Ensaio uniaxial de tração dos tendões dos músculos grácil e semitendinoso humanos

Resumos

The use of isolated human tendons as well as in associated forms on knee reconstrution has become na usual practice. The literature reveals that the use of implants of patellar tendon as well as the double semitendinous tendon associated to the double gracilis tendon exhibits different post surgical evolution related to the minimal extension loss, anterior-posterior displacement (KT-1000 artrometer), as well as to the sport activities. This research work aim to analyze the mechanical behavior of human tendons (gracilis and semitendinous) subject to uniaxial traction to failure. The mechanical parameters considered includes: stress at failure (MPa), strain energy at failure (N.mm) and strain rate (mm/mm). Results induced to the following conclusions: - tendon of semitendinous muscle is more resistent than the tendon gracilis muscle; exhibits lower strain, stores higher level of strain energy at failure. - as they present distinct mechanical behavior, it would be necessary to acomplish a more detaield analysis to face the time and history dependence wich are the basic characteristics of viscoelastic materials.

ARTIGO ORIGINAL

Ensaio uniaxial de tração dos tendões dos músculos grácil e semitendinoso humanos

Sérgio Rocha Piedade^I,Prof. Dr. Inácio M. Del Fabbro^II, Prof. Dr. Benedicto de Campos Vidal^III, Prof. Dr. Reinaldo Gamba^IV

^IMestre em Cirurgia – FCM-Unicamp - Médico contratado do Departamento de Ortopedia e Traumatologia do HC-Unicamp

^IIProf. Dr. do Departamento de Máquinas Agrícolas da FEAGRI – Unicamp

^IIIProf. Titular do Departamento de Biologia Celular do Instituto de Biologia da Unicamp

^IVProf. Dr. do Departamento de Ortopedia e Traumatologia do HC-Unicamp

RESUMO

O uso de tendões humanos, de forma isolada ou associada, em reconstruções ligamentares do joelho é uma prática usual.

A utilização desses enxertos (tendão patelar, duplo semitendinoso associado ao duplo grácil) apresenta evolução pós-operatória diferente, quando analisados os parâmetros : perda mínima da extensão, deslocamento ântero-posterior (artrômetro KT-2000), retorno as atividades esportivas.

A presente pesquisa tem por objetivo analisar o comportamento mecânico de tendões humanos (grácil e semitendinoso), quando submetidos a ensaios uniaxiais de tração, até a ruptura.

Como parâmetros mecânicos para análise e confronto foram considerados: tensão de ruptura (MPa), deformação relativa, módulo de elasticidade (MPa), energia de ruptura (N.mm) e velocidade de carregamento (mm/s).

Os resultados permitiram concluir que:

- o tendão do músculo semitendinoso é mais resistente que o tendão do músculo grácil; apresenta menores deformações relativas; acumula maior energia de ruptura;

- a utilização destes tendões como enxerto único, impõe uma análise mecânica mais detalhada, pois apresentam comportamento mecânico distinto e são materiais história e tempo - dependentes (viscoelásticos).

INTRODUÇÃO

A movimentação das estruturas esqueléticas é estabilizada e guiada pelos ligamentos, ou seja, bandas de tecido conectivo frouxo que atravessam a articulação e unem o esqueleto: WOO, SMITH, JOHNSON, (1994). Tendões e ligamentos são estruturas colágenas.

O colágeno é definido como uma família de proteínas altamente conservadas, do ponto de vista evolutivo. É encontrado desde as esponjas até o homem. Neste, perfaz 33% do seu peso corpóreo. Sem colágeno não haveria ossos, dentina, pele, tendões e inúmeras outras estruturas, como os vasos (veias, artérias e capilares) e as tramas fibrosas de órgãos internos. (VIDAL, 1990)

Assim sendo, o comportamento dos materiais biológicos, diante dos esforços solicitantes, foi estudado por MASE (1970), por meio de seus planos elásticos de simetria.

WOO et al. (1994) comentam que, quando se analisa mecanicamente corpos de prova do mesmo material, mas com área de secção distinta, observa-se que aqueles que têm maior secção suportam maior força de ruptura. No entanto, considerando-se a tensão de ruptura determinada pela divisão da força de ruptura pela secção média, os valores tendem a ser iguais.

CABAUD (1983) comenta que os principais fatores que determinam a resistência dos ligamentos são o tipo e a forma destes e a velocidade de carregamento.

