UNIVERSIDADE F E D E R A L DE CAMPINA GRANDE C E N T R O DE CIENCIAS E TECNOLOGIA PROGRAMA DE P O S - G R A D U A C A O EM CIENCIA
E ENGENHARIA DE MATERIAIS
ESTUDO DO BIOPOLlMERO POLI (p-HIDROXIBUTIRATO) PARA APLICACAO NA FIXACAO E REGENERAQAO DE TECIDO OSSEO
Francisco Vieira de Oliveira
Campina Grande A G O S T O / 2 0 1 3
E S T U D O DO BIOPOLlMERO POLI (p-HIDROXIBUTIRATO) PARA A P L I C A C A O NA FIXACAO E R E G E N E R A Q A O DE TECIDO O S S E O
Autor
Francisco Vieira de Oliveira
Tese apresentada ao Programa de Pos-Graduacao em Ciencia e Engenharia de Materials da Universidade Federal de Campina Grande, como parte dos requisitos necessarios para obtencao do grau de Doutor em Ciencia e Engenharia de Materiais.
Orientador: Prof. Dr. Marcelo Silveira Rabello Co-orientador: Prof. Dr. Marcus Vinicius Lia Fook
CAMPINA GRANDE A G O S T O / 2 0 1 3
FICHA CATALOGRAFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA CENTR4L DA UFCG
048e Oliveira, Francisco Vieira de.
Estudo do biopolimero poli (P-hidroxibutirato) para aplica<jao na fixagao e regenera§ao de tecido osseo / Francisco Vieira de Oliveira. - 2013.
180 f. : i l . Color.
Tese (Doutorado em Ciencia e Engenharia de Materials) - Universidade Federal de Campina Grande, Centro de Ciencias e Tecnologia.
"Orientacao: Prof. Dr. Marcelo Silveira Rabello, Prof. Dr. Marcus Vinicius Lia Fook".
Referencias.
1. PHB. 2. Bioatividade. 3. Apatita. 4. Tecido Osseo. I . Rabello, Marcelo Silveira. I I . Fook, Marcus Vinicius Lia. I I I . Titulo.
E S T U D O DO BIOPOLJMERO (POLI ( p - HIDROXIBUTIRATO) PARA APLICAQAO NA FIXAQAO E R E G E N E R A Q A O DE TECIDO O S S E O .
Francisco Vieira de Oliveira
Tese Aprovada em 15/08/2013 pela banca examinadora constituida dos seguintes membros:
Dr. MarceloSilveira Rabello meniador)
UAEMa/UFCG
Dr. Marcus Vinicius Lia Fook (Co-orientador) • UAEMa/UFCG
Dra. Eliana Cristina d a ^ i l v a Rigo (Examinadora Externa)
USP
Dr. Mose Luis Cardozo Fonseca (Examinador Externo)
UFRN
Dr. Helio de Lucena Lira (Examinador Interno)
UAEMa/UFCG
Dr3. Suedina Maria de Lima Siiva (Examinadora Interna)
FRANCISCO VIEIRA DE OLIVEIRA
CURRICULUM VITAE
3° GRAU (GRADUAQAO) UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAIBA CAMPUS II - CCBS CAMPINA GRANDE-PB PERiODO: 1981 - 1987 (JULHO)
CURSO DE MEDICINA
DIPLOMA: REGISTRO N°. 387 LIVRO 1 FOLHAS 387 PROCESSO N°. 005508/87
3° GRAU (POS-GRADUACAO)
UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE CIENCIAS E TECNOLOGIA
PROGRAMA DE P6S-GRADUACAO EM CIENCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
PERIODO: MAR/2007 - DEZ/2008
MESTRADO (TITULO: Modificacao da superficie do PEUAPM com deposito de apatita para osteossintese)
RESIDENCIA MEDICA (ESPECIALIALIZACAO)
HOSPITAL CENTRAL DO IASERJ - RIO DE JANEIRO-RJ ESPECIALIDADE: ORTOPEDIA / T R A U M A T O L O G Y PERIODO: 1 9 8 8 - 1990
APROVAQAO EM CONCURSO PUBLICO
PUBLICADO NO DlARIO OFICIAL DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
EM 11 DE FEVEREIRO DE 1988, ANO XIV N°. 26 - PARTE I. PODER EXECUTIVO.
TiTULO DE ESPECIALSTA PELA SOCIEDADE BRASILEIRA DE ORTOPEDIA E TRAUMATOLOGIA E ASSOCIACAO MEDICA BRASILEIRA EM 11 DE JANEIRO DE 1993.
MEMBRO TITULAR DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE ORTOPEDIA E TRAUMATOLOGIA EM 11DE JANEIRO 1996.
.III. ATIVIDADES DIDATICAS E TECNICO-ADMINISTRATIVAS
PROFESSOR PELA UNIVERSIDADE FEDERAL DE C. GRANDE. RETIDE CAMPUS I - CCBS - CAMPINA GRANDE-PB
DISCIPLINA: ORTOPEDIA / TRAUMATOLOGIA PERIODO: ABRIL DE 1993 (PORTARIA / R / SRH N°. 687/93).
FOI MEMBRO EFETIVO DO CONSELHO SUPERIOR DE ENSINO, EXTENSAO E PESQUISA.
PERIODO: AGOSTO DE 1997 A AGOSTO DE 1999
TRABALHOS AVALIACAO DA BIODEGRADABILIDADE DO POLI
PUBLICADOS (HIDROXIBUTIRATO) VISANDO APLICAQOES ORTOPEDICAS VIII CONGRESSO DE INICIACAO CIENTIFICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE. CAMPINA GRANDE - 2011.
RECOBRIMENTO BIOMIMETICO EM POLI (HIDROXIBUTIRATO) 12° CONGRESSO BRASILEIRO DE POUMEROS (12°CBPol). FLORIANOPOLIS SC - SET/2013.
IDENTIFICAQAO
NACIONALIDADE BRASILEIRA NATURALIDADE SOUSA - PB
ESTADO CIVIL CASADO NASCIMENTO 15 DE DEZEMBRO DE 1961
PROFISSAO MEDICO E PROF. UNIVERSITARIO FILIACAO ANTONIO ADELINO DE OLIVEIRA
MARIA NASARE VIEIRA
ENDERECO RUA JOSE DE ALENCAR, 871 APT.801 BAIRRO PRATA CAMPINA GRANDE-PB
TELEFONE (83)3341.8535 9971.3486
DOCUMENTAQAO CARTEIRA DE IDENTIDADE 724.04 SSP-PB CPF: 281.780. 9 2 4 - 6 8
DEDICATORIA
A Deus, por ser a energia maior que nos fortalece.
A minha esposa, Luciana Rabello e aos nossos filhos: Lucas, Leticia e Lorena, pelo apoio e compreensao.
Ao meu pai (in memoriam) e minha mae, responsaveis pelos primeiros passos desta grande caminhada.
Ao Professor Fernando Rabello, pelo incentivo e motivacao, na concretizacao deste trabalho. E a Professora, Maria Luiza Rabello (in memoriam), pelo exemplo e dedicagao ao ensino.
AGRADECIMENTOS
Ao meu orientador, Prof. Dr. Marcelo Silveira Rabello, pela dedicacao e seriedade no exercer desta ardua funcao de educador.
Ao co-orientador, Prof. Dr. Marcus Vinicius Lia Fook, pelo exemplo de doacao e perseveranca a uma causa tao nobre, a educacao.
Aos Professores Doutores: Suedina Maria e Helio de Lucena, pela contribuicao grandiosa na evolucao e concretizacao desta obra.
A todo corpo docente, deste programa de pos-graduacao, que direto ou indiretamente, participaram na construgao do conhecimento necessario, para realizacao desta tese.
A Profa. Dra. Kaline Melo, que mesmo a distancia, cumpriu seu papel de Professora preparada e motivadora.
Ao Dr. Rossemberg Cardoso, atraves do qual, agradeco a todos os Doutores (as) pesquisadores (as) do laboratorio CERTBIO.
Ao Doutorando Wladymyr Jefferson B. de Sousa, deste modo representando, todos os doutorandos (as) e mestrandos (as) desta pos-graduagao.
A Magna, pela sua maturidade e equilibrio no convivio do dia a dia, como pesquisadora iniciante.
A Leticia Rabello pelo trabalho cuidadoso na formatacao dos graficos e tabelas. A todos os funcionarios que fazem diuturnamente, com dedicacao e prazer o laboratorio CERTBIO.
As secretarias, Marcia e Mila, pela presteza e eficiencia as funcoes que exercem e atraves delas, quero agradecer tambem a todos os funcionarios que fazem a Engenharia de Materiais.
RESUMO
Esta tese tern como objetivo propor a utilizacao de um material polimerico biodegradavel, o PHB (poli (p-hidroxibutirato)) para osteosintese e regeneracao de tecido osseo. Para isto, realizou-se um estudo investigativo do desempenho do PHB, analisando fatores como: bioatividade, biodegradacao, biocompatibilidade, propriedades mecanicas e termicas. Para a avaliagao da bioatividade do PHB, este foi submetido ao contato com um ambiente, mimetizando o meio biologico, a solugao de SBF (Simulated Body Fluid), determinando a morfologia, a composicao quimica e a hidrofilicidade destas placas de PHB apos a interacao com este meio. Para o estudo da biodegradacao, o PHB foi submetido ao contato com uma solugao tampao (PBS) e lisozima. A avaliagao das propriedades mecanicas foi realizada antes e apos as placas serem submersas na solugao tampao com lisozima. A biocompatibilidade foi determinada por meio do teste de viabilidade celular, utilizando o metodo do MTT e da produgao de oxido nitrico (NO). As amostras do PHB foram caracterizadas estrutural e morfologicamente, atraves das analises de DRX, FTIR, MEV, EDS, MO, MFA, angulo de contato, TG/DTG, DSC, TMA e ensaios de tragao e flexao. Apos a avaliagao dos resultados obtidos in vitro, conclui-se que: o PHB mesmo sendo um polimero hidrofobico, mostrou que apos o ataque com peroxido de hidrogenio, ficou mais receptiva, adquirindo um comportamento bioativo; apresentou discreta biodegradagao superficial sem comprometimento estrutural e manteve as propriedades mecanicas proximas do PHB original ao final do periodo de 180 dias de exposigao ao ambiente biodegradavel. Por fim, comprovou-se que o PHB e um polimero biocompativel, pois atraves da determinagao da porcentagem da viabilidade celular e a determinagao da produgao de oxido nitrico (NO), apresentou um resultado de 87,22% e 3,5 respectivamente, muito proximo as medias dos grupos controles realizados.
