Modelo de suspensão pela cauda e seu efeito em algumas propriedades mecânicas do osso do rato

Resumos

The maintenance of the normal metabolism of minerals in the bone is a result of several factors including the mechanical demands that are applied to the bones by muscle contractions and gravity force. The proposal of this investigation was to study a model of tail suspension of rats thus simulating the skeletal alterations that may occur in a microgravity environment. The model was analyzed in terms of animal tolerance and the ensuing effects on the mechanical resistance of the tibiofibular complex. After a three-point bending test in flexion the main mechanical parameters were obtained, (load and deflection at the ultimate limit, load and deflection at the yielding point, stiffness and resilience). 53 adult female rats were used and distributed in four groups according to the length of time in suspension (control, 7, 14 and 21 days). The model of suspension was efficient with good animals adaptation and it caused a significant weakness of bones mainly in the 21-day period.

Weightlessness simulation; Bone; Rats

ARTIGO ORIGINAL

Modelo de suspensão pela cauda e seu efeito em algumas propriedades mecânicas do osso do rato

Adriana Valadares da Silva^I; José Batista Volpon^II

^IMestre em Bioengenharia e professora - Universidade de Franca - Fisioterapia

^IIProfessor Associado e Livre Docente- Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto

^{Endereço para correspondência}

RESUMO

A manutenção do metabolismo mineral normal dos ossos é um resultado de vários fatores inclusive das solicitações mecânicas que são aplicadas aos ossos pelas contrações musculares e pela força da gravidade. O propósito desta investigação foi estudar um modelo de suspensão de rato pela cauda que simulasse assim as alterações esqueléticas que podem acontecer em um ambiente de microgravidade. O modelo foi analisado em termos de tolerância do animal e dos efeitos sobre a resistência mecânica do complexo tíbia-fíbula. Após a realização do ensaio de flexão em três pontos, foram obtidos os principais parâmetros mecânicos (carga e deflexão no limite máximo, carga e deflexão no limite elástico, rigidez e resiliência). Foram utilizadas cinqüenta e três ratas fêmeas, distribuídas em quatro grupos conforme o período de suspensão (controle, 7, 14 e 21 dias). O modelo de suspensão mostrou-se eficaz com boa adaptação dos animais e promoveu um enfraquecimento significativo nos ossos principalmente no período de 21 dias.

Descritores: Simulação de microgravidade; Osso; Ratos.

INTRODUÇÃO

Há evidências significativas de que um ambiente destituído de estímulo mecânico produza efeitos diretos na estrutura e função ósseas⁽⁶⁾.

De acordo com Johnson⁽⁷⁾, períodos de sete ou quatorze dias de ausência de contato com o solo são suficientes para promover alterações ósseas, principalmente naqueles que servem de apoio para o peso corporal como, por exemplo, o fêmur e a tíbia.

Portanto, a remodelação óssea é extremamente sensível a alterações de tensões mecânicas geradas dentro do tecido ósseo.

A aplicação de forças mecânicas durante uma atividade física normal pode ser definida como estímulo mecânico e causa pequenas deformações na arquitetura óssea, o que estimula a osteogênese. A atividade física pode atuar diretamente na formação óssea. Já, a imobilização leva a um processo de reabsorção do osso^(5,15).

Estudos do efeito do repouso prolongado no leito sobre o metabolismo do cálcio mostraram que o aumento de cálcio na excreção urinária que ocorre durante um confinamento prolongado ao leito não é devido à inatividade, mas sim à ausência de compressão longitudinal sobre os ossos longos, causada pelo tipo de decúbito⁽¹⁾.

Para que o homem possa viver ou explorar ambientes de diferentes climas ou atmosferas, precisa adaptar-se fisiologicamente a esses ambientes. Inúmeras pesquisas estão sendo realizadas com o intuito de descobrir qual a influência da gravidade na nossa evolução e o papel que ela representa na fisiologia⁽¹⁰⁾.

