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Ex vivo bone-implant systems using polymeric intramedullary nails for fixation of femoral fractures in young calves/Sistemas osso-implante ex vivo utilizando haste intramedular polimerica para imobilizacao de fraturas femorais em bovinos jovens.

INTRODUCAO

A recuperacao de fraturas osseas e um problema medico frequente, sendo as fraturas em ossos longos uma das ocorrencias mais comuns, e que tem demandado muitos estudos referentes as suas formas de tratamento. O avanco tecnologico tem permitido o desenvolvimento de grande variedade de instrumentos, materiais para implante e tecnicas para a fixacao intema de fraturas em humanos.

As fraturas em ossos longos dos animais domesticos de grande porte sao tambem frequentes, sendo um desafio maior para o medico veterinario, uma vez que a perda da funcao de um dos membros, quase sempre e incompativel com a vida. Alem disso, associam-se problemas relacionados com o posoperatorio e a reabilitacao, devido ao peso elevado desses animais, tornando inviavel a permanencia em estacao por longos periodos, e a pressao sobre a sua musculatura causa lesoes graves quando em decubito por muito tempo (McCLURE et al., 1998). Nas ultimas duas decadas, varias tecnicas de fixacao tem sido utilizadas no tratamento dessas fraturas. No entanto, um dos grandes problemas ainda existente e a nao disponibilidade de dispositivos de fixacao adequados e desenvolvidos especificamente para esses animais (AITHAL et al., 2004).

A haste intramedular bloqueada vem sendo utilizada com sucesso no tratamento de fratura de ossos longos em humanos (PIETRZAK et al., 1996; BHAT et al., 2006) e mais recentemente tambem em animais domesticos como caes (GIORDANO et al., 2006) e gatos (ROMANO et al., 2008). Tradicionalmente, essas hastes tem sido confeccionadas com aco inoxidavel ou titanio, sendo muitos os registros de complicacoes relacionadas ao seu emprego, tais como: nao uniao ou uniao retardada, quebra da haste ou dos parafusos, erros de bloqueio dos parafusos, infeccoes, neuropraxias, formacoes de pseudoartroses e contraturas musculares (GIORDANO et al., 2006). Some-se a isso o fato de que o uso de haste metalica rigida tem alto custo e pode promover reacao do organismo ao material, interferencia nas tecnicas de acompanhamento pos-operatorias por imagem e restricao do crescimento osseo fisiologico em pacientes jovens (PIETRZAK et al., 1996). Alem disso, seu emprego promove, ao longo do tempo, diminuicao da densidade mineral ossea (osteopenia), causada pela presenca do material metalico (BOSTMAN, 1991), consequencia do efeito conhecido como blindagem de tensoes (stress shielding). Assim, normalmente, uma segunda cirurgia deve ser realizada para remocao do implante apos a consolidacao da fratura (VAN DER ELST et al., 1999).

A busca por materiais mais leves, resistentes, de baixo custo e biocompativeis tem crescido dia a dia (VAN DER ELST et al., 1999). Os polimeros tem sido progressivamente testados e incorporados em procedimentos cirurgicos, com destaque para os implantes ortopedicos e os de reconstrucao de tecidos. Em estudo previo, nosso grupo determinou que fraturas de umero em bovinos jovens podem ser tratadas com sucesso, usando o polipropileno em forma de haste intramedular bloqueada (DE MARVAL, 2006). Novos trabalhos vem sendo realizados para se desenvolver um sistema de fixacao por haste intramedular que possa ser aplicada ao femur desses animais (LOPES et al., 2007; RODRIGUES et al., 2009a; RODRIGUES et al., 2009b). No presente estudo, utilizaram-se testes biomecanicos ex vivo visando a avaliacao da performance de sistemas de fixacao por haste intramedular bloqueada com diferentes materiais polimericos. Esses testes tem se tornado cada vez mais comuns na avaliacao do desempenho dos dispositivos de fixacao. Cargas fisiologicas sao aplicadas aos ossos implantados para avaliar sua estabilidade e resposta mecanica (DALLABRIDA et al., 2005). Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar, ex vivo, a resistencia mecanica a forcas de compressao e flexao de femures de bovinos jovens com fratura diafiseal, imobilizados com hastes intramedulares bloqueadas, compostas por diferentes polimeros (polipropileno, poliacetal e poliamida), comparando-as com a resistencia media verificada em femures integros. Tambem se objetivou confrontar os resultados dos testes ex vivo com resultados de estudos in vivo previamente publicados.

MATERIAL E METODOS

Foram utilizados 24 femures de bezerros machos da raca Holandesa, com peso medio de 500g (480g-520g), idade entre 15 e 30 dias, provenientes de abatedouros da microrregiao de Belo Horizonte. Imediatamente apos o abate, os ossos foram dissecados dos tecidos moles adjacentes, divididos aleatoriamente em quatro grupos iguais e acondicionados em sacos plasticos para serem conservados por congelamento a -20[degrees]C, conforme GALUPPO et al. (2002) e DALLABRIDA et al. (2005).

