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Artigo
Original
Análise
da
resistência
mecânica
de
fixac¸ão
de
fratura
do
colo
femoral
em
osso
sintético
com
DHS
e
parafuso
antirrotatório
夽
Anderson
Freitas
a,∗,
Gustavo
Melo
Torres
b,
André
Cezar
de
Andrade
de
Mello
e
Souza
b,
Rafael
Almeida
Maciel
b,
Diogo
Ranier
de
Macedo
Souto
ae
George
Neri
de
Barros
Ferreira
aaHospitalOrtopédicodeMedicinaEspecializada,DistritoFederal,Brasília,DF,Brasil bHospitalRegionaldoGama,Brasília,DF,Brasil
informações
sobre
o
artigo
Históricodoartigo: Recebidoem18denovembro de2013 Aceitoem6dejaneirode2014 On-lineem26dejulhode2014 Palavras-chave:Fraturasdocolofemoral
Fixadoresinternos
Biomecânica
r
e
s
u
m
o
Objetivo:Analisarestatisticamenteresultadosobtidosemensaiosbiomecânicosdefixac¸ão
defraturadocolofemoraltipoPauwelsIII,emossosintético,comousodosistemadinâmico
doquadril(DHS)comparafusoantirrotatóriovsumgrupocontrole.
Métodos:Foramusadosdezossossintéticos,deumfabricantenacional,domodeloC1010,
divididosemdoisgrupos:testeecontrole.Nogrupotestefoifeitafixac¸ãodeosteotomia,com
70◦deinclinac¸ãoemníveldecolofemoral,comousodeDHScomparafusoantirrotatório.
Avaliou-searesistênciadessafixac¸ãoeseudesviorotacionalem5mmdedeslocamento
(fase1)eem10mmdedeslocamento,consideradocomofalênciadasíntese(fase2).No
grupocontrole,osmodelosforamensaiadosemsuaintegridadeatéqueocorresseafratura
docolofemoral.
Resultados:Osvaloresdoensaionogrupotestenafase1,nasamostrasde1a5,foram:
1.512N,1.439N,1.205N,1.251Ne1.273N,respectivamente(média=1.336N;desviopadrão
[DP]=132N).Osdesviosrotacionaisforam:4,90◦;3,27◦;2,62◦;0,66◦e0,66◦,respectivamente
(média=2,42◦;DP=1,81◦).Nafase2,obtivemos:2.064N,1.895N,1.682N,1.713Ne1.354N,
respectivamente(média=1.742N;DP=265N).Osvaloresdacargadefalêncianogrupo
con-troleforam:1.544N,1.110N,1.359N,1.194Ne1.437N,respectivamente(média=1.329N;
DP=177N).AanáliseestatísticapelotestedeMann-Whitneydemonstrouqueogrupoteste
apresentoucargamáxima,em10mmdedeslocamento,significativamentemaiordoquea
cargadefalênciadogrupocontrole(p=0,047).
Conclusão:Aresistênciamecânicadogrupotestefoisignificativamentesuperioràdogrupo controle.
©2014SociedadeBrasileiradeOrtopediaeTraumatologia.PublicadoporElsevierEditora
Ltda.
夽TrabalhodesenvolvidopeloHospitalOrtopédicodeMedicinaEspecializada,Brasília,DF,Brasil,epeloLaboratóriodeEnsaiosMecânicos,
DepartamentodeEngenhariadeMateriais,FaculdadedeEngenhariaMecânica,UniversidadeEstadualdeCampinas(Unicamp),Campinas,
SP,Brasil.
∗ Autorparacorrespondência.
E-mail:andfreitas28@gmail.com(A.Freitas).
http://dx.doi.org/10.1016/j.rbo.2014.01.023
0102-3616 ©2014SociedadeBrasileiradeOrtopediaeTraumatologia.PublicadoporElsevierEditoraLtda.