As experiências realizadas em vôos orbitais são muito limitadas. Por isso a NASA (National Aeronautics and Space Administration) tem realizado diversos estudos na tentativa de determinar os mecanismos de atrofia muscular e desgaste ósseo que acontecem em indivíduos expostos à microgravidade, tentando simular as condições em vôo espacial⁽¹³⁾.

Vários modelos foram empregados para simular as modificações que ocorrem em um ambiente de microgravidade. O sistema de elevação pelo corpo e o modelo de suspensão pela cauda do animal são os dois mais utilizados. Kasper et al.⁽⁸⁾ e Musacchia et al.⁽¹²⁾ afirmaram que o modelo ideal seria aquele que permitisse livre mobilidade ao animal, porém com certa restrição aos movimentos dos membros posteriores, ou seja, o modelo de suspensão pela cauda do animal. Nessa situação os membros posteriores dos animais permanecem com livre movimentação, porém sem contato com o solo. De acordo com a pesquisa realizada por Morey-Holton e Globus⁽¹¹⁾, animais que permanecem em situações de microgravidade simulada apresentam alterações fisiológicas semelhantes a animais que estiveram em vôos espaciais. Portanto, o modelo de suspensão de rato pela cauda é considerado um modelo efetivo para avaliar os mecanismos fisiológicos e celulares do sistema músculo-esquelético, que se alteram em resposta a um novo estímulo.

O comportamento mecânico do osso pode ser estudado pela realização de ensaios mecânicos do tecido ósseo, que são importantes, pois fornecem parâmetros fundamentais sobre a resistência dessas estruturas⁽⁴⁾.

O objetivo geral deste estudo foi avaliar um modelo de suspensão de rato pela cauda que simulasse as alterações no esqueleto que ocorrem em um ambiente de microgravidade e analisar sua efetividade em termos de tolerância do animal à repercussão da suspensão sobre a resistência mecânica do osso. E o objetivo específico foi realizar ensaios mecânicos em flexão do complexo ósseo tíbia-fíbula após diferentes tempos de suspensão pela cauda e determinar a variação de algumas de suas propriedades mecânicas.

MATERIAL E MÉTODOS

O trabalho foi realizado de acordo com as normas da comissão de pesquisa da Faculdade de Medicina de Ribeirão-Preto- USP. Foram utilizadas ratas fêmeas adultas jovens da raça Rattus Norvegicus albinus, variedade Wistar, com peso corporal médio de 250 gramas. Inicialmente os animais foram mantidos em gaiolas comuns, em número de cinco em cada uma e, ao atingirem o peso desejado, foram transferidos para gaiolas individuais especiais. Nestas gaiolas foram mantidos com os membros posteriores suspensos de modo a permitir o apoio apenas com os membros anteriores para a locomoção e acesso à água e à ração.

Os animais foram distribuídos em quatro grupos experimentais, conforme o tipo de tratamento. Sendo que o grupo 1 (controle) foi constituído por animais que não receberam tratamento específico. No grupo 2 os animais permaneceram em suspensão durante 7 dias, no grupo 3 o período de suspensão foi de 14 dias e dias e no grupo 4 a suspensão foi de 21 dias. Todos os animais foram sacrificados após o período e as tíbias associadas às fíbulas foram submetidas ao ensaio mecânico de flexão em três pontos.

Técnica de suspensão

Para o processo de instalação da suspensão, os animais foram anestesiados com inalação de éter etílico. Inicialmente, a cauda do animal foi lavada com água e detergente e, após estar seca, foi aplicada tintura de Benjoim em toda a pele. Em seguida, a cauda foi envolvida por uma espuma adesiva (Reston^â) desde sua origem até os dois terços proximais, aproximadamente, com o objetivo de proteger a pele e evitar lesões cutâneas.

Sobre a espuma adesiva foi aplicada uma tira elástica adesiva que foi tensionada homogeneamente de modo a envolver toda a espuma. Sobre o envoltório da tira elástica foi colocada uma fita elástica estreita que foi fixada por enfaixamentos da tira elástica adesiva e enfaixamentos adicionais de esparadrapo e barbante de modo a formar uma alça que serviu para conectar o animal ao sistema de suspensão.

