Placas anteriores são mais efetivas do que parafusos iliossacrais na fixação da articulação sacroilíaca? Estudo Biomecânico^*

Resumo

Introdução

Usualmente, as luxações sacroilíacas são tratadas com parafusos iliossacrais ou com placas anteriores à articulação sacroilíaca (ASI). Este estudo compara a rigidez e carga máxima suportada pelos dois tipos de fixações acima citados, utilizando pelves sintéticas.

Método

Dez pelves sintéticas foram divididas em dois grupos (n = 5). No grupo denominado PlaCF, a ASI foi fixada com duas placas anteriores. No grupo ParCF, a ASI foi fixada com dois parafusos iliossacrais no corpo da primeira vertebra sacral (S1). A rigidez e carga máxima suportada por cada montagem realizada, foi mensurada. A análise estatística foi realizada através do teste U de Mann-Whitney (p < 0.05 foi considerado estatisticamente significativo para todas as análises).

Resultados

A carga máxima suportada até a falha da fixação pelos grupos PlaCF e ParCF foram respectivamente 940 ± 75 N e 902 ± 56 N, não havendo diferença estatística entre eles. A rigidez obtida pelo grupo ParCF foi maior e com diferença estatística em relação ao grupo PlaCF (68.6 ± 11.1 N/mm e 50 ± 4.0 N/mm respectivamente).

Conclusão

Apesar da menor rigidez obtida no grupo PlaCF, as placas anteriores à ASI podem ser uma ótima opção no tratamento da luxação sacroilíaca quando os parafusos iliossacrais não puderem ser utilizados. Outros estudos são necessários para detectar possíveis diferenças entre os dois procedimentos do ponto vista cirúrgico e clínico.

Palavras chave
placas ósseas; instabilidade articular; articulação sacroilíaca; fenômenos biomecânicos

Abstract

Introduction

Sacroiliac joint dislocations are caused by high energy trauma and commonly treated with the iliosacral screw fixation or the anterior plating of the sacroiliac joint (SIJ). However, there is a lack of consensus regarding which procedure is the most successful in treating sacroiliac joint dislocations. This aims to compare stiffness and maximum load of pelvises with sacroiliac joint dislocations treated with both procedures in a synthetic bone model.

Methods

Synthetic pelvises were mounted and divided into 2 treatment groups (n = 5): a model with two orthogonal plates placed anteriorly to the SIJ (PPS group) and another with two iliosacral screws fixating the SIJ (SPS group), both with pubic symphysis fixation. The maximum load supported by each sample was observed and the stiffness was calculated from the curve load vs displacement. The mean values of load to failure and stiffness for each group were compared with the Mann-Whitney U test (p < 0.05 was considered significant for all analysis).

Results

The mean load to failure supported by the PPS group was 940 ± 75 N and the SPS was 902 ± 56 N, with no statistical difference. The SPS group showed higher values of stiffness (68.6 ± 11.1 N/mm) with statistical significant difference in comparison to the PPS sample (50 ± 4.0 N/mm). The mode of failure was different in each group tested.

Conclusion

Despite lower stiffness, the anterior plating fixation of the sacroiliac joint can be very useful when the iliosacral screw fixation cannot be performed. Further studies are necessary to observe any differences between these two procedures on the clinical and surgical setting.

Keywords
bone plates; joint instability; sacroiliac joint; biomechanical phenomena

Introdução

Luxações da articulação sacroilíaca (ASI) são geralmente decorrentes de traumas de alta energia. As lesões pélvicas podem danificar as estruturas intrapélvicas e o feixe neurovascular, produzindo hemorragias graves com altas taxas de mortalidade.^1-4

Uma vez que a ASI contribui significativamente para a estabilização do anel pélvico, suas fraturas e/ou luxações são desafiadoras do ponto de vista cirúrgico. Caso não tratadas de maneira adequada, essas lesões podem provocar dor, encurtamento dos membros e danos neurológicos, bem como disfunções sexuais e urinárias após o procedimento.^2-4