ABSTRACT
This thesis aims to propose the use of a biodegradable polymeric material PHB (poly (p-hydroxybutyrate)) for osteosynthesis and bone tissue regeneration. For this, we carried out an investigative study about performance of PHB, analyzing factors such as bioactivity, biodegradability, biocompatibility, mechanical and thermal properties. To evaluate the bioactivity of PHB, it has been subjected to a contact with an environment mimicking the biological environment, the SBF solution, determining the morphology, chemical composition and hydrophilicity of these plates PHB after interacting with these medium. For the biodegradation study, the PHB was subjected to a contact with a buffer solution (PBS) and lysozyme. The evaluation of mechanical properties was performed before and after that the plates were immersed in the buffer solution with lysozyme. The biocompatibility was determined by the cell viability test using the MTT method and nitric oxide (NO) production. The PHB samples were characterized structurally and morphologically through the analysis of XRD, FTIR, SEM, EDS, OM, AFM, contact angle, TG / DTG, DSC, TMA and tensile and bending trials. After the evaluation of the results obtained in vitro, it is concluded that: PHB even being a hydrophobic polymer, showed that after the attack with hydrogen peroxide, became more receptive, acquiring a bioactive behavior, has presented slight surface degradation without structural compromising and remained mechanical properties near the original PHB in the end of the period of 180 days of exposure to biodegradable ambient. Finally, it was proved that PHB is a biocompatible polymer, because by determining the percentage of cell viability and determination of nitric oxide (NO), had a score of 87,22% and 3.5 respectively, very close to the mean of the control groups performed.
SUMARIO 1 INTRODUQAO 22 1.1 Objetivos 26 1.1.1 Objetivo Geral 26 1.1.2 Objetivos Especificos 26 2 R E V I S A O DA L I T E R A T U R A 27 2.1 Estrutura o s s e a 27 2.1.1 Celulas do tecido o s s e o 30 2.1.2 Tipos de tecido o s s e o 32 2.1.3 Histogenese 34 2.1.4 Crescimento e remodelacao dos o s s o s 35
2.1.5 Reparacao das Fraturas 38 2.1.6 Papel metabolico do tecido osseo 39
2.1.7 Propriedades mecanicas do o s s o 40
2.1.8 Classificacao das fraturas 42 2.1.9 Biomecanica das fraturas 43
2.2 Biomateriais 44 2.2.1 Biomateriais ceramicos 51
2.2.2 Biomateriais metalicos 57 2.2.3 Materials polimericos 61 2.2.3.1 Poli (hidroxialcanoatos) (PHA) 71
2.2.3.2 Poli (hidroxibutirato) (PHB) 72 2.5 Polimeros utilizados na reparacao o s s e a 78
3 MATERIAIS E METODOS 88 3.1 Materials e Reagentes 88 3.2 Metodos 89 3.2.1 Avaliagao da Bioatividade 89 3.2.1.1. Caracterizacao 92 3.2.1.1.1 Difracao de raios X (DRX) 93
3.2.1.1.2 Espectroscopia da regiao do infravermelho com transformada de
Fourier (FTIR) 94 3.2.1.1.3 Espectroscopia por energia dispersiva (EDS) 95
3.2.1.1.4 Microscopia Eletronica de Varredura (MEV) 96
3.2.1.1.5 Microscopia otica (MO) 96 3.2.1.1.6 Microscopia de forga atomica (AFM) 97
3.2.1.1.7 Angulo de contato / molhamento 98 3.2.2 Avaliagao da biodegradabilidade 100
3.2.2.1 Caracterizagao 101 3.2.2.1.1 Determinagao da perda de massa 103
3.2.2.1.2 Termogravimetria (TG) / Termogravimetria derivada (DTG) 103
3.2.2.1.3 Calorimetria diferencial exploratoria (DSC) 104
3.2.2.1.4 Analise termomecanica (TMA) 104
3.2.2.1.5 Viscosimetria 105 3.2.2.1.6 Espectroscopia da regiao do infravermelho com transformada de
Fourier (FTIR) 107 3.2.2.1.7 Propriedades mecanicas 107
3.2.2.1.8 Microscopia de forga atomica (AFM) 109 3.2.3 Avaliagao da biocompatibilidade 109 3.2.3.1 Avaliagao da viabilidade celular 109
3.2.3 1.1 Metodo de MTT 109 3.2.3.1.2 Metodo da determinagao da produgao de oxido nitrico (NO) 111
4 R E S U L T A D O S E D I S C U S S A O 113 4.1 Avaliagoes da Bioatividade 113 4.1.1 Primeira etapa: PHB Puro e sem ataque 113
4.1.1.1 Difragao de Raios X (DRX) 113 4.1.1.2 Microscopia Eletronica de Varredura (MEV) 115
4.1.1.3 Espectroscopia por energia dispersiva (EDS) 116
4.1.2 Segunda etapa: PHB Puro e atacados 118
4.1.2.1 Difragao de raios X (DRX) 118 4.1.2.2 Espectroscopia da regiao do infravermelho com transformada de Fourier
4.1.2.3 Espectroscopia por energia dispersiva (EDS) 121 4.1.2.4 Microscopia Eletronica de Varredura (MEV) 123
4.1.2.5 Microscopia otica (MO) 125 4.1.2.6 Microscopia de forga atomica (AFM) 128
4.1.2.7 Angulo de contato/ molhamento 133 4.2 Avaliagao da biodegradabilidade 136
4.2.1 Procedimento (A) 136 4.2.1.1 Determinagao da perda de massa (Peso) 136
4.2.1.2 Termogravimetria (TG/DTG) 137 4.2.1.3 Calorimetria diferencial exploratoria (DSC) 142
3.2.1.4 Analise termomecanica (TMA) 143
4.2.1.5 Viscosimetria 145 4.2.1.6 Espectroscopia da regiao do infravermelho com transformada de Fourier
(FTIR) 147 4.2.1.7 Propriedades mecanicas 149
4.2.2 Procedimento (B) 153 4.2.2.1 Variagao de massa (Peso) 154
4.2.2.2 Calorimetria diferencial exploratoria (DSC) 155 4.2.2.3 Microscopia de forga atomica (AFM) 156 4.3 Avaliagao da biocompatibilidade 161
5 C O N C L U S O E S 164 R E F E R E N C E S B I B L I O G R A F I C A S 165
LISTA DE T A B E L A S
Tabela 1. Comparagao do modulo de elasticidade e resistencia a tracao dos
metais, ceramicas e polimeros com os tecidos rigidos 47 Tabela 2. Propriedades de fosfatos de calcio biologicamente importantes 55
Tabela 3: Fosfatos de calcio em sistemas biologicos 56 Tabela 4: Poli (a -hidroxi acidos), polimeros sinteticos bioabsorviveis 67
Tabela 5: Principals familias de bioplasticos 70 Tabela 6: Algumas propriedades fisico-quimicas do PHB, PHB-HV, PP e
PVC 73 Tabela 7: Propriedades fisicas de alguns biopolimeros 75
Tabela 8. Concentracao ionica do plasma sanguineo humano e da solugao que
Simula ofluido corporal (SBF) 90 Tabela 9. Quantidade e sequencia operacional de adigao dos sais utilizados
para a preparagao da solugao (SBF) nas concentragoes de 1,0 e 1,5M 90 Tabela 10: Amostras de PHB e as condigoes experimentais estudadas 92
Tabela 11: Angulos e condigoes de molhamento 98 Tabela 12: Quantidade de recipientes e corpos de prova no primeiro ensaio,
procedimento (A) de biodegradagao in vitro 100 Tabela 13: Quantidade de recipientes e corpos de prova no segundo ensaio,
procedimento (B) de biodegradagao in vitro 101 Tabela 14: Analise quimica por energia dispersiva das amostras de PHB
estudadas 118 Tabela 15: Variagao percentual de massa no ensaio de biodegradagao 136
Tabela 16. Coeficiente de expansao termica 144 Tabela 17. Massa molar viscosimetrica das amostras submetidas a
Tabela 18. Propriedades mecanicas em tragao do PHB 150 Tabela 19. Propriedades mecanicas em tragao das amostras de PHB
submetidas a biodegradagao 151 Tabela 20: Resultados do ensaio de flexao do PHB 153
Tabela 2 1 : Viabilidade celular quando em contato com o PHB em relagao ao
grupo controle 162 Tabela 22: Produgao de oxido nitrico (NO) pelos macrofagos quando em
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Esquema ilustrativo da estrutura ossea 30 Figura 2: Representagao da estrutura interna de um osso longo 33
Figura 3: Esquema simplificado da remodelacao ossea 37 Figura 4: Mecanismo simplificado de osteoclastogenese 38 Figura 5: Celula humana em crescimento em superficie de hidroxiapatita 52
Figura 6: Rede Cristalina da hidroxiapatita 54 Figura 7: Artefatos metalicos usados na Ortopedia e Odontologia 59
Figura 8: Fratura de placa metalica do femur 60 Figura 9: Polimeros usados como biomateriais 63 Figura 10: A bacteria Burkholderi a sacchari e a produgao do PHB 69
Figura 11: Estrutura geral dos poli (hidroxialcanoatos) 71
