A utilização do fixador externo no tratamento de pacientes portadores de afecções ósseas remonta ao século passado. Desde as idéias lançadas por Malgaine (apud Ceballos)(1), a utilização desse método apresentou períodos de grande popularidade intercalados por outros de descrédito.
Chao(2), baseado na disposição geométrica da estrutura, distingue seis tipos de configurações espaciais dos fixadores ex circular e em quadrilátero.
Behrens e Johnson(3), em relação aos planos frontal e sagital, definem os fixadores como uniplanares e biplanares. Nesses termos, o fixador na disposição geométrica em quadrilátero seria uniplanar e o fixador triangular seria biplanar. Entende-se que os fixadores semicirculares e circulares podem, baseados na disposição espacial, variar de uniplanares a multiplanares(4).
Após a Segunda Guerra Mundial, o desenvolvimento dos fixadores externos adquire dois caminhos distintos. No mundo ocidental, os cirurgiões baseados nos conceitos da escola de Montpellier preferiram adotar estruturas rígidas, uni ou bilaterais, mais simples e de fácil aplicação, porém dotadas de recursos limitados quanto aos ajustes(5). Na Europa Oriental, seguindo a escola soviética, a opção foi por estruturas anelares, elásticas, dinâmicas, mas que oferecem maiores dificuldades de aplicação no membro(6).
Trabalhos publicados na literatura fazem referência quanto ao resultado clínico da utilização de fixadores externos para o tratamento, em ortopedia, de enfermidades traumáticas, tumorais, congênitas, infecciosas(1,7). Encontram-se ainda citações quanto às complicações freqüentemente associadas ao método(8). Porém, ainda pouco se sabe sobre o comportamento mecânico dessas estruturas e qual a correlação entre a escolha do sistema e da montagem, o tipo de enfermidade a ser tratada e as complicações passíveis ao conjunto.
Este estudo destina-se a avaliar, através de um protocolo de análise diferenciado, o comportamento mecânico de oito sistemas de fixação externa, propõe-se a demonstrar as diferentes performances dos sistemas analisados, quando submetidos às forças de compressão axial semelhantes àquelas observadas no ciclo da marcha, demonstrando a representação experimental do comportamento de cada modelo e a provável necessidade de novos estudos comparativos in vivo. Buscase, portanto, esclarecer dúvidas e facilitar a indicação correta do sistema e montagem mais adequados a cada caso.
MATERIAL E MÉTODO
Neste estudo, testou-se a estabilidade de oito sistemas de fixação externa: sistema AO simples uma barra, sistema AO simples duas barras, sistema AO delta, sistema AO transfixante uniplanar, sistema Hoffmann simples, sistema Hoffmann-Vidal, sistema AO transfixante biplanar e sistema Ilizarov.
Obteve-se assim uma comparação entre os principais mo-delos de fixadores externos utilizados: de plataforma, simples e circulares, obedecendo aos critérios geométricos de estruturas e planos descritos por Chao et al.(2) e Behrens-Johnson(3).
Utilizaram-se como corpo de prova dois tubos de polietileno com 250mm de comprimento (h) por 30mm de diâmetro (d), vasados com um orifício central longitudinal (di) de 10mm, na tentativa de simular um segmento diafisário de osso longo com seu canal medular (fig. 1).
Os tubos foram estabilizados pelas montagens dos fixadores sem desvios angulares ou radiais, mantendo um afastamento de 30mm entre si, simulando uma fratura instável, trans-versa, com perda óssea, do terço médio da tíbia.
Em todas as montagens as hastes longitudinais foram instaladas a 100mm do corpo de prova. Os fios ou pinos intermediários foram instalados a 70mm de distância entre si e a 20mm do foco (fig. 2).
Os fios ou pinos das extremidades proximais e distais ao foco foram instalados a 170mm dos intermediários e a 60mm das extremidades dos segmentos nos corpos de prova, exceto as montagens com fixador de Hoffmann, que obedeceram ao alinhamento de suas plataformas.
Utilizaram-se nas montagens com fixador de Ilizarov fios de 1,8mm sob protensão de 130kgf, utilizando tensor mecânico dinamométrico previamente calibrado no laboratório.
