Desenvolvimento de um novo implante para osteotomia alta da tíbia: comparação "in vitro" com o método de Brunner & Weber de fixação

Resumos

Os autores desenvolveram um novo implante para osteotomia proximal de tíbia como alternativa para tratamento da osteoartrose do joelho com deformidade em varo . O objetivo do trabalho foi desenvolver uma placa para fixação simples, de fácil manejo, e menor custo, propiciando baixa morbidade em relação aos métodos existentes, e compará-la com o método idealizado por BRUNNER e WEBER (1982)² que utilizaram a placa semitubular. Os testes mecânicos foram realizados em máquina universal de ensaios do Laboratório de Bioengenharia da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Campus Universitário, Universidade de São Paulo. Nos parâmetros analisados como limite de proporcionalidade, módulo de elasticidade observaram-se valores diferentes entre as duas placas mostrando que o novo implante apresentou resistência e estabilidade superior à placa semitubular quando submetidos a testes de flexão.

Joelho; osteotomia proximal de tíbia; fixação

The author compares this new plate with other type of fixation described by Weber that employed a semitubular plate based on tension band principle. The mecanical tests were perfomed in a universal test machine of the "Laboratório de Bioengenharia da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Campus Universitário, Universidade de São Paulo". A three-point-flexion test established was employed dislocation.The weak point in the semitubular plate model ocurred mainly where it was bent at is external hole, displaying hole enlargement at loads of less than 30 N.m. The author choosed the 3-points flexion test, which provides a qualitative indication of the material resistivity. The conclusion was that the new implant showed stability and resistance superior to the semitubular plate when submitted to flexion tests.

Knee; high tibial osteotomy; fixation

ARTIGO ORIGINAL

Desenvolvimento de um novo implante para osteotomia alta da tíbia: comparação "in vitro" com o método de Brunner & Weber de fixação^*

Constantino Jorge Calapodopulos^I; Cleber Antonio Jansen Paccola^II

^IProfessor Adjunto, FMTM – Faculdade de Medicina do Triângulo Mineiro, Uberaba – MG

^IIProfessor Titular do Deptº de Cirurgia, Ortopedia e Traumatologia, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto-USP

RESUMO

Os autores desenvolveram um novo implante para osteotomia proximal de tíbia como alternativa para tratamento da osteoartrose do joelho com deformidade em varo . O objetivo do trabalho foi desenvolver uma placa para fixação simples, de fácil manejo, e menor custo, propiciando baixa morbidade em relação aos métodos existentes, e compará-la com o método idealizado por BRUNNER e WEBER (1982)² que utilizaram a placa semitubular.

Os testes mecânicos foram realizados em máquina universal de ensaios do Laboratório de Bioengenharia da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Campus Universitário, Universidade de São Paulo.

Nos parâmetros analisados como limite de proporcionalidade, módulo de elasticidade observaram-se valores diferentes entre as duas placas mostrando que o novo implante apresentou resistência e estabilidade superior à placa semitubular quando submetidos a testes de flexão.

Descritores - Joelho; osteotomia proximal de tíbia; fixação

INTRODUÇÃO

A descrição de osteotomia proximal da tíbia (OPT) para tratamento da artrose monocompartimental do joelho foi citada nos trabalhos de Merle D'aubigne,por volta de 1948.

A região da osteotomia, inicialmente infratuberositaria, foi modificada em virtude dos problemas de consolidação óssea, o que levou à popularização da osteotomia em cunha, proximal à tuberosidade da tíbia, descrita por GARIEPY⁵, em 1964, e amplamente difundida e utilizada por COVENTRY³, em 1965, devido à sua simplicidade, tornando-se sinônimo de tratamento da osteoartrose.

Os primeiros resultados da OPT para corrigir deformidades em joelhos com artrose, demonstravam que a dor diminuía nos casos operados, e foram publicados por JACKSON e WAUGH (1961)⁸.

Muitos autores estudaram o valor clínico da cirurgia, e analisaram seus resultados, relacionando-os com idade, sexo, grau de deformidade e estado psicológico do paciente , complicações surgiram a partir dos trabalhos de JACKSON e WAUGH (1961)⁸, alternativas de técnicas cirúrgicas, como a descrita em "bola e taça "(ball and socket), osteotomia mais proximal possível e abaixo da tuberosidade tibial.

BRUNNER e WEBER (1982)² idealizou, um sistema de fixação no qual utilizava uma placa semitubular tipo AO associada a um parafuso tirante. Este método tornou-se conhecido e largamente utilizado , os casos operados não necessitavam de suporte externo, e permitiam movimentação e carga precoce.

Utilizando osteotomia supra tuberositária em cúpula , fixação temporária com dois pinos de Steinmann para melhor alinhamento intraoperatório, e posteriormente a fixação definitiva com grampos de Coventry , SUNDARAM et.al¹³. em 1986 relataram bons resultados funcionais.

