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Acta Ortopédica Brasileira

Print version ISSN 1413-7852On-line version ISSN 1809-4406

Acta ortop. bras. vol.9 no.2 São Paulo Apr./June 2001

https://doi.org/10.1590/S1413-78522001000200004 

ARTIGO ORIGINAL

 

Estudo da rigidez do ligamento cruzado anterior do joelho e dos enxertos para sua reconstrução com o ligamento patelar e com os tendões dos músculos semitendíneo e grácil

 

 

Carlos Górios; Arnaldo José Hernandez; Marco Martins Amatuzzi; Tomaz Puga Leivas; César Augusto Martins Pereira; Raul Bölliger Neto; Edgard dos Santos Pereira

 

 


RESUMO

Com o objetivo de avaliar a rigidez do ligamento cruzado anterior e dos enxertos preparados para sua reconstrução a partir da porção central do ligamento patelar e dos tendões dos músculos semitendíneo e grácil duplos, oriundos dos mesmos joelhos, o autor utiliza 20 joelhos de cadáveres humanos, frescos, todos masculinos, com idade média de 32,2 ± 8,9 anos, variando de 17 a 47 anos. As estruturas analisadas foram submetidas a três ensaios mecânicos de tração, com intervalos de 10 minutos para recuperação, em máquina Kratos K-5002 (eletromecânica), com velocidade de 20 mm/min até atingir 147,15 N (15 kgf), mantendo-as alongadas por um período de 15 minutos. Todas as estruturas observadas apresentam um aumento da rigidez aos sucessivos testes realizados, exceto entre o 2o e o 3o teste do ligamento cruzado anterior onde não apresentou diferença estatística. A análise estatística permite concluir que os ciclos sucessivos dos ensaios mecânicos determinam um aumento da rigidez dos enxertos analisados.

Descritores: Joelho. Enxertos. Rigidez


 

 

INTRODUÇÃO

A reconstrução do ligamento cruzado anterior (LCA) do joelho é um dos procedimentos ortopédicos que mais tem recebido atenção nos últimos anos, levando a um aprimoramento das técnicas utilizadas. Entretanto, ainda não se encontrou a solução ideal para a instabilidade causada pela insuficiência desse ligamento.

A meta principal da reconstrução ligamentar do joelho é a restauração da sua estabilidade fisiológica e da sua função normal. A utilização da porção central do ligamento patelar (LP) na reconstrução do ligamento cruzado anterior tem sido utilizada por muitos cirurgiões ortopédicos.(1, 8, 14) Com o desenvolvimento das técnicas de fixação, os tendões dos músculos semitendíneo e grácil (STG) voltaram a ser utilizados para esse fim. (9, 15)

Vários investigadores estudam as propriedades biomecânicas dos ligamentos do joelho e dos substitutos utilizados nas suas reconstruções. Entretanto, devido à maior complexidade técnica, os estudos específicos para a determinação das propriedades viscoelásticas, necessárias para melhor compreensão do comportamento dinâmico das articulações e de seus estabilizadores, não tem recebido a necessária atenção por parte desses mesmos autores.

A determinação dessas propriedades é fundamental para a melhor seleção dos enxertos e para o desenvolvimento das técnicas de fixação. A variação da rigidez interferem diretamente na estabilidade articular e podem determinar o sucesso, ou fracasso, de uma reconstrução ligamentar.

Dentre os erros da técnica cirúrgica, o tensionamento impróprio do enxerto pode levar ao insucesso da reconstrução. YOSHIYA et al., em 1987, afirmam que o excesso de tensão aplicada ao enxerto, leva a uma redução na vascularização e à degeneração mixóide. Portanto, uma tensão inadequada, poderá determinar a recorrência da instabilidade ligamentar do joelho.

Diversos autores tem dado ênfase à tensão aplicada no enxerto previamente a sua fixação, no momento da reconstrução, o que tem sido denominado de pré-tensionamento (3, 20)

A importância do pré-tensionamento pode ser avaliada através do estudo de algumas propriedades mecânicas. O objetivo deste trabalho é analisar, experimentalmente num mesmo joelho, a rigidez do ligamento cruzado anterior e dos enxertos utilizados para sua reconstrução com o ligamento patelar e com os tendões dos músculos semitendíneo e grácil.