Nas demais montagens, utilizaram-se pinos de 4,0mm de diâmetro com extremidade rosqueada do tipo Schanz e/ou com rosqueamento central para transfixação do tipo Hoffmann-Vi-dal.
Quando se trabalhou com montagem em mais de um plano, esta foi sempre ortogonal, por ser considerada a mais estável.
Na montagem de Ilizarov, obedeceu-se à recomendação de Bianchi-Maiochi para o tratamento de fraturas do terço médio da tíbia, utilizando quatro hastes rosqueadas, duas anteriores e duas posteriores equidistantes e simétricas(9).
Nas montagens com Ilizarov só se utilizaram parafusos de fixação com orifício central e anéis de 140mm de diâmetro.
Nas montagens com o fixador AO, utilizou-se apenas a haste tubular longa de 30mm com fixa-pinos simples e alinhados entre si.
Na montagem transfixante biplanar, utilizaram-se apenas dois pinos de Schanz 4,0mm, colocados em sentido ânteroposterior ortogonal, buscando o centro do eixo traçado pela união dos pontos de fixação transfixante superior e inferior do corpo de prova, transfixação feita através de pinos com rosqueamento central de 4,0mm; o mesmo pino foi utilizado em todas as montagens transfixantes, exceto a de Ilizarov.
As forças axiais aplicadas variaram de 0 a 80kgf, centrais e excêntricas, com leituras do deslocamento dos fragmentos a cada 20kgf e retornando-se as forças aplicadas a 0kgf após a aplicação da carga máxima.
Os testes foram realizados utilizando-se uma máquina universal de ensaios mecânicos, sob a qual foi adaptada uma célula de análise de carga Alfa (load-cell) com constante de 0,0336/10-6 e cabeçote esferocêntrico da marca Kyowa com capacidade de 150kgf [Coppe Q-4737]. Os resultados foram analisados com ajuda de um condicionador Straingages mar-ca Alfa modelo 1101 [Coppe-8233].
Utilizaram-se relógios comparadores para avaliar os deslocamentos látero-laterais dos segmentos superior e inferior no eixo 90º a 270º (X) e os deslocamentos ântero-posteriores dos segmentos superior e inferior no eixo 0º a 180º (Y).
Para avaliação de deslocamentos axiais, marcaram-se os pontos 0º, 90º, 180º e 270º nas extremidades dos segmentos superior e inferior, medindo a aproximação de cada eixo, utilizando paquímetro com precisão de décimos de milímetro.
Os relógios comparadores utilizados possuíam precisão de centésimos de milímetro.
Os relógios utilizados foram do tipo estensiômetro de roldana, afastados do eixo central do corpo de prova a um metro de distância, minimizando, assim, erros na aferição das medidas pelo somatório dos vetores dos eixos de deslocamento.
Aos estensiômetros de roldana foram adaptados cabos de aço de 0,4mm de diâmetro, fixados a um parafuso no centro das extremidades superior e inferior dos tubos do corpo de prova em nível do intervalo da fratura. Em cada extremidade foram colocados dois cabos formando um ângulo de 90º entre si, tanto no segmento superior quanto no inferior, obedecendo sempre à identificação do referencial X = 0º no eixo de simetria pertinente a cada montagem. A tensão dos fios foi dada pelo dispositivo de contratração adaptado à outra extremidade dos cabos.
Devido à constância dos resultados e de acordo com nor-mas técnicas de ensaios mecânicos adotados, os testes foram realizados através de uma série de cinco ensaios e não foram computadas as duas séries mais divergentes. Minimizou-se, assim, a possibilidade de inclusão de erros de leitura ou manipulação dos dados.
RESULTADOS
1 - AO simples uma barra, 2 - AO simples dupla barra, 3 - AO simples delta, 4 - AO transfixante uniplanar, 5 - Hoffmann simples, 6 - Hoffmann-Vidal, 7 - AO transfixante biplanar, 8 - Ilizarov
DISCUSSÃO
Ressalta-se que, neste estudo, o sistema de fixação funcionou como único estabilizador do corpo de prova, pois não existiu a presença de partes moles que em situação anatômica normal funcionariam como estabilizadores coadjuvantes adicionais(10).