Figura 12: Produgao do PHB 76 Figura 13: Tipo de implante utilizado atualmente (a) e situagao proposta (b).. 77
Figura 14: Placas polimericas de PHB utilizadas nesta tese 88 Figura 15: Metodologia experimental utilizada para a avaliagao da
Bioatividade 93 Figura 16: Pianos cristalinos formados por atomos ordenados 94
Figura 17: Observagao do angulo de contato formado entre um solido e um
liquido 99 Figura 18: Determinagao do angulo de contato. (a) Equipamento utilizado para
a determinagao do angulo de contato, vista geral do equipamento, (b) detalhe
do porta amostra 99 Figura 19: Metodologia experimental utilizada para biodegradabilidade,
Figura 20: Metodologia experimental utilizada para biodegradabilidade,
procedimento (B) 102 Figura 2 1 : Grafico para a determinagao da viscosidade intrinseca de um
polimero 106 Figura 22: Difragao de raios X da amostra PHB Puro 114
Figura 23: Difragao de raios X da amostra PHB/1,0 SBF 114 Figura 24: Difragao de raios X da amostra PHB/1,5 SBF 115 Figura 25: Microscopia eletronica de varredura da amostra PHB/1,0 SBF.... 115
Figura 26: Microscopia eletronica de varredura da amostra PHB/1,5 SBF.... 116
Figura 27: Analise quimica por EDS da amostra PHB/1,0 SBF 117 Figura 28: Analise quimica por EDS da amostra PHB/1,5 SBF 117 Figura 29: Difratogramas das amostras de PHB estudadas: (a) PHB puro, (b)
PHB atacado com H202, (c) PHB atacado com H202 e exposto a SBF 1,0M e
(d) PHB atacado com H202 e exposto a SBF 1,5M 119
Figura 30: Espectroscopia da regiao do infravermelho com transformada de Fourier para as amostras de PHB estudadas: PHB Puro (a), PHB atacado (b), PHB atacado e exposto a solugao de SBF a 1,0M (c) e PHB atacado e exposto
a solugao de SBF a 1,5M (d) 120 Figura 3 1 : Espectroscopia por energia dispersiva da amostra PHB exposto a
solugao de SBF 122 Figura 32: Espectroscopia por energia dispersiva da amostra PHB exposto a
solugao de SBF 1,5M 122 Figura 33: Microscopia eletronica de varredura da amostra PHB Puro 123
Figura 34: Microscopia eletronica de varredura da amostra PHB atacado e
exposto a solugao de SBF 1,0M (a e b) 124 Figura 35: Microscopia eletronica de varredura da amostra PHB atacado e
Figura 36: Microscopia optica das amostras PHB Puro (a e b) 126 Figura 37: Microscopia optica das amostras PHB atacado com solugao de H202
( a e b ) 126 Figura 38: Microscopia optica das amostras PHB atacado com solugao de H202
e exposto a solugao de SBF 1,0M ( a e b ) 126 Figura 39: Microscopia optica das amostras PHB atacado com solugao de H202
e exposto a solugao de SBF 1,5M (a e b) 127 Figura 40: Microscopia de forga atomica da amostra PHB Puro 128
Figura 4 1 : Varredura topografica da amostra PHB Puro 129 Figura 42: Microscopia de forga atomica da amostra PHB Atacado 130
Figura 43: Varredura topografica da amostra PHB atacado 130 Figura 44: Microscopia de forga atomica da amostra PHB atacado e exposto a
solugao de SBF 1.0M 131 Figura 45: Varredura topografica da amostra PHB atacado e exposto a solugao
de SBF 1.0M 132 Figura 46: Microscopia de forga atomica da amostra PHB atacado e exposto a
solugao de SBF 1.5M 132 Figura 47: Varredura topografica da amostra PHB atacado e exposto a solugao
d e S B F 1,5M 133 Figura 48: Fotografias ilustrativas da determinagao do angulo de contato das
amostras de PHB: 134 Figura 49: Resultados da determinagao do angulo de contato das amostras de
PHB estudadas 134 Figura 50: Termogravimetria do PHB Puro, que nao foi submetido ao ambiente
de biodegradagao in vitro 137 Figura 5 1 : Termogravimetria das amostras tipo 1 (PHB+PBS) submetidas ao
Figura 52: Termogravimetria das amostras tipo 2 (PHB+PBS+Lisozima) submetidas ao ambiente de biodegradagao in vitro: (a) 2 meses e (b) 6
meses 139 Figura 53: Termogravimetria das amostras tipo 3 (PHB+PBS+SBF1,5M)
submetidas ao ambiente de biodegradagao in vitro: (a) 2 meses e (b) 6
meses 140 Figura 54: Termogravimetria das amostras de PHB tipo 4 (PHB+PBS+SBF
1,5M+lisozima) submetidas ao ambiente de biodegradagao in vitro: (a) 2 meses
e (b) 6 meses 141 Figura 55: DSC das amostras de PHB Puro e as submetidas ao ambiente de
biodegradagao in vitro: (a) PHB+PBS+Lisozima e (b) PHB+SBF 1.5
M+PBS+Lisozima 143 Figura 56: Grafico dos resultados dos coeficientes de expansao termica 144
Figura 57: Massas molares viscosimetricas medias das amostras de PHB
submetidas ao ambiente de biodegradagao in vitro 146 Figura 58: Espectro FTIR de uma amostra de PHB nao biodegradada 147
Figura 59: Espectros FTIR das amostras biodegradadas durante 60, 120 e 180
dias 148 Figura 60: Exemplo de curva Tensao x Deformagao do PHB 150
Figura 6 1 : Resistencia a tragao das amostras de PHB submetidas ao ambiente
de biodegradagao in vitro 152 Figura 62: Curva da tensao x deformagao do PHB em flexao 152
Figura 63: Pesos das amostras de PHB submetidas ao ambiente de
biodegradagao in vitro 154 Figura 64: DSC da amostra de PHB Puro 155
Figura 65: DSC da amostra de PHB atacado com peroxido de hidrogenio. .. 155 Figura 66: DSC da amostra de PHB atacado + PBS + Lisozima (28 dias).... 156
Figura 68: Varredura topografica da amostra PHB Puro 157 Figura 69: Microscopia de forga atomica da amostra PHB somente atacado. 158
Figura 70: Microscopia de forga atomica da amostra PHB somente atacado. 158 Figura 7 1 : AFM das amostras de PHB atacadas com H202 e submetidas ao
ambiente de biodegradagao (PBS + Lisozima) in vitro 159 Figura 72: Varredura topografica das amostras de PHB atacadas com H202 e
submetidas ao ambiente de biodegradagao (PBS + Lisozima) in vitro 159 Figura 73: Imagem obtida por AFM das amostras de PHB sem ataque superficial com H202 e submetidas ao ambiente de biodegradagao ((PBS +
Lisozima) in vitro 160 Figura 74: Varredura topografica das amostras de PHB sem ataque superficial
com H202 e submetidas ao ambiente de biodegradagao (PBS + Lisozima) in
vitro 161
Figura 75: Determinagao da porcentagem da viabilidade celular, utilizando o
metodo do MTT, quando em contato com o PHB 162 Figura 76: Determinagao da produgao de oxido nitrico (NO) pelos macrofagos
SiMBOLOS E A B R E V I A Q O E S
ACP Fosfato de calcio amorfo CaP Fosfato de calcio
CMP Metafosfato de calcio (a, (3, y) CPP Pirofosfato de calcio
CPPD Pirofosfato de calcio dihidratado CN Controle negativo
DCP Mono-hidrogenio fosfato de calcio
DCPD Mono-hidrogenio fosfato de calcio dihidratado FDA Food and Drug Administration
FN Fibronectina HA Hidroxiapatita
hBMSC Celulas-tronco mesenquimais HCP Fosfato heptacalcico
HOB Osteoblastos humanos LPS Lipopolissacarideos
MCPC Fosfato monocalcico mono-hidratado M-CSF Colonias de macrofagos
OCP Fosfato octacalcico OPG Osteoprotetegerina
P3HB-co-4HB Poli (3-hidroxibutirato-co-4-hidroxibutirato) PA Polimeros de amido
PBS Phosphate buffered saline PCL Poli (e-caprolactona) PE Polietileno PGA Poli (acido glicolico)
PHA Polihidroxialcanoato PHB Poli (p-hidroxibutirato)
PHB-HV Poli (hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) PHBVHHx Poli (3-hidroxihexanoato)
PLA Poli (acido lactico)
PLGA Poli (acido lactico-co-acido glicolico) PVC Poli (cloreto de vinila)
RANKL Ligado ao receptor de ativagao do fator nuclear SBF Synthetic Body Fluid
TCP Fosfato tricalcico (a, a', P)
TDHP Di-hidrogenio fosfato tetracalcico TeCP Fosfato tetracalcico
Tg Temperatura de transicao vitrea de um polimero Tm Temperatura de fusao de um polimero
1 INTRODUgAO
A busca incansavel do homem por melhor qualidade de vida e longevidade tem gerado cada vez mais necessidade de alternativas para o reparo e substituicao de tecidos vivos, que sao vitimados por traumas ou patologias (OREFICE et al., 2012).