Em seguida, com o animal ainda anestesiado, a extremidade distal da sua cauda que não estava enfaixada foi amputada com auxilio de uma cisalha, com objetivo de evitar necrose no local durante o período em que o animal fosse permanecer suspenso.

Gaiola utilizada

O sistema de contenção dos animais foi constituído por uma gaiola composta por duas partes. A parte inferior foi formada por uma caixa com 35cm de largura, 35cm de comprimento e 21,5cm de altura, aberta superiormente, fabricada em acrílico transparente, para permitir melhor visualização e controle do animal. Foi feita uma perfuração na lateral dessa caixa para introdução do bico do reservatório de água.

Sobre essa caixa de acrílico, foi colocada, em posição invertida, uma nova caixa de grade metálica com, 35,5cm de largura, 35,5cm de comprimento e 24cm de altura. Essa caixa superior foi confeccionada com encaixes nas laterais para garantir perfeita fixação com a caixa de acrílico. O componente superior foi utilizado ainda como suporte para o sistema de fixação do animal. As duas gaiolas foram acopladas de modo que ficassem encaixadas pelas aberturas, formando um compartimento único.

O tamanho da gaiola permitiu aos animais livre movimentação com os membros dianteiros, porém mantendo os membros posteriores suspensos, sem apoio no piso da gaiola ou nas laterais.

Após a montagem da gaiola, foi confeccionado um eixo de suspensão O sistema de fixação foi composto basicamente por uma haste rosqueada de aço retilínea, com 40cm de comprimento e 4,5mm de diâmetro. Na região central dessa haste foi encaixada uma presilha que tinha, na outra extremidade, um encaixe para a alça elástica que fazia parte do sistema de acoplamento do animal (Figura 1B).

Foi colocada em cada extremidade da haste uma pequena chapa de alumínio fixada com duas "porcas" para delimitar o espaço de movimentação do animal no interior da gaiola (Figura 1C), sendo que o limite de curso para o animal se movimentar foi de 25cm. Essa haste foi fixada transversalmente na gaiola superior, no maior diâmetro, tendo vários acessórios compostos por porcas, arruelas e porcas borboleta (Figura 1A), com a finalidade de fixá-la às grades da gaiola e permitir o ajuste da excursão lateral e altura de acordo com o tamanho do animal.

Após a preparação e montagem completa da gaiola, os animais foram pesados e colocados em suspensão. A presilha colocada na barra de suspensão foi presa ao elástico fixado à cauda do animal (Figura 2).

No assoalho da gaiola, foi colocada serragem para higienização e também a ração do animal, que foram trocadas diariamente. O fornecimento de água ao animal, como descrito anteriormente, foi feito com a fixação de uma garrafa na parede lateral. Durante a movimentação dos animais acontecia um deslizamento da presilha que permaneceu conectada à cauda e fixada na haste de aço. Os animais puderam, então, movimentar-se em um ângulo de 360° com livre acesso à água e à ração e sem se apoiar nas paredes laterais.

Ensaio Mecânico

Para a coleta do material, os ratos foram pesados e mortos com inalação excessiva de éter sulfúrico. Depois, os membros posteriores foram dissecados e as unidades tíbio-fibulares direita e esquerda retiradas e limpas das partes moles circundantes e pesados. Os ossos tíbia e fíbula permaneceram conectados e no rato, são fundidos distalmente. Portanto, o periósteo e a cartilagem articular nas extremidades foram preservados e a dissecação dos músculos foi realizada com cuidado para evitar danos aos ossos.

Após a dissecação, os ossos foram envolvidos em gase umedecida em soro fisiológico e estocados em "freezer" à temperatura aproximada de -20° C.

Ensaio de flexão em três pontos

Para os ensaios mecânicos foi utilizada a máquina universal de ensaio do Laboratório de Bioengenharia da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo. Vinte e quatro horas antes os ossos foram retirados do "freezer" e mantidos em um refrigerador comum. Algumas horas antes de serem testados, eles foram retirados e mantidos em temperatura ambiente, para entrar em equilíbrio térmico, ainda envolvidos com gases umedecidas em soro fisiológico.

