AF I N A L D O J. HE R N A N D E Z1, MARCIA UC HôA DE RE Z E N D E2,
ED U A R D O FA I R B A N K S VON UH L E N D O R F F3, TO M A Z PUGA LE I V A S4, GI L B E R T O L. CA M A N H O 5
RESUMO
Os autores realizam estudo biomecânico dos comple-xos colaterais medial e lateral de 40 joelhos de cadáveres frescos, com o objetivo de compará-los entre si e estabe-lecer relações com a idade, o peso e a altura dos espéci-mes. Após a análise dos dados, constatam que não exis-te diferença entre os Iados e nem entre os complexos co-laterais mediais e co-laterais, sendo que o limite de resistên-cia varia inversamente com peso para ambos os comple-xos colaterais e a idade relaciona-se inversamente com o complexo colateral lateral.
SUMMARY
Mechanical study of collateral complexes of the knee A biomechanical study was conducted on the properties of the medial and lateral collateral complexes
of 40 fresh cadaver knees. The purpose was to compare the structures to one another and to establish correlations based on age, body weight and height of the specimens. After data analysis, the authors observed that there was no difference between sides nor between medial and late-ral collatelate-ral complexes, and that tensile strength correla-tes inversely to body weight for both collateral comple-xes, whereas age only correlates inversely to the lateral collateral complex.
*Trab. realiz. no Lab. de Biomec. (LIM-41) do IOT-HC-FMUSP (Serv. do Prof. João D.M.B. Alvarenga Rossi).
1. Mestre em Ortop. e Traumatol. pela FMUSP; Assist. do IOT-HC-FMUSP.
2. Resid. do 4º ano do IOT-HC-FMUSP. 3. Resid. do 3º ano do IOT-HC-FMUSP. 4. Engenheiro-Chefe do LIM-41.
5. Prof. Livre-Doc. pela FMUSP; Chefe de Grupo do IOT-HC-FMUSP.
Rev Bras Ortop – Vol. 28, Nº 8 — Agosto, 1993
INTRODUÇÃO
O joelho, por ser uma articulação de função primor-dial na marcha, apresenta características anatômicas e biomecânicas peculiares. Estudos biomecânicos aplica-dos à marcha(1)
demonstraram que a força de reação do solo, quando aplicada ao membro inferior, produz momento em varo (momento em adução) ao nível do joelho no plano frontal. Para que ocorra equilíbrio des-sa situação, é necessário que surjam momentos valgizan-tes compensatórios. A tensão exercida no complexo cola-teral lacola-teral do joelho seria a última barreira para produ-zir esse momento compensador em valgo.
Baseados nesses dados biomecânicos, poder-se-ia su-per que as estruturas musculoligamentares laterais do joelho sofreriam maior solicitação do que as mediais du-rante todas as atividades com carga do membro inferior. A pergunta que fica é se essas diferenças de solicitação também se traduziriam por diferentes comportamentos biomecânicos dessas estruturas. A escassa literatura so-bre as características biomecânicas dos complexos liga-mentares medial e lateral do joelho foi a motivação do presente estudo.
Para esse fim, foi conduzido trabalho experimental em joelhos de cadáveres para avaliar as propriedades mecânicas dos referidos complexos ligamentares à tra-ção .
MATERIAL E MÉTODO
Foram obtidos quarenta joelhos de vinte cadáveres, frescos do SVO-HC-FMUSP que não apresentavam si-nais macroscópicos e radiográficos de patologia articular. A média de idade foi de 43,15 anos, variando de 22 a 73 anos; a média de peso foi de 68,85 kg, variando de 60 a 75kg e a média de altura foi de 172,75 cm, varian-do de 160 a 180cm.
Fig. 1 — Complexos colaterais medial
e lateral
Os joelhos foram dissecados, retirando-se toda a musculatura e tendões ao seu redor, exceto o músculo poplíteo, devido à sua importância no complexo ligamen-tar lateral. Foram preservados os complexos colaterais medial e lateral.
O complexo colateral medial (CCM) foi delimitado anteriormente pela porção anterior do ligamento colate-ral medial e posteriormente pelo limite latecolate-ral do liga-mento oblíquo posterior. O complexo colateral lateral (CCL) foi delimitado anteriormente pela porção mais anterior da banda iliotibial até o limite medial do liga-mento arqueado, preservando o ligaliga-mento colateral la-teral.
Em seguida, os côndilos femorais foram serrados, preservando-se a inserção dos complexos ligamentares em fragmento ósseo, cuja espessura correspondia aos 2/3 externos do côndilo femoral (fig. 1). No mesmo ato, as peças foram identificadas e acondicionadas em sacos plásticos e congeladas a — 20°C.
Por ocasião da realização dos testes, processou-se o descongelamento das peças em condições ambientes
(tem-peratura controlada de 22o
C) pela imersão em soro fisio-lógico, por um período mínimo de quatro horas.