Os maus resultados estão diretamente relacionados à fixação inadequada da lesão pélvica, que pode causar disfunção a longo prazo, devido à falha na osteossíntese e perda da redução da ASI. Por proporcionar boa estabilidade à articulação e ser minimamente invasiva, a fixação da ASI com parafusos iliossacrais em S1 tem sido amplamente utilizada.^5,6 No entanto, esse procedimento requer imagens intraoperatórias adequadas, nem sempre possíveis de serem realizadas. Além disso, o dismorfismo do sacro pode dificultar ou mesmo impedir a inserção de parafusos iliossacrais no corpo de S1. Nestes casos, os riscos de complicações são altos, em especial em pacientes com anomalias sacrais ou que não obtiveram uma redução anatômica da articulação.⁷

Nessas situações, a redução aberta através da janela lateral da abordagem ilioinguinal é uma opção e, assim, fixação interna da ASI com duas placas ortogonais anteriores passa a ser uma boa alternativa aos parafusos iliossacrais.^8,9

Este estudo compara o comportamento mecânico de parafusos iliossacrais e duas placas anteriores. Neste trabalho realizou-se uma avaliação biomecânica, in vitro, dessas duas formas de fixação da ASI. Comparou-se a carga máxima suportada por cada uma destas duas montagens, assim como a rigidez e o mecanismo de falha de cada uma delas.

Material e Método

Neste estudo foram utilizadas pelves sintéticas da marca numero 4060(Synbone AG, Zizers, Suíça) com a sínfise pubiana aberta.

Foi reproduzida a lesão tipo C de Tile. Dez pelves sintéticas foram divididas em dois grupos (n = 5). Dois diferentes modelos fixando a ASI foram testados: dois parafusos iliossacrais (ParCF) e duas placas ortogonais colocadas no aspecto anterior da ASI (PlaCF). Em ambos os grupos, a sínfise pubiana foi fixada (Figuras 1 e 2). Todos os testes foram realizados na ASI direita. Este estudo biomecânico não envolveu seres humanos e foi liberado de avaliação pelo comitê de ética da Universidade.

Figs. 1 e 2
Modelos sintéticos testados. Modelo com dois parafusos iliossacrais e sínfise pubiana fixada (ParCF) e modelo com duas placas anteriores à articulação sacroilíaca e sínfise pubiana fixada (PlaCF) respectivamente.

Preparação dos Corpos de Prova

Modelo PlaCF (n = 5): Duas placas anteriores, na articulação sacroilíaca direita. As placas DCP 3,5 mm (Depuy-Synthes Companies, Raynham, MA, USA) de 3 furos foram fixadas anteriormente à articulação sacroilíaca com 2 parafusos fixos ao ilíaco e um parafuso no sacro, evitando os foramens sacrais.¹⁰

Modelo ParCF (n = 5): Dois parafusos canulados, 7.0 mm X 75 mm (Depuy-Synthes Companies), fixando o ilíaco ao corpo de S1, respeitando o corredor de segurança da articulação sacroilíaca. O ponto de entrada do parafuso no ilíaco seguiu um trajeto perpendicular à articulação sacroilíaca ancorando-se no corpo de S1 sem violar anterior, posterior ou superiormente o corpo vertebral assim como o forâmen sacral, conforme descrito por Rout et al.¹¹ Para confirmar a colocação dos parafusos no corredor de segurança e evitar discrepâncias na fixação das pelves sem imagem radiológica de controle, perfurou-se com o fio guia os limites do corpo vertebral de S1, para que todos saíssem no mesmo local. Após confirmação da posição adequada do fio guia, este foi recuado, a ponto de não ultrapassar os limites acima citados, e então foi feita a perfuração e fixação com o parafuso canulado.

A sínfise pubiana foi fixada com uma placa DCP 3,5mm de quatro furos, com dois parafusos corticais de cada lado da sínfise (Depuy-Synthes, J&J company, USA).