Segundo Hench e Wilson (2012) a medida que os seres vivos envelhecem, eles comecam a se desgastar. Embora muitos fatores responsaveis pelo envelhecimento nao sejam compreendidos, as consequencias estao bastante claras. Enfermidades odontologicas causam dor, as articulacoes tornam-se artriticas, ossos ficam frageis e quebram, a visao e a audigao diminuem e podem ser perdidos, o sistema circulatorio mostra sinais de bloqueio, e o coragao perde controle do seu ritmo vital de bombeamento ou suas valvulas perdem a capacidade de vedagao. Tumores aparecem quase aleatoriamente em ossos, pele e orgaos vitais. E, como se estes processos naturais nao acontecessem rapidamente o bastante, uma capacidade enorme para mutilar, esmagar, quebrar e desfigurar o corpo humano e alcangada atraves de veiculos motores, armas e ferramentas ou como resultado de participagoes em praticas esportivas. Uma consequencia destas causas naturais e antinaturais de deterioragao do corpo humano e que cerca de 2 a 3 milhoes de partes artificiais ou proteticas sao implantadas em individuos nos Estados Unidos a cada ano.
O desafio no campo de biomateriais e que todos os dispositivos de implantes substituam tecidos vivos, cujas propriedades fisicas sao resultados de milhoes de anos de otimizagao evolutiva e que tenham a capacidade de crescimento, regeneragao e reparo. Assim, todos os biomateriais usados para reparo ou restauragao do corpo representam um ajuste de caracteristicas e propriedades. O sucesso ou fracasso relativo de um biomaterial reflete o julgamento cientifico e de engenharia usados na avaliagao deste ajuste (HENCH e WILSON, 2012).
Decorrente destes fatos, a demanda de biomateriais cresce de 5 a 15% a cada ano. O uso de pinos, placas e parafusos de fixagao de fraturas chega a 1,5 milhoes de procedimentos anuais so nos Estados Unidos, onde se estima
que sejam realizadas mais de quinhentas mil cirurgias anuais de substituigao das articulagoes de quadril e de joelho (OREFICE et al., 2012).
A magnitude destes problemas de saude junto a populacao tern levado pesquisadores, principalmente dos paises mais desenvolvidos, a procura de materials que possam substituir de forma apropriada os ossos danificados (RATNER et. al., 2004). O principal desafio existente no estudo dos biomateriais e o de encontrar um material que seja o mais parecido possivel com o tecido vivo, de modo que o organismo possa reconhece-lo como parte de sua estrutura e nao como um agente agressor ao seu meio (RAMAKRISHNA et al., 2001).
Portanto, o recente desenvolvimento e o crescente emprego de novos materiais no corpo humano tornaram necessaria a definicao desta nova classe de materiais - os biomateriais, como qualquer substancia ou combinacao de substancias, exceto farmacos, de origem natural ou sintetica, que podem ser usadas durante qualquer periodo de tempo, como parte ou como sistemas que tratam, aumentam ou substituem quaisquer tecidos, orgaos ou fungoes do corpo
(AZEVEDO et al., 2007).
Do ponto de vista de dispositivos para fixagao ossea, o uso de placas metalicas tern sido a alternativa de escolha para o tratamento, devida fundamentalmente, as suas propriedades mecanicas superiores que oferecem um menor risco de falha. Entretanto, ha outros fatores relacionados ao uso de materiais metalicos que sao reconhecidos e desfavoraveis. Dentre eles, destacam-se a diferenga de modulo de elasticidade, tenacidade e o coeficiente de fricgao com relagao as propriedades do osso. Estes fatores ocasionam, ainda, situagoes fisiopatologicas variadas nas areas limitrofes, osso/placa. Estas diferengas de propriedades mecanicas nas regioes limitrofes quando no movimento, evidenciam-se e surgem as concentragoes de tensao, provocando falha/fratura, sendo motivo de reparagao, atraves de intervengoes cirurgicas (PARK e LAKES, 2007). Outro fator preocupante e que a aplicagao de fixagao interna rigida com estas placas metalicas para facilitar a consolidagao primaria tern uma consequencia. As placas grandes, que eliminam a micromovimentagao no local da fratura, tambem "protegem de esforgo" a fratura - isto e, elas absorvem tensoes que normalmente seriam suportadas pelo osso. Se o osso nao for adequadamente sujeito ao esforgo, ele atrofia, e quando a placa fica in
situ por algum tempo o osso diminui seu diametro e e vulneravel a fratura apos a
retirada do metal (MOYEN et al., 1978; MOYEN et al., 1980).
Potencializando este fato, Orefice (2012), chama atengao ao efeito danoso que o meio fisiologico circundante oferece e que e altamente agressivo em termos de corrosao, principalmente neste tipo de implante metalico. No caso de implantes articulados, os problemas de desgaste e corrosao tambem desempenham um papel prejudicial no processo de degradacao dos mesmos. Relatos indicam que os detritos originados nesses processos sao nocivos aos tecidos circunvizinhos e tambem reduzem significativamente o desempenho do implante, pois ha perda da resistencia e tambem da forma. Esses detritos sao de tamanho bastante reduzido e, por isso, podem ser carregados pela corrente sanguinea, instalando-se em orgaos e prejudicando suas fungoes.
Assim, os polimeros sao materiais que vem sendo utilizados com vantagens em implantes, devido a sua facilidade de processamento e pelo fato de apresentarem caracteristicas mecanicas semelhantes a dos materiais biologicos (BARBANTI et al., 2005).
Atualmente, os biopolimeros mais promissores sao o polihidroxibutirato (PHB) e o polihidroxibutirato-co-hidroxivalerato (PHB-HV), da familia dos polihidroxialcanoatos (PHA), devido a abundancia e obtengao relativamente facil de materia prima e um conjunto de propriedades, tais como: tensao de ruptura, temperatura de transigao vitrea, densidade e cristalinidade se assemelharem a caracteristicas de outros termoplasticos ja comercializados como o polipropileno (PP) e o poli (cloreto de vinila) (PVC) (COUTINHO et al., 2004). Alem destas propriedades serem semelhantes a estes polimeros de origem petroquimica, que vem contemplando atualmente as necessidades do mercado, o PHB apresenta um grande diferencial, a biodegradabilidade, que o torna ainda mais atraente, do ponto de vista tecnologico e ambiental (STEINBUCHEL e FUCHTENBUSCH, 1998).
Mediante as qualidades citadas, o material escolhido nesta pesquisa para substituigao de artefatos metalicos foi um biopolimero natural, o PHB, que se mostra mais favoravel a aplicagao como implantes de fixagao ossea, devido tambem as suas propriedades mecanicas, uma vez que essas propriedades sao mais proximas as do osso, comparadas as dos metais, reduzindo o risco de
falha/fratura nos pontos de concentracao de tensao no tecido osseo. O uso deste polimero eliminara os problemas relacionados a corrosao que acontece com os materiais metalicos, bem como, a desnecessaria retirada, apos a consolidacao da fratura, de modo a evitar a exposigao do paciente a um novo risco de uma intervengao cirurgica. Ademais, este osso reduzira a desmineralizagao ossea por realizar esforcos mecanicos, evitando o surgimento de osteoporose e diminuigao do diametro no seguimento osseo imobilizado.
Apos a observagao e analise dos trabalhos relacionados com este tema, fica evidente a necessidade da continuidade de novas pesquisas investigativas com relagao a utilizagao de biopolimeros, como substitutos de implantes ortopedicos e na regeneracao de tecido osseo. Ve-se que ainda precisa-se avaliar questoes como: biocompatibilidade, osteocondugao, osseointegragao, biodegradagao e propriedade mecanica, pois o que se tern observado e que ainda sao poucos os trabalhos voltados para ensaios, tanto in vitro como in vivo, destes biopolimeros da familia dos PHA (poli (hidroxialcanoatos)).
Este trabalho tern como proposito estudar a viabilidade de implantagao do PHB, polimero biodegradavel, de origem natural, de elevado interesse comercial, em substituigao aos materiais metalicos (placas, hastes intramedulares, fios e parafusos), usados na osteossintese, como tambem na regeneragao de perdas de massa ossea. Espera-se que a utilizagao do PHB contribua com a redugao das complicagoes cirurgicas indesejaveis, provocadas por estes materiais atualmente implantados.
1.1 Objetivos
1.1.1 Objetivo Geral
Propor a utilizagao do biopolimero PHB (poli (p-hidroxibutirato)) sem e com ataque superficial com peroxido de hidrogenio para aplicagao na osteossintese e regeneragao de tecidos osseos, analisando varios fatores como: bioatividade, biodegradagao, biocompatibilidade, propriedades mecanicas e termicas.
1.1.2 Objetivos Especificos
• Caracterizar estrutural e morfologicamente as placas de PHB adquiridas; • Avaliar a receptividade do PHB, apos ser submetido ao contato com um
ambiente, mimetizando o meio bioiogico (SBF - Synthetic Body Fluid); • Determinar a morfologia e a composigao quimica destas placas de PHB
apos a interagao com estas interfaces;
• Avaliar a hidrofilicidade, atraves da molhabilidade da superficie das placas de PHB;
• Estudar a biodegradagao do PHB, quando submetido ao contato com uma solugao tampao (PBS - Phosphate buffered saline) com lisozima, mimetizando tambem o meio bioiogico;
• Avaliar as propriedades mecanicas das placas de PHB, antes e apos serem submersas na solugao tampao (PBS) com lisozima.
• Analisar a biocompatibilidade das placas de PHB, atraves da viabilidade celular;
• Sugerir condigoes de utilizagao das placas de PHB, a partir das condigoes pesquisadas, para fixagao ossea in vivo.
2 REVISAO DA LITERATURA
O ordenamento da revisao da literatura desta tese foi baseado no envolvimento que o poli (hidroxibutirato) tera, direta ou indiretamente com os materiais contidos nesta pesquisa, sejam eles naturais ou artificiais. Tem-se como objetivo primordial, emergir o conhecimento, de forma concisa, os assuntos interligados na aplicabilidade deste biopolimero.