Fixou-se o terço proximal da tíbia e fíbula em gar-ras tubulares utilizando-se um fio de Steinman, transfi-xando os referidos ossos, associado ao uso de parafusos
566
Fig. 2 — Montagem das peças
de apoio. Os côndilos femorais foram fixados em garras semitubulares, utilizando-se também de parafusos de apoio.
A montagem foi submetida à prova de tração axial, à velocidade constante de 20mm/min, em máquina uni-versal de ensaios mecânicos com junta uniuni-versal da mar-ca Kratos K 5002, equipada com célula de mar-carga CCJ- 10.000kgf (fig. 2), tendo-se o cuidado de não produ-zir torção no ligamento testado. O ensaio foi acompa-nhado com registrador gráfico da marca Servogor 790
BBC.
Foram calculados a constante de proporcionalida-de (K) e o limite proporcionalida-de resistência (C) proporcionalida-de cada complexo liga-mentar dos 40 joelhos testados e os resultados foram correlacionados entre si.
ANÁLISE ESTATÍSTICA
Realizou-se estatística básica dos parâmetros ordi-nais de idade, peso, altura, limite de resistência e cons-tante de proporcionalidade.
Nas comparações entre as amostras paramétricas re-lacionadas de resistência (limite de resistência — C) e ri-gidez (constante de proporcionalidade — K), emprega-mos o teste t pareado.
Correlacionamos os valores de resistência (C) e rigi-dez (K) de cada complexo ligamentar colateral aos parâ-metros antropométricos.
Adotamos nível de significância de 5% (alfa = 0,05).
RESULTADOS
Os resultados que correlacionam o limite de resistên-cia e o coeficiente de proporcionalidade entre os lados direito e esquerdo dos complexos colaterais mediais en-contram-se nas tabelas 1 e 2, respectivamente, e os dos complexos colaterais laterais, nas tabelas 3 e 4.
Os valores de limite de resistência para os comple-xos colaterais mediais e laterais encontram-se na tabela
TABELA 1
Média dos valores de Iimite da resistência (C) dos complexos colaterais mediais em kgf, desvio padrão (dp),
erro padrão da média (epm), valores mínimo e máximo e número de casos (N) segundo o Iado
C (Iimite de resistência) Direito (kgf) Média 125,6 dp 42,7 epm 9,5 Valor mínimo 51,0 Valor máximo 225,0 N 20 Esquerdo (kgf) 135,9 40,3 9,0 82,5 248,0 20 Teste t pereado t = 0,89 GL = 19 p = 0,30 TABELA 3
Média dos valores de Iimite de resistência (C) dos complexos colaterais Iaterais am kgf, desvio padrão (dp),
erro padrão da média (epm), valores mínimo e máximo e número de casos (N) segundo o Iado
C (Iimite de resistência) Direito Esquerdo (kgf) (kgf) Média 127,9 129,3 dp 29,7 34,4 epm 6,6 7,7 Valor mínimo 70,0 73,5 Valor máximo 200,0 196,0 N 20 20 Teste t pareado t = 0,17 GL = 19 p = 0,42 TABELA 4
Média dos valores do coeficiente da proporcionalidade (K) dos complexos colaterais Iaterais em kgf/mm, desvio padrão (dp),
erro padrão da média (epm), valores mínimo e máximo e número de casos (N) segundo o Iado
K (coeficiente de proporcionalidade) Direito Esquerdo (kgf/mm) (kgf/mm) Média 15,2 14,5 dp 4,1 2,7 epm 0,9 0,6 Valor mínimo 8,3 10,2 Valor máximo 25,5 20,0 N 20 20 Teste t pareado t = 0,91 GL = 19 p = 0,31 TABELA 2
Média dos valores do coeficiente de proporcionalidade(K) dos complexos colaterais mediais em kgf/mm, desvio padrão (dp),
erro padrão de média (epm), valores mínino e máximo e número de casos (N) segundo o Iado
K (coeficiente de proporcionalidade)
TABELA 5
Média dos valores de Iimite de resistência (C) dos complexos colaterais mediais (CCM) a Iaterais (CCL) em kgf, desvio padrão (dp), erro padrão da média (epm), valores mínimo
e máximo e número de casos (N) C (Iimite de resistência) Direito (kgf/mm) Média 13,5 dp 4,2 epm 0,9 Valor mínimo 6,1 Valor máximo 20,5 N 20 Esquerdo (kgf/mm) 13,5 3,0 0,7 5,7 20,2 20 CCM CCL (kgf) (kgf) Média 130,8 128,6 dp 41,3 31,7 epm 6,5 5,0 Valor mínimo 51,0 70,0 Valor máximo 248,0 200,0 N 40 40
Teste t pareado t = 4,72 GL = 19 p = 0,49 Teste t pareado (bicaudal) t = 0,388 GL = 39 p = 0,70
5 e os do coeficiente na tabela 6.
de proporcionalidade de ambos, A tabela 7 mostra a correlação e a regressão linear entre os valores de resistência e o coeficiente de propor-cionalidade de cada complexo colateral medial e lateral com idade, peso e altura.