 

MATERIAL E MÉTODOS

Foram estudados 20 joelhos de 12 cadáveres humanos frescos, com idade média de 32,2 + 8,9 anos variando de 17 a 47 anos, sendo 10 (50%) do lado direito e todos do sexo masculino. Não foram incluídos espécimes que apresentassem indícios de ocorrência de doenças consuptivas prévias ou alterações do joelho como deformidades, cicatrizes cirúrgicas ou evidências clínicas de lesões prévias.

Nos joelhos dos cadáveres foram realizadas osteotomias do fêmur e da tíbia, com serra manual, a 15 centímetros da superfície articular, preservando-se os tendões dos músculos isquiotibiais, ligamento patelar com a patela e todos os demais ligamentos do joelho.

Retirou-se, de cada peça anatômica, a porção média do ligamento patelar, de largura aproximada de um centímetro, e com blocos ósseos da patela e da tuberosidade anterior da tíbia de mesma largura, aproximadamente três centímetros de comprimento e um centímetro de profundidade, utilizando-se osteótomo e martelo.

Retiraram-se os tendões dos músculos semitendíneo e grácil, através de dissecção anatômica junto a inserção dos mesmos. Após retirar-se a porção muscular e outros resíduos de tecidos, esses tendões eram isolados e seccionados com dimensão padronizada de 14 centímetros de comprimento. Essa dimensão permite dobrá-los ao meio com obtenção de dois tendões duplos (semitendíneo e grácil) com sete centímetros de comprimento cada um.

Realizou-se, finalmente, a retirada dos músculos, ligamentos, cápsula articular e demais tecidos moles ao redor do joelho, preservando-se somente o ligamento cruzado anterior. O terço proximal da fíbula também foi retirado.

Fixação dos Corpos de Prova

O segmento ósseo do fêmur foi fixado em garra metálica tubular dotada de parafusos radiais com ponta cônica para fixação na cortical óssea, especialmente desenvolvida para esse fim. O terço proximal da tíbia foi também fixado numa

segunda garra tubular metálica, com extensão em "L", de maneira análoga à fixação do fêmur (figura 1).

 

 

O enxerto preparado com o LP foi fixado proximal e distalmente, através da colocação dos fragmentos ósseos, em garras compostas por duas placas metálicas, retangulares, dotadas de perfil denteado sinusoidal em sua face interna e com dispositivos intermediários, em uma das extremidades, que permitem sua montagem na máquina onde serão realizados os ensaios (figura 2).

 

 

O enxerto preparado com tendões STG foram dobrados sobre si mesmos, adquirindo uma conformação quádrupla e fixado no lado correspondente às extremidades livres dos tendões em garra descrita anteriormente para o LP. A extremidade correspondente à dobra dos tendões foi fixada a cavaleiro em pino cilíndrico polido de aço, com meio centímetro de diâmetro. Padronizou-se em três e meio centímetros o comprimento dos tendões fixados na garra, deixando-se o restante do enxerto livre para os ensaios mecânicos (figura 3).

 

 

Ensaios Mecânicos

Realizou-se os ensaios, em máquina universal de ensaios mecânicos eletromecânica Kratos® K 5002 dotada de célula de carga eletrônica CCI de 100 kgf. A precisão do sistema para a medida da carga foi de 10 g. A máquina operou monitorada por um microcomputador IBM PC® compatível que adquiriu e tratou os dados de todos os ensaios.

Cada corpo de prova foi submetido a três ensaios de relaxamento à tensão sucessivos. Nesses ensaios, realizou-se inicialmente a uma tração uniaxial livre, quase-estática, sob uma taxa de deformação de 20 mm/min até atingir a resistência nominal de 147,15 N (15kgf) quando ocorria uma parada automática pré- programada. Essa força foi denominada força de pico (Fp).

A deformação foi mantida durante 15 minutos. Em seguida, retirou-se a carga lentamente até atingir uma carga nula estável. Neste instante registrou-se a deformação residual.