O conjunto tíbia-fíbula de cada lado foi submetido à flexão simples com três pontos de apoio. O ponto de aplicação da carga foi na face posterior da tíbia, sendo que a face anterior permanecia voltada para baixo e a distância entre os pontos de apoio foi de 2,5cm. Foi aplicada pré-carga de 200 g, com tempo de acomodação de 1 minuto, na direção vertical, de cima para baixo.

A carga foi aplicada a uma velocidade de 0,25mm/min e registrada por uma célula de carga de 200 kgf (Kratos^®) acoplada ao amplificador CAE 201 Sodmex^®_,até que houvesse quebra da tíbia. A fíbula não foi submetida diretamente à carga. Todos os ensaios foram realizados em condições semelhantes e, durante todos eles, os ossos foram mantidos umedecidos em soro fisiológico para evitar o ressecamento.

Análise dos parâmetros mecânicos

Para cada ensaio foi construído o gráfico carga x deflexão e obtidos os seguintes parâmetros mecânicos: limite elástico, limite máximo, rigidez e a energia absorvida pelo osso na fase elástica (resiliência) (Figura 3).

Análise estatística

Pesos dos animais

O peso dos animais dos grupos 2, 3, e 4, individualmente, foi analisado antes e depois da suspensão, utilizando o teste t de Student pareado.

A comparação estatística dos pesos dos animais antes da suspensão foi realizada aplicando o teste de ANOVA para comparação simultânea entre os grupos e o método de Student-Newman-Keuls para comparação entre os pares de grupos. Os mesmos testes foram aplicados na comparação entre os grupos 2, 3 e 4 após a suspensão.

Pesos das peças

A comparação estatística dos pesos das peças foi realizada, aplicando o teste de ANOVA para comparação simultânea entre os grupos e o método de Student-Newman-Keuls para comparação entre os pares de grupos.

Propriedades mecânicas

Para a análise estatística da carga e deflexão do limite elástico, deflexão do limite máximo e resiliência foi utilizado o teste ANOVA para comparação simultânea entre os grupos e o método de Student-Newman-Keuls para comparação entre os pares de grupos.

A carga do limite máximo e rigidez apresentaram uma distribuição não paramétrica, portanto, foi aplicado o teste de Kruskal-Wallis para a comparação simultânea entre os grupos e o método de Dunn para comparação entre os pares de grupos. O nível de significância foi estabelecido em 5%.

RESULTADOS

Foram colocados em suspensão 45 animais, sendo que, durante a fase experimental, dois morreram. Estes animais foram os primeiros colocados em suspensão, a extremidade da cauda não foi amputada o que resultou em necrose, devido à compressão excessiva causada pelo sistema de fixação do animal ligado ao eixo de suspensão. Portanto, a morte desses animais pode estar relacionada com a necrose da cauda. Depois, todos os animais tiveram a extremidade da cauda amputada e não surgiram mais complicações.

Portanto, foram ensaiados os ossos tíbia e fíbula direita e esquerda de 43 animais submetidos à suspensão, somando 86 testes. Desses animais 14 pertenciam aos grupos 2 e 3 e 15 ao grupo 4. Foram, também, analisados 10 animais do grupo controle, sendo que, nesses, foram ensaiados apenas o lado direto.

Para obtenção dos resultados finais foram descartados os gráficos que apresentaram comportamentos atípicos o que, geralmente reflete problemas técnicos ocorridos durante o ensaio. Sendo assim, do total de 96 ensaios foram aproveitados 87 para a análise final.

Peso dos animais

Analisando os valores do peso dos animais, observou-se que não houve diferença estatística entre os grupos no início do experimento (p=0,054). A média de peso nos animais do grupo 1 (controle) foi de 257,3 g, no grupo 2 foi 245,1 g, no grupo 3 foi de 246,8 g e no grupo 4 foi 260,4 g.