DISCUSSÃO
Muitos autores(2,8,10)
citam que o ligamento colate-ral medial (LCM) é o estabilizador primário mais impor-tante do joelho contra forças aplicadas em valgo e/ou rotação externa. Analogamente, considera-se que o liga-mento colateral lateral (LCL) é o principal estabilizador
primário do joelho para forças aplicadas em varo(8)
,
po-TABELA 6
Média dos valores do coeficiente de proporcionalidade (K) dos complexos colaterais mediais (CCM) e Iaterais (CCL) em kgf/mm, desvio padrão (dp), erro padrão da média (epm),
valores mínimo e máximo e número de casos (N) K (coeficiente de proporcionalidade) CCM CCL (kgf/mm) (kgf/mm) Média 13,6 14,9 dp 3,6 3,5 epm 0,6 0,6 Valor mínimo 5,7 8,3 Valor máximo 20,5 25,5 N 40 40
Teste t pareado (bicaudal) t = 1,757 GL = 39 P = 0,083
rém essa característica seria menos pronunciada à
medi-da que se flexionasse o joelho(8)
. Contrariamente, alguns estudos experimentais em cadáveres mostram que a fun-ção estabilizadora do LCL é mais pronunciada a 25° de
flexão do que a 5°(2)
.
A maior parte dos estudos biomecânicos com liga-mentos do joelho e feita com o ligamento individualiza-do(3,9)
, não se levando em consideração que a cápsula articular medial e lateral, juntamente com seus respecti-vos ligamentos colaterais, forma verdadeiros complexos
ligamentares(2)
e que as estruturas ligamentares e capsula-res de uma articulação trabalham juntas como um
siste-ma interdependente(5)
. Markolf & co1.(4)
acreditam que o LCL isoladamente apresenta resistência limitada con-tra forças aplicadas em varo ao joelho, a menos que este-ja sendo avaliado em conjunto com a cápsula articular posterior.
Uma vez que o estudo isolado de cada ligamento colateral não nos dá informações completas sobre sua importância real na estabilização em varo-valgo do joe-lho, procuramos nesta oportunidade estudar os comple-xos ligamentares medial e lateral através da sua constan-te de proporcionalidade (K) e de seu limiconstan-te de resistência (C). Apesar da limitação e críticas que um estudo deste tipo possa ter, no momento não se dispõe de metodolo-gia melhor para esse fim. É importante lembrar que to-mamos cuidado para não produzir torção no ligamento testado, uma vez que esta poderia interferir nos
resulta-dos(9)
, e que também optamos pela técnica de fixação osso-ligamento-osso, por tornar o ensaio mais confiá-v e l( 6 , 7 )
. TABELA 7
Correlação e regressão linear entre os valores de resistência (C) em kgf e do coeficiente de proporcionalidade (K) em kgf/mm de cada complexo colateral (medial e lateral) com idade (anos), peso (kgf) e altura (cm)
Ligamento Y X GL t
obtido tcrítico equação
Complexo colateral medial C (kgf) Idade (ano) 38 0,2513 0,3125 Complexo colateral medial K (kgf/mm) Idade (ano) 38 0,2572 0,3125
Complexo colateral medial C (kgf) Peso (kgf) 38 0,5626* 0,3125 Y = 484,8 – 5,1 x X Complexo colateral medial K (kgf/mm) Peso (kgf) 38 0,3541* 0,3125 Y = 3 3 , 1 – 0 , 3 x X Complexo colateral medial C (kgf) Altura (cm) 38 0,0794 0,3125
Complexo colateral medial K (kgf/mm) Altura (cm) 38 0,0068 0.3125
Complexo colateral lateral C (kgf) Idade (ano) 38 0,3435* 0,3125 Y = 1 6 2 , 4 – 0 , 7 8 x X Complexo colateral lateral K (kgf/mm) Idade (ano) 38 0,0222 0,3125
Complexo colateral lateral C (kgf) Peso (kgf) 38 0,4411* 0,3125 Y = 3 4 1 , 7 – 3 , 1 x X Complexo colateral lateral K (kgf/mm) Peso (kgf) 38 0,1632 0,3125
Complexo colateral lateral C (kgf) Altura (cm) 38 0,1170 0,3125 Complexo colateral lateral K (kgf/mm) Altura (cm) 38 0,1505 0,3125
Nossos resultados comprovaram que não existem diferenças significativas entre os lados para C e K, tan-to para o CCM como para o CCL. Uma vez que não fo-ram observadas diferenças entre ambos os complexos, passamos a estudá-los de maneira global, independente-mente do lado.