Este é um artigo Open Access sob a licença de CC BY-NC-ND
Analysis
on
the
mechanical
resistance
of
fixation
of
femoral
neck
fractures
in
synthetic
bone,
using
the
dynamic
hip
system
and
an
anti-rotation
screw
Keywords:
Femoralneckfractures
Internalfixators
Biomechanics
a
b
s
t
r
a
c
t
Objective: Tostatisticallyanalyzetheresultsobtainedfrombiomechanicaltestsonfixation
offemoralneckfracturesofPauwelsIIItype,insyntheticbone,usingthedynamichipsystem
withananti-rotationscrew,versusacontrolgroup.
Methods: Tensyntheticbonesfroma Brazilianmanufacturer(modelC1010)wereused,
dividedintotwogroups:testandcontrol.Inthetestgroup,fixationofanosteotomywas
performed with70◦ ofinclinationatthelevel ofthefemoralneck,using DHSwithan
anti-rotationscrew.Theresistanceofthisfixationwasevaluated,alongwithits
rotatio-naldeviationat5mmofdisplacement(phase1)andat10mmofdisplacement(phase2),
whichwasconsideredtobefailureofsynthesis.Inthecontrolgroup,themodelsweretested
intheirentiretyuntilfemoralneckfracturingoccurred.
Results: Thetestvaluesinthetestgroup(samples1to5)inphase1were:1,512N,1,439N,
1,205N,1,251Nand1,273N,respectively(mean=1,336N;standarddeviation[SD]=132N).
Therotationaldeviationswere:4.90◦,3.27◦,2.62◦,0.66◦and0.66◦,respectively(mean=2.42◦;
SD=1.81◦).Inphase2,weobtained:2,064N,1,895N,1,682N,1,713Nand1,354N,respectively
(mean=1,742N;SD=265N).Thefailureloadingvaluesinthecontrolgroupwere:1,544N,
1,110N,1,359N,1,194Nand1,437N,respectively(mean=1,329N;SD=177N).Thestatistical
analysisusingtheMann-Whitneytestshowedthatthetestgrouppresentedmaximum
loadingatadisplacementof10mm,i.e.significantlygreaterthanthefailureloadingofthe
controlgroup(p=0.047).
Conclusion: Themechanicalresistanceofthetestgroupwassignificantlygreaterthanthat
ofthecontrolgroup.
©2014SociedadeBrasileiradeOrtopediaeTraumatologia.PublishedbyElsevierEditora
Ltda.
Introduc¸ão
Asfraturas doquadrilrepresentamcercade 20%das
fratu-rascirúrgicasemumaunidadedetraumaortopédicoegeram
umcustoanualsignificativoemqualquersistemadesaúde.
Asfraturas docolofemoralsomamaproximadamente 50%
detodasasfraturasdaregiãodoquadril,acometem
princi-palmenteos idosos esãoincomunsem pessoasabaixode
60anos.1
AOrganizac¸ãoMundialdeSaúdeprevêqueaincidênciade
fraturasosteoporóticasdefêmurproximaltriplicaráaté2050.2
Napopulac¸ãoabaixode65anos,aincidênciadefraturasde
colofemoraléde2-4casospor10milhabitantes.Noentanto,
a incidência aumenta na populac¸ão com idade acima de
70,28/10.000emhomense64/10.000emmulheres.3,4
Nosadultos jovenssão incomunsfraturas na região do
quadrilde umaforma geral,porém,porcausa dos
aciden-tesde altaenergia,que envolvempráticasesportivas, ede
acidentesdetrânsito,essaincidênciavemaumentando.
