INTRODUÇÃO

O uso de um cimento ortopédico associado ao antibiótico é o tratamento preventivo e curativo das infecções, especialmente as periprotéticas. A eficácia desse procedimento nos processos infecciosos, utilizado desde 1970, é hoje em dia comumente aceito(4,5). Porém, seu uso como procedimento preventivo das infecções somente foi difundido recentemente. Séries comparativas de profilaxia de infecção em próteses totais do quadril, de um lado por antibióticos administrados por via parenteral e, por outro, com a utilização do cimento com gentamicina, mostraram, em dois grupos de 772 pacientes cada um, que este último método foi mais eficaz: a taxa de infecção após cinco anos passou de 1,9% para 0,8%(17).

Além disso, com o aprimoramento das condições operatórias (fluxo laminar, antibioticoprofilaxia), assiste-se à redução das infecções precoces, enquanto que as tardias por via hematogênica, que não representavam senão 30% das complicações infecciosas em 1985, passaram a representar 70% em 1992(24). Um cimento com antibióticos é capaz de produzir um nível ósseo bactericida por longo período após a implantação, reduzindo os riscos de contaminação hematogênica(30).

Na associação com a gentamicina, os cimentos de viscosidade normal foram substituídos, há alguns anos, pelos cimentos de baixa viscosidade, que, mantendo boa liberação do antibiótico(20), têm a vantagem da melhor fixação, graças à possibilidade de pressurização, conservando ainda resistência mecânica igual àquela dos cimentos clássicos sem antibióticos. Entretanto, o cimento com gentamicina apresenta limitações ligadas à resistência crescente dos germes a este antibiótico: cerca da metade dos Staphylococcus do ambiente hospitalar são resistentes à gentamicina(3,10,15,28). Vai daí o interesse na pesquisa de outro antibiótico destinado a esses germes.

É consenso geral que a vancomicina é o antibiótico de escolha, em se tratando de germes gram-positivos(16,19); esse fato motivou-nos a fazer estudos da associação do cimento com a vancomicina. O objetivo deste estudo é a determinação da farmacocinética da vancomicina no tecido ósseo, sangue, urina e nos líquidos de drenagem após a implantação na ovelha e no homem.

MATERIAL E MÉTODOS
O modelo animal – Para o estudo das concentrações ósseas da vancomicina, escolhemos o carneiro como modelo animal. Utilizamos ovelhas da raça Laucane, com idades que variaram de dois a sete anos e peso corpóreo entre 60 e 70 quilos. Operamos 18 ovelhas destinadas a serem sacrificadas em intervalos de tempo variáveis.

Os pacientes – Escolhemos pacientes destinados a receber prótese total do quadril, cimentada, com bom estado geral, com indicação de artroplastia primária, sem qualquer outro procedimento além da técnica padronizada. Foram incluídos neste estudo 15 pacientes (sete homens e oito mulheres), com idades variando de 60 a 81 anos (média de 68,9 anos).

O cimento – O cimento utilizado foi o polimetilmetacrilato, conhecido como cimento ortopédico, classicamente empregado para a fixação de componentes protéticos, que, no momento de sua preparação, se apresenta sob as formas líquida (o monômero) e sólida (o polímero), cuja mistura provoca a polimerização do monômero e a agregação das partículas do polímero. O cimento que nós utilizamos tinha a característica de ser de baixa viscosidade.

O antibiótico – A vancomicina, sob a forma de pó, foi adicionada ao componente em pó do cimento e misturada mecanicamente, para se obter boa homogeneidade.

Estudo farmacocinético nas ovelhas
As implantações do cimento nas ovelhas foram feitas em ambiente cirúrgico, nas condições mais assépticas possíveis, empregando todas as precauções preconizadas para a cirurgia ortopédica humana. Nas ovelhas destinadas a serem sacrificadas 24 horas após a implantação, foram colocadas sondas urinárias para o recolhimento da urina.