Após o estudo de todos os complexos colaterais, não encontramos diferenças significativas entre o CCM e o CCL. Avaliando o trabalho de Trent & col. (9)
, verifi-camos que os estabilizadores mediais do joelho seriam mais resistentes do que os laterais, porém neste estudo os ligamentos são avaliados isoladamente de seus comple-xos capsulares. A rigidez do LCM seria 69% maior do que a do LCL e a força para ruptura, 37% maior.
O estudo de C e K em relação ao peso, idade e altu-ra ataltu-ravés da correlação e regressão linear mostrou que o CCL apresenta relação linear e inversamente proporcio-nal entre o limite de resistência (C) e a idade dos indiví-duos. Esses dados estão de acordo com Trent & col. (9)
, que afirmaram haver enfraquecimento dos ligamentos em indivíduos mais velhos. Em contraposição, esses da-dos são discordantes com os achada-dos de Kennedy & col. (3)
, que, em um estudo com dez ligamentos (LCA, LCP e LCM), não encontraram correlação estatística sig-nificante entre idade e limite de resistência (C).
Contrariamente ao que se poderia imaginar, encon-tramos relação linear, inversamente proporcional, entre o limite de resistência (C) e o peso dos indivíduos, tan-to para o CCL como para o CCM. O coeficiente de pro-porcionalidade (K) do CCM também variou inversamen-te com o peso. Não encontramos na liinversamen-teratura citações a esse respeito.
Estudo experimental com primatas(6)
mostra que há relação entre inatividade física e diminuição da resis-tência dos ligamentos. Talvez os indivíduos mais obesos sejam mais inativos, o que poderia justificar nossos acha-dos. Essas afirmações estão, logicamente, na dependên-cia de estudos mais profundos sobre o assunto.
Não encontramos correlação estatística entre a esta-tura dos cadáveres e o limite de resistência (C) e o coefi-ciente de proporcionalidade (K). Esses resultados nos
permitem dizer que diferenças do somatotipo não devem interferir no comportamento dos ligamentos.
CONCLUSÕES
1) O comportamento mecânico do CCM e do CCL é o mesmo.
2) O valor de resistência máxima (C) do CCM e do CCL mostra relação inversa com o peso.
3) O envelhecimento mostrou afetar negativamente o limite de resistência do CCL.
REFERÊNCIAS
1. Burstein, A. H.: Biomechanics of the knee, in Insall, J. N.: Surgery of the knee, London, Churchill Livingstone, 1984. Cap. 2, p. 21-39.
2. Grood, E. S., Noyes, F. R., Butler, D.L. & Suntay, W. J.:
Ligamen-3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
tous and capsular restraints preventing straight medial and lateral laxity in intact human cadaver knees. J Bone Joint Surg [Am] 63: 1257-1269, 1981.
Kennedy, J. C., Hawkins, R. J., Willis, R.B. & Danylchuk, K. D.: Tension studies of human knee ligaments. Yield point, ultimate failure, and disruption of the cruciate and tibial collateral liga-ments. J Bone Joint Surg [Am] 58: 350-355, 1976.
Markolf, K. L., Mensch, J.S. & Amstutz, H. C.: Stiffness and la-xity of the knee. The contributions of the supporting structures. J Bone Joint Surg [Am] 58:583-593, 1976.
Noyes, F. R., Grood, E. S., Butler, D.L. & Malek, M.: Clinical la-xity tests and functional stability of the knee: biomechanical con-cepts. Clin Orthop 146:84-89, 1980.
Noyes, F. R., Torvik, P. J., Hyde, W.B. & DeLucas, J.: Biomecha-nics of ligament failure. II — An analysis of immobilization, exer-cise, and reconditioning effects in primates. J Bone Joint Surg [Am] 56:1406-1418, 1974.
Rossi, J.D.M.B.A., Leivas, T. P., More, A.D.O., Camanho, G. L., Montenegro, N.B. & Machado, J.W.R.: Ligamento cruza-do anterior e tendão patelar: estucruza-do mecânico e correlações clíni-cas. Rev Bras Ortop 25: 197-201, 1990.
Sisk, T. D.: Knee injuries, in Crenshaw, A. H.: Campbell’s operati-ve orthopaedics, St. Louis, Mosby, 1992. Cap. 33, 1487-1732. Trent, P. S., Walker, P.S. & Wolf, B.: Ligament length patterns, strength and rotational axes of the knee joint. Clin Orthop 117: 263-270,1976.
Warren, L. F., Marshall, J.L. & Girgis, F.: The prime static stabi-lizer of the medial side of the knee, J Bone Joint Surg [Am] 56: 665-674,1974.