Fre-quentementeopadrãodessetipodefraturatemtrac¸overtical
comcaracterísticainstável,classificadocomoPauwelsIII.Tal
classificac¸ãorelacionaoprognósticoaoângulodoplanoda
fratura–conformeoânguloaumenta,ainstabilidadeda
fra-turatambémaumentaeascomplicac¸õesrelacionadasàsua
fixac¸ãoeconsolidac¸ãopioram.1
Otratamentodefraturadecolofemoralvariadeacordo
com a idade do paciente ecom o padrão de fratura.5 Em
pacientesjovens,aosteossíntesedevesersemprepriorizada,
enquantoqueempacientesmaisidososaartroplastiadeverá
sercogitada.Paraospacientesdemeia-idade(40-65anos),a
indicac¸ãodeveserdefinidaindividualmente.6
Parafraturasdecolofemoralsemdesvio,afixac¸ãorígida
commobilidadeprecocedospacienteséopadrãode
trata-mento.Múltiplos parafusoscanulados(MultipleCannulated
Screws[MCS])ouosistemadinâmicodoquadril(DynamicHip
System[DHS])sãocomumenteusadosnotratamento.5
Afalhadefixac¸ãoeapseudoartrosesãoasprincipais
for-masde complicac¸õesdepois da fixac¸ãode fraturasde colo
femoralcomousemdesvio.Pseudoartroseémaiscomume
aconteceentre3,1%-8,8%doscasos,comamédiaaoredorde
6%.1
Pelodescritoacimaosautorespropõemumaanálise
esta-tísticaafimdeavaliararesistênciamecânicadafixac¸ãode
fraturas de colofemoral–Pauwels IIIcom DHSe parafuso
antirrotatórioemossossintéticoscomparadoaumgrupo
con-trole.
Material
e
métodos
Foramusados10ossossintéticosdeterc¸oproximaldofêmur,
deumfabricantenacional,domodeloC1010,desenvolvidoem
poliuretanorígidoparaacamadacorticaletrabeculadoparaa
camadaesponjosa,divididosemdoisgrupos:controleeteste.
Figura1– OssosintéticofixadocomDHSpré-ensaio.
Todasasamostrasdogrupotesteforampreviamente
per-furadasparaacolocac¸ãoinicialdoimplantesoborientac¸ão
fluoroscópica antes da osteotomia para facilitar uma
reduc¸ão anatômica e o posicionamentoideal doimplante.
Asosteotomiasdogrupotesteforamfeitascomumgabarito
pré-fabricadoparaquenãohouvessediferenc¸aangularentre
elasesimularumafraturadecolofemoraldotipoPauwelsIII
homogêneaemtodososossos.
Asfixac¸õesdoscincoossos dogrupo testeforam feitas,
umaauma,comDHSdetrêsfuroscomousodoguiade135◦
eestabeleceu-secomoreferênciaparaacolocac¸ãodo
para-fusodeslizantede90mmumponto2cmdistalaopequeno
trocânter,no centro da diáfise lateral.A placa foi fixada à
diáfise femoralcomtrês parafusos corticaisde 4,5mm. No
fim,osistemafoibloqueadocomusodecontrapino,quedeu
compressãoaofocodaosteotomia.Seguiu-seacolocac¸ãodo
parafuso antirrotatório amão livre, posicionado paralela e
superiormenteaoparafusodeslizante.Paraocorreto
posici-onamentofoifeitocontroleporfluoroscopiaemAPeperfil
durantecadaetapadoprocedimento.Apósoprocedimento,
todososossosdogrupoteste(fig.1)foramsubmetidosa
radi-ografiaparaaavaliac¸ãodareduc¸ãoedobomposicionamento
dasíntese(fig.2).
Osdemaiscinco ossosforamusados seminterferências
na sua integridade, identificados como grupo controle, e
simularamdessa forma a carga máxima de resistência do
colo femoral de osso sintético intacto. Definiram-se assim
o padrão-ouro de resistência previamente à ocorrência da
fratura eo parâmetrode comparac¸ãopara necessidadede
resistência do método de síntese usado no grupo teste
(figs.3A,B).
Grupoteste
Os fêmures sintéticos fixados tinham 200mm de
compri-mento e foram posicionados no sentidovertical com uma
inclinac¸ãode25oemvalgo(fig.4A).Osistemadeaplicac¸ãode
cargatransmitiuaforc¸anoápicedacabec¸afemorale
determi-nouumcarregamentodeforc¸aecargaaofracasso.Aanálise
doensaiomecânicodessegrupofoidivididaemduasfases:
Fase1:aresistênciadafixac¸ãoem5mmdedeslocamento
(fig.4B).
Fase2:aresistênciadafixac¸ãoem10mmdedeslocamento,
consideradacomofalênciadaosteossíntese(fig.4C).
