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Análise da resistência mecânica de fixação de fratura do colo femoral em osso sintético com DHS e parafuso antirrotatório

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(1)

w w w . r b o . o r g . b r

Artigo

Original

Análise

da

resistência

mecânica

de

fixac¸ão

de

fratura

do

colo

femoral

em

osso

sintético

com

DHS

e

parafuso

antirrotatório

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

a

e

George

Neri

de

Barros

Ferreira

a

aHospitalOrtopédicodeMedicinaEspecializada,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;0,66e0,66,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.

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

(2)

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◦,3.27,2.62,0.66and0.66,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.

(3)

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.

(4)

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

(5)

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

(6)

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

(7)

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

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ê

n

c

i

a

s

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