O osso e o primeiro material a ser estudado. Trata-se de um composite natural, constituido por uma parte ceramica, o fosfato de calcio, e outra polimerica, o colageno. Neste assunto esta descrito: a sua estrutura, o seu metabolismo, a formagao e reabsorcao ossea, as classificacoes e mecanismos de fratura, e por fim, sua regeneragao ossea.
Dentro do capitulo de biomaterias, foram divididos varios subitens: os biomateriais ceramicos, os biomateriais metalicos e os biomateriais polimericos, este, como sendo a ciasse de material que contem o objeto deste estudo, foi demandado um detalhamento mais aprofundado no conhecimento da familia dos polihidroxialcanoatos, na qual, se encontra o PHB. E, por fim, concluindo esta revisao, encontra-se no item 2.5, uma serie de resumos de trabalhos cientificos, relacionados com reparo e regeneragao ossea.
2.1 Estrutura o s s e a
O osso e considerado por si so um orgao, visto ser constituido por diversos tecidos diferentes que atuam em conjunto: tecido osseo, cartilagem, tecido conjuntivo denso, epitelio, tecido hematopoietico, tecido adiposo e tecido nervoso. O tecido osseo e o sistema esqueletico sao responsaveis por varias fungoes basicas, tais como: suporte, protegao, armazenamento de minerals, produgao de celulas sanguineas e armazenamento de energia quimica. As suas caracteristicas ao nivel da rigidez, elasticidade (moderada), plasticidade (muito limitada) e fragilidade fazem dele um tecido apropriado, tanto para o movimento como para o suporte e para a protegao dos tecidos moles (LUCIO, 2008).
O tecido osseo e um tipo especializado de tecido conjuntivo formado por celulas e material extracelular calcificado, a matriz ossea. As celulas sao: os osteocitos, que se situam em cavidades ou lacunas no interior da matriz; os osteoblastos, produtores da parte organica da matriz; e os osteoclastos, celulas gigantes, moveis e multi-nucieadas que reabsorvem o tecido osseo, participando dos processos de remodelagao dos ossos (JUNQUEIRA e CARNEIRO, 2004).
A matriz ossea e constituida por uma parte organica e outra inorganica. A parte organica representa cerca de 50% do peso da matriz ossea. Ela e formada por fibras colagenas (95%) constituidas de colageno do tipo I e por pequena quantidade de proteoglicanas e glicoproteinas. As glicoproteinas do osso podem ter alguma participagao na mineralizagao da matriz. A parte inorganica e constituida por varios ions, sendo o fosfato e o calcio os mais encontrados. Ha tambem bicarbonato, magnesio, potassio, sodio e citrato em pequenas quantidades. O calcio e o fosforo formam cristais que, por analise de difragao de raios X, mostraram ter a estrutura proxima da hidroxiapatita, com a seguinte composigao: C a i0( P O4) 6 ( O H )2. Os ions da superficie do cristal de hidroxiapatita sao hidratados, existindo, portanto, uma camada de agua e ions em volta do cristal, essa camada e denominada capa de hidratagao. Ela facilita a troca de ions entre o cristal e o liquido intersticial. Os cristais da matriz ossea mostram imperfeigoes e nao sao exatamente iguais a hidroxiapatita que se encontra nos minerals das rochas. A associagao de hidroxiapatita com fibras colagenas e responsavel pela dureza e resistencia do tecido osseo. Apos a remogao do fosfato de calcio, os ossos mantem sua forma intacta, porem tornam-se tao flexiveis quanto os tendoes. A destruigao da parte organica, que e principalmente colageno, pode ser realizada por incineragao, e tambem deixa o osso com sua forma intacta, porem tao quebradigo que dificilmente pode ser manipulado sem se partir (TUREK, 1991; ROCKWOOD et al., 1993; JUNQUEIRA e CARNEIRO, 2004).
As superficies internas e externas dos ossos sao recobertas por celulas osteogonicas do tecido conjuntivo, que constituem o endosteo e o periosteo, respectivamente. A camada mais superficial do periosteo contem principalmente fibras colagenas e fibroblastos. Na sua porgao profunda, o periosteo e mais celular e apresenta celulas osteoprogenitoras,
morfologicamente parecidas com os fibroblastos. As celulas osteoprogenitoras se multiplicam por mitose e se diferenciam em osteoblastos, desempenhando papel importante no crescimento dos ossos e na reparacao das fraturas. O endosteo e geralmente constituido por uma camada de celulas osteogonicas achatadas revestindo as cavidades do osso esponjoso, o canal medular, os canais de Havers e os de Volkmann. As principais fungoes do endosteo e do periosteo sao a nutricao do tecido osseo e o fornecimento de novos osteoblastos, para o crescimento e recuperagao do osso (TUREK, 1991; JUNQUEIRA e CARNEIRO, 2004).
Os sistemas circunferenciais externos, como seus nomes indicam, sao constituidos por lamelas osseas paralelas entre si, formando duas faixas: uma situada na parte interna do osso, em volta do canal medular, a outra na parte mais externa, proxima ao periosteo (Figura 1). O sistema circunferencial externo e mais desenvolvido do que o interno. Entre os dois sistemas circunferenciais encontram-se os inumeros sistemas de Havers e grupos irregulares de lamelas, geralmente de forma triangular. Sao os sistemas intermediaries, que provem principalmente de sistemas de Havers, que foram parcialmente destruidos durante o crescimento do osso.
Os elementos celulares remodelam continuamente o osso de modo a permitir o seu crescimento e a sua adaptagao as tensoes de carregamento aplicadas. Consideram-se quatro tipos de celulas presentes no tecido osseo: celulas osteogenicas, osteoblastos, osteocitos e osteoclastos. As celulas osteogenicas diferenciam-se em osteoblastos e encontram-se na porgao interna do periosteo e no endosteo; os osteoblastos sao responsaveis pela formagao do osso e estao localizadas na superficie deste, sintetizando colageno e outros componentes organicos necessarios para formar o tecido osseo; os osteocitos, que se diferenciam a partir dos osteoblastos, sao as celulas mais abundantes no osso e sao responsaveis pela manutengao do metabolismo diario do osso, nomeadamente a troca de nutrientes e produtos catabolicos com o sangue; os osteoclastos sao celulas de grandes dimensoes que possuem enzimas lisossomais que participam na destruigao da matriz ossea, num processo denominado reabsorgao (LUCIO, 2008).
Figura 1: Esquema ilustrativo da estrutura ossea.
Fonte: Junqueira e Carneiro, 2004.
2.1.1 Celulas do tecido o s s e o
As celulas osteogenicas (celulas osteoprogenitoras) sao encontradas normalmente apostas a superficie ossea na camada profunda do periosteo de repouso e tambem compreendem o endosteo, no qual sao igualmente apostas a superficie ossea. Durante o periodo de crescimento as celulas osteogenicas do periosteo proliferam e dao origem a osteoblastos que acrescentam osso novo a superficie, respondendo por seu crescimento em largura. Da mesma forma, a membrana endostea pode dar origem a osteoblastos. Entretanto, em sua superficie, frequentes cavidades osseas de reabsorgao contendo osteoclastos sugerem que essas celulas multinucleadas podem originar-se da fusao de celulas osteogenicas do endosteo ou de uma celula primitiva comum. As celulas osteogenicas retem, durante toda vida, seu potencial de diferenciagao em
condroblastos ou osteoblastos e, talvez, osteoclastos (TUREK, 1991; JUNQUEIRA e CARNEIRO, 2004).
Os osteoblastos sao as celulas que sintetizam a parte organica da matriz ossea. Sao capazes de concentrar fosfato de calcio, participando da mineralizagao da matriz. Dispoem-se sempre nas superficies osseas, lado a lado, num arranjo que lembra um epitelio simples. Uma vez aprisionado pela matriz recem-sintetizada, o osteoblasto passa a ser chamado de osteocito. A matriz se deposita ao redor do corpo da celula e de seus prolongamentos, formando assim as lacunas e os canaliculos. Os osteoblastos em fase de sintese mostram as caracteristicas ultraestruturais das celulas produtoras de proteinas. A matriz ossea recem-formada, adjacente aos osteoblastos ativos e que nao esta ainda calcificada, recebe o nome de osteoide (TUREK, 1991; JUNQUEIRA e CARNEIRO, 2004).
Os osteocitos sao as celulas encontradas no interior da matriz ossea, ocupando as lacunas das quais partem canaliculos. Cada lacuna contem apenas um osteocito. Dentro dos canaliculos os prolongamentos dos osteocitos estabelecem contatos atraves de jungoes comunicantes, por onde podem passar pequenas moleculas de ions de um osteocito para o outro. A pequena quantidade de material extracelular presente no espago entre os osteocitos (e seus prolongamentos) e a matriz ossea (colageno tipo I e fosfato de calcio) tambem constitui uma via de transporte de nutrientes e metabolitos entre os vasos sanguineos e os osteocitos. Os osteocitos sao celulas achatadas, com forma de amendoa, que exibem pequena quantidade de reticulo endoplasmatico rugoso, aparelho de Golgi pequeno e nucleo com cromatina condensada. Embora essas caracteristicas ultraestruturais indiquem pequena atividade sintetica, os osteocitos sao essenciais para a manutengao da matriz ossea. Sua morte e seguida por reabsorgao da matriz (JUNQUEIRA e CARNEIRO, 2004).