Os orifícios para a introdução dos dispositivos de osteossíntese foram marcados previamente com caneta de tinta indelével para que não houvesse discrepância entre os modelos testados e todas as placas, parafusos corticais e parafusos canulados utilizados tinham as mesmas dimensões. Todos os parafusos foram introduzidos com o auxílio de um torquímetro, ajustado para um torque máximo de 1 Nm.

As pelves artificiais utilizadas possuíam, bilateralmente, um parafuso comum ligando o ilíaco ao sacro. Esse parafuso foi removido no lado direito de todos os modelos testados.

Testes Biomecânicos e Análise Estatística

Os ensaios foram realizados em uma máquina universal de ensaios EMIC DL3000 (Instron Brasil Equipamentos Científicos LTDA, São Jose dos Pinhais, PR, Brasil) acoplada a um computador, com o uso de uma célula de carga de 5.000 N. As pelves sintéticas foram montadas com a hemipelve direita apoiada em uma prótese bipolar com cabeça de 42 mm, fixada excentricamente ao cabeçote fixo (inferior) da máquina por meio de uma garra, de forma a simular a posição da marcha em que a carga sobre a cabeça do fêmur é máxima¹² (Figura 3).

Fig. 3
Modelo pélvico sem nenhuma fixação mostrando como a pelve foi posicionada na máquina de teste.

As pelves foram acopladas à célula de carga por meio de um dispositivo especialmente construído para manter o sacro na posição de uma pessoa ereta. Esse dispositivo consistia de uma peça de poliamida 12 confeccionada por impressão 3D, a qual, em sua parte inferior, reproduzia a geometria da região proximal do sacro e ali se encaixava, enquanto que sua parte superior encaixava-se em um acoplamento de aço conectado à célula de carga. Esta, por sua vez, era fixada ao cabeçote móvel (superior) da máquina de ensaio.

O ilíaco da hemipelve direita ainda foi conectado ao cabeçote inferior da máquina por meio de dois cabos de aço de 1,6 mm de diâmetro substituindo a musculatura glútea para estabilização da pelve. Os cabos foram fixados ao ilíaco com o auxilio de uma placa. Um dos cabos foi fixado à altura da crista ilíaca, e o outro sobre a linha glútea anterior, nas proximidades do tubérculo da crista ilíaca (Figura 4).

Fig. 4
O ilíaco da hemipelve direita ainda foi conectado ao cabeçote inferior da máquina por meio de dois cabos de aço de 1,6 mm de diâmetro substituindo a musculatura glútea para estabilização da pelve. Os cabos foram fixados ao ilíaco com o auxilio de uma placa. Um dos cabos foi fixado à altura da crista ilíaca, e o outro sobre a linha glútea anterior, nas proximidades do tubérculo da crista ilíaca. (fonte: arquivo pessoal).

Foi aplicada carga vertical de compressão ao modelo a uma velocidade de deformação de 5,0 mm/min. A força medida pela célula de carga e o deslocamento vertical do cabeçote superior medido por um sensor interno da máquina foram registrados pelo software Tesc® 3.04 (Instron Brasil Equipamentos Científicos LTDA), que gerava em tempo real um gráfico de força versus deslocamento e salvava os dados para posterior análise. O ensaio era interrompido automaticamente quando houvesse rompimento abrupto de algum componente do modelo ou manualmente quando o deslocamento vertical atingia aproximadamente 25 mm.

De cada ensaio registrou-se a força máxima atingida e verificou-se visualmente o mecanismo de falha. A rigidez de cada montagem foi obtida a partir das curvas geradas pelo software da máquina, isolando-se a sua região linear e calculando-se a sua inclinação.

Foi utilizado o software Openstat para análise estatística. Os médias dos resultados de força máxima e rigidez obtidas por cada grupo foram comparadas com o uso do teste U de Mann- Whitney. Foi utilizado este modelo de análise estatística não paramétrica em virtude do tamanho da amostragem ser pequeno e de terem sido analisadas variáveis qualitativas. p < 0,05 foi considerado significante para todas as análises.

Resultados

Foram testadas a força máxima suportada por cada montagem, assim como a capacidade de deformação (rigidez) de cada sistema.