Os ensaios demonstraram que o deslocamento axial aumentou de forma não linear nos diferentes sistemas, com a elevação, das forças aplicadas, sejam elas axiais centrais ou axiais excêntricas.
Neste estudo, o deslocamento radial apresentou comportamento distinto do axial, não aumentando proporcionalmente à aplicação das forças axiais centrais e excêntricas em nenhum sistema de fixação, porém estes deslocamentos variaram significativamente entre si, de acordo com o modelo.
Os desvios radiais máximos não apresentaram proporcionalmente com relação às forças axiais e excêntricas em todos os sistemas. Observou-se que nos sistemas que utilizaram pinos transfixantes existiu um deslocamento radial máximo maior nos segmentos quando submetidos a forças axiais excêntricas do que a forças axiais centrais.
Já nos sistemas que utilizaram fixação do tipo half pin, observou-se exatamente o contrário, excetuando a montagem AO delta, que apresentou comportamento semelhante ao dos sistemas transfixantes.
Observou-se em todos os sistemas de fixação externa um aumento do ângulo de flexão entre os segmentos superior e inferior do corpo de prova, quando submetidos a forças centrais. A flexão máxima, porém, não correspondeu sempre à força axial máxima exercida, variando de acordo com o sistema de montagem.
Analisando-se os deslocamentos em flexão entre as extremidades superior e inferior do corpo de prova, nos diferentes sistemas, em relação ao ângulo formado entre os pontos de fixação e o corpo de prova(eixo de simetria), estes apresentaram maior valor nos sistemas com apenas um ponto de fixação, seguidos pelo sistema AO em delta que, apesar de possuir dois pontos distintos de fixação, apresenta um ângulo agudo em seu eixo de simetria, fato que favorece este tipo de desvio. Todas as montagens transfixantes apresentaram maior resistência a esse deslocamento.
Constatou-se, ao analisarem-se os resultados dos ensaios, que não existiu correlação entre movimentos de flexão e deslocamentos no plano perpendicular ao axial (cisalhamento), pois observaram-se em montagens que permitiram importante flexão no seu eixo de simetria deslocamentos muito reduzidos nos planos perpendiculares ao axial. Mesmo em sistemas de fixação mais rígidos, a flexão máxima em geral não correspondeu ao maior deslocamento no plano perpendicular ao axial, caracterizando essa dissociação.
É importante analisar, além do movimento axial máximo, também a elasticidade do sistema ao retornar as forças aplicadas a zero. Obteve-se deslocamento residual em todos os sistemas de fixação, exceto o de Ilizarov, o que se correlacionou com dois fatores: estabilidade do sistema com pouco deslocamento em todos os planos e, logicamente, maior resistência elástica de pinos transfixantes quando submetidos ao protensionamento.
Na verdade, o sistema de Ilizarov, apesar de ser considerado de dinamização axial, foi o que obteve menor deslocamento neste plano e o único a apresentar retorno à posição inicial ao serem retiradas as forças aplicadas, confirmando assim a teoria de funcionar tal qual um sistema de associação de mo-las em paralelo, como descrito por Rotbande(5).
Observou-se que a montagem transfixante biplanar preconizada por Behrens(11) reproduziu valores de estabilidade muito próximos ao sistema de Ilizarov e apresenta maior facilidade de confecção, pois pode ser elaborado a partir de fixadores externos comuns à maioria dos hospitais.
Devem-se aguardar estudos clínicos para melhor definir qual(is) seria(m) o(s) movimento(s) de maior malefício à consolidação, se a flexão e/ou o cisalhamento, pois observou-se uma relação inversa desses movimentos nos fixadores AO em montagens delta e transfixantes uniplanar. Apesar de o fixador transfixante ter apresentado estabilidade global superior aos de fixação half pin.
Nesta análise, o fixador de Hoffmann, utilizado neste estudo como referência de sistema de fixação externa do tipo plataforma, foi o que apresentou os piores resultados: colapso precoce da montagem, incorrigível quando se utilizaram apenas pinos de Schanz, e resultado ainda insatisfatório quando se utilizou o sistema Hoffmann-Vidal com pinos rosqueados transfixantes, pois ainda assim obtiveram-se movimentos nos planos perpendicular ao axial e radial superiores ao de outros sistemas transfixantes, principalmente quando submetidos a forças axiais excêntricas, além de apresentar menor versatilidade para confecção das montagens.
