Nos fixadores externos circulares do tipo Ilizarov a estabilidade e, conseqüentemente, a eficiência do processo de consolidação óssea dependem, entre outros fatores, da tensão dos fios. Durante o processo de reabilitação, principalmente no pós-operatório imediato, a responsabilidade da estabilização óssea é predominantemente do fixador. Podem ocorrer sobrecargas nos fios que serão transmitidas aos parafusos tensores ou fixadores e à estrutura externa de fixador (anéis e elementos de união).
Nesses casos, dependendo da energia envolvida (peso e movimento do paciente, velocidade e variação de energia potencial) e da eficiência dos parafusos, podem ocorrer falhas de fixação e diminuição acentuada da tensão dos fios, que podem passar despercebidas do médico durante o controle clínico pós-operatório.
Este trabalho pretende investigar a capacidade de retenção dos fios pelos parafusos tensores e fixadores do aparelho de Ilizarov de diversos fabricantes nacionais e avaliar os riscos da perda de tensão e o comprometimento do resultado nos pacientes que se submetem a este método.
MATERIAL E MÉTODOS
Realizam-se testes de tração nos fios para verificar a capacidade de retenção dos parafusos tensores (canal lateral) e fixadores (canal central) de diversos fabricantes nacionais de fixadores externos de Ilizarov, montados em anéis de aço inoxidável e fibra de carbono. Em todos os testes, os anéis, parafusos, porcas e arruelas procedem de um mesmo fabricante.
Utilizaram-se anéis, cortados ao meio, de fibra de carbono e semi-anéis de aço inoxidável, de 150 a 180mm de diâmetro (tabela 1).
Os parafusos foram sempre montados em furos diferentes do anel e adotou-se torque de aperto de 9,8N.m (1,0kgf.m), aplicado à porca por torquímetro analógico (Snap-on Tolls Corp., Kenosha, Wis., USA). Nenhum componente foi reutilizado, exceto o anel.
Apenas nos testes com anel de carbono posicionou-se uma arruela entre o fio e o anel, como preconiza o respectivo fabricante.
Os testes de tração foram realizados em máquina universal de ensaios mecânicos Kratos K5002, dotada de célula de carga eletrônica CCI 10tf, junta universal e registrador gráfico. Adotou-se a velocidade de aplicação de carga de 20mm/ min.
O anel foi fixado junto ao cabeçote fixo da máquina através de dispositivo que permitia a passagem de dois pinos de aço inoxidável de 6mm de diâmetro e cruzava o anel nos furos imediatamente adjacentes àquele ocupado pelo parafuso a ser testado. Utilizaram-se fios de 1,8mm de diâmetro com olivas fixas ao cabeçote móvel superior por garra-padrão para ensaios de tração com superfície de alto atrito. Isso foi feito de maneira que a oliva estivesse posicionada acima e em contato direto com a borda superior da garra, funcionando como limitador ou bloqueio de segurança e, portanto, eliminando o risco de deslizamento na garra (figs. 1 e 2).
Os pontos e respectivas cargas das falhas foram obtidos dos diagramas carga-deformação de cada ensaio.
A primeira inflexão no diagrama, apresentando diminuição de rigidez, indicou o ponto de deslizamento inicial e a primeira queda de resistência significante determinou o ponto de escape brusco.
Realizaram-se distribuição de freqüência absoluta e relativa (%) dos parâmetros nominais (qualitativos) e estatística descritiva dos parâmetros ordinais (quantitativos): média (M), desvio-padrão (DP), erro padrão da média (EPM), valores máximo (Máx) e mínimo (Mín) e número de casos (N).
Nas comparações entre amostras nominais foi utilizado o teste de qui-quadrado com correção de Yates.
Nas comparações de mais de dois grupos ordinais nãoparamétricos utilizou-se o teste de Kruskal-Wallis e nos ca-sos significantes, realizou-se a discriminação das diferenças pela prova de comparações múltiplas modificada por Dunn.