Em relação a força máxima necessária para rompimento de cada montagem, o resultado final teve a seguinte média para os diferentes grupos testados:

PlaCF: 939,766 N com desvio padrão de 74,31

ParCF: 901,482 N com desvio padrão de 55,97

Em relação a rigidez de cada sistema, os diferentes grupos obtiveram as seguintes médias:

PlaCF: 49,924 N/mm com desvio padrão de 3,94

ParCF: 68,585 N/mm com desvio padrão de 11,06

Quando levada em consideração a força máxima exercida entre os grupos PlaCF e ParCF, não houve diferença estatística. Diferentemente, quando foi analisada a capacidade de deformação (rigidez) destes dois diferentes grupos, houve diferença estatística, com maior rigidez do grupo ParCF

As figuras 5 e 6 mostram respectivamente os resultados dos valores médios de carga máxima suportada e rigidez de cada modelo testado. A tabela 1 apresenta os valores médios e desvio padrão da carga máxima suportada e rigidez dos modelos testados, com a respectiva análise estatística. O teste U de Mann-Whitney não apontou diferença estatística em relação a carga máxima suportada pelos grupos PlaCF e ParCF (U = 17, z = 0,1481, p > 0,05, bicaudal). Entretanto, houve diferença estatística em relação a rigidez dos grupos testados (U = 0, z = 0,0033, p < 0,05, bicaudal) .

Fig. 5
Gráfico box-plot mostrando os valores médios de carga máxima suportada (N). Não existiu diferença estatística entre os grupos ParCF (dois parafusos iliossacrais em S1 fixando a articulação sacroilíaca com a sínfise pubiana fixada) e PlaCF (duas placas ortogonais fixadas anteriormente à articulação sacroilíaca com a sínfise pubiana fixada).

Fig. 6
Gráfico box-plot mostrando os resultados para rigidez de cada grupo testado (N/mm). O teste U de Mann-Whitney apontou significativa diferença estatística entre ParCF (dois parafusos iliossacrais em S1 fixando a articulação sacroilíaca com a sínfise pubiana fixada) e PlaCF(duas placas ortogonais fixadas anteriormente à articulação sacroilíaca com a sínfise pubiana fixada).

Tabela 1
Valores médios de carga máxima suportada por cada grupo de teste e sua respectiva rigidez ( ± desvio padrão) com o resultado da análise estatística comparativa entre eles

Parãmetro	Modelo	Valor médio	Desvio padrão	p
Carga média suportada (N)	PlaCF	940	75	>0.05
	ParCF	902	56
Rigidez (N/mm)	PlaCF	50	4	<0.05
	ParCF	69	11

Em relação ao mecanismo de falha, o comportamento foi diferente nos modelos avaliados. No grupo PlaCF houve arrancamento dos parafusos da placa (no ilíaco) na articulação sacroilíaca testada. No grupo ParCF, a falha ocorreu na articulação sacroilíaca contralateral. Os mecanismos de falha são mostrados na Figura 7.

Fig. 7
Mecanismo de falha dos modelos testados (seta preta). No grupo ParCF (à esquerda) o mecanismo de falha ocorreu na articulação sacroilíaca contralateral. No grupo PlaCF (à direita) houve arrancamento dos parafusos da placa (no ilíaco) na articulação sacroilíaca testada. (fonte: arquivo pessoal).

Discussão

As luxações sacroilíacas são lesões graves. Seu prognóstico está diretamente relacionado com a obtenção de uma redução anatômica articular e com a estabilidade obtida no ato cirúrgico.^13,14 A utilização de parafusos iliossacrais tem se mostrado um excelente método de tratamento na luxação sacroilíaca. É uma técnica minimamente invasiva, com menor perda sanguínea e com menor risco de infecção. É necessário, entretanto, curva longa de aprendizado.¹⁵ Além disso, pode haver dificuldade na obtenção de imagens radiológicas adequadas intraoperatoriamente em virtude da presença de contraste intra-abdominal, gases intestinais ou obesidade mórbida.¹⁶ Variação anatômicas do sacro, tal como dismorfismo,⁷ pode tornar este procedimento extremamente difícil de ser realizado, aumentando assim o risco de complicações. Nas situações citadas acima, uma alternativa para o tratamento da luxação sacroilíaca seria a fixação com duas placas anteriores à articulação. Existem relatos na literatura em relação a lesões iatrogênicas durante abordagem anterior à articulação sacroilíaca.¹⁷ Salama et al.¹⁸ demonstraram excelentes resultados com taxas de complicações aceitáveis, utilizando esta técnica.