Entre os testes sucessivos de um mesmo corpo de prova (ciclos) estabeleceu-se um período de 10 minutos para recuperação.

Foi gerado diagrama convencional de força (N) x deformação (mm).

Diagrama Força x Deformação

Utilizou-se o diagrama força (N) x deformação (mm) (figura 4) para determinação da constante de proporcionalidade ou rigidez (k), que avalia a proporção entre a carga aplicada e a deformação obtida em fase elástica. A rigidez (k) corresponde a tgfisß, onde é ß o ângulo da inclinação do diagrama força x deformação na fase linear ascendente até o ponto que foi definido como força de pico (FP), ou tração máxima inicial, e estabelecida de forma nominal, conforme já apresentado, em 147,5 N. Analisou-se a variação da rigidez de cada corpo de prova nos sucessivos testes realizados e comparou-se a rigidez das diferentes estruturas. Analisou-se a variação da rigidez de cada corpo nos sucessivos testes realizados e comparou-se a rigidez das diferentes estruturas.

Análise Estatística

Para os parâmetros ordinais (quantitativos) foram calculadas: a média (M), desvio padrão (DP), erro padrão da media (EPM), valor máximo(MAX), valor mínimo (MIN) e número de casos (N).

Compara-se o parâmetro rigidez (k) entre o 1º, 2º e 3º ciclos de cada estrutura estudada através dos testes de Análise de Variância (ANOVA) para as amostras com comportamento paramétrico e Friedman para as amostras não paramétricas. Nos casos significativos as diferenças individuais foram discriminadas pelo teste de Tukey para a ANOVA e pelo teste de comparações múltiplas modificado po Dunn para o de Friedman.

Os parâmetros citados acima, também foram comparados entre as estruturas estudadas dois a dois LCA-LP, LCA-STG e LP-STG utilizando-se os testes t pareado, para as amostras paramétricas, e Wilcoxon para amostras não paramétricas.

Desprezaram-se os dados de dois diagramas referentes ao 3º ciclo do ligamento cruzado anterior resultando amostras com 18 casos (N = l8), devido a problemas técnicos durante os ensaios.

 

Tabela 1

 

Na tabela 2, os índices subscritos, 1,2 ou 3, referem-se respectivamente à 1º, 2º ou 3º ciclo, e os índices 1-2,2-3 e 1-2-3 indicam a utilização dos valores médios entre os ciclos indicados, nos casos onde não se demonstram diferenças entre elas.

Adotou-se o nível de significância de 5% (a.=0,05). Os resultados significativos foram evidenciados por asteriscos (*).

 

RESULTADOS

Os resultados dos ensaios mecânicos realizados encontram-se nas tabelas 1 e 2. São apresentados os valores da estatística descritiva, média (M), desvio padrão (DP), erro padrão da média (EPM), valores mínimo (MIN) e máximo (MAX) e número de casos (N), para o ligamento cruzado anterior (LCA), o enxerto preparado com a porção central do ligamento patelar (LP) e para o enxerto preparado com os tendões, duplos, dos músculos semitendíneo e grácil (STG) e os resultados dos testes estatísticos.

Comparação do índice de rigidez, em N/mm, entre as estruturas estudadas nos três ensaios realizados.

Na Tabela 2 realizamos a comparação entre as estruturas com relação ao índice de rigidez.

 

DISCUSSÃO

A freqüência crescente da lesão do LCA (4, 16) e a ocorrência de resultados insatisfatórios da reparação desse (19), tem incentivado a investigação para o aprimoramento das técnicas de reconstrução para este ligamento.

A técnica de reconstrução do LCA teve como precursor JONES (14), que utiliza a porção central do LP, utilizada, desde então, por muitos cirurgiões ortopédicos. Esse substituto tem sido utilizado por apresentar resistência suficiente para suportar a carga a que o joelho é submetido e por possuir maior rigidez do que o LCA (18). Por outro lado, a utilização desse enxerto pode apresentar complicações em sua área doadora.

