faixas de deformação observadas para os testes de inclinação no fragmento distal, nas direções AP e ML, para espécimes FMRP, travados distalmente na posição convencional, comparados à posição modificada para torná-los semelhantes, na distância dos parafusos bloqueantes, aos espécimes AO. Em ambas as direções a modificação da posição do 2ºparafuso enfraqueceu a fixação, especialmente na direção (AP-P = 3,32%).

A tabela 5 mostra as faixas de deformação obtidas para os testes de inclinação no fragmento distal, antes e após a remoção adicional de diáfise distal. Só nos quatro espécimes FMRP que tiveram modificação das posições dos para- 

fusos de travamento da porção distal é que foi possível a ressecção de 4cm; os outros seis tiveram ressecção de apenas 2cm. A análise estatística comparando cada grupo de ressecção para o mesmo tipo de haste não mostrou diferença importante entre eles. Análise semelhante comparando ambos os tipos de hastes para a mesma quantidade de ressecção também não demonstrou diferença importante.

A tabela 2 lista os tipos de falha observados nos espécimes ao final do teste de carregamento excêntrico. Foi observado que a forma mais freqüente de falha nos espécimes AO era a angulação ou fratura da haste na altura do 2ºfuro de travamento proximal. Para os espécimes FMRP, o local mais freqüente foi no 1ºorifício de travamento distal da haste (não no ponto de travamento!).

A figura 5 mostra curvas típicas obtidas no teste do carregamento axial excêntrico. Na maioria dos espécimes a curva dos FMRP era mais inclinada e suportava carga máxima mais elevada, denotando maior rigidez.

A tabela 6 mostra as deformações observadas para as cargas de 500N, 1.000N e carga máxima, assim como o valor de carga máxima sustentada pelos espécimes. Os FMRP foram mais rígidos em nível estatisticamente significante para deformações correspondentes a cargas de 500N, 1.000N e carga máxima. A carga máxima suportada tendeu a ser maior nos FMRP, embora não estatisticamente significante (P = 8,3%).

Não observamos em qualquer dos testes realizados (inclinações, carga axial excêntrica) diferença importante entre os espécimes AO bloqueados proximalmente na forma usual e aqueles bloqueados na posição de neutralização. 

DISCUSSÃO

O modelo utilizado para comparação das propriedades mecânicas das hastes femorais AO e FMRP bloqueadas em ossos humanos pareados procurou caracterizar a situação crítica de grande falha na região diafisária. A haste ficou exposta às solicitações, sem suporte do tubo diafisário, em grande parte do seu comprimento, tornando com isso as fixações proximal e distal elementos-chave na manutenção da fixação.

O uso de ossos humanos pareados torna a análise mais simples, fazendo com que as variáveis sejam confinadas aos elementos de osteossíntese, permitindo comparação direta entre os dois tipos de haste bloqueada, como se tivessem sido aplicadas ao mesmo osso. A adaptação dos ossos para gerarem espécimes com idênticos comprimentos permite que se analisem diretamente as deformações entre os vários pares, tornando desnecessário o uso de medidas como a deformação percentual (strain).

Os testes de inclinação se revestem de especial interesse no que concerne à competência da fixação em evitar a perda do alinhamento dos fragmentos proximal e distal. Em fraturas muito proximais, muito distais ou com grande cominuição diafisária, há perda do apoio ósseo do tubo diafisário na haste, tornando crítica a fixação pelos parafusos no fragmento onde existe esta perda de contato cortical diafisário.

Os testes de inclinação no fragmento proximal mostraram claramente a superioridade dos espécimes FMRP, tanto na inclinação na direção ântero-posterior, quanto na mediallateral, com diferenças estatisticamente significantes. Atribuímos este fato à grande obliqüidade dos parafusos bloqueantes, o que propicia maior contato com a haste e com o osso, quando comparado com as posições perpendiculares dos parafusos do bloqueio AO.

Para o fragmento distal, a despeito de a análise estatística não ter atingido nível de significância (AP-p = 21,3%; ML-p = 13,9%), os testes de inclinação, quando analisados para cada par de ossos, mostram tendência de uma melhor fixação nos espécimes FMRP, sendo a deformação observada menor na maioria destes espécimes em relação aos seus contralaterais com hastes AO. Novamente, a obliqüidade e também o espaçamento dos parafusos de bloqueio FMRP devem ser os responsáveis.