Em nosso meio encontramos o trabalho de PACCOLA et al,(1990)¹⁰, que utilizou a fixação interna na osteotomia alta da tíbia com a placa semitubular , método de BRUNNER & WEBER (1982)². Uma série de complicações foram analisadas , e provavelmente inspirados nesses problemas começamos a pesquisar uma alternativa , e desenvolver o nosso material de implante, usando o método da banda de tensão idealizado por BRUNNER & WEBER(1982)².

O estudo comparativo entre a fixação com grampos e placa de escora tipo AO, evidenciou um grupo pequeno de complicações nos casos operados e observados por HEE et al. (1996)⁶.

Propostas recentes de tratamento foram idealizadas por AKIZUKI et al. (1997)¹. associando abrasão articular por artroscopia e osteotomia proximal da tíbia do joelho com osteoartrose monocompartimental, e fixação com implantes convencionais.

MATERIAL E MÉTODOS

Após vários protótipos desenvolvidos, deram lugar ao novo implante, confeccionado pela Quinelato®, que lembra o formato trapezoidal, tendo o seu ápice dirigido para região distal quando posicionada na osteotomia. Apresenta 25mm de largura, e altura de 28mm, sendo que na sua porção superior apresenta dois furos circulares eqüidistantes, e um outro furo ovalado na região inferior de seu vértice, de maneira a permitir o posicionamento oblíquo do parafuso cortical de 4,5mm. Os orifícios superiores fixariam o fragmento proximal da tíbia osteotomizado e o furo ovalado inferior, a parte distal da tíbia.

Todo este processo de fixação tipo banda de tensão foi realizado no Laboratório de Bioengenharia da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto.

O modelo para ensaio escolhido foi de madeira , consistência intermediária do gênero Angelim (Platycyamus regnelli). A introdução da placa semitubular no modelo de prova foi feita por meio de um orifício transfixante, e seu diâmetro era de mais ou menos 10 mm, permitindo a introdução da placa semitubular . Os modelos foram torneados para adquirirem a forma de um cilindro de dimensões de 50mm de diâmetro e 150mm de comprimento. Os parafusos de cortical foram introduzidos pelo orifício da placa realizado com uma broca de 3,2 mm e perfurador elétrico seguido de macheamento com instrumental para parafusos AO de 4,5 mm cortical. O aspecto dos dois modelos montados, ao exame, mostrou uma resistência bastante significativa, tanto na flexão como na rotação, evidenciando já diferenças entre ambos sistemas de fixação. Os testes mecânicos de flexão foram realizados na máquina universal do Laboratório de Bioengenharia utilizando-se uma carga final de 200 N.

A placa semitubular e o novo material de implante

As placas, semitubular e o novo implante, utilizados para fixação nas osteotomias e nos ensaios mecânicos, foram confeccionados pela Schoubell Industrial Ltda Quinelato® de Rio Claro ,São Paulo. Os parafusos para cortical, também em tamanho especial, superiores a 70mm de comprimento e 4,5mm de diâmetro, foram produzidos pela mesma empresa. O material utilizado na confecção foi o aço inoxidável 316-L. A placa semitubular foi confeccionada de maneira idêntica à placa AO de 4 orifícios, enquanto que a nova placa obedeceu especificações próprias.

O "novo implante" desenvolvido apresentava o formato que lembra um modelo trapezoidal, com 25 mm de largura, e altura de 28mm, e apresentando dois orifícios redondos de 5 mm e estando um do outro a 10mm contar dos seus centros. Um terceiro orifício inferior, ovalado, permitia a colocação de parafusos de 4,5mm em um ângulo variável de até 60° de inclinação em relação ao maior eixo da placa, e 20° a 25°no sentido transverso da placa (Figura 1).

Preparação dos modelos para ensaio.

A placa semitubular convencional foi introduzida no cilindro de teste por meio de um orifício realizado com uma broca de 10mm que reproduziu o diâmetro interno da placa semitubular, facilitando sua implantação com um impactor de madeira, evitando-se com isto alterar sua a estrutura tubular, deixando-se externamente o equivalente a um furo (mais ou menos 15mm), que posteriormente foi dobrado distalmente em um ângulo de aproximadamente 45° com o eixo do modelo

Montagem e fixação dos dois implantes nos modelos de madeira

O tipo de fixação testado neste trabalho baseou-se no principio da "tirante de tensão" de acordo com o esquema das colunas de PAUWELS (1980)¹² e desenvolvido por BRUNNER e WEBER (1982)² utilizando particularmente a placa semitubular angulada, para fixação da osteotomia da tíbia .