Os osteoclastos sao celulas moveis, gigantes, extensamente ramificadas, com partes dilatadas que contem varios nucleos. As ramificagoes sao muito irregulares, com forma e espessura variaveis. Como os cortes histologicos revelam apenas pequenas porgoes dos osteoclastos, a morfologia destas celulas so recentemente foi esclarecida, atraves do microscopio eletronico de varredura. Frequentemente, nas areas de reabsorgao de tecido osseo
encontram-se porgoes dilatadas dos osteoclastos, colocadas em depressoes da matriz escavadas pela atividade dos osteoclastos e conhecidas como lacunas de Howship. A superficie ativa dos osteoclastos, voltada para a matriz ossea, apresenta prolongamentos vilosos irregulares. A maioria desses prolongamentos tern a forma de folhas ou pregas que se subdividem. Circundando essa area com prolongamentos vilosos, existe uma zona citoplasmatica, a zona clara, pobre em organelas, porem contendo muitos filamentos de actina. A zona clara e um local de adesao do osteoclasto com a matriz ossea e cria um microambiente fechado, onde tern lugar a reabsorgao ossea. Os osteoclastos secretam, para dentro desse microambiente fechado, acido, colagenase e outras hidrolases que atuam localmente digerindo a matriz organica e dissolvendo os cristais de sais de calcio. A atividade dos osteoclastos e coordenada por citocinas (pequenas proteinas sinalizadoras que atuam localmente) e por hormonios como calcitonina, produzido pela glandula tireoide e paratormonio, secretado pelas glandulas paratireoides (JUNQUEIRA e CARNEIRO, 2004).
2.1.2 Tipos de tecido o s s e o
Observando-se anatomicamente a estrutura de um osso longo em um corte longitudinal, verifica-se que ele e formado por partes sem cavidades visiveis, o osso compacto, e por partes com muitas cavidades intercomunicantes, o osso esponjoso. Essa classificagao e macroscopica e nao histologica, pois o tecido compacto e os tabiques que separam as cavidades do esponjoso tern a mesma estrutura histologica basica. Nos ossos longos, as extremidades, ou epifises, sao formadas por osso esponjoso, ou trabecular, com uma delgada camada superficial compacta. A diafise (parte cilindrica) e quase totalmente compacta, com pequena quantidade de osso esponjoso na sua parte profunda, delimitando o canal medular. Principalmente nos ossos longos, o osso compacto e chamado tambem de osso cortical (Figura 2). Os ossos curtos tern o centro esponjoso, sendo recobertos em toda a sua periferia por uma camada compacta. Nos ossos chatos, que constituem a abobada craniana, existem duas
camadas de osso compacto, a tabua interna e externa, separadas por osso esponjoso que, nesta localizagao, recebe o nome de diploe. (JUNQUEIRA e CARNEIRO, 2004).
Figura 2: Representacao da estrutura interna de um osso longo.
Fonte: Lucio, 2008.
As cavidades do osso esponjoso e o canal medular da diafise dos ossos longos sao ocupados pela medula ossea. No recem-nascido, toda a medula ossea tern cor vermelha, devido ao alto teor de hemacias e pela atividade da produgao de celulas do sangue (medula ossea hematogena). Pouco a pouco, com a idade, vai sendo infiltrada por tecido adiposo, com diminuigao da atividade hematogena (medula ossea amarela) (TUREK, 1991; JUNQUEIRA e CARNEIRO, 2004).
Histologicamente existem dois tipos de tecido osseo: o imaturo ou primario; e o maduro, secundario ou lamelar. Os dois tipos possuem as mesmas celulas e os mesmos constituintes da matriz. O tecido primario e o que aparece primeiro, tanto no desenvolvimento embrionario como na reparagao das fraturas, sendo temporario e substituido por tecido secundario. No tecido osseo primario as fibras colagenas se dispoem irregularmente, sem orientagao definida, porem no tecido osseo secundario, ou lamelar, essas fibras se organizam em lamelas, que adquirem uma disposigao muito peculiar. O tecido osseo secundario e a variedade geralmente encontrada no adulto. Sua principal caracteristica e
possuir fibras c o l a g e n a s o r g a n i z a d a s e m lamelas de 3 a 7 u.m de e s p e s s u r a , que f i c a m paralelas u m a s as outras, ou se d i s p o e m e m c a m a d a s concentricas e m torno de canais c o m v a s o s , f o r m a n d o os sistemas de Havers ou osteons. A s lacunas, contendo osteocitos, estao e m geral situadas entre as lamelas osseas, p o r e m a l g u m a s vezes e s t a o dentro delas. Em cada lamela, as fibras c o l a g e n a s sao paralelas u m a s as outras. S e p a r a n d o grupos de lamelas, ocorre f r e q u e n t e m e n t e o a c u m u l o de u m a substancia cimentante que consiste e m matriz mineralizada, p o r e m com muito p o u c o colageno ( J U N Q U E I R A e C A R N E I R O , 2 0 0 4 ) .
2.1.3 H i s t o g e n e s e
O tecido osseo e f o r m a d o por um processo c h a m a d o de ossificagao i n t r a m e m b r a n o s a , que ocorre no interior de u m a m e m b r a n a conjuntiva, ou pelo p r o c e s s o de ossificagao e n d o c o n d r a l . Este ultimo se inicia sobre u m m o l d e de cartilagem hialina, que g r a d u a l m e n t e e destruido e substituido por tecido osseo f o r m a d o a partir de celulas do tecido conjuntivo adjacente. Tanto na ossificagao i n t r a m e m b r a n o s a c o m o na e n d o c o n d r a l , o primeiro tecido osseo f o r m a d o e do tipo primario. Este e p o u c o a pouco substituido por tecido secundario ou lamelar. Portanto, d u r a n t e o crescimento dos ossos pode-se ver, lado a lado, areas de tecido primario, areas de reabsorgao e areas de tecido secundario. U m a c o m b i n a g a o de formagao e r e m o g a o de tecido osseo persiste durante o crescimento do osso. Isto t a m b e m acontece no adulto, e m b o r a e m ritmo muito m a i s lento ( T U R E K , 1 9 9 1 ; J U N Q U E I R A e C A R N E I R O , 2 0 0 4 ) .
A ossificagao e n d o c o n d r a l tern inicio sobre u m a pega de cartilagem hialina, d e f o r m a parecida a do osso que se vai formar, p o r e m de t a m a n h o menor. Este tipo de ossificagao e o principal responsavel pela formagao dos ossos curtos e longos. A ossificagao e n d o c o n d r a l consiste e s s e n c i a l m e n t e e m dois processos. Primeiro, a cartilagem hialina sofre modificagoes, havendo hipertrofia dos condrocitos, redugao da matriz cartilaginosa a finos tabiques, sua mineralizagao e a morte d o s condrocitos. S e g u n d o , as cavidades previamente
o c u p a d a s pelos condrocitos s a o invadidas por capilares s a n g u i n e o s e celulas osteogenicas vindas do conjuntivo adjacente. Essas celulas diferenciam-se e m osteoblastos, q u e depositarao matriz o s s e a sobre os tabiques de cartilagem calcificada. Desse m o d o , aparece tecido osseo onde antes havia tecido cartilaginoso s e m que ocorra a transformagao deste tecido naquele; os tabiques de matriz calcificada da cartilagem s e r v e m a p e n a s de ponto de apoio a ossificagao ( J U N Q U E I R A e C A R N E I R O , 2 0 0 4 ) .
N a o existe ainda uma hipotese para o m e c a n i s m o de calcificagao que seja universalmente aceita. S a b e - s e que a calcificagao comega pela deposigao de sais de calcio sobre as fibrilas colagenas, u m processo que parece ser induzido por proteoglicanas e glicoproteinas da matriz. A deposigao dos sais de calcio e t a m b e m influenciada pela concentragao desses minerais e m vesiculas do citoplasma dos osteoblastos. Essas v e s i c u l a s sao expelidas para a matriz (vesiculas da matriz). A l e m disso, existe ainda a participagao da enzima fosfatase alcalina sintetizada pelos osteoblastos ( J U N Q U E I R A e C A R N E I R O , 2 0 0 4 ) .
2.1.4 C r e s c i m e n t o e r e m o d e l a c a o d o s o s s o s
O crescimento dos ossos consiste na f o r m a g a o de tecido o s s e o novo, associada a reabsorgao parcial de tecido ja f o r m a d o ; deste m o d o , os ossos c o n s e g u e m manter sua f o r m a e n q u a n t o c r e s c e m . Os ossos chatos c r e s c e m por f o r m a g a o do tecido osseo pelo periosteo situado entre as suturas e na face externa do o s s o , e n q u a n t o ocorre reabsorgao na face interna. S e n d o e x t r e m a m e n t e plastico, o tecido o s s e o responde, por e x e m p l o , ao crescimento d o encefalo, f o r m a n d o u m a caixa craniana do t a m a n h o a d e q u a d o . H a v e n d o deficiencia no c r e s c i m e n t o do encefalo, a caixa craniana sera p e q u e n a . A o contrario, nas criangas c o m hidrocefalia, por e x e m p l o , cujo encefalo e muito v o l u m o s o , a caixa craniana e t a m b e m muito maior do que o n o r m a l . Nos adultos t a m b e m existe r e m o d e l a g a o dos ossos, u m processo fisiologico que ocorre s i m u l t a n e a m e n t e e m diversas partes do esqueleto. Nesse caso a remodelagao nao esta relacionada c o m o crescimento e e muito mais lenta. Estima-se que a
remodelagao nas criangas p e q u e n a s seja 2 0 0 vezes mais rapida do q u e nos adultos ( R O C K W O O D et al., 1993; J U N Q U E I R A e C A R N E I R O , 2 0 0 4 ) .
A p e s a r da sua resistencia as pressoes e da sua dureza, o tecido osseo e muito plastico, s e n d o c a p a z de remodelar sua estrutura interna e m resposta a modificagoes nas forgas as quais esta s u b m e t i d o ( J U N Q U E I R A e C A R N E I R O , 2 0 0 4 ) .