Adotou-se nível de significância de 5% (a = 0,05) e as diferenças estatisticamente significantes foram assinaladas por asteriscos.
RESULTADOS
DISCUSSÃO
Na maioria dos estudos biomecânicos, nota-se preocupação excessiva em comparar o fixador de Ilizarov com os mais variados na procura do "melhor fixador"(3). Em poucos trabalhos, entretanto, constatamos a intenção de avaliar criticamente os aparelhos ou relacionar a ocorrência de falhas clínicas a possíveis defeitos estruturais(1,2,6) ou variações de sua estabilidade.
Concordamos em que o conhecimento das propriedades mecânicas dos fixadores externos é, como afirmam Podolsky & Chao(5), essencial para o cirurgião usá-lo adequadamente na prática clínica e, acrescentamos, que o de seus fatores de influência, também.
O diâmetro, o número e o posicionamento dos fios e dos anéis são fatores que reconhecidamente alteram a estabilidade da montagem do fixador. Identificamos, porém, alguns pontos críticos que interferem, de maneira incontrolável, na estabilidade do fixador de Ilizarov, como a variação da tensão real dos fios devido a falhas ocorridas na conexão entre esses e os anéis. Cremos que a rigidez dos fios constitui o principal fator de influência na estabilidade. No Brasil observa-se ainda situação interessante, devido à existência de vários fabricantes e à inexistência de critérios mínimos e controle governamental ou da sociedade. Não se exigem avaliações dos respectivos comportamentos e é possível supor a existência de diferenças entre os aparelhos de diferentes fabricantes.
Delprete & Gola(1) afirmam que, "quase independentemente" do torque aplicado ao parafuso de fixação, a tensão dos fios atinge limites baixos, devido ao escorregamento nos parafusos. Schumann et al.(7) propõem o endurecimento dos parafusos para manutenção da tensão. Comprovamos também neste trabalho que a conexão entre os fios e os anéis seja o ponto mais crítico na manutenção da tensão dos fios, concordando com esses autores.
Nele et al.(4) afirmam que anéis de fibra de carbono apresentam resultados comparáveis aos exibidos pelos anéis de aço, em testes de anel isolados. Não fazem afirmações quanto à montagem e ao escorregamento dos fios.
A capacidade de retenção dos parafusos depende da força de contato nas interfaces parafuso-fio e fio-anel, ou fio-arruela no caso da fibra de carbono, e do coeficiente de atrito nessas interfaces.
Para garantir as mesmas condições de aperto (torque constante) em todos os parafusos testados, utilizou-se torquímetro e adotou-se o torque de 1kgf.m.
Esse torque pode ser considerado alto, pois o limite de resistência desses parafusos está em torno de 2kgf.m, variando entre 1,5 e 2,75kgf.m, valores obtidos em testes preliminares de ruptura com dez parafusos escolhidos aleatoriamente. Com o torque adotado, constatou-se, também, deformação plástica em todos os parafusos tensores.
O ensaio foi realizado com cargas lentas e progressivas, ao contrário do que acontece durante sua aplicação em pacientes, nas quais ocorrem impactos de alta velocidade (choques). Isso significa que os resultados dos parafusos, em condição real, seriam piores do que os obtidos com esta metodologia e provavelmente também aumentaria a incidência de rupturas de fios, principalmente dos tensores.
Observa-se na tabela 2 que as cargas necessárias para provocar o início do deslizamento e o escape brusco em parafusos tensores (canal lateral) é extremamente variável e que os resultados de todos os fabricantes foram muito baixos.
O deslizamento inicial médio (geral) foi, inclusive, abaixo da tensão inicial dos fios (1.079N ou 110kgf).
Não se comprovaram diferenças entre os fabricantes.
Em relação aos parafusos fixadores (canal central), com-provou-se melhor desempenho do parafuso do fabricante C em relação ao do B; entretanto, todos os resultados foram insuficientes (muito próximos ou abaixo da tensão inicial dos fios - 1.079N).