SMITH, LIVESAY, WOO (1993) consideram a velocidade de ensaios mecânicos segundo 3 categorias: lenta (0,003 mm/s), média (0,3 mm/s) e rápida (113 mm/s).

Segundo WOO et al. (1994), a carga de ruptura é o parâmetro mais afetado pela ‘razão de tensão’, atingindo valores 30% maiores nas razões mais elevadas.

AGLIETTI et al. (1994) realizaram um estudo prospectivo com 60 casos de reconstrução do ligamento cruzado anterior do joelho. Foram utilizadas aleatória e alternadamente duas opções de enxerto : o tendão patelar e o duplo semitendinoso associado ao duplo grácil. Os autores concluíram que o duplo semitendinoso associado ao duplo grácil deve ser reservado somente para casos selecionados, enquanto o tendão patelar é a opção de rotina.

Este trabalho teve por objetivo analisar o comportamento mecânico de tendões humanos (grácil e semitendinoso), quando submetidos a ensaios uniaxias de tração, até o ponto de ruptura.

Analisaram-se os parâmetros mecânicos: tensão de ruptura (MPa), deformação relativa, módulo de elasticidade (MPa) e energia de ruptura (N.mm) , todos em função da velocidade de carregamento.

MATERIAL E MÉTODOS

Material

Utilizaram-se tendões dos músculos grácil e semitendinoso de cadáveres com tempo de óbito superior a 12 horas e inferior a 36 horas.

O tempo de óbito foi determinado com base nas informações colhidas e no estado de rigidez cadavérica, conforme descrito por ARBENZ (1988) e ZACHARIAS & ZACHARIAS (1991).

O uso dos tendões humanos recebeu aprovação da Comissão de Ética Médica do Hospital de Clínicas da Unicamp, do Departamento de Medicina Legal da Unicamp e do Serviço de Medicina Legal do município de Campinas.

Os tendões foram obtidos de cadáveres com idade média de 22 anos (mínimo de 16 anos e máximo de 27 anos). As causas das mortes foram: lesão por arma de fogo (4) e politrauma (5). Foram estudados 36 tendões, sendo 18 do músculo grácil e 18 do músculo semitendinoso.

Conservação

A necessidade de se manterem as propriedades físicas e mecânicas dos corpos de prova, associada à dificuldade prática de se realizarem os ensaios, no momento da obtenção dos corpos de prova, determinou a estocagem dos tendões humanos e bovinos.

Os tendões humanos foram acondicionados em sacos plásticos, após identificação. A ficha de identificação constou do número do corpo de prova, sexo, lado, idade, causa mortis.

Os tendões foram mantidos em temperatura de -20°C. O descongelamento foi feito em temperatura ambiente (27⁰ C), com o material submerso em solução salina (S.F. 0,9%).

MÉTODO

Determinação de medidas lineares

A não uniformidade das dimensões dos corpos de prova implicou na adoção do conceito de ‘secção média’, vale a pena salientar que esta é característica de todos os tendões biológicos (humanos e animais).

Analisaram-se dois métodos para a determinação da seção média: o paquimétrico e o volumétrico.

Obtenção das garras para ancoragem dos corpos de prova

Após a realização de um conjunto de testes preliminares, adotou-se um garra composta de 2 chapas metálicas com forma sinusoidal no seu interior, associada a ranhuras longitudinais no seu longo eixo.

A fixação dos tendões às garras fez-se com a utilização de 4 parafusos, dispostos um em cada canto da placa.

Vale salientar que se determinou uma tensão uniforme para todos os parafusos por intermédio da medição do torque.

Máquina de ensaio

Os ensaios foram realizados com o auxílio de uma prensa modelo Otawa Texture Co., células de carga da Berg Cell, um amplificador extensiométrico Kyowa, computador Notebook 486 DX4-100, marca Digimac, cartão de aquisição PCMCIA. O software utilizado foi o DAQWARE.

Os testes uniaxiais de tração foram realizados com 5 velocidades diferentes (V1= 0,76mm/s; V2=1,45mm/s; V3=2,16mm/s; V4=2,78mm/s e V5=3,23mm/s).

RESULTADOS

Tabela 1

Tabela 2

DISCUSSÃO

Com os dados das Tabelas 1 e 2 elaboram-se as Figuras de 1 a 4, onde os parâmetros : tensão de ruptura, deformação relativa, energia de ruptura e módulo de elasticidade foram confrontados com as diferentes velocidades de carregamento.