No final do experimento o peso do grupo 2 (7 dias de suspensão) global apresentou diferença estatística significante em relação ao grupo 4 (21 dias de suspensão). Porém entre os 2 e grupo 3 não houve diferença estatística, assim como entre os grupos 3 e 4. Após a suspensão, a média de peso nos animais do grupo 2 foi de 234,3 g, no grupo 3 foi 241,1 g e no grupo 4 foi 256,0 g.

O peso dos animais em cada grupo foi também analisado, antes e após o período de suspensão. O grupo 2 apresentou diferença significativa (p=0,006). No grupo 3 não houve diferença significante (p=0,061) e, no grupo 4, observou-se que houve diferença significante (p=0,024).

Peso das Peças

Analisando os valores do peso das peças (tíbia-fíbula), observou-se que houve diferença entre todos grupos (p=0,0140). A média do peso das peças nos animais do grupo 1 (controle) foi de 0,86g, no grupo 2 foi 0,77g, no grupo 3 foi 0,79g e no grupo 4 foi de 0,76g. O grupo 1 apresentou diferença quando comparado a todos os outros grupos: Grupo 1 e Grupo 2 (p=0,035), Grupo 1 e Grupo3 (p=0,020) e Grupo 1 e Grupo 4 (p=0,0015). Quando comparamos os grupos 2, 3 e 4 não observamos diferença: Grupos 2 e 3 (p=0,332), Grupos 2 e 4 (p=0,948) e Grupos 3 e 4 (p=0,275).

ENSAIO MECÂNICO

A partir dos gráficos carga x deflexão, foram obtidos os valores das propriedades mecânicas dos ensaios de flexão em três pontos dos ossos tíbia e fíbula do grupo controle e de ratas submetidas aos diferentes períodos de suspensão (7, 14 e 21 dias).

A Figura 4 mostra o valor médio da carga no limite elástico (LE) obtido nos ensaios dos ossos tíbia e fíbula das ratas do grupo 1 (controle) que foi de (46,75±5,00)N, para o grupo 2 foi (41,39±5,59)N, para o grupo 3 foi (37,58±7,25)N e para o grupo 4 foi (32,17±5,27)N. A comparação simultânea entre todos os grupos foi estatisticamente diferente (p=0,009). Após análise dos valores da carga no LE foi verificado que houve diferença significante entre o grupo1 (controle) e o grupo 2 (p=0,0064), entre o grupo 1 (controle) e o grupo3 (p=0,0085) e entre o grupo 1 (controle) e o grupo 4 (p=0,0096). Pode-se observar, também, diferença estatisticamente significante entre os grupos 2 e 3 (p=0,029), entre os grupos 2 e 4 (p<0,0011) e entre os grupos 3 e 4 (p=0,002) .

As deflexões no LE no grupo 1 (controle) apresentaram valores médios de (0,478±0,046)x10^-3m, para o grupo 2 (0,484±0,075)x10^-3m, para o grupo 3 (0,457±0,099)x10^-3m, e, para o grupo 4 (0,455±0,094)x10^-3m. A comparação simultânea entre todos os grupos não foi estatisticamente diferente (p=0,580). Comparando os valores das deflexões no LE, foi verificado que não houve diferença estatisticamente significante entre os grupos. Os valores obtidos foram: entre o grupo 1 e o grupo 2 (p=0,816), entre o grupo 1 e o grupo 3 (p=0,529) e entre o grupo 1 e o grupo 4 (p=0,464), entre os grupos 2 e 3 (p=0,291), 2 e 4 (p=0,485), entre os grupos 3 e 4 (p=0,928) (Figura 5).