Duranteafase1,tambémforamavaliadososdesvios
rota-cionaisdocolofemoral(fig.5).
Aformatac¸ãodesteensaiobuscouconcentraraforc¸a
apli-cada no foco da osteotomia, a fim de uma análise mais
adequadadaresistênciadamontagemdasíntese.
Figura2–RadiografiadeossosintéticofixadocomDHS pré-ensaio.
Figura3–(A)Controlenamáquinapré-ensaio.(B)Controlepós-ensaio,falência.
Figura4–(A)DHSnamáquinapré-ensaio.(B)DHSnafase1doensaio.(C)DHSnafase2doensaio. Grupocontrole
Os fêmures sintéticos não fixados tinham o comprimento
de 125mm e foram posicionados no sentido vertical em
inclinac¸ãoneutra.Osistemadeaplicac¸ãodecarga
transmi-tiuaforc¸anoápicedacabec¸afemoraleelafoiaplicadaaté
quehouvesseafraturadocolofemoral(fig.3),parasimulara
resistênciamáximapré-fratura.
Usou-se uma velocidade de aplicac¸ão de carga
de20mm/minnamáquinadeensaioMTS(MaterialsTesting
System)modelo810–FlexTest40comcapacidadede100kN.
Noensaiofoiusadaumacéluladecargacomcapacidadede
10kNcalibradaeaferida.Aforc¸aaxialfoiaplicadanacabec¸a
femoralpormeio doencaixecom asuperfíciedopistãodo
equipamento(fig.6).
Análiseestatística
Ométodoestatísticoparacomparac¸ãodaforc¸amáxima(N)
entre os grupos foi o teste de Mann-Whitney. Foi usado
Figura6–Máquinadeensaiousada.
métodonãoparamétrico,poisaforc¸amáximanão
apresen-toudistribuic¸ãonormal(distribuic¸ãogaussiana)porcausado
númeroreduzidodaamostraanalisadaemcadagrupo.
Ocritériodedeterminac¸ãodesignificânciaadotadofoio
nívelde5%.Aanáliseestatísticafoiprocessadapelosoftware
SAS6.11(SASInstitute,Inc.,Cary,NorthCarolina,EUA).
Resultados
Grupoteste
Ovalordacargaemnewtons(N)aplicadaatéodeslocamento
dafraturaem5mmfoide:1.512,1.439,1.205,1.251e1.273,
respectivamente,para asamostrasde 1a5. Apresentaram
comomédiaovalorde1.336Neumdesviopadrãode132N
(tabela1,fig.7).
Ovalordacargamáximaemnewtonsaplicadaatéo
deslo-camentodafraturaem10mmfoide:2.064,1.895,1.682,1.713
e1.354,respectivamente,paraasamostrasde1a5.
Apresen-taramcomomédiaovalorde1.742Neumdesviopadrãode
265N(tabela1,fig.7).
Tabela1–ValoresdecargaemNcom5mmde deslocamento,cargamáximaedesviorotacionalno grupoteste
Amostra Cargacom5mmde deslocamento(N) Cargamáxima (N) Rotac¸ão (graus) 1 1.512 2.064 4,9 2 1.439 1.895 3,27 3 1.205 1.682 2,62 4 1.251 1.713 0,66 5 1.273 1.354 0,66 Média 1.336 1.742 2,42 Desviopadrão 132 265 1,81 Extension (mm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Load (N) 1 2 3 4 5
Figura7–Curvasforc¸axdeslocamentoparaogrupoteste.
Tabela2–ValoresdecargamáximaemNnogrupo controle
Amostra Cargamáxima(N)
1 1.544 2 1.110 3 1.359 4 1.194 5 1.437 Média 1.329 Desviopadrão 177
Osvaloresdosdesviosrotacionaisemgraus,após afase 1,dascincoamostrasforam:4,90◦;3,27◦;2,62◦;0,66◦e0,66◦,
respectivamente.Apresentaram comomédia2,42◦ edesvio
padrãode1,81◦(tabela1).