Nas Figuras de 1 a 4, onde as duas tensões expressam o módulo de elasticidade e a tensão de ruptura, observa-se que, para velocidades acima de 1 mm/s, o tendão do músculo semitendinoso suporta maiores tensões.

Na Figura 2, nota-se que para velocidades de carregamento acima de 1 mm/s, o tendão do músculo grácil apresenta maiores deformações relativas.

Na Figura 4, a energia de ruptura acumulada do tendão do músculo semitendinoso é maior (69,48%) que a correspondente do tendão do músculo grácil.

O exame das figuras mostra que, para as condições do ensaio e feitas as ressalvas já assinaladas, o tendão do músculo semitendinoso é mais resistente; apresenta menores deformações relativas e acumula maior energia de ruptura

Observamos que o tendão do músculo semitendinoso foi 30,23 % menos deformável que o tendão do músculo grácil, fato que pode justificar as conclusões

apresentadas por AGLIETTI et al. (1994) quando da utilização destes tendões, em reconstruções ligamentares.

Na análise das tensões médias de ruptura, os tendões apresentaram valores situados numa faixa de 15 a 22 N/mm. O tendão do músculo semitendinoso obteve valores médios de tensão de ruptura 4,21 % maiores aos obtidos pelo tendão do músculo grácil.

Estes tendões são empregados como opções na reconstrução do ligamento cruzado anterior do joelho. Sua utilização pode ser feita de maneira isolada ou em associação destes dois tendões dobrados, de forma a prover uma maior área de secção transversal do enxerto, aumentando assim, a sua capacidade de suportar tensão.

As diferenças no comportamento mecânico devem ser levadas em consideração quando, ao realizarmos uma reconstrução ligamentar do joelho, a nossa opção de enxerto for um duplo semitendinoso associado ao grácil duplo.

No entanto, em se tratando de materiais história, tempo-dependentes, ensaios específicos deverão ser realizados, para melhor avaliação das interações ocorridas no ato cirúrgico e nas fases subseqüentes de integração do enxerto.

CONCLUSÃO

Os resultados permitiram concluir que:

- o tendão do músculo semitendinoso é mais resistente que o tendão do músculo grácil; apresenta menores deformações relativas; acumula maior energia de ruptura;

- a utilização destes tendões como enxerto único, impõe uma análise mecânica mais detalhada, pois apresentam comportamento mecânico distinto e são materiais história e tempo - dependentes (viscoelásticos).

Trabalho realizado no Departamento de Ortopedia e Traumatologia da Faculdade de Ciências Médicas da Universidade Estadual de Campinas. Extrato da Dissertação de Mestrado de Sérgio Rocha Piedade, realizada no Laboratório da FEAGRI-Unicamp, em 1998.

• AGLIETTI, P.; BUZZI, R.; ZACCHEROTTI, G.; DE BIASE, P.: Patellar tendon versus doubled semitendinosus and gracilis tendons for anterior cruciate ligament reconstruction. Am.J.SportsMed., 22:211 - 218, 1994.
• ARBENZ, G.O. Tanatologia Forense.: In: Medicina legal e antropologia forense,  Rio de Janeiro, Atheneu, 1988. P.398-399.
• CABAUD, H. E.: Biomechanics of the anterior criciate ligament. Clin. Orthop., (172):27-31, 1983.
• GARDNER, E.; GRAY, D.J.; ORAHILLY, R.: Coxa e Joelho, Rio de Janeiro, Guanabara, 1978. In: Anatomia p.206 - 221.
• MASE, G.E. Linear elasticity. In: Continuum mechanics. New York, Mcgraw-Hill, 1970. p.140 - 159.
• SMITH, B.A ; LIVESAY, G. A; WOO, S.L.Y.:  Biology and biomechanics of the anterior cruciate ligament. Clin. Sports Med., 12:637-670, 1993.
• VIDAL, B. de C. Colágeno, uma proteína especial, medicina e biologia. In: Brazilians Congress on Proteins,1, cidade, 1990. Proceedings. Cidade, 1990. p.449-473.
• WOO, S.L.Y; SMITH, B. A.; JOHNSON, G. A. Biomechanics of knee ligaments., Baltimore, Willians & Wilkins, 1994 In: FU, F.,H.; HARNER,C.D.; VINCE,K.G, Knee Surgery. p.155 - 172.
• ZACHARIAS, M.; ZACHARIAS, E.: Dicionário de medicina legal 2.ed.rev.amp. Săo Paulo, Ed. Universitária,1991. p.411.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  27 Jun 2006
• Data do Fascículo
  Mar 2001