Para a realização da cirurgia, a ovelha era colocada em uma mesa especial, onde os membros se encaixavam, permitindo o decúbito ventral. O animal era anestesiado com injeção endovenosa de tiopental e conectado a um sistema de assistência respiratória. Após a tosa da região, a implantação do cimento era feita através de incisão ao nível do quadril, permitindo o acesso ao trocanter maior. O canal medular era então fresado com fresas flexíveis de 13mm, numa extensão de 15cm. Depois de preparado, o cimento era implantado no canal medular com o auxílio de uma seringa especialmente destinada para esse fim, determinando-se neste momento a quantidade de cimento implantado. Todas as ovelhas receberam o cimento nos dois fêmures, salvo duas, que estavam destinadas a serem sacrificadas 24 horas após e que foram implantadas em um só lado. Nestas duas ovelhas, foram coletados sangue e urina para dosagens, em intervalos de uma, três, seis e 24 horas após a implantação.

Para a recuperação das peças ósseas, as ovelhas foram sacrificadas por meio de uma dose letal de tiopental, seus membros posteriores foram desarticulados ao nível do quadril e joelho e os fêmures foram liberados de tecidos moles. Os fêmures assim isolados foram radiografados, para localização do cimento implantado, e seccionados, obedecendo ao seu eixo longitudinal; o segmento ósseo que apresentava melhor preenchimento foi cortado transversalmente. O cimento presente no interior do canal foi cuidadosamente retirado, procurando suprimir qualquer resquício de cimento que pudesse interferir na dosagem.

Para efeito de estudo, consideramos a cortical do fêmur como sendo constituída de três camadas: uma superficial, que ficou em contato com os tecidos moles, uma profunda, que ficou em contato direto com o cimento, e, entre as duas, uma intermediária. Cada uma dessas camadas foi transformada em pó com o auxílio de grosa e reservada separadamente. O material resultante da raspagem feita em toda a espessura do osso foi considerado como osso total. Essas preparações ósseas foram adicionadas com solução tampão-fosfato e incubadas por 24 horas, para a extração do antibiótico. Depois de centrifugado, o líquido resultante foi conservado a –20º, para posterior dosagem.

Estudo farmacocinético no homem
Todos os pacientes foram alertados do caráter experimental do método e foi obtida de cada um a autorização para a realização da implantação. Para afastar qualquer possibilidade de reação alérgica à vancomicina, os pacientes foram submetidos a rigorosa anamnese, na busca de antecedentes de reações medicamentosas. Além disso, nesses pacientes foram realizados testes cutâneos de sensibilidade à penicilina, que parece apresentar perfil de sensibilização semelhante ao da vancomicina(29).

Todos os pacientes foram operados sob anestesia geral em salas equipadas com fluxo laminar. O acesso à articulação do quadril foi feito por via póstero-lateral de Moore ou lateral de Hardinge e, após a retirada da cabeça e colo do fêmur, a diáfise femoral e o acetábulo foram preparados de forma clássica. A cimentação do acetábulo foi feita à mão, enquanto que para a fixação do componente femoral o cimento foi colocado com o auxílio de uma seringa apropriada para este fim. Após a cimentação, o cimento que sobrou permitiu calcular a quantidade de cimento implantado. No momento do fechamento da ferida cirúrgica, foram colocados drenos de Redon, que permitiram o recolhimento dos líquidos de exsudação.

Foram empregadas duas diferentes preparações de cimento: em cinco pacientes, usamos uma preparação contendo 3g de vancomicina por dose de cimento, enquanto que em outros dez pacientes a quantidade foi de 2g por dose. As coletas pósoperatórias de sangue foram feitas seis, 24, 48 e 72 horas após a cirurgia. Os líquidos de drenagem foram recolhidos na 6ª, 12ª e 24ª horas no primeiro dia e, depois, a cada 24 horas, durante todo o tempo em que durou a drenagem, em geral três dias.

As amostras de urina foram colhidas na 6ª hora após a cirurgia e depois a cada 24 horas, durante todo o período de hospitalização, em geral nove dias.

Método de dosagem da vancomicina
Foi utilizado o método imunoenzimático em fase homogênea, tipo EMIT, para as dosagens da vancomicina. É uma técnica que se baseia da competição entre o antibiótico da amostra que vai ser dosada com o mesmo antibiótico ligado a uma enzima. A medida é feita pela leitura da densidade óptica do produto de oxidação da reação, comparando-a com a de soluções de concentrações conhecidas.

Análises estatísticas
Para a análise dos resultados, foram utilizados testes não paramétricos:

1) Análise de variância por postos de Friedman, com o objetivo de comparar as quantidades de antibiótico liberadas nos diferentes intervalos de tempo;

2) Teste de Mann-Whitney, com a finalidade de comparar os grupos em que foram empregadas diferentes concentrações de vancomicina no cimento.

RESULTADOS

Implantações em ovelhas
Concentrações séricas – As análises das concentrações séricas da vancomicina nas duas ovelhas que foram sacrificadas 24 horas após a implantação não mostraram qualquer traço do antibiótico em todas as amostras pesquisadas.

Concentrações urinárias – Na urina, constatamos picos de concentração em diferentes momentos nas duas ovelhas, situando-se em torno de 13 e 17µg/ml.

Concentrações ósseas – As imagens radiográficas dos fêmures e os cortes ósseos realizados mostram preenchimento quase completo do canal medular (fig. 1), porém em quantidades diferentes de um fêmur para outro. Não foram observados quaisquer sinais que pudessem fazer supor alguma reação negativa ao cimento, mesmo nos animais sacrificados 24 meses após a implantação.

Nas dosagens realizadas nas diversas amostras de osso provenientes de animais sacrificados em diferentes intervalos de tempo, pudemos observar que nas ovelhas sacrificadas 15 dias após a implantação a maior quantidade encontrava-se na camada interna, isto é, a que ficou em contato com o cimento (tabela 1).

As concentrações da camada interna equilibraram-se com as da camada externa nas ovelhas sacrificadas três e cinco meses após a implantação. As ovelhas relativas ao 12º, 14º e 18º meses apresentaram concentrações mais reduzidas; no 24º mês, não foi possível evidenciar a presença da vancomicina em quaisquer dos fêmures analisados.

Implantações no homem

Concentrações séricas – Em ambos os grupos, os picos de concentração sérica situaram-se em torno da 6ª hora após a cirurgia, com valores de 3,1 e 1,7µg/ml, diferenças estas que foram significantes do ponto de vista estatístico. Esses valores decresceram progressivamente para tornarem-se insignificantes no terceiro dia (tabela 2).

Concentrações urinárias – Como para o sangue, os picos de concentração urinária situaram-se em torno da 6ª hora e foram da ordem de 80,0 e 46,2µg/ml, respectivamente, para os grupos de três e duas gramas de vancomicina, valores estes estatisticamente significantes (tabela 3).

Quando multiplicamos as concentrações urinárias da vancomicina pelos volumes excretados, obtivemos as quantidades do antibiótico eliminado e, nesse caso, as maiores quantidades foram encontradas no 2º dia pós-operatório, tendo as análises estatísticas mostrado que as diferenças em ambos os grupos não foram significantes. Acumulando-se as quantidades de antibiótico eliminadas, pudemos ainda constatar que durante os nove dias de observação foram recuperados cerca de 4,2% da vancomicina implantada nos pacientes do grupo I e 5,2% para os do grupo II.

Líquidos de drenagem – Nos líquidos de drenagem, os maiores valores de concentração foram observados em torno da 6ª hora para o grupo I, que recebeu 3g de vancomicina por dose de cimento, e da 6ª, 12ª e 24ª horas para o grupo de pacientes que recebeu 2g (tabela 4). Embora esses valores aparentemente diferissem, o estudo estatístico mostrou que essas diferenças não eram significantes.

Da mesma maneira que para a urina, o produto da concentração de vancomicina pelo volume relativo ao mesmo intervalo de tempo determinou a quantidade de antibiótico eliminado nesse período, mostrando que as amostras colhidas na 6ª hora apresentaram concentrações significantemente mais elevadas de vancomicina. Também aqui acumulamos as quantidades eliminadas durante os três dias de coleta das amostras e verificamos que durante esse período foi recuperado 0,7% da vancomicina implantada nos pacientes do grupo I e 0,6% nos do grupo II.

Juntando-se agora as quantidades eliminadas pela urina e pelos líquidos de drenagem, teremos as quantidades totais de vancomicina recuperadas durante o período de nosso estudo. Do total da vancomicina implantada, 4,8% foram recuperados para os pacientes do grupo I e 5,9% para os do grupo II. Além disso, podemos observar que a liberação foi bem mais intensa nos primeiros dias para ambos os grupos: de todo antibiótico liberado, cerca de 35% haviam sido recuperados no 1º dia e de 55 a 60% no 2º dia.

DISCUSSÃO
A administração de antibiótico por via parenteral dificilmente atinge o tecido ósseo, como demonstraram Rosin & col.(22) e Smilack & col.(26), o que torna necessário recorrer à associação de antibiótico local, para proporcionar proteção antibacteriana ao osso. Desde sua concepção em 1970, o cimento ortopédico adicionado de antibiótico tem representado recurso valioso não só no tratamento das artroplastias infectadas, como também na profilaxia da infecção nas artroplastias primárias. Numa pesquisa anterior, realizamos estudos in vitro da associação cimento-vancomicina do ponto de vista de seu comportamento mecânico e da difusão do antibiótico em meio líquido(8). Em relação ao comportamento mecânico, produzimos diferentes preparações da mistura, fazendo variar a quantidade do antibiótico, a granulometria do medicamento a ser agregado ao cimento, a presença da substância radiopaca e a esterilização da mistura por raios gama. Foi possível observar que estas variáveis não alteraram o comportamento mecânico do cimento em relação à resistência à compressão e que todas estas formulações mostraram valores de resistência superiores aos 70mPa preconizados pelas normas internacionais.

Para estudar a liberação do antibiótico em meio líquido, preparamos amostras do cimento com vancomicina e banhamos essas amostras em solução tampão-fosfato, renováveis em intervalos de tempo predeterminados, durante um período de oito semanas. Pudemos verificar que o cimento liberou a vancomicina em quantidades apreciáveis, especialmente nas primeiras horas. Observamos que as quantidades foram diminuindo progressivamente com o passar do tempo, porém sempre em valores que supunham ação antibacteriana.

De posse desses resultados, quisemos conhecer o comportamento farmacocinético da vancomicina assim administrada em relação ao tecido ósseo, ao sangue, à urina e aos líquidos de drenagem. O estudo das concentrações ósseas da vancomicina após sua implantação associada ao cimento não poderia ser realizado no homem devido à impossibilidade ética da recuperação das peças ósseas para dosagem. Assim, escolhemos o carneiro como modelo animal, pois as dimensões e conformação do fêmur permitem a implantação do cimento em condições semelhantes às do homem, além de ser animal dócil, capaz de ser mantido vivo em boas condições por período prolongado. Esse animal já havia sido utilizado por Bunetel & col.(6) nas mesmas condições de experimentação.

Supusemos que, desde que a farmacocinética no sangue e na urina fossem semelhantes, seria possível extrapolar para o homem o comportamento da vancomicina no tecido ósseo. De fato, as dosagens das concentrações séricas e urinárias da vancomicina mostraram paralelismo com as do homem: baixa absorção sanguínea e concentrações urinárias proporcionais, valores estes que confirmam achados de outros autores(13,21,31).

No preparo das peças ósseas para as dosagens, tivemos o cuidado de remover todo o resquício de cimento que pudesse ter permanecido em contato com o osso, para que tivéssemos certeza de que o antibiótico detectado era o resultado da impregnação no tecido ósseo e não de contaminação por qualquer cimento residual. Foi interessante notar que as amostras das primeiras ovelhas sacrificadas apresentaram maior concentração na camada interna da cortical, isto é, aquela que ficou em contato com o cimento. Com o passar do tempo, ocorreu equilíbrio das concentrações da camada interna com a externa. No nosso ponto de vista, a presença do medicamento na camada externa da cortical faz supor que haja verdadeira migração da molécula do antibiótico através do tecido ósseo.

Vimos que as quantidades foram decrescendo com o passar do tempo, mas até o 5º mês constatamos a presença da vancomicina no tecido ósseo em concentrações sempre superiores à concentração mínima inibidora para a maioria dos germes a ela sensíveis. Nas amostras relativas às ovelhas sacrificadas após 12 e 14 meses da implantação, os valores situaram-se bem próximos da CMI deste medicamento para os germes sensíveis, isto é, 1 a 2µg/ml. Nas amostras das ovelhas de 18 meses, os resultados não foram uniformes e na ovelha sacrificada após 24 meses não foi possível encontrar qualquer resquício do antibiótico em qualquer uma das camadas.

O conjunto desses resultados permite-nos presumir que a implantação do cimento com vancomicina representa proteção do tecido ósseo contra a presença de germes por pelo menos cinco meses, mas que esta proteção não pode ser assegurada por tempo indeterminado.

Ao iniciarmos nossos estudos no homem, tivemos muita preocupação a respeito das possíveis reações secundárias que poderiam ser provocadas pela vancomicina, que, aliás, é tida como medicamento capaz de provocar efeitos colaterais indesejáveis. Essa preocupação baseava-se também no fato de que, de acordo com nossa hipótese, a vancomicina deveria ser liberada por período prolongado, o que possibilitaria o desenvolvimento de sensibilização pelo organismo.

Entre os efeitos secundários de que a vancomicina foi responsabilizada, estão a tromboflebite, as manifestações cutâneas, o acometimento renal, entre outros menos freqüentes(11,27). Entretanto, a literatura mostra que essas manifestações estão relacionadas à administração muito rápida do medicamento e às concentrações elevadas do antibiótico no sangue(9,12).

Por outro lado, sabemos que a gentamicina foi responsabilizada pela ocorrência de reações secundárias, como agranulocitose, anafilaxia, nefrotoxicidade, entre outras(7,18,23). Da mesma maneira que para a vancomicina, essas reações são dependentes das concentrações séricas. Desde o início da utilização do cimento ortopédico adicionado de gentamicina, não houve na literatura qualquer referência de efeitos adversos do antibiótico administrado por esta via. Certamente isso se deve à baixa absorção sanguínea do antibiótico e à conseqüente baixa concentração sérica. Ainda assim, tivemos o cuidado de realizar os procedimentos necessários para evitar qualquer risco eventual.

As dosagens séricas que realizamos nesses pacientes que receberam cimento com vancomicina mostraram concentrações muito baixas do antibiótico, com picos de concentração nas primeiras horas, para quase desaparecer após três dias. Os valores encontrados são pelo menos 30 vezes menores do que as concentrações tóxicas para a vancomicina, que se situam em torno de 90µg/ml. Isso torna improvável a ocorrência de reações secundárias pelo antibiótico.

Na análise das concentrações urinárias, observamos que os valores foram bem mais elevados do que os das concentrações sanguíneas. Esse fato, observado por outros autores(2,30), pode ser explicado se levarmos em consideração a farmacocinética da vancomicina. De fato, a excreção deste medicamento se faz quase que exclusivamente por via renal, de maneira que o antibiótico presente no sangue, ainda que em pequenas quantidades, acumula-se na urina para depois ser eliminado. Acompanhando a tendência das concentrações sanguíneas, as concentrações urinárias foram declinando progressivamente com o passar do tempo. Entretanto, as concentrações encontradas no 9º dia, quando os pacientes receberam alta hospitalar, fazem supor que a excreção deveria persistir por mais algum tempo. A soma das quantidades de vancomicina eliminadas nos diversos intervalos de tempo permitiu-nos conhecer as quantidades totais do antibiótico eliminado por essa via, durante o tempo de nossa observação. Pudemos então constatar que do total de vancomicina implantada apenas pequena quantidade foi recuperada nesse período de tempo: 4,2% para o grupo I e 5,2% para o grupo II.

Mas nosso maior interesse residia na determinação da presença da vancomicina liberada a partir do cimento ortopédico nos líquidos de exsudação. As medidas feitas durante os três dias em que os drenos permaneceram colocados mostraram altas concentrações do antibiótico especialmente nas primeiras horas que se seguiram à cirurgia, valores que foram declinando progressivamente, mas situando-se sempre muito acima da concentração mínima inibidora da vancomicina para os germes sensíveis, que, como dissemos, é de 1 a 2µg/ml. As análises estatísticas das concentrações encontradas nos dois grupos demonstraram que não houve diferença significante, ao contrário do que afirma Wahlig & col.(32), de que a eliminação é sempre proporcional à quantidade presente no começo.