Em seguida, os ossos foram preparados para a realizacao dos testes fisicos, sendo primeiramente descongelados a temperatura ambiente por 12 horas. Em um dos quatro grupos, os ossos foram mantidos integros (Grupo Controle). Nos outros tres, os ossos foram fraturados e implantados com uma das hastes polimericas selecionadas (polipropileno, poliacetal e poliamida), segundo metodologia proposta por DE MARVAL (2006). Os femures foram seccionados em sua diafise, na transicao entre os tercos medio e proximal, de forma a simular uma fratura obliqua. A incisao foi realizada em sentido cranio-distal para caudoproximal com serra em fita, em um angulo de 40[degrees] em relacao ao eixo longitudinal do osso, sendo o ponto inicial de corte localizado 20mm distal ao trocanter maior. A reducao da fratura foi feita pela aplicacao retrograda das hastes com 12mm de diametro, apos abertura do canal medular com uma broca de aco do mesmo diametro. Essa abertura foi realizada apenas na extensao do canal medular no fragmento distal e, no proximal, se estendeu ate produzir abertura no trocanter maior dos femures. Para bloqueio das hastes, foram utilizados quatro parafusos de aco inoxidavel (4,5mm de diametro e 50mm de comprimento), sendo dois em cada fragmento, colocados de forma transversal ao eixo do osso, inseridos na face lateral de forma a perfurar a cortical de ambos os lados. Esse procedimento foi realizado apos perfuracao tanto da cortical, quanto da haste, com uma broca de aco de 3,2mm de diametro. Depois de implantados, cada um dos grupos foi novamente dividido em dois subgrupos de seis ossos, para serem submetidos respectivamente a testes fisicos de compressao e flexao.

Os testes fisicos foram realizados no Laboratorio Robert Hooke da Fundacao Centro Tecnologico de Minas Gerais (CETEC). Foi utilizada uma Maquina Universal de Ensaios (Instron 5869, coluna dupla, capacidade de 50kN, escala de velocidade de 0,001-500mm [min.sup.-1]).

Para os testes de flexao, os ossos foram apoiados sobre uma base de madeira macica, de modo a garantir o alinhamento horizontal do eixo longitudinal do osso. A forca foi aplicada no centro da diafise, em seu terco medio, na face cranial, caracterizando um ensaio de flexao de tres pontos (Figura 1C). Um pistao de aco foi fixado a extremidade movel da maquina para aplicacao da forca no ponto indicado ate que ocorresse a ruptura da haste, fissura do osso, angulacao excessiva da haste em relacao ao eixo longitudinal do osso ou ainda desalinhamento dos fragmentos osseos. Uma celula de carga (50kN, id. STF 100.02, Instron, modelo 2525-802 NS 44151) foi utilizada para o registro dos valores da forca durante o ensaio.

[FIGURE 1 OMITTED]

No ensaio de compressao, a forca foi aplicada ao longo do eixo longitudinal da amostra, no sentido proximal-distal. Para garantir o alinhamento do eixo longitudinal do osso na posicao vertical, as extremidades osseas foram seccionadas. Em seguida, para evitar o deslizamento do osso durante o teste de compressao, as extremidades foram colocadas em uma base composta de resina de polimetilmetacrilato, para permitir o apoio devido do osso no plano. Essas bases foram moldadas em cilindros de PVC, em que os ossos permaneceram imersos ate a completa secagem da resina.

Os testes de compressao e de flexao se iniciavam com o contato do pistao sobre as amostras. O valor considerado para analise foi a forca de ruptura, que correspondia a carga maxima registrada no momento imediatamente anterior a ruptura da amostra sob acao da forca atuante. Essa ruptura era caracterizada por um aumento de deslocamento expressivo sem aumento do carregamento, correspondendo a perda de estabilidade da peca. Apos esse momento, apesar de a amostra apresentar resistencia menor, o teste teve continuidade ate que houvesse completa falha estrutural, sendo assim possivel verificar todos os pontos de fragilidade das amostras. Em ambos os testes, a velocidade de aplicacao da carga foi de 0,5mm [min.sup.-1].

Apos tabulacao dos dados, compararam-se os resultados entre grupos, considerando separadamente os testes de compressao e flexao, por meio de analise de variancia em desenho experimental inteiramente casualizado para dados com distribuicao normal, e o teste de Kruskal-Wallis para dados sem distribuicao normal. Para comparacao das medias dos grupos, usou-se o teste de Student-Newman-Keuls. Todos os testes foram realizados com nivel de significancia equivalente a P<0,05.