No presente estudo, a resistência máxima à carga foi similar nos dois grupos experimentais, porém, a rigidez foi significativamente diferente entre os dois grupos. Zhang⁹ comparou as duas técnicas e demonstrou não haver diferença na qualidade da redução obtida e no resultado funcional dos pacientes. Embora o grupo com parafusos iliossacrais tenha tido menor sangramento operatório e menor tempo cirúrgico, ele foi mais dependente de imagens radiológicas intraoperatórias e levou a um maior número de complicações neurológicas. Elzohairy e Salama¹⁹ dividiram o tratamento das lesões instáveis da pelve em dois grupos: redução aberta e fixação interna da articulação sacroilíaca e redução fechada com fixação percutânea da articulação sacroilíaca com parafuso iliossacral. Não houve diferença nos resultados funcionais obtidos. Esse autor concluiu que a escolha da técnica a ser utilizada deve ser multifatorial, levando em consideração o tempo decorrido da lesão, condições gerais do paciente, condições de pele, experiência do cirurgião e presença de dismorfismo sacral. Diferentemente dos estudos supracitados, este estudo constituiu-se em um teste biomecânico in vitro, no qual mediu-se a carga suportada e rigidez das montagens. A redução foi sempre perfeitamente anatômica em função da visão direta da redução e da preservação da anatomia da amostra, o que sugere que a diferença entre a rigidez dos dois modelos poderia ser ainda maior na prática. A comparação de nossos resultados com os dos estudos de Zhang⁹ e Elzohary e Salama¹⁹ sugere que a rigidez, pelo menos dentro da faixa de valores encontrados neste trabalho, pode ter pouca importância para o resultado funcional dos pacientes.

Além desses dois trabalhos citados acima, foram encontradas na literatura outras comparações diretas entre esses dois tipos de fixação. A falta de estudos que comparem em um mesmo modelo a resistência e a rigidez da fixação da luxação sacroilíaca com placas anteriores e parafusos iliossacrais apoia a apresentação do presente trabalho. Optou-se neste estudo por utilizar dois parafusos iliossacrais em S1, uma vez que estudos prévios^20,21 demostraram que o tratamento da luxação sacroilíaca com dois parafusos é superior ao tratamento com um parafuso, independente do local (S1 ou S2) de fixação. No outro grupo, optou-se por placas com três orifícios, pois segundo Chen,⁸ este tipo de placa oferece fixação mais resistente do que a placa com dois orifícios, principalmente se são colocadas em angulo de 60º entre elas. Especial cuidado foi tomado na montagem dos modelos, pois Bai et al.²² demonstraram a importância da colocação correta das placas visando maximizar a estabilidade da fixação. As técnicas de fixação de ambos os estudos acima foram similares às aqui utilizadas. Ainda segundo Bai, ao fixar a articulação sacroilíaca com duas placas anteriores, uma das placas deve ser colocada no terço superior e a outra no terço médio da articulação. A margem de segurança para evitar lesão principalmente à raiz de L5 deve ser no máximo de 2.5 cm e 1.5 cm medialmente à articulação nos terços superior e médio da articulação sacroilíaca, respectivamente. Não devem ser colocadas placas no terço articular inferior. Levando em consideração essa pequena margem de segurança para fixação com placas, foi usada neste estudo dupla placa DC 3.5 mm em detrimento a placas mais largas (4.5 mm).