O valor médio da carga no limite máximo (LM) no grupo 1 (controle) foi (60,01±7,84), para o grupo 2 foi (51,29±.4,37)N, para o grupo 3 foi (51,05±.8,78)N e para o grupo 4 foi (43,77±.4,49)N. A comparação simultânea entre todos os grupos foi estatisticamente diferente (p=<0,001). Pode-se constatar que houve diferença estatisticamente significante entre o grupo 1 e o grupo 2 (p=<0,001), entre o grupo 1 e o grupo3 (p=0,008) e entre o grupo 1 e o grupo 4 (p=<0,001). Pode-se observar que também houve diferença estatisticamente significante entre os grupos 2 e 4 e entre os grupos 3 e 4, porém não houve diferença entre o grupo 2 em relação ao grupo 3 (Figura 6).

As deflexões no LM dos ensaios das ratas do grupo 1 (controle) apresentaram valor médio de (0,697±0,071)x10^-3m, para o grupo 2 foi (0,729±0,088)x10^-3m, para o grupo 3 (0,711±0,075)x10^-3m e para o grupo 4 (0,765±0,114)x10^-3m. A comparação simultânea entre todos os grupos não foi estatisticamente diferente (p=0,105). Os valores das deflexões no LM foram comparados e constatou-se que não houve diferença estatisticamente significante entre os grupos. O valor obtido entre o entre o grupo 1 e o grupo 2 foi (p=0,306), entre o grupo 1 e o grupo 3 foi (p=0,615) e entre o grupo 1 e o grupo 4 (p=0,086). Não houve diferença estatística entre os grupos 2 e 3 (p=0,481), entre os grupos 2 e 4 (p=0,176), e entre os grupos 3 e 4 (p=0,098) (Figura 7).

O valor médio da rigidez nos ensaios do grupo1 (controle) foi (102,99±17,88)x10³N/m, para o grupo 2 foi (87,36±12,04)x10³N/m, para o grupo 3 (82,89±19,78)x10³N/m e, para o grupo 4, foi (71,18±11,47)x10³N/m. A comparação simultânea entre todos os grupos foi estatisticamente diferente (p<0,001). Comparando os valores da rigidez foi verificado que houve diferença estatisticamente significante entre o grupo 1 e o grupo 2 (p=0,004), entre o grupo 1 e o grupo 3 (p=0,008) e entre o grupo 1 e o grupo 4 (p<0,001). Houve diferença estatística entre os grupos 2 e 4 , porém não houve diferença entre os grupos 2 e 3; e o grupo 3 em relação ao grupo 4 (Figura 8).

A resiliência calculada nos ensaios do grupo 1 (controle) apresentou valor médio de (1,041±0,116)x10^-2J, para o grupo 2 (0,933±0,229)x10^-2J, para o grupo 3 (0,803±0,270)x10^-2J e para o grupo 4 (0,648±0,335 )x10^-2J. A comparação simultânea entre todos os grupos foi estatisticamente diferente (p=0,002). Não houve diferença estatística entre o grupo 1 e o grupo 2 (p=0,168). Porém, houve diferença entre o grupo 1 e o grupo 3 (p=0,011) e entre o grupo 1 e o grupo 4 (p=0,001). Houve diferença estatisticamente significante entre os grupos 2 e 4, porém não houve diferença entre os grupos 2 e 3 e os grupos 3 e 4. Os valores obtidos entre os grupos 2 e 3 foram (p=0,105), entre os grupos 2 e 4 (p=0,002), e entre os grupos 3 e 4 (p=0,052) (Figura 9).

DISCUSSÃO

As pesquisas relacionadas com permanência dos astronautas no espaço mostram que realmente ocorre uma série de alterações músculo-esqueléticas, mesmo após o retorno à Terra. Essas pesquisas podem ser úteis para determinar medidas de prevenção ou tratamento da osteopenia, não somente para astronautas, mas também para pacientes com osteoporose ou ainda pacientes que necessitam permanecer acamados por longos períodos^(2,14).

A maior importância desta pesquisa está relacionada com a necessidade da compreensão e manipulação da forças que agem sobre o corpo humano como tônus muscular, resistência externa, atrito, com intuito de identificar fatores de risco, estabelecer medidas preventivas e instituir medidas terapêuticas de reabilitação adequadas ao enfraquecimento ósseo provocado pela inatividade.