Grupocontrole
O valorde carga máxima emnewtons nas cinco amostras
dogrupocontroleforam,respectivamente,1.544,1.110,1.359,
1.194e1.437.Apresentaramcomomédiaovalorde1.329Ne
umdesviopadrãode177N(tabela2,fig.8).
Segundo o teste de Mann-Whitney, observou-se que o
grupo testeapresentouforc¸amáxima,em10mmde
deslo-camento, significativamentemaiordoqueo grupocontrole
(p=0,047),conformeilustraafigura9.
Discussão
Afixac¸ãocirúrgicaidealparafraturadecolofemoraldeveser
capazderesistiràsforc¸asdedescargadepesoerestringiro
movimentoemtodoolocaldafraturaduranteacicatrizac¸ão
óssea,parapermitirumarápidaesegurarecuperac¸ãodo
paci-enteeseuretornoàsatividadesdiáriasdavida.Umafixac¸ão
seguratambémreduziráosaltosíndicesdecomplicac¸ões
1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Extension (mm) [1] 2 3 4 5 Load (N)
Figura8–Curvasforc¸axdeslocamentoparaogrupo controle. A B Forçá maxlma (N) Mediana p = 0,047 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400
Figura9–Comparac¸ãoentreogrupoteste(A)eogrupo controle(B).
Duranteasatividadesdiárias,acarganacabec¸afemoralse
alternaanterioreposteriormenteedeterminaforc¸asemvaro
e,napresenc¸ade fraturas,forc¸asde cisalhamentovertical.
Aforc¸aaplicadasobreacabec¸adocolofemoraldependedo
pesodopaciente,assimcomodaatividadeexecutada.Esses
parâmetrossãofundamentaisparaavaliac¸ãodaresistênciado
implantenasfraturasdocolofemoral.Usaremoscomo
refe-rênciaemnossoestudoumaforc¸aaxialde 1.400Ncomo a
forc¸aaplicadanoquadrildeumapessoacom70kgdepeso
apoiadasobreumaperna.8Osvaloresobtidosnessesensaios,
comousodeDHSeparafusoantirrotatório,alcanc¸arammédia
de carga,com 5mm de deslocamento, de 1.336Nedesvio
rotacionalmédiode2,42◦.Noentanto,talosteossíntese
supor-tou carga máxima médiade 1.742Nantes desua falência,
em10mmdedeslocamento,valorsignificativamentesuperior
(p=0,047)aosuportadoporumfêmursintéticointacto(grupo
controle),quesuportouemmédia1.329N.
Stiasnyetal.,emestudoquecomparouresultados
cirúr-gicosde 112pacientes tratadoscomMCS, DHSeDHS mais
parafusoantirrotatório,concluíramqueresultados
compará-veispodemserobtidoscomousodeMCSoucomDHS no
tratamentocirúrgicodas fraturasestáveisdocolodofêmur
(Gardentipos1e2).Jáemfraturasinstáveisdocolofemoral
(Gardentipos3e4),osbonsresultadosdotratamento
depen-demdeumaboareduc¸ãoeestabilizac¸ãodafratura,quepodem
serobtidoscomousodoDHS.Nessespacientes,comfraturas
Gardentipo3e4,aprobabilidadedeseobterembons
resulta-doscomousodeDHSfoitrêsvezesmaiordoqueaquelesque
foramsubmetidosàfixac¸ãocomMCS.Naavaliac¸ãodousodo
parafusoantirrotatório,concluíramqueseuusoincremental
aoDHSprolongaadurac¸ãodacirurgia,aumentaaperdade
sangueenãomelhoraabiomecânicadafixac¸ãodocolodo
fêmur.9
Blairetal.,emestudocomossosdecadáveres,
compara-ramaresistênciadafixac¸ãodefraturasbasicervicaiscomMCS,
DHS eDHSmaisparafusoantirrotatórioechegaramauma
resistênciamédiaemcarregamentoaxialparaoMCSde1.736
±494N,oDHSde2880±679NeoDHSmaisparafuso
antir-rotatóriode2.903±598N.ConcluíramqueoDHSésuperior
biomecanicamenteaousodeMCSparaotratamentode
fratu-rasdocolofemoraldebasecervical.Alémdisso,observaram
queemboraumparafusoesponjososuperiormentelocalizado
possafornecercontrolederotac¸ãoduranteainserc¸ãodo