Drijber (1992)(12) já havia encontrado resultados semelhantes ao analisar o fixador externo de Hoffmann e em seus ensaios pôde perceber falha de resistência em montagens unilaterais, mesmo com forças mínimas aplicadas, chegando a propor a utilização apenas de montagens em quadro, do tipo Vidal, quando se utilizar este tipo de sistema. Publica, ainda, no mesmo ano, a correlação dessas falhas com a plataforma de articulação multiplanar, característica deste fixador, como sen-do a principal causa da pouca resistência ao estresse mecânico do aparelho.
Neste estudo encontraram-se resultados que divergem de Chao et al.(2), quando citam que montagens menos complexas podem obter resultados mecânicos semelhantes num mesmo sistema de fixação externa, pois neste estudo observou-se exatamente o contrário, com incremento de estabilidade ao se aumentar a complexidade da montagem em um mesmo modelo de fixador externo. Deve-se, sim, é determinar in vivo o quanto de estabilidade é necessária para a evolução favorável da consolidação de uma fratura e assim determinar a montagem ideal a cada sistema.
Delprete(13) observou, em inúmeros testes utilizando o fixador externo de Ilizarov, perda parcial na tensão dos fios de transfixação, durante os ensaios, o que causou alteração nos resultados. Já neste estudo, os resultados dos ensaios permaneceram constantes e possibilitaram a formação de um con-junto homogêneo para a análise.
CONCLUSÃO
1) Os fixadores externos testados, com montagem utilizando apenas half pin, apresentaram menor estabilidade global que os em que se empregaram pinos transfixantes.
2) Sistemas de fixação externa, que utilizaram fios de diâmetro 1,8mm submetidos à protensão, apresentaram resistência perpendicular ao seu eixo axial maior do que aqueles em que se empregaram pinos de diâmetro 4,0mm.
3) A protensão nos pinos de transfixação aumentou a capacidade elástica e a resistência axial das montagens.
4) Nas montagens AO half pin simples, conseguiu-se maior estabilidade do sistema ao se aumentar a secção transversa da conexão pino-haste, colocando-se uma segunda haste longitudinal (exoesqueleto).
5) O sistema de fixação Ilizarov foi o que apresentou a maior estabilidade, observando-se resultados próximos no sis-tema AO transfixante biplanar de Behrens.
Rev Bras Ortop _ Vol. 34, Nº 8 - Agosto, 1999
M. RAMOS, I. ROTBANDE & I. SHEHATA
6) Os deslocamentos em flexão de um sistema de fixação externa dependeram diretamente de seu eixo vetorial de simetria.
1. Ceballos A.: Fijación Externa de los Huesos. 2nd ed. La Habana, Cientí- fica Médica, p.p. 3-13, 1983.
2. Chao E.Y.S., Aro H., Lewallen D.G:. The effect of rigidity on fracture healing in external fixation. Clin Orthop 241: 24-35, 1989.
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4. Behrens F., Johnson W.D., Kock K.W.: Bending stiffness of unilateral and bilateral fixator frames. Clin Orthop 178: 103-110, 1993.
5. Rotbande I.S.:Aspectos mecânicos do sistema de fixação externa de Ilizarov [Tese]. Orientador: Prof. Carlos Giesta. Rio de Janeiro, UFRJ, Faculdade de Medicina,1990, 97fs, Doutorado em Medicina, área de concentração Ortopedia e Traumatologia.
6. Bianchi-Maiocchi A.: Introduzione alla Conoscenza delle Metodiche di Ilizarov in Ortopedia e Traumatologia. Milano, Medi Surgical Vi- deo, p.p. 123-131, 1983.
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12. Drijber F.L., Finlay J.B.: Universal joint slippage as a cause of Hoff- mann half-frame external fixator failure. J Biomed Eng 14: 509-515, 1992.
13. Delprete C., Gola M.M.: Mechanical performance of external fixators with wire for the treatment of bone fractures - Part II: Wire tension and slippage. J Biomech Eng 115: 37-42, 1993.