Atualmente, outras opções de enxerto são utilizadas como substituto do LCA, entre elas, o tendão do músculo semitendíneo, que pode ser utilizado de forma dupla (9), de forma tripla (5) ou mesmo associado ao tendão do músculo grácil, adquirindo uma forma quádrupla (15). Esses tendões não são utilizados isoladamente de forma simples por apresentarem resistência inferior à do LCA (18)

Os insucessos da reconstrução ligamentar do LCA são multifatoriais. Um dos fatores, é o comportamento viscoelástico dos tecidos biológicos, fazendo com que as características fisiológicas e mecânicas de um tendão seja diferente do de um ligamento (22).

Pretendeu-se, experimentalmente, estudar o comportamento da rigidez do LCA e dos enxertos utilizados para sua reconstrução através de ensaios mecânicos, na tentativa de melhorar suas propriedades estruturais e, talvez, utilizá-las na prática clínica, melhorando assim, os resultados finais da reconstrução do LCA.

A retirada das peças anatômicas obedecem critérios para que os corpos de prova pudessem ter boa fixação às garras. A dissecção realizada foi sempre cuidadosa para que essas estruturas não sofressem danos. Mesmo assim, desprezaram-se as peças anatômicas no momento da dissecção quando o comprimento do tendão do músculo semitendíneo estava abaixo dos valores preconizados neste estudo.

O preparo das peças anatômicas para a realização dos ensaios mecânicos foi padronizado para o LCA, LP e para os tendões dos músculos STG.

Por serem estruturas viscoelásticas, os ligamentos e tendões apresentam diferente comportamento em função da velocidade em que são testados. (20) Portanto , é grande importância a velocidade dos testes mecânicos para que essa não interfira nos resultados finais. Por outro lado, afirmam que a variação da velocidade interfere de forma mais significativa na carga máxima, propriedade esta que não foi motivo de nesse estudo. (17)

A velocidade adotada, 20 mm/min, é a recomendada para este tipo de material, e é a mesma adotada por HERNANDEZ(12), considerada velocidade média de ensaio mecânico. Utilizou-se uma célula de carga CCI de 100 kgf de maneira a obter maior precisão nas leituras (precisão acima de 5 kgf e menor divisão de 5 gf).

A carga de pré-tensão equivalente a 147,15 N (15 kgf) foi adotada observando os trabalhos in vivo(2 e 10), através da colocação de um transdutor de deformação no LCA íntegro, nos quais utilizam essa mesma carga para realização do estudo. Uma vez que esse valor não deletéria o LCA íntegro, padronizou-se essa carga suficiente para produzir os efeitos desejados sem provocar uma sobrecarga no enxerto ou colocar em risco a fixação. Importante salientar que esse valor se encontra muito abaixo da carga máxima dos enxertos estudados. Portanto estudou-se essas estruturas dentro da faixa mecânica considerada elástica.

O desenho do estudo previu a utilização de um controle e a comparação entre as estruturas relacionadas (LCA e enxertos produzidos com o LP e STG do mesmo joelho) de maneira a obter o máximo rendimento dos testes estatísticos, ou seja, utilizar o menor número de joelhos e garantir o maior poder-eficiência possível das análises.

Nos ensaios mecânicos das estruturas (tração) procurou-se uma deformação lenta e continua até alcançar-se uma resistência nominal pré-programada de 147,15 N (15 Kgf), momento, a partir do qual estabeleceu-se um período de monitoração da redução da força de reação com duração de 900s (15 min).

O comportamento viscoelástico é complexo e superpõem-se sempre ao comportamento elástico convencional, necessitando portanto de análises individuais de cada parâmetro.

Essas análises são, normalmente, realizadas através do diagrama carga (ou tensão) x deformação como o realizado neste estudo, gerados a partir de ensaios quase-estáticos. (17)

Dentre esses parâmetros destacam-se a obtenção das curvas de histerese e sua variação em função da velocidade de aplicação de cargas (resistência, elasticidade e rigidez), do escoamento e da deformação residual a partir de diagramas força x deformação e do relaxamento à tensão e da recuperação pelos diagramas força x tempo.

Optou-se por analisar o parâmetro rigidez que poderia interferir de maneira significativa nos enxertos cuja função mecânica é predominantemente o de estabilizar a articulação do joelho.