Sagi et al,²³ em estudo biomecânico, utilizaram três tipos de fixação da articulação sacroilíaca em lesões verticalmente instáveis (com sínfise aberta): um parafuso em S1, dois parafusos em S1 e um parafuso em S1 e outro em S2. Ambas foram testadas com e sem fixação da sínfise pubiana. Os resultados demonstraram que a fixação da sínfise pubiana aumentou de forma considerável a estabilidade das montagens, diminuindo significativamente desvios no plano axial, anteroposterior e lateral. No presente estudo, de acordo com a literatura,^23,24 a sínfise pubiana foi fixada nos modelos testados.

A utilização da fixação lombopélvica no tratamento das luxações sacroilíacas também é citada na literatura. Sobhan et al²⁵ apresentaram bons resultados com este método de tratamento, possibilitando carga precoce nos pacientes operados. Em nossa opinião sua melhor indicação seria em lesões pélvicas envelhecidas ou em dissociações espinopélvicas. Complicações de pele e dificuldade de colocação do paciente politraumatizados em decúbito ventral, dificultam a utilização desta técnica em casos agudos.

Nossos resultados demonstraram não haver diferença estatística em relação à carga máxima suportada pelos dois grupos testados, no tratamento da luxação sacroilíaca. Em relação à rigidez, o grupo que utilizou dois parafusos iliossacrais mostrou-se superior. Vale salientar que os mecanismos de falha foram diferentes em cada grupo testado.

Tais resultados apresentados devem estimular novos estudos com o objetivo de avaliar se a maior rigidez obtida com os parafusos iliossacrais pode ter alguma repercussão clínica em relação a carga mais precoce e a redução da dor no pós-operatório imediato. O fato de não haver diferença significativa entre as cargas máximas suportadas por ambas as fixações sugere que a fixação com duas placas anteriores à articulação sacroilíaca é uma opção aceitável no tratamento das luxações sacroilíacas, na impossibilidade de utilizar parafusos iliossacrais.

Um fator limitante do estudo é o fato de terem sido usadas placas de 3.5 mm convencionais. Estudos com placas mais largas ou bloqueadas devem ser estimulados. Outra limitação deste estudo é o fato de terem sido utilizados modelos sintéticos. Estes têm características diferentes dos modelos cadavéricos em virtude da ausência de estruturas musculo ligamentares. Para que este fator de confundimento fosse reduzido ao máximo, foi usado um modelo de ensaio que pudesse reproduzir o apoio do membro durante a marcha associado a um sistema de cabos de aço para mimetizar em parte a ação das estruturas musculo ligamentares e assim impedir a rotação da hemipelve contralateral durante os testes. Por outro lado, embora as pelves sintéticas utilizadas não reproduzissem as propriedades mecânicas do osso humano, o objetivo do trabalho foi comparar os valores relativos obtidos para diferentes fixações da luxação sacroilíaca. A intenção era descobrir se uma fixação era mais rígida ou resistente que a outra, independentemente dos valores absolutos de rigidez e resistência. Assim, o uso de pelves sintéticas pode ter como vantagem em relação às pelves cadavéricas a diminuição da dispersão dos valores obtidos durante os ensaios. Como os modelos sintéticos foram do mesmo lote, houve uma capacidade maior de controle dos testes. Os modelos cadavéricos nem sempre apresentam a mesma característica, pois além da variação anatômica entre eles, muitas vezes não se sabe a idade, sexo, existência de doenças prévias e grau de desmineralização.²⁶

Conclusão

Não há diferença em termos de carga máxima suportada, entre duas placas anteriores e dois parafusos iliossacrais na fixação da luxação da articulação sacroilíaca. No entanto, dois parafusos iliossacrais se mostraram uma fixação mais rígida quanto comparada com duas placas anteriores. É importante citar que os mecanismos de falha foram diferentes nos diferentes grupos testados.

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  Work developed at the Laboratory of Biomaterials in Orthopedics, School of Medical Sciences, Universidade de Campinas, Campinas, SP, Brazil.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  30 Set 2020
• Data do Fascículo
  Jul-Aug 2020

Histórico

• Recebido
  22 Fev 2019
• Aceito
  18 Jul 2019