RESULTADOS E DISCUSSAO

Nos testes de flexao em ossos integros, a fratura ocorreu sempre longitudinalmente ao longo da diafise. Nos ossos submetidos a tecnica de reducao da fratura, o comportamento das amostras variou em funcao do tipo de haste utilizada. Nos ossos implantados com haste de polipropileno, as seis amostras utilizadas apresentaram fratura da haste. As hastes se romperam no exato local onde havia um parafuso transfixando-as e no ponto mais proximo do foco da fratura (Figura 1A). Resultado semelhante foi encontrado por DE MARVAL (2006), utilizando hastes de polipropileno em testes ex vivo com umeros de bezerro. Estudos envolvendo simulacao computacional de femures imobilizados por hastes intramedulares polimericas demonstraram que as maiores tensoes ocorrem sempre nos parafusos mais proximos ao local da fratura (RODRIGUES, 2008). DE MARVAL (2006) levantou a hipotese de que as maiores tensoes ocorrerem nesses parafusos devido a uma maior mobilidade do conjunto na regiao proxima aos fragmentos osseos.

Nos ossos implantados com hastes de poliacetal, em um caso, ocorreu a fratura da haste e, nos outros cinco, ocorreu a fissura do osso, o que comprometia a integridade do conjunto, caracterizando assim o fim do ensaio (Figura 1B). Nos seis ensaios com haste de poliamida, os conjuntos apresentaram angulacao excessiva das extremidades osseas, com o desalinhamento da haste em relacao ao eixo longitudinal do osso (Figura 1C). Essa situacao tambem foi considerada nao aceitavel para os ensaios, sendo eles interrompidos neste instante. No caso da haste de poliamida, nao ocorreu a sua ruptura, tampouco a fissura do osso. Nos casos em que nao ocorreu a fratura da haste e o ensaio foi interrompido, a forca considerada correspondeu ao maior valor registrado antes da interrupcao.

[FIGURE 2 OMITTED]

Nos testes de compressao com ossos integros, nao houve fratura ao longo da diafise, ocorrendo, primeiramente nos seis casos, o deslocamento da placa epifisaria. Acredita-se que isso tenha ocorrido por ser essa regiao a de menor resistencia dos ossos de animais jovens, devido a sua composicao predominantemente organica, com um minimo de base mineral (JEE, 2001). Essa situacao foi considerada como uma fratura, pois comprometia a integridade do osso, tornando a continuidade dos ensaios inviavel.

Nos ossos implantados com as hastes polimericas, as falhas ocorreram principalmente por causa da perda de alinhamento entre os fragmentos osseos. Fraturas nas hastes ocorreram em uma de polipropileno e em tres de poliacetal, sendo que em uma destas tambem ocorreu o desprendimento do parafuso proximal mais proximo ao foco de fratura. Para os ossos implantados com hastes de poliamida, em um dos casos ocorreu fratura ossea. Resultado semelhante com o uso de hastes de polipropileno tambem foi encontrado por DE MARVAL (2006), utilizando hastes de polipropileno em testes de compressao ex vivo, com umeros de bezerro.

Os resultados dos ensaios fisicos estao representados na figura 2. Nos testes de flexao, apenas os ossos imobilizados com poliamida nao apresentaram diferenca significativa dos valores observados nos ossos integros. Contudo, em media, esses ossos suportaram apenas 58% das forcas suportadas pelo osso integro. Nos testes de compressao, o grupo polipropileno apresentou melhor resultado, atingindo 72% dos ossos integros, sem haver diferenca estatistica, quando comparada com o grupo de ossos integros. Esta mesma haste de polipropileno mostrou resistencia semelhante (66%) a compressao, quando implantada em umero (DE MARVAL, 2006).

Tanto ossos integros como fraturados apresentaram maiores valores de forca maxima nos testes de compressao do que nos testes de flexao. Esse resultado era esperado pelo fato de que quando temos a carga aplicada no eixo axial, alem da resistencia da haste, que e muito maior no seu eixo longitudinal, temse ainda o apoio entre os fragmentos osseos na linha de fratura. Nos testes de flexao, a partir do momento em que a forca e aplicada na diafise ossea, quase que toda a resistencia e oferecida pela haste. Esses resultados corroboram achados de estudo ex vivo utilizando-se hastes de polipropileno em umero bovino (DE MARVAL, 2006).

Com base nesta discussao e observandose os resultados que descrevem o comportamento das amostras, percebe-se que os ossos implantados com hastes de poliamida possuem superior resistencia a flexao em relacao as hastes de poliacetal e de polipropileno. Esse resultado esta de acordo com a literatura tecnica (VICK, 2008), que indica a poliamida com maior modulo de elasticidade a flexao (3200MPa) que os outros dois materiais (poliacetal: 2800MPa e polipropileno: 1600MPa). Esse parametro nao pode ser desconsiderado uma vez que os esforcos a flexao sao predominantes na estrutura ossea, principalmente no periodo pos-operatorio imediato, quando o sucesso da fixacao depende exclusivamente do implante.