Foram confeccionados 18 modelos para testes .Para cada tipo de implante ( 9 placas semitubulares e 9 placas novas ). Os modelos foram feitos de madeira maciça. Elaboramos também modelos de madeira tubular ou vazada. Os grupos experimentais ficaram assim constituídos:

Placa semitubular ( 9 espécimes) maciça ( 3 espécimes ) vazada (6 espécimes) Placa nova ( 9 espécimes) maciça ( 3 espécimes) vazada (6 espécimes)

Ensaios mecânicos

Os ensaios mecânicos foram realizados em máquina universal de ensaios do Laboratório de Bioengenharia da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Campus Universitário, Universidade de São Paulo. A esta máquina foi acoplada uma célula de carga (KRATOS) de 200 N, interligada ao sistema de uma ponte de extensometria, e com uma velocidade constante de 1,2mm/min. As deformações foram registradas por um relógio comparador Mitotoyo com precisão de 0,01 mm.

O ensaio de flexão

Os mesmos tipos de suporte foram empregados em todos ensaios de flexão. Foi utilizada uma pré carga de 52 N . As leituras da força foram tomadas a cada 0,005m de deformação do corpo de prova e realizados 9 ensaios com cada placa.

Para efeito de análise adotamos o modelo "viga bi-apoiada" (TIMOSHENKO E GOODIER,1970)¹⁴ que é semelhante ao método de avaliação usado nos ensaios, que representa a teoria da resistência dos materiais.

Análise dos dados obtidos

Os ensaios de flexão a três pontos permitiram confeccionar gráficos de momento fletor versus deslocamento. As curvas força x deformação apresentaram uma fase inicial retilínea de deslocamento, fase intermediária de acomodação, e a fase seguinte de variação progressiva de deslocamento de comportamento bem evidente.

Os parâmetros utilizados para avaliação comparativa dos dados foram os valores obtidos dos ensaios de ambas placas, e elaborados gráficos de valores lidos na fonte de extensiometria a cada 0,005 metros de deformação e organizados em planilhas.

Foi utilizado o auxílio de um microcomputador com o programa Excel (versão 7.0 , Microsoft 1977) para planilhas e gráficos .

RESULTADOS

Considerações gerais

Na montagem em que se utilizou placa semitubular, observamos que o local da falha da fixação foi onde a placa na sua porção externa, fora dobrada para o a colocação do parafuso do tirante, observando-se deformação neste nível , com carga inferior a 30 Nxm , que provocou aumento da largura do orifício onde estava o parafuso e o rompimento do material abaixo desta perfuração.

Na montagem com o "novo implante" ocorreu também alargamento do orifício de entrada do parafuso do tirante , mostrando que em ambos os modelos, este era o ponto de maior solicitação da síntese. No caso da nova placa, o modelo permaneceu estável até o final do ensaio, ocorrendo deformação plástica somente após carga de aproximadamente 120 N x m.

As análises das inclinações das curvas e do momento máximo em dois segmentos , superior e inferior, e em um ponto determinado por onde passam todas as curvas obtidas dos ensaios, mostraram diferenças significativas, representadas nos gráficos e suas respectivas planilha

Curvas momento fletor x deformação

Os valores do momento fletor e deformação obtidos durante os ensaios ,estão agrupados no gráfico comparativo dos dois ensaios (fig 2).

Os ensaios de flexão realizados nos corpos de prova de madeira

Foram analisados individualmente os dois sistemas, submetidos a força de flexão.

No primeiro sistema, em que foi utilizada a placa semitubular observaram-se dois pontos críticos; um ao nível do orifício por onde passou o parafuso, na dobra da placa, e outro na madeira abaixo da placa. No segundo sistema do novo implante, observou-se um ponto crítico no orifício de entrada do parafuso do tirante.

Nos resultados obtidos nos testes de flexão observou-se que o momento máximo suportado pelo "novo implante" foi significativamente maior do que os do grupo de testes utilizando a placa semitubular.

Na Tabela 1, 2, 3 ,as análises da regressão linear , das forças (Momento máximo) na deformação de 150.10^-5 metros, e o módulo de rigidez (EJ)respectivamente.

DISCUSSÃO

A osteoartrose do joelho predominantemente no compartimento medial do joelho, que apresenta deformidade em varo, é uma patologia relativamente freqüente em pacientes entre 5ª e 6ª décadas de idade. O paciente ideal para ser tratado pelo procedimento de realinhamento, através da OTP é aquele que se enquadra clinicamente como artrose do tipo leve e moderada (COVENTRY,1965)³.

A osteotomia é a técnica cirúrgica de escolha em qualquer idade e principalmente nos pacientes com idade inferior a 65 anos de idade, com degeneração do compartimento medial e perda da cartilagem articular, com pequeno colapso ósseo COVENTRY (1965)³.