Martin et al.⁽¹⁰⁾ fez comparação entre os dados obtidos em animais que permaneceram em suspensão. As semelhanças encontradas nos testes sugerem que o modelo de suspensão é válido, principalmente para análise de alterações músculo-esqueléticas.

Nosso modelo de suspensão foi desenvolvido a partir do descrito por Kasper et al.⁽⁸⁾, com algumas modificações. Um exemplo foi a haste utilizada no eixo de suspensão. Em nosso estudo piloto, realizado de acordo com a descrição original, ela era lisa, o que dificultava o controle do deslocamento dos animais, vez que eles deslizavam involuntariamente até mesmo quando estavam dormindo. Essa haste foi então substituída por uma rosqueada, o que permitiu maior estabilidade do animal durante sua movimentação e ainda facilitou a fixação do eixo de suspensão. O tamanho da gaiola foi elaborado de tal forma a impedir que os animais se apoiassem em qualquer parte da gaiola. O sistema de suspensão pela cauda foi desenvolvido minuciosamente para evitar que ocorresse qualquer tipo de lesão na cauda do animal.

No levantamento bibliográfico foi observado um número muito pequeno de trabalhos que realizaram ensaios mecânicos em animais que permaneceram em ambientes de simulação de microgravidade.

O objetivo deste trabalho surgiu do interesse em analisar as alterações ósseas ocorridas durante períodos de permanência em ambientes de microgravidade, ou de restrição da atividade física, por meio do ensaio de flexão em três pontos. Esse ensaio foi escolhido por se mostrar eficiente nas análises propostas e também por ser simples.

Os animais selecionados para esse trabalho foram adultos-jovens, pois apresentam um tamanho razoável de tíbia e fíbula, o que facilita a manipulação e fixação das amostras, para melhor visualização dos eventos ocorridos durante o ensaio mecânico.

O peso médio de cada animal foi de 250 gramas. Esse tamanho foi considerado adequado para o tamanho da gaiola e para o sistema de suspensão elaborado neste trabalho.

Nos resultados de Desplanches et al.⁽³⁾, os animais tiveram maior perda de peso nos primeiros dias de suspensão mas, após quatorze dias, a maioria deles recuperou o peso perdido.

Em nosso trabalho, a análise da variação do peso dos animais entre os grupos e, em diferentes períodos inter-grupos, mostrou que, no início, houve perda significativa do peso, o que é natural e esperado devido à condição estressante a que o animal é submetido. Entretanto, depois, ocorre recuperação parcial mostrada pelo incremento significativo de peso no grupo 4 quando se analisa o peso médio do início e final do experimento, nesse grupo. Isto também fica patente quando se compara o incremento existente entre o peso médio final dos grupos 2 e 3.

A análise do peso no grupo 3 (14 dias) mostra que esse período é transicional.

Em resumo, quanto à análise do peso, nossos resultados mostraram que o animal, inicialmente, ressente-se bastante da nova condição que lhe é imposta mas que, depois, sofre adaptação, recuperando-se quase que totalmente ao final de 21 dias. Esse mesmo resultado foi observado por Morey-Holton e Globus⁽¹¹⁾ que relata uma manutenção de peso dos animais após a adaptação à suspensão.

A pergunta que se faz a seguir é se seria conveniente manter esses animais em suspensão por períodos mais prolongados, com a finalidade de verificar se haveria recuperação completa do peso. Com essa medida, provavelmente, haveria complicações relacionadas principalmente com o próprio sistema de fixação da cauda, que teria que ser refeito, e, talvez, outras complicações, por exemplo respiratórias.

As médias do peso das peças (tíbia e fíbula) obtidas para o ensaio foram analisadas e o grupo 1 (controle) apresentou diferença estatística em relação aos outros grupos, o que se explica pela provável hipotrofia óssea sofrida com a imobilização.