Considerando a resistencia de cada polimero, o fato de a haste de polipropileno ter fornecido maior resistencia no ensaio de compressao foi inesperado. Nesses ensaios, nos ossos instrumentados com haste de polipropileno, as extremidades osseas eram facilmente aproximadas, aumentando assim a resistencia do conjunto e trazendo uma possivel explicacao para os resultados observados. Flexibilidade semelhante tambem foi observada quando do uso de hastes de polipropileno nos bovinos (DE MARVAL, 2006).

Uma analise global dos resultados nos testes ex vivo, aliada as propriedades dos materiais estudados, indica que o polipropileno e o material com o desempenho menos satisfatorio, pois apresentou pior resultado nos ensaios de flexao e, apesar do melhor resultado nos ensaios sob compressao, possui tensao de ruptura a compressao inferior em relacao aos outros dois materiais. O poliacetal teve o segundo melhor desempenho nos dois ensaios e sua tensao de ruptura esta entre os valores do polipropileno e da poliamida. Por apresentar melhor comportamento a flexao em relacao ao polipropileno e ao poliacetal, a poliamida, que tambem possui maior modulo de resistencia a flexao e maior tensao de ruptura a compressao, poderia ser considerada o material com maior chance de promover imobilizacao eficiente em um estudo in vivo. Analisando um estudo similar in vivo previamente publicado (SPADETO JUNIOR et al., 2010), observa-se concordancia nos resultados, pois nesse estudo houve fratura em seis de sete hastes de poliacetal implantadas e em duas de quatro hastes de poliamida implantadas em fraturas diafiseais em bezerros, com 85 a 100 dias de idade. Coincidentemente, nesse mesmo estudo, todas as fraturas de hastes ocorreram na interface com os parafusos mais proximos a linha de fratura.

CONCLUSAO

Independente do polimero utilizado (polipropileno, poliacetal ou poliamida), nenhuma das hastes estudadas ofereceu aos femures fraturados de bovinos jovens resistencia comparavel a do osso integro, quando consideradas em conjunto as forcas de flexao e compressao. A concordancia desses achados com resultados in vivo previamente publicados demonstra que a metodologia utilizada para testes ex vivo pode ser util na selecao de materiais mais resistentes para confeccao de novos modelos.

AGRADECIMENTO E APRESENTACAO

A Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior (CAPES), Fundacao de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG), Fundacao de Amparo a Pesquisa do Estado da Bahia (FAPESB) e Pro-Reitoria de Pesquisa da UFMG (PRPq-UFMG), pelo financiamento do projeto.

O presente trabalho e parte da Tese de Doutorado do segundo autor, Luciano Brito Rodrigues.

COMITE DE ETICA

Comite de Etica em Experimentacao Animal da UFMG (protocolos 145/04 e 136/09).

REFERENCIAS

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Odael Spadeto Junior, (I, II) Luciano Brito Rodrigues (III, IV), Wellington Tadeu Vilela Carvalho (I,V) Deliene de Oliveira Moreira (I) Cyril Alexandre De Marval (VI) Claudio Gomes da Costa (VII) Geraldo Eleno Silveira Alves (I) Estevam Barbosa de Las Casas (III) Rafael Resende Faleiros (I) *

(I) Departamento de Clinica e Cirurgia Veterinarias, Pos-graduacao em Ciencia Animal, Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Av. Antonio Carlos, 6627, 30123-970, Belo Horizonte, MG, Brasil. E-mail: faleiros@ufmg.br. * Autor para correspondencia.

(II) Hospital Veterinario, Centro Universitario de Vila Velha (UVV), Vila Velha, ES, Brasil.

(III) Programa de Pos-graduacao em Engenharia Mecanica, Escola de Engenharia, UFMG, Belo Horizonte, MG, Brasil.

(IV )Departamento de Tecnologia Rural e Animal, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), Itapetinga, BA, Brasil.

(V) Instituto Federal do Sudoeste de Minas Gerais, Barbacena, MG, Brasil.

(VI) Departamento de Medicina Veterinaria, Pontificia Universidade Catolica (PUCMinas), Betim, MG, Brasil.

(VII) Laboratorio Robert Hooke, Fundacao Centro Tecnologico de Minas Gerais (CETEC), Belo Horizonte, MG, Brasil.

Recebido para publicacao 01.05.10 Aprovado em 06.12.10 Devolvido pelo autor 12.01.11 CR-3517
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Author:Spadeto, Odael, Jr.; Rodrigues, Luciano Brito; Carvalho, Wellington Tadeu Vilela; Moreira, Deliene d
Publication:Ciencia Rural
Date:Feb 1, 2011
Words:3614
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