Estudaram-se as variações em 3 ciclos dos parâmetros de relaxamento à tensão (variação absoluta e relativa da força após 900s (15 min) de relaxamento à tensão e da rigidez do LCA (controle) e dos enxertos para sua reconstrução preparados com o LP e com os tendões duplos dos músculos STG.

A variação da rigidez, avaliada pela constante de proporcionalidade de k, foi mostrada na Tabela 1.

A rigidez do LCA manteve-se constante entre os ciclos, em torno de 82 N/mm. Os enxertos apresentaram elevação da rigidez com a ciclagem. A rigidez do enxerto com LP estabilizou-se entre o 1o e 3o ciclos. A literatura consultada é controvérsia para esse estudo. YOSHIYA(24) demonstra que os enxertos tensionados á baixa tensão , apresentam uma maior rigidez quando comparados com tensões mais elevadas. HAMNER(11) relata que quatro bandas do STG são mais rígidos quando comparados ao LP. Por outro lado, transferindo para a parte clínica , YASUDA(23), através de estudo com tendões dos músculos STG, aplica diferentes tensões no enxerto e encontra uma estabilidade clínica maior para àqueles que receberam maior tensão no enxerto. VAN KAMPEM(21), não encontra diferenças significativa da avaliação clínica em seu estudo com relação à rigidez, quando são aplicadas diferentes tensões nos enxertos.

Nas comparações entre as estruturas, Tabela 2, observou-se que a rigidez do LP no 1o ciclo foi inferior às apresentadas pelo LCA, constantes no 1o, 2o e 3o ciclos, porém superou às do LCA a partir do 2o ciclo. A rigidez da STG no 1o ciclo foi semelhante a do LCA e superior nas demais. Os tendões do STG apresentou rigidez superior à do LP nos ciclos correspondentes.

De maneira geral, constataram-se diferenças significativas entre o LCA e as estruturas utilizadas comumente para sua reconstrução, o LP e os tendões dos músculos STG, quanto a rigidez. Verificou-se, também, que os dois tipos de enxerto apresentaram características distintas entre si.

Constatou-se, também, que a ciclagem aumenta a rigidez dos enxertos em relação ao LCA, onde esta variação é menor, não havendo diferença estatística entre o 2o e o 3o teste do LCA

Devem, também, ser investigadas as demais características viscoelásticas dos tecidos utilizados para enxerto do LCA, como o relaxamento à tensão e o escoamento (arrastamento) de maneira a determinar os fatores de interferência, desenvolver as técnicas cirúrgicas e de reabilitação acelerada e para melhor seleção das estruturas utilizadas na preparação dos enxertos. (6, 13)

O principal objetivo no entanto continua sendo o de reduzir os riscos para os pacientes, tanto o de falhas precoces quanto o de instabilidades tardias reduzindo consequentemente os custos globais de tratamento, o que parece ser possível, em parte, pela realização de um pré-tensionamento adequado.

Na prática clínica é certeza da necessidade de realizar o pré-tensionamento dos enxertos utilizados no momento da fixação deste, devido o seu comportamento viscoelástico, sendo este tecido específico. É certeza, também, da necessidade de se determinar um tempo necessário para que ocorra o escoamento da estrutura, e a fixação imediata do tecido pré-tensionado, pois o mesmo é perdido em grande parte nos primeiros minutos pós-tensionamento.

Acredita-se que seria impossível determinar um valor numérico que quantifique a carga que deve ser aplicada, pois certamente ocorrem variações de joelho para joelho e de indivíduo para indivíduo. O importante é não aplicar a uma tensão excessiva e menos ainda aplicar uma tensão insuficiente, pois em ambos os casos poderá comprometer os resultados finais da reconstrução.

 

CONCLUSÃO

O autor concluiu, em relação ao LCA e aos enxertos utilizados para sua reconstrução com o LP e com os tendões dos músculos do STG que: Os ciclos sucessivos de relaxamento à tensão determinam um aumento da rigidez dos enxertos analisados.

 

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Trabalho realizado no Laboratório de Biomecânica do IOT-HC-FMUSP-LIM-41
Rua Dr. Ovídio Pires de Campos, 333 - São Paulo - SP - Brasil - CEP 05403-010

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