Estudo do perfil mecânico de fixadores externos de plataforma *

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1 SEGUNDA SEÇÃO ORTOPEDIA GERAL Estudo do perfil mecânico de fixadores externos de plataforma * MAX R.F. RAMOS 1, ISAAC S. ROTBANDE 2, IROCY KNACKFUSS 3, IBRAHIM SHEHATA 4 RESUMO Foi estudado em laboratório, comparativamente, o comportamento mecânico dos sistemas clássicos de fixação externa de plataforma Hoffmann e Hoffmann-Vidal, utilizando-se configurações espaciais freqüentemente aplicadas. As montagens foram instaladas em um corpo de prova de polietileno que simula um osso diafisário longo e submetidos às forças de compressão axial central e excêntrica. Foram avaliados os deslocamentos radiais de seus segmentos, a distância máxima observada entre esses segmentos nos planos perpendiculares ao axial e os movimentos em flexão dos segmentos do corpo de prova. Os resultados obtidos permitem afirