A utilização da fixação externa no tratamento de pacientes portadores de afecções ósseas remonta ao século passado. Desde as idéias lançadas por Malgaine(10), a utilização desses métodos apresentou períodos de grande popularidade intercalados por outros de descrédito.
Definimos por fixador externo um grupo de aparelhos, geralmente metálicos, que permitem manter a "rigidez" ou estabilidade da estrutura óssea, com a qual se põem em contato através de fios ou pinos de aplicação percutânea, confeccionados usualmente de aço.
Os componentes básicos de um fixador externo são os fios ou pinos, as hastes longitudinais de sustentação e os elementos de conexão entre os fios e as hastes(4).
Os fios e pinos de fixação óssea variam de diâmetro - de 1,5 a 6mm - e devem ocupar menos de 1/3 do diâmetro ósseo. Podem ser lisos ou rosqueados e, em relação aos membros, transfixantes ou não(4).
As hastes que formam o suporte longitudinal são lisas ou rosqueadas, maciças ou tubulares. Estas hastes podem ser contínuas, assim como articuladas ou telescopadas - o que facilita ajustes no alinhamento e dinamização axial(12).
Os elementos de conexão entre os pinos e as hastes variam de simples conectores a plataformas ou anéis.
A estrutura e função de cada sistema de fixação externa depende da forma de seus principais componentes(11). Os ortopedistas distinguem três tipos de fixadores: os simples, os de plataforma e os de anéis, baseados nas conexões pinohastes.
Os fixadores conhecidos como de anéis são compostos de hastes longitudinais e estruturas anelares que podem ser completas (circulares) ou incompletas (semicirculares). Os segmentos ósseos são fixados por fios finos transfixantes de 1,5 a 2,0mm sob protensão, por pinos "rígidos" de vários diâmetros ou pelos chamados one half pins - pinos de grosso calibre que não transfixam o membro, mas tão-somente o osso. Nesse tipo de sistema a fixação de cada fio é feita em ângulo desejado, permitindo também que a distância entre os fios ou pinos, em cada segmento ósseo, varie a critério do ortopedista, possibilitando assim a construção de ilimitado número de configurações espaciais(4-6).
No Brasil, os fixadores circulares mais utilizados são os de Ilizarov e Milanez(5).
O sistema de fixação externa conhecido por aparelho de compressão e distração de G.A. Ilizarov é circular, compos-to de 32 elementos básicos, que permitem número infinito de arquiteturas que se adaptam às condições clínicas e anatômicas da região a ser tratada e facilitam sua aplicação e aceitação pelos pacientes(5,6).
Neste trabalho discutimos aspectos biomecânicos do sistema de fixação externa de Ilizarov, concernentes ao tratamento da fratura do terço médio da tíbia.
MATERIAL E MÉTODO
Neste estudo, testamos a estabilidade de duas configurações espaciais - uma dita anatômica e outra ortogonal - constituídas por quatro anéis de 140mm de diâmetro e dois fios de 1,5mm de diâmetro submetidos à tração de 110kgf em cada anel. Utilizamos como corpo de teste dois tubos de madeira - ipê - de 250mm de comprimento por 30mm de diâmetro, vazados por um orifício longitudinal de 10mm, na tentativa de simular um segmento diafisário de osso longo com seu canal medular(14).
Os tubos foram estabilizados pelas montagens dos fixadores sem desvios angulares ou radiais, mantendo afastamento de 30mm entre si, simulando fratura instável, transversa, do terço médio da tíbia.
Em ambas as montagens os anéis proximais ao foco estudado foram instalados a 70mm de distância entre si e a 20mm do foco. Os anéis das extremidades proximais e distais fo-ram instalados a 170mm dos intermediários e a 50mm das extremidades dos segmentos nos corpos de teste(8).
Na montagem denominada ortogonal, o corpo de teste foi estabilizado no centro dos anéis. Os fios foram transfixados em relação ao plano axial de 0º a 180º e de 90º a 270º nos anéis das extremidades e de 45º a 225º e de 135º a 315º nos anéis intermediários(9).
Neste trabalho, na montagem denominada anatômica, o corpo de teste, simulando uma fratura instável do terço médio da tíbia, foi estabilizado no quadrante ântero-medial de cada anel, a 35mm das suas bordas internas e os fios transfixados o mais próximo possível da posição ortogonal, simulando a aplicação clínica em corredores de segurança(1-3) - áreas livres de tecidos nobres que permitem a transfixação dos fios -, objetivando evitar lesões de estruturas importantes.
Os fios no segmento superior do corpo de teste foram transfixados em relação ao plano axial, utilizando-se a crista da tíbia como referência, de 10º a 130º e de 50º a 250º, no anel proximal e de 100º a 300º, no anel intermediário. No segmento inferior do corpo de teste os fios foram transfixados de 20º a 250º e de 110º a 310º no anel intermediário e de 50º a 260º e de 110º a 320º no anel distal.
Em ambas as montagens utilizamos três hastes rosqueadas instaladas simetricamente para conectar os anéis intermediários, conforme o recomendado pelo boletim da ASAMI(7). Instalamos uma haste anterior na posição de 90º e duas posteriores ao corpo de teste nas posições de 210º e 330º. Os anéis de cada segmento foram conectados entre si através de quatro hastes rosqueadas, instaladas simetricamente. Em to-das as montagens utilizamos somente parafusos "fixafios" (parafusos com orifício central). Os corpos de teste estabilizados pelas montagens foram submetidos a forças de compressão axiais centrais e excêntricas aplicadas em um ponto 25mm posterior ao eixo do corpo de teste, gerando, nesta segunda eventualidade, forças posteriores de flexão.
As forças aplicadas variam de 0 a 100kgf, com leituras dos deslocamentos dos fragmentos a cada 20kgf e retorno à posição inicial após a aplicação da carga máxima.
Os testes foram realizados utilizando-se uma máquina universal de ensaios mecânicos (2D 10/90). Sobre o cabeçote móvel desta instalamos um anel dinamométrico objetivando maior precisão na avaliação das forças aplicadas.
Utilizamos relógios comparadores para avaliar os deslocamentos axiais (Z), os deslocamentos látero-laterais dos segmentos superior e inferior, eixo 0º-180º (X) e os deslocamentos ântero-posteriores dos segmentos superior e inferior, eixo 90º-270º (Y).
A deformação entre os anéis intermediários foi avaliada através de três deflectômetros instalados entre eles nas posições de 0º, 150º e 225º (Z').
Os relógios comparadores utilizados, assim como os deflectômetros, tinham precisão de centésimos de milímetro.
Os deslocamentos radiais foram fornecidos pelo somatório vetorial dos deslocamentos nos eixos X e Y. Devido à constância dos resultados e de acordo com normas técnicas de ensaios mecânicos adotadas, os testes foram realizados através de uma série de cinco ensaios; não foram computadas as duas primeiras séries.
RESULTADOS
Os ensaios realizados forneceram os resultados apresentados a seguir. As unidades utilizadas foram:
Forças em kgf; axial x sup. x inf. y sup. y inf.
Deslocamentos em centésimos de milímetro;
Ângulos em graus.
DISCUSSÃO E COMENTÁRIOS
A direção e amplitude dos movimentos do sfragmentos ósseos no nível do foco, que facilitam ou prejudicam o processo de consolidação, ainda são malconhecidas. À luz dos conhecimentos atuais, é possível que a dinamização axial estimule a consolidação óssea, enquanto o cisalhamento a prejudique.
Consideramos montagem de fixação externa estável, como ideal, enquanto esta elimina, no nível do foco, os movimentos prejudiciais ao processo de consolidação da fratura e per-mite os que o estimulam.
O deslocamento axial da montagem ortogonal é da ordem de 991 centésimos de milímetro ao aplicarmos forças axiais centrais e de 1.033 centésimos de milímetro ao aplicarmos forças axiais excêntricas.
É importante observar que o aumento do deslocamento não é proporcionalmente linear ao aumento das forças axiais aplicadas. Ao aplicarmos os 20kgf iniciais, o deslocamento axial é da ordem de 300 centésimos de milímetro e ao aumentarmos a força de 80 para 100kgf, o deslocamento axial é da ordem de 100 centésimos de milímetro.
A leitura dos relógios comparadores fornece-nos os deslocamentos em dois eixos - X e Y. Na realidade, estes valores são projeções vetoriais dos deslocamentos dos segmentos do corpo de teste.
Através dos valores de X e Y podemos calcular o eixo e valor real do deslocamento para cada força aplicada. Esses valores e eixos fornecem-nos visão espacial dos deslocamentos radiais de cada segmento do corpo de teste. Na determinação do movimento nos planos perpendiculares ao axial, cisalhamento, o mais importante não é o deslocamento radial máximo de cada segmento, mas a distância entre cada segmento do corpo de teste (binômio deslocamento radial-eixo).
O deslocamento radial, na montagem ortogonal, apresenta comportamento distinto do axial - não aumenta proporcionalmente a aplicação das forças. Observamos em nossos ensaios que ao empregarmos 20kgf de forma axial, os segmentos do corpo de teste apresentam deslocamento e tendem a manter-se em torno deste ao ampliarmos as forças aplicadas.
A montagem ortogonal, quando submetida à aplicação de forças axiais excêntricas, apresenta desvios radiais muito maiores do que quando submetida a forças centrais (72% no segmento superior e 19% no inferior). Porém, a distância máxima observada entre os dois segmentos nos planos perpendiculares ao axial é somente 10,5% superior quando submetida a estas forças.
Ao compararmos o deslocamento axial máximo (obtido na montagem anatômica, submetida a forças axiais excêntricas) com os deslocamentos axiais máximos obtidos: 1º) na montagem anatômica submetida a forças axiais centrais; 2º) na montagem ortogonal submetida a forças axiais centrais; 3º) na montagem ortogonal submetida a forças axiais excêntricas, observamos que aquele é maior 8,7%, 11,7% e 6,7%, respectivamente.
A montagem anatômica quando submetida a forças axiais centrais apresenta no segmento superior do corpo de teste deslocamento radial máximo de 105,8 centésimos de milímetro em um eixo correspondente a 61º ao aplicarmos 100kgf. No segmento inferior o deslocamento radial é de 203,9 centésimos de milímetro em um eixo correspondente a 47º ao aplicarmos 80kgf.
Como observamos, o sistema de fixação externa de Ilizarov funciona em regime de dinamização axial. Ao retirarmos as forças aplicadas às montagens, observamos que os deslocamentos residuais são desprezíveis. E observando o gráfico completo da aplicação e retirada das forças versus deslocamento axial, constatamos ter ele a forma aproximada de uma parábola (gráfico 1).
DESCRIÇÃO DO GRÁFICO
Os ensaios permitem-nos afirmar que, do ponto de vista mecânico, o fixador interno de Ilizarov forma um sistema elástico, que pode ser considerado como uma associação de molas em paralelo.
Através de nossos estudos, podemos deduzir que, para o material utilizado em nosso trabalho, a constante de mola é fornecida pela seguinte equação:
CONCLUSÕES
Baseados em nossas pesquisas, comprovamos e concluímos que o sistema de fixação externa de Ilizarov:
1) Apresenta comportamento similar a um sistema de molas;
2) Funciona em regime de dinamização axial;
3) Permite aplicar compressões no nível do foco - estáticas ou intermitentes - de intensidade determinada pelo cirurgião;
4) A distância máxima entre os segmentos superior e inferior do modelo ósseo nos planos perpendiculares ao axial na montagem anatômica equivale a 13,5% do deslocamento axial.
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