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

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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

,

Gustavo

Melo

Torres

,

André

Cezar

de

Andrade

de

Mello

e

Souza

,

Rafael

Almeida

Maciel

_,

_Diogo

_Ranier

_de

_Macedo

_Souto

e

George

Neri

de

Barros

Ferreira

a_{HospitalOrtopédicodeMedicinaEspecializada,DistritoFederal,Brasília,DF,Brasil}

b_{HospitalRegionaldoGama,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.Todososdireitosreservados.

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

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.Allrightsreserved.

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

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¸ãode25o_{emvalgo(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.

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

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.8_{Osvaloresobtidosnessesensaios,} 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.12_Outro problemaéqueasamostrasdecadáveresnãosãouniformes, oqueresultanainclusãodeamostrascomqualidadeeforc¸a ósseabastanteheterogêneas.13,14 _{Variac¸õesdeidadeegrau} de osteoporosede espécimesdecadáveres tambémpodem influenciar parcialmentena variabilidade das propriedades mecânicas.15,16_{Talvariabilidadenaspropriedades} geométri-casedematerialdeespécimesdecadáveresfrequentemente exige amostras proibitivamente grandes, afim de detectar diferenc¸asestatisticamentesignificativasnodesempenhodo implante.17

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.

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