COVENTRY e BOWMAN (1982)⁴ determinaram precisamente a indicação e técnicas na OPT, propiciando os melhores resultados em pacientes com idade inferior a 70 anos, com deformidades em varo dos joelhos menores, e predomínio da doença unicompartimental.

Estudos recentes têm mostrado a importância em desenvolver-se sistemas de síntese mais rígidos para fixação do osso na osteotomia alta da tíbia. Também está clara a íntima relação entre eixo mecânico final e a função do joelho, destacando o conceito da correção levemente excessiva , melhor do que a subcorreção para obter-se bons resultados (HSU, 1989)⁷. A isto apoia o fato que o tipo de montagem feito com o "novo implante" possibilita uma maior estabilidade pós-operatória, permitindo marcha precoce e mantendo o ângulo ideal de correção da deformidade.

MINIACI et al. (1989)⁹ desenvolveram também um sistema de fixação, uma modificação do método de Weber, utilizando uma placa semitubular tipo AO de 5 furos, ficando três furos externamente ao osso , e dobrada de tal forma a permitir a colocação de dois parafusos, dando ao sistema perfeita estabilidade, propiciando menor morbidade nos casos operados.

Isto foi avaliado no trabalho de PACCOLA et al. (1990)¹⁰, que estudaram o comportamento da placa semitubular como elemento de fixação nas osteotomias de tíbia. Esses autores observaram que a complicação freqüente com uso da placa semitubular era na camada proximal de osso entre a osteotomia e a entrada da placa na epífise; quando esta poderia se romper, provocando progressivamente perda do alinhamento inicial da correção cirúrgica. Outra observação importante levada em consideração refere-se a incorporação de osso nos furos da placa semitubular, dificultando sua remoção tardia.

A placa desenvolvida permite observar alguns dos princípios básicos em osteosíntese , como o de fornecer estabilidade mecânica, não comprometendo a biologia do osso, estabilidade suficiente para liberar mobilidade precoce , resistindo a forças deformantes, propiciando precoce atividade funcional do joelho (PACCOLA,1997)¹¹. Nos ensaios mecânicos, a fratura da madeira na região abaixo da placa semitubular onde ela é dobrada, foi relatado por PACCOLA et. al.¹⁰, o osso se rompe perdendo a correção, o que não ocorreu com a montagem do novo implante. Na prática, isto pode representar a perda da correção do angulo de valgismo. Ressaltamos, também, a importância da colocação do parafuso do tirante nas duas paredes da madeira. Isso poderia representar o ponto de fraqueza do sistema, quando comparamos com o parafuso pegando apenas uma parede (PACCOLA et al., 1990)¹⁰.

Esse fato foi observado nos ensaios realizados, evidenciado que nos modelos de madeira compactos, a resistência sempre foi maior, pois o parafuso do tirante obtinha maior área de contato (ensaios 1,2 e 3), já a fixação com o modelo vazado (ensaio 6) evidenciou a falta de boa fixação na parede distal do cilindro (Tabela 4).

Os resultados obtidos não coincidem com trabalho de HEE (1996)⁶, ele comparou a fixação entre grampos e placa de escora AO, onde os dois tipos são mecanicamente diferentes quanto a estabilidade. Os resultados foram analisados do teste "t" de Student entre os dois grupos de comparação, placa semitubular e placa nova, sendo p < 0,05 considerado valor estatisticamente significante. No primeiro grupo analisamos o memento máximo entre dois pontos de deformação 50.10-⁵ e 250.10-⁵ metros (Tabela 1). Os valores encontrados foram, grupo com modelo compacto p = 0,012, e com modelo vazado p = 0,026. Na outra análise determinamos um ponto referencial de deformação linear, que foi definido em 150. 10⁵m, e avaliamos neste ponto as Forças (Tabela 2). Obtivemos os valores com modelos compacto p = 0,05 e para modelos vazados p = 0,0001. Finalmente, analisamos o Módulo equivalente de rigidez de cada ensaio e obtivemos o valor de p = 0,001. Podemos observar que em todos os três tipos de análise (Tabelas1,2 e 3), as diferenças entre os dois grupos comparados foram estatisticamente diferentes, bem significativos p < 0,05.

CONCLUSÕES

Considerando-se a técnica idealizada por Brunner & Weber e utilizando como modelo de teste cilindros de madeira maciça e vazada, montados com os dois tipos de placa, a semitubular e o novo implante, concluímos que:

1. A montagem com a placa semitubular evidenciou uma estabilidade inferior à montagem com o novo implante, baseado no comportamento mecânico de ambas, que são bem diferentes quando submetidas a esforços de flexão.

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Tese de doutorado (resumo) apres, à Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto – USP - SP, para obtenção do título de doutor em Ortopedia e Traumatologia.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  28 Jun 2006
• Data do Fascículo
  Dez 2000