C o m o ja foi m e n c i o n a d o , o osso e u m tecido dinamico, que esta c o n s t a n t e m e n t e a ser r e m o d e l a d o , m e s m o depois do crescimento do esqueleto estar completo. A remodelagao do osso e u m a fungao normal do m e s m o e a s s e g u r a o equilibrio do m e t a b o l i s m o do calcio e do fosforo e t a m b e m a reparagao de micro d a n o s do osso. Este processo e b a s e a d o na agao c o n j u g a d a de celulas q u e r e a b s o r v e m localmente osso velho, os osteoclastos, e celulas q u e f o r m a m o novo osso, os osteoblastos.
O processo de r e m o d e l a g a o tern inicio apos a sinalizagao entre a matriz o s s e a e os osteoclastos, g e r a l m e n t e d e t e r m i n a d o por micro t r a u m a t i s m o s o s s e o s . Os osteoblastos a d e r e m a matriz do tecido osseo, e f o r m a m uma interface osso/osteoclasto. O osteoclasto cria assim u m m i c r o a m b i e n t e isolado, acidificado, para onde liberam e n z i m a s proteoliticas, que induz a destruigao da matriz organica e inorganica do osso. P o u c o depois deste p r o c e s s o de reabsorgao terminar, os osteoblastos s u r g e m na m e s m a superficie, f o r m a n d o novo osso, p r e e n c h e n d o as lacunas de reabsorgao produzidas pelos osteoclastos c o m nova matriz o s s e a , inicialmente nao mineralizada, d e s i g n a d a por osteoide. A l g u n s d o s osteoblastos sao e n c a p s u l a d o s na matriz organica extracelular e diferenciam-se e m osteocitos. O s osteoblastos restantes c o n t i n u a m a sintetizar osso e revestem c o m p l e t a m e n t e a superficie o s s e a r e c e n t e m e n t e f o r m a d a (Figura 3) ( L U C I O , 2 0 0 8 ) .
Figura 3: Esquema simplificado da remodelagao ossea.
Reabsorcao ossea ^ \ ^ por osteoclastos
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RemodeUcao osseap
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Formacao osseapor osteoblastos
Fonte: Lucio, 2008.
Lucio (2008) afirma q u e a remodelagao o s s e a e regulada por h o r m o n i o s sistemicos e fatores locais, q u e a f e t a m tanto a atuagao d o s osteoclastos c o m o dos osteoblastos. O conceito atual d e remodelagao o s s e a esta b a s e a d a na ideia de ativagao e diferenciagao d o s precursores o s t e o c l a s t i c s , iniciando-se a s s i m o processo d e reabsorgao ossea. A regulagao da osteoclastogenese, isto e, a diferenciagao d o osteoclasto, e m o d e l a d a pelo fator d e estimulagao d a s colonias de m a c r o f a g o s ( M - C S F ) e pelo R A N K L (ligado ao receptor d e ativagao d o fator nuclear kB, R A N K ) produzido pelos osteoblastos.
O R A N K L liga-se ao R A N K presente na m e m b r a n a d o osteoclasto, estimulando a diferenciagao d o precursor d o osteoclasto e m osteoclasto maduro. E m contraste, a osteoprotetegerina ( O P G ) , produzida t a m b e m pelo osteoblasto, bloqueia a formagao de osteoclastos, ligando-se a o R A N K L , c o m o qual tern g r a n d e afinidade, impedindo q u e este se ligue a o R A N K e inibindo a osteoclastogenese (Figura 4). O balango entre a produgao de R A N K L e de O P G determina a quantidade d e osso q u e e reabsorvida. Existem outros a g e n t e s participantes neste processo, n o m e a d a m e n t e o hormonio paratireoideano (PTH) e a vitamina D, q u e m o d e l a m o c o m p o r t a m e n t o d o s osteoblastos (Lucio, 2 0 0 8 ) .
Figura 4: Mecanismo simplificado de osteoclastogenese. Precursors dos Ostroclastos Osteoclastos Maduros RANKL R A N K L R A N K L DIFERINCHCAO - H i ] ] — LMBICAO Fonte: Lucio, 2008. 2.1.5 R e p a r a c a o d a s F r a t u r a s
A l e m d a s excelentes propriedades m e c a n i c a s , o osso revela um potencial unico para reparacao de fraturas. O tecido osseo e c a p a z d e reparar fraturas ou defeitos locais por meio d o processo d e regeneracao, c o m a f o r m a g a o de u m novo tecido c o m a m e s m a organizagao estrutural d o tecido anterior, s e m a formagao d e cicatrizes. A p o s u m a lesao ossea, u m a s e q u e n c i a de eventos d i n a m i c o s ocorre c o m o objetivo d e restaurar a f o r m a e a fungao d o osso. Muitos desses m e c a n i s m o s biologicos celulares ainda nao foram c o m p l e t a m e n t e identificados, p o r e m s a b e - s e q u e o p r o c e s s o e ativado pela liberagao de fatores d e crescimento e citocinas no local. A reparagao o s s e a e s e m e l h a n t e tanto para p e q u e n a s quanto para g r a n d e s torgoes, fraturas osseas e defeitos cirurgicos ( A M A D E I et a!., 2 0 0 6 ) .
Nos locais d e fratura o s s e a ocorre hemorragia pela lesao d o s vasos s a n g u i n e o s , destruigao de matriz e morte d e celulas osseas. Para q u e a reparagao se inicie, o coagulo s a n g u i n e o e o s restos celulares e da matriz d e v e m ser removidos pelos m a c r o f a g o s . O periosteo e o e n d o s t e o proximos a area fraturada r e s p o n d e m c o m u m a intensa proliferagao, f o r m a n d o u m tecido muito rico e m celulas osteoprogenitoras q u e constitui u m colar e m torno da
fratura e penetra entre as e x t r e m i d a d e s o s s e a s rompidas. N e s s e anel ou colar conjuntivo, b e m c o m o no que se localiza entre as e x t r e m i d a d e s o s s e a s fraturadas, surge tecido osseo imaturo, tanto pela ossificagao e n d o c o n d r a l de p e q u e n o s pedagos de cartilagem que a i se f o r m a m , c o m o t a m b e m por ossificagao i n t r a m e m b r a n o s a . Pode ser e n c o n t r a d a s no local d e reparagao, ao m e s m o t e m p o , areas de cartilagem, areas de ossificagao i n t r a m e m b r a n o s a e areas de ossificagao e n d o c o n d r a l . Esse processo evolui de m o d o a aparecer, apos a l g u m t e m p o , u m calo osseo que envolve a extremidade dos ossos fraturados. O calo osseo e constituido por tecido osseo imaturo que une provisoriamente as e x t r e m i d a d e s do osso fraturado ( T U R E K , 1 9 9 1 ; R O C K W O O D et al., 1993; J U N Q U E I R A e C A R N E I R O , 2004).
A s tragoes e pressoes exercidas sobre o osso durante a reparagao da fratura, e apos o retorno do paciente a s u a s atividades normais, c a u s a m a r e m o d e l a g a o do calo o s s e o e sua completa substituigao por tecido osseo lamelar. Se essas tragoes e pressoes f o r e m identicas as exercidas sobre o osso antes da fratura, a estrutura do osso volta a ser a m e s m a q u e existia anteriormente. A o contrario dos outros tecidos conjuntivos, o tecido o s s e o , repara-se s e m a formagao de cicatriz ( J U N Q U E I R A e C A R N E I R O , 2 0 0 4 ) .
2.1.6 P a p e l m e t a b o l i c o do t e c i d o o s s e o
O e s q u e l e t o c o n t e m 9 9 % do calcio no o r g a n i s m o e f u n c i o n a c o m o uma reserva desse ion, cuja concentragao no s a n g u e (calcemia) deve ser mantida constante, para o f u n c i o n a m e n t o normal do o r g a n i s m o . Ha u m intercambio c o n t i n u o entre o calcio do plasma s a n g u i n e o e o dos ossos. O calcio absorvido d a alimentagao e que faria a u m e n t a r a concentragao s a n g u i n e a d e s t e ion e d e p o s i t a d o rapidamente no tecido o s s e o , e, inversamente, o calcio dos o s s o s e mobilizado q u a n d o diminui sua concentragao no sangue. Existem dois m e c a n i s m o s de mobilizagao do calcio d e p o s i t a d o nos ossos. O primeiro e a simples transferencia d o s ions dos cristais de hidroxiapatita para o liquido intersticial, do qual o calcio passa para o s a n g u e . Esse m e c a n i s m o , p u r a m e n t e fisico, e favorecido pela g r a n d e superficie dos cristais de hidroxiapatita e tern
lugar principalmente no osso e s p o n j o s o . A s lamelas o s s e a s mais j o v e n s , pouco calcificadas, que existem m e s m o no osso adulto, devido a remodelagao c o n t i n u a , sao as que r e c e b e m e c e d e m C a2 + c o m maior facilidade. Essas lamelas sao mais importantes na m a n u t e n g a o da calcemia do que as lamelas antigas, muito calcificadas e cujos papeis principals sao de suporte e protecao ( T U R E K , 1 9 9 1 ; J U N Q U E I R A e C A R N E I R O , 2 0 0 4 ) .
2.1.7 P r o p r i e d a d e s m e c a n i c a s do o s s o
A s c a r g a s aplicadas num osso p o d e m ser analisadas c o m o t e n d o um efeito similar as cargas aplicadas e m u m a viga simples. O osso apresenta u m limite de d e f o r m a c a o elastica e u m ponto critico que delimita o alcance da deformagao de uma variagao elastica ou nao elastica. O osso nao tern u m c o m p o r t a m e n t o linear n e m inteiramente elastico na porcao inicial da curva t e n s a o x d e f o r m a g a o , m a s d e f o r m a - s e lentamente. Portanto o osso esta sujeito a u m a deformagao nao recuperavel, mas pode ceder a subtensao e se recuperar da deformagao dentro do s e u limite (porgao elastica da curva tensao d e f o r m a g a o ) . Nao obstante, o osso nao exibe u m a alta recuperagao de d e f o r m a g a o q u a n d o ocorre u m a significativa perda de energia ou u m a histerese que ocorre durante u m a carga e d e s c a r g a ( G O U L D , 1993).