Analisando em conjunto as propriedades mecânicas, verifica-se que, exceto pela deflexão no limite elástico e no limite máximo, houve diminuição de todas elas do primeiro para o quarto grupo, o que indica diminuição global da resistência óssea aos esforços aplicados, mostrando a efetividade do sistema de suspensão em provocar o enfraquecimento do osso, que foi mais acentuada no período mais longo. Ou seja, os animais saíram do sistema com o osso enfraquecido o que é muito importante em termos do que fazer a seguir, no caso de se considerar seres humanos a serem submetidos a um processo de reabilitação em decorrência da exposição a uma condição de microgravidade real ou em função de acamamento prolongado ou em grandes imobilizações. Nesse sentido, esses dados fornecem subsídios para, em condições experimentais, serem testados vários programas ou técnicas de reabilitação que devem, sempre, otimizar o binômio "menor tempo e menor risco". Assim, outros trabalhos poderão ser desenvolvidos a partir desta experiência, inclusive com o ensaio de drogas que possam atuar no metabolismo ósseo.

Fazendo um detalhamento dos dados obtidos com o ensaio mecânico, nota-se que a alteração mais precoce surgida foi da carga no limite de elasticidade, enquanto que as outras foram tardias e mais bem caracterizadas aos 21 dias, sendo que o grupo de 14 dias realmente representou uma fase de transição, da mesma maneira que com relação ao peso corporal e, portanto, não se presta para análise definitiva. Como a deflexão não foi alterada também aos 21 dias, pode-se sugerir que um tempo maior de suspensão seria mais adequado para modificá-la. Usando o mesmo raciocínio empregado para o peso, para otimizar esse período haveria necessidade de testar outros tempos mas, talvez, um fator limitante seja a tolerância do animal.

Entretanto, em termos práticos, 21 dias parecem ser um bom período de experimentação, pois ao fim deste tempo, importantes propriedades como carga máxima e rigidez estão significativamente alteradas e estas propriedades expressam com rigor o enfraquecimento do osso e maior risco de fraturas sendo, grosso modo, equivalente ao já encontrado por outros, em outras circunstâncias⁽⁹⁾.

A relação minuciosa entre o tipo de propriedade mecânica e a microestrutura do osso ainda está por ser determinada, mas depende globalmente do tipo/ quantidade de colágeno e da parte mineral, principalmente o cálcio. Assim, fica difícil explicar, em termos de microestrutura, o que acontece ao osso com a suspensão a ponto de enfraquecê-lo significativamente mas não interferir em sua capacidade de deflexão. Cremos que esse assunto deva ser motivo de investigação.

Na literatura, Morey-Holton e Globus⁽¹¹⁾ referem que ambientes de microgravidade ou que simulem seus efeitos promovem tanto diminuição na formação quanto na reabsorção do osso. Esses mecanismos atuariam diretamente na quantidade de colágeno. Outro fator que pode estar interferindo na resistência óssea é a própria distribuição espacial do colágeno e formação das lamelas ósseas que, de acordo com a Lei de Wolff, depende das solicitações mecânicas. Resta saber se 21 dias são suficientes para que estas modificações sejam percebidas.

Outras pesquisas podem ser realizadas a partir do modelo desenvolvido neste trabalho. Como por exemplo, testar tempos mais longos de exposição à suspensão, caracterizar melhor do ponto de vista metabólico as alterações encontradas no metabolismo do cálcio e fósforo, estudar modificações na microestrutura do osso após a suspensão, testar diferentes métodos de reabilitação usando o modelo aqui estudado e ainda testar a influência de substâncias que atuam positivamente na neoformação óssea, como os disfosfanados.

CONCLUSÃO

O modelo de suspensão elaborado neste trabalho mostrou ser eficaz, simples e com boa tolerância dos animais.

A hipoatividade provocada causou reduções significativas nos valores da maioria das propriedades mecânicas no osso, levando ao seu enfraquecimento.

Trabalho recebido em 18/12/03

Aprovado em 19/02/04

Trabalho realizado no laboratório de Bioengenharia - USP - Ribeirão Preto

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  24 Jun 2004
• Data do Fascículo
  Mar 2004

Histórico

• Aceito
  19 Fev 2004
• Recebido
  18 Dez 2003