Com a alteração da posição dos parafusos de travamento do fragmento distal nos espécimes FMRP, no sentido de tornar semelhante a distância entre os furos de travamento dos dois tipos de haste, observamos um significante enfraquecimento nas inclinações no sentido ântero-posterior e uma tendência ao enfraquecimento na fixação na direção medial-lateral (P = 7,3%), quando se compara com a fixação na posição usual (10ºe 2ºfuros). Estes resultados nos levaram a reconhecer a importância da colocação dos parafusos distais da haste FMRP em posições suficientemente separadas para possibilitar melhor controle do fragmento distal. O apoio do parafuso em apenas um orifício da haste FMRP em contraste com dois orifícios na haste AO pode explicar o resultado. A colocação dos parafusos distanciados e em posição divergente é o caminho para vencer a desvantagem da fixação haste/parafuso no sistema FMRP. Esta divergência teria ainda a capacidade de travar a haste contra deslizamento látero-lateral, o que não é possível evitar na haste AO, onde os parafusos de travamento são paralelos. As hastes FMRP permitem ainda a colocação de mais de dois parafusos, o que poderia ser cogitado na eventualidade de um fragmento distal excessivamente curto.

A ressecção adicional de 2 e 4cm da diáfise distal não alterou de forma significante a fixação, tanto para os espécimes AO quanto para os FMRP. O fato foi atribuido ao grande diâmetro do canal na abertura do fragmento distal, o qual, mesmo antes das ressecções adicionais, não tomava contato importante com a haste. Nessas condições, a ressecção adicional não teve efeito importante, pois a fixação dependia apenas da fixação provida pelos parafusos de travamento, não existindo a fixação que um segmento tubular de osso diafisário justamente acoplado à haste pode dar, através de seu suporte na haste.

Os testes de carga axial excêntrica, a nosso ver os mais importantes realizados, procuram fazer uma aproximação das condições de carregamento excêntrico do fêmur que ocorre em condições fisiológicas. O assentamento do espécime entre duas juntas universais permite a acomodação necessária no decorrer do experimento.

Notamos um certo padrão na deformação à carga excêntrica em cada um dos dois tipos de espécimes. No sistema AO a haste sofria grande deformidade torsional, que por vezes chegava a mais de 90 graus, o que atribuímos à curvatura preexistente, a qual induzia ao sofrer encurvamento num plano perpendicular à curvatura preexistente. Nessas condições a flexão implica rotação pela presença da fenda da haste. A haste tendia ainda a vergar em sua porção média ou fraturar/ angular ao nível do segundo orifício proximal de travamento (orifício de dinamização).

No sistema FMRP não havia torção, mas uma forte tendência de angulação ao nível do primeiro orifício distal (o mais próximo da falha óssea). Em dois casos houve falha óssea proximal, com fratura na região trocantérica; casos em que se observava pior qualidade do osso (osteoporose, cortical mais delgada).

A análise das deformações no teste da carga axial excêntrica evidencia a superioridade do sistema FMRP, tanto na resistência à deformação, quanto na carga máxima suportada, permitindo concluir que este sistema é, provavelmente, mais resistente que o AO à falha do material.

É interessante notar que em nenhum caso houve falha dos parafusos. Isso indica que o local mais provável de falha dos sistemas é na haste ou no osso.

Cumpre ressaltar que os testes foram feitos para hastes de 12mm de diâmetro. O sistema AO, diferentemente do FMRP, permite, eventualmente, o uso de hastes mais calibrosas, que, sem dúvida, terão comportamento mecânico superior. Isto, porém, fica limitado ao diâmetro do canal, que usualmente é reduzido nestas fraturas de pacientes jovens. Além disso, o uso de hastes mais calibrosas requer mais fresagem com maior desvitalização óssea.

A possibilidade de escolha dos orifícios e direções para a colocação dos parafusos de bloqueio distal pode ser de muita utilidade quando se está tratando uma fratura que chega até próximo à região metafisária, com um fragmento distal curto.

Nessas condições, o parafuso mais próximo da fratura pode ser colocado mais de acordo com a linha de fratura para evitála, permitindo melhor fixação do fragmento distal, e diminuir o risco de fratura da cortical próxima ao parafuso. Também aqui a colocação de mais de dois parafusos para bloqueio distal pode ser decisivo no controle de um fragmento curto.

AGRADECIMENTOS

Este trabalho foi possível através de apoio na forma básica de bolsa de pesquisa e financiamento parcial do projeto, pela Fundação Alexander von Humboldt, da Alemanha, à qual muito agradecemos. Também ao Prof. Harald Tscherne somos gratos pela oportunidade de trabalhar junto à sua clínica em Hannover, confimando mais uma vez sua simpatia pelos colegas do Brasil.

Nossos agradecimentos, também, ao Prof. Uilho Antonio Gomes, do Departamento de Medicina Social da FMRPUSP, pelo auxílio na avaliação estatística dos dados obtidos.