para-fusodeslizantedoquadril,nãofornecefixac¸ãoadicionalapós
acolocac¸ãodoparafusodeslizantedoquadril.10
Testes biomecânicos dos implantes desempenham um
papel vital na avaliac¸ão de qualquer nova tecnologia de
implante.11 A obtenc¸ão de osso cadavérico fresco, livre
dedoenc¸as,paraserusadoemensaiosmecânicosde
implan-tesortopédicosédifícilepodeserextremamentecara.12Outro
problemaéqueasamostrasdecadáveresnãosãouniformes,
oqueresultanainclusãodeamostrascomqualidadeeforc¸a
ósseabastanteheterogêneas.13,14 Variac¸õesdeidadeegrau
de osteoporosede espécimesdecadáveres tambémpodem
influenciar parcialmentena variabilidade das propriedades
mecânicas.15,16Talvariabilidadenaspropriedades
geométri-casedematerialdeespécimesdecadáveresfrequentemente
exige amostras proibitivamente grandes, afim de detectar
diferenc¸asestatisticamentesignificativasnodesempenhodo
implante.17
Reconhecemos aslimitac¸õesdonosso estudo.Ouso de
ossos sintéticos em vez de ossos de cadáveres não
tra-duzdeformacorretaaanatomiadastrabéculasfemoraise
seu suporte de forc¸a.Não simulamos todos os
componen-tes fisiológicos da forc¸a – cíclicos, torcionais axiais – aos
quais oquadril está submetido durante adeambulac¸ãoou
nacontrac¸ãomuscularisolada.Vetoresdirecionaisdeforc¸a
poderiam ter resultado emalterac¸õesnosvalores decarga
e,consequentemente,naestabilizac¸ãodoimplante.Acarga
axial em uma única direc¸ão não simula o complexo
sis-temadecargasaplicadasaoquadrilduranteacaminhada,já
queasforc¸astorcionaiseaorientac¸ão dosvetoresmudam
durante os movimentos do quadril. Entretanto, as
insufi-ciências deste estudo provavelmente originam diferenc¸as
quantitativas(níveldeforcaaplicada),emvezdequalitativas.
Os ossos sintéticos foram escolhidos para garantir
pro-priedades biomecânicas comparáveis entre os grupos e
eliminaralgumasvariáveis.13Dessaforma,retiramos
porcausadassuascaracterísticasnãouniformes(densidade
óssea,diâmetroecomprimento),aavaliac¸ãodametodologia
defixac¸ão.
Acreditamosqueoprincípiodeosteossínteseparao
tra-tamento da fratura do colo femoral requer metodologia
de estabilidade absoluta e ser aprimorado ao ser feito de
forma minimamente invasiva. Apesar de não ter o
princí-pio de estabilidade absoluta, o DHS, agregado ou não ao
parafuso antirrotatório, apresenta resultados
surpreenden-temente favoráveis.9,10 Tal fato poderá contribuir para um
prognósticomenossombrionotratamentodefraturas
instá-veisdocolofemoral.
Sugerimos novos estudos que possam aproveitar esses
resultadosparaodesenvolvimentodenovosimplantesque
obedec¸amànecessidadedeestabilidadeabsolutaeque
pos-samserfeitosdeformaminimamenteinvasiva.
Conclusão
Aanáliseda resistência mecânicadogrupo testefoi
signi-ficativamente superioràdogrupo controleeestabeleceu a
possibilidadedeusodoDHSedoparafusoantirrotatóriopara
osteossíntesedefraturasdocolofemoral,principalmentenas
PauwelstipoIII.
Conflitos
de
interesse
Osautoresdeclaramnãohaverconflitosdeinteresse.
Agradecimento
À Prof. Ana Patrícia Paula, orientadora do Mestrado da
Fundac¸ãodeEnsinoePesquisaemCiênciadaSaúde(Fepecs),
pelasuaincondicionalajuda.
r
e
f
e
r
ê
n
c
i
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