Quanto à carga para ocorrência de escape brusco, não se comprovaram diferenças entre os grupos (tabela 3).
Nas tabelas 4 e 5, mostrou-se elevada freqüência de falhas, respectivamente, de 76% nos parafusos tensores e de 60% nos fixadores, abaixo do nível necessário (1.079N ou 110kgf), que indica o início do deslizamento durante o tensionamento dos fios.
Ao contrário de que se supunha, não foi comprovada a superioridade dos parafusos fixadores (canal central) em relação aos tensores (canal lateral), inclusive em relação à ocorrência de falhas abaixo do valor crítico (tabelas 6 e 7).
A rápida perda de tensão que deve ocorrer no pós-operató-rio imediato, quando o paciente inicia a deambulação (assistida ou antônoma), gera alterações na estabilidade que podem ser responsáveis pelo aumento da dor, pelo retarde de consolidação e até mesmo pela formação de calo ósseo com características mecânicas inferiores ao ideal.
Infelizmente, enquanto não se garantirem o controle e a manutenção da estabilidade do sistema, não se poderão realizar estudos que investiguem os fatores de influência biomecânicos que propiciem a otimização do processo de consolidação óssea (velocidade e resistência) e conseqüentemente da reabilitação do paciente.
De maneira geral, os resultados foram surpreendentemente baixos e isto indica que a grande maioria dos parafusos já apresenta deslizamentos durante o processo de tensionamento dos fios durante sua colocação e que, se for realizado com o tensor de fios não dinamométrico, não se atingirá a tensão desejada na maioria dos casos.
Essas falhas, mesmo que minimizadas, não serão corrigidas com a melhora do material (resistência e atrito), com o superdimensionamento desses parafusos ou tentativas de aumentar o atrito por tratamentos mecânicos superficiais, como jateamentos ou escovamento perpendiculares dos anéis, pois decorrem de projeto inadequado.
A solução definitiva passa obrigatoriamente por reformulação parcial do sistema de fixação dos fios ou de todo o fixador.
A reformulação total proposta poderia sanar, também, uma série de falhas estruturais (anéis, hastes rosqueadas e parafusos de fixação) e funcionais (radiotransparência, controle do alongamento e de sua estabilidade).
CONCLUSÕES
Não se observam diferenças entre os parafusos tensores (canal lateral) dos diversos fabricantes.
Verifica-se diferença entre parafusos fixadores (canal central) apenas de dois fabricantes, em relação ao deslizamento inicial.
Não há diferença significante na capacidade de retenção dos fios entre parafusos tensores e fixadores.
A maioria dos parafusos (70%) falha abaixo das cargas de tensionamento dos fios (1.079N ou 110kgf).
Os parafusos tensores e fixadores mostram-se ineficazes.
Fleming, B., Paley, D., Kristiansen, T. et al: A biomechanical analysis of the Ilizarov external fixator. Clin Orthop 242: 95-105, 1989.
Meyrueis, J.P., Masselot, A. & Meyrueis, J.: Etude mécanique comparative tridimension de fixateurs externes. Rev Chir Orthop Reparatrice Appar Mot 79: 402-406, 1993.
Nele, U., Maffulli, N. & Pintore, E.: Biomechanics of radiotransparent circular external fixators. Clin Orthop 308: 68-72, 1994.
Podolsky, A. & Chao, E.Y.: Mechanical performance of Ilizarov circular external fixators in comparison with other external fixators. Clin Orthop 293: 61-70, 1993.
Rossi, J.D.M.B., Leivas, T.P., Moré, A.D.O. et al: Estudo crítico dos anéis do aparelho de Ilizarov. Rev Bras Ortop 25: 373-376, 1990.
Schumann, U., Wolter, D. & Schmidt, H.G.: Initial modifications of the ring fixator apparatus. Unfallchirurg 95: 593-595, 1992.