O osso nao e ductil nem fragil, e sim u m a c o m b i n a g a o de a m b o s , s e n d o a parte mineral mais fragil e a parte organica mais flexivel.
Q u a n d o c o m p a r a d o ao ferro fundido, o osso e tres vezes mais leve e d e z v e z e s mais flexivel, p o r e m a m b o s os materials p o s s u e m a p r o x i m a d a m e n t e a m e s m a resistencia a tragao. O osso e u m material c o m duas fases que consistem na matriz, que e principalmente colageno, e no mineral o s s e o . O mineral osseo (hidroxiapatita) e m a i s rigido que o osso, c o m u m m o d u l o de 114 G P a e m c o m p a r a g a o c o m 18 G P a do osso. E e mais forte e m c o m p r e s s a o que e m t e n s a o . O colageno o s s e o , por outro lado, nao oferece qualquer resistencia a c o m p r e s s a o , mas possui u m a resistencia a tragao cinco v e z e s a do osso. Parece que este c o m p o s t o deve sua resistencia a tragao ao seu colageno e sua rigidez e resistencia a c o m p r e s s a o ao s e u c o n t e u d o mineral. O osso possui u m a
resistencia a tragao de cerca, de 140 N m / m2 e u m a resistencia a c o m p r e s s a o de 2 0 0 N m / m2. A disposigao dos cristais de apatita estreitamente a g r e g a d o s , p o r e m e m unidades individualizadas, pode proteger o osso da propagagao de fissura, porque uma fissura a t r a v e s s a n d o um cristal encontrara uma interface, a s s i m f o r m a n d o u m a fissura e m f o r m a de T que dissipa energia e i m p e d e a fissura de estender-se ( m e c a n i s m o de C o o k - G o r d o n ) . Este e o m e s m o m e c a n i s m o o b s e r v a d o q u a n d o da propagagao de u m a rachadura e m uma estrutura de madeira e interrompida q u a n d o um furo e feito na e x t r e m i d a d e de avango d a r a c h a d u r a . A l e m disso, a rigidez e a resistencia estatica a u m e n t a m c o m o grau de mineralizagao do osso, de tal m o d o que sua resistencia final e tres v e z e s maior c o m mineralizagao de 7 0 % do que a 6 0 % . U m a curva de esforgo-d e f o r m a g a o esforgo-do osso mostra que ele e esforgo-ductil; p o r e m , s e n esforgo-d o anisotropico, sua resistencia a tragao e s e u m o d u l o de Y o u n g sao maiores q u a n d o o osso e c a r r e g a d o no s e u eixo longitudinal do que e m outras diregoes. O osso pode ser d e f o r m a d o 0 , 7 5 % antes q u e ocorra d e f o r m i d a d e plastica, e a d e f o r m a g a o de ruptura e 2 % a 4 % . Durante a deformagao plastica ele e c a p a z de absorver seis v e z e s mais energia antes de fraturar do q u e durante a fase elastica. Isto e c o n h e c i d o c o m o o efeito Poisson ( R O C K W O O D et al., 1993).
C o n t u d o , R o c k w o o d et al., (1993) o b s e r v o u ainda que o osso nao e uma substancia elastica simples c o m o o ago doce. Se c a r r e g a r m o s u m a m o l a , a d e f o r m a g a o sera imediata e nao i m p o r t a n d o durante q u a n t o t e m p o a carga seja aplicada, nao havera n e n h u m a alteragao na d e f o r m a g a o a nao ser que a carga seja alterada. O osso e u m material viscoelastico e a adigao da viscosidade introduz u m e l e m e n t o de d e p e n d e n c i a da velocidade nos efeitos do c a r r e g a m e n t o . S e n d o o osso um material viscoelastico, a velocidade de aplicagao do esforgo constitui um fator importante na determinagao do grau de lesao do osso e tecidos moles, q u a n d o ocorrem fraturas. Quanto mais alta a v e l o c i d a d e de c a r r e g a m e n t o , menor a c a p a c i d a d e do osso de absorver energia; entretanto, se o c a r r e g a m e n t o for levado ate a falha, a quantidade de energia g r a n d e m e n t e a u m e n t a d a , q u a n d o dissipada, descarrega uma devastagao no osso. A s fraturas de baixa energia s a o g e r a l m e n t e lineares s e m muito desvio, m a s c o m q u a n t i d a d e s cada vez maiores de energia a cominuigao e o desvio das
fraturas a u m e n t a r a o , b e m c o m o a lesao dos c o m p o n e n t e s de tecidos moles da e x t r e m i d a d e .
O osso, q u a n d o testado no laboratorio, nao possui u m limite de resistencia padrao e falhara q u a n d o s u b m e t i d o a ciclos suficientes. P o r e m , o osso in vivo, d i v e r s a m e n t e dos outros materials, possui a propriedade de a u t o -reparacao, de m o d o que repouso e protegao de esforco permitirao a e s s a s fraturas que elas c o n s o l i d e m . A resistencia do osso e d e p e n d e n t e da d e n s i d a d e do o s s o , do seu c o n t e u d o mineral e da qualidade e quantidade de colageno ( J U N Q U E I R A e C A R N E I R O , 2 0 0 4 ) .
2.1.8 C l a s s i f i c a c a o d a s fraturas
A s fraturas p o d e m ser classificadas de varios m o d o s : (1) pela localizacao anatomica (tergo proximal, m e d i o ou distal da diafise; supracondiliana; subtrocanteriana); (2) pela diregao da linha de fratura (transversa, obliqua, espiral); e (3) c o n f o r m e a fratura seja linear ou cominutiva (isto e, c o m multiplas e x t e n s o e s , d a n d o origem a muitos f r a g m e n t o s p e q u e n o s ) . Fraturas e m galho v e r d e , tao c o m u n s e m criangas, raramente, se j a m a i s , sao e n c o n t r a d a s e m adultos, mas o c a s i o n a l m e n t e pode ser vista u m a fratura incompleta. Q u a n d o a diafise de u m osso longo foi impulsionada para dentro da sua e x t r e m i d a d e e s p o n j o s a , diz-se que ela foi "impactada". Isto e c o m u m e m fraturas do u m e r o superior, mas acredita-se que a c h a m a d a fratura impactada do colo do f e m u r e na realidade u m a d e n o m i n a g a o errada para u m a fratura incompleta ou parcial ( R O C K W O O D e t a l . , 1993).
A s fraturas sao ditas "expostas" q u a n d o os tecidos m o l e s sobrejacentes f o r a m rompidos, e x p o n d o a fratura ao a m b i e n t e exterior, ou "fechadas" q u a n d o a pele ainda esta intacta. U m a fratura patologica e aquela na qual um osso e q u e b r a d o atraves de u m a area enfraquecida por doenga preexistente, por u m grau de esforgo que teria deixado intacto u m osso n o r m a l . O s t e o p o r o s e de qualquer c a u s a p o d e ser u m a fonte de fratura patologica e constitui u m dos fatores importantes implicados na alta incidencia de fraturas no idoso. E m b o r a a s fraturas, atraves de qualquer tipo de lesao, p o s s a m aceitavelmente ser
c h a m a d a s patologicas, a l g u m a s vezes o t e r m o e usado e m u m sentido mais restrito para descrever u m a fratura atraves de u m a lesao maligna, tal c o m o u m a metastase ossea ou u m t u m o r primario (por e x e m p l o , m i e l o m a ) . O o s s o , c o m o outros materials, reage ao c a r r e g a m e n t o repetido. O c a s i o n a l m e n t e , ele fatiga e d e s e n v o l v e u m a f e n d a , q u e pode levar a uma fratura completa - u m a fratura por estresse. Estas fraturas s a o vistas mais f r e q u e n t e m e n t e e m instalagoes militares onde recrutas sao s u b m e t i d o s a treinamento rigoroso. Entretanto, elas as vezes sao encontradas e m d a n c a r i n o s de ballet e atletas, e n e n h u m grupo etario ou o c u p a c i o n a l estao imunes ( R O C K W O O D et al., 1993).
2.1.9 B i o m e c a n i c a d a s f r a t u r a s
A biomecanica das fraturas para muitos profissionais da area de saude constitui u m assunto inerentemente desinteressante. P o r e m , a o s que participam da elaboragao de projetos, d e s d e a constituicao q u i m i c a e estrutural do material ate o design do produto, realizado por u m a equipe multidisciplinar de e n g e n h e i r o s , q u i m i c o s e de designer industrial, esta tematica e e x t r e m a m e n t e vital para a fabricacao de proteses, placas, hastes, fixadores externos, etc. T o d a v i a , e a c o n s e l h a v e l ao cirurgiao c o m p r e e n d e r principios basicos necessarios para tratar fraturas racionalmente.
Evans (1973) listou as propriedades do osso que sao importantes na d e t e r m i n a c a o da sua suscetibilidade a fratura, que sao: a c a p a c i d a d e de absorgao de energia, o m o d u l o de elasticidade (modulo de Y o u n g ) , a resistencia a fadiga e a densidade.
O m o d u l o de elasticidade e a resistencia a flexao do osso cortical variam de acordo c o m o local analisado (regiao distal, central ou proximal), s e n d o que a resistencia a flexao do osso cortical do f e m u r e ligeiramente inferior na regiao proximal. A porgao mineral p r o m o v e maior influencia no m o d u l o de elasticidade do osso do que a porgao organica. A resistencia no limite elastico e d e t e r m i n a d a pela c o m p o s i g a o e distribuigao da fase mineral na matriz de c o l a g e n o ( M O R A , 2 0 0 0 ) .