Da mesma maneira que para a urina, o produto das concentrações observadas a cada intervalo de tempo pelo volume de exsudato recolhido nesse mesmo intervalo mostrou as quantidades de vancomicina eliminadas expressas em miligramas. A soma desses valores com os das quantidades eliminadas pela urina mostrou o total da vancomicina eliminada por essas duas vias durante o tempo de nossa observação: 4,8% para o grupo I e 5,9% para o grupo II, portanto apenas uma pequena quantidade de antibiótico presente no início. O que explica o fato de que apenas uma parte do antibiótico é liberada é que se trata de fenômeno de superfície, como já foi relatado(33), isto é, apenas a substância que se encontra na periferia da massa de cimento e na camada adjacente é liberada. Alguns estudos mostram que cinco anos após ter permanecido mergulhado em um meio líquido, o interior de um bloco de cimento apresentou a mesma quantidade de antibiótico que havia sido incorporada no início(30).

Notamos também que parte importante do processo de difusão do antibiótico tem lugar nos momentos iniciais. Do total da vancomicina liberada durante os nove dias de nossa observação, mais de um terço já havia sido recuperado no primeiro dia e mais da metade até o segundo dia. Essa situação é muito conveniente, pois é no momento da cirurgia e no período inicial do pós-operatório que ocorre a possibilidade de contaminação pelos microorganismos eventualmente presentes e em que se necessita maior proteção antibacteriana.

Pela análise de nossos resultados, verificamos que em ambos os grupos as quantidades de vancomicina liberadas foram sensivelmente comparáveis e que a adição de 2g do antibiótico por dose de cimento possibilita sua liberação em concentrações bastante convenientes. Embora em nossa pesquisa anterior tenhamos demonstrado que a adição de 2 ou 3g de vancomicina não altera de forma significante a resistência mecânica do cimento, não é desejável o acréscimo de quantidade maior de uma substância mecanicamente neutra. Dessa maneira, achamos que para os fins a que se destina bastaria a adição de 2g de vancomicina para alcançar a proteção desejada.

Ainda algumas palavras a respeito da confiabilidade de nossos resultados. A vancomicina é substância termolábil. Após permanecer um período à temperatura do organismo, isto é, a 37ºC, uma parte de suas moléculas se degrada em substâncias que apresentam estruturas semelhantes à vancomicina, podendo portanto ser confundidas com ela(34). Esses produtos de degradação não apresentam qualquer atividade antibacteriana. No momento da realização das dosagens de concentração da vancomicina, tivemos a preocupação de escolher um método que permitisse detectar apenas as moléculas do antibiótico em sua foram ativa, evitando portanto a superestimação de nossos resultados.

Diversos métodos de dosagem estiveram à nossa disposição:

A cromatografia de alta pressão é o método mais preciso, porém extremamente caro e necessita da calibração do aparelho, difícil de obter;

O método de dosagem bacteriológica por medição das áreas de inibição do crescimento bacteriano é também bastante preciso, mas muito trabalhoso e de execução demorada. Tínhamos, entre as duas fases de nossa pesquisa, cerca de 700 dosagens a realizar e esta demora traria grandes dificuldades;

O método imunológico por polarização de fluorescência apresenta grande variação e alguns estudos mostram que esta técnica pode confundir os produtos de degradação da vancomicina com a substância ativa, superestimando os resultados em até 40%(1);

O método imunoenzimático em fase homogênea pareceunos o mais conveniente. A margem de erro é de cerca de 2%(14) e o sistema de automatização das dosagens tornou o processo bem mais eficiente. Assim, afirmamos que, com toda probabilidade, nossas dosagens revelaram a presença da molécula da vancomicina em sua forma bacteriologicamente ativa.

Dessa maneira, acreditamos que a implantação do cimento ortopédico associado à vancomicina representa valioso recur-so na profilaxia e no tratamento das infecções nas artroplastias, tendo em vista as elevadas concentrações do antibiótico nas regiões periprotéticas. As baixas taxas encontradas no sangue tornam improvável o aparecimento de reações secundárias, devidas à liberação prolongada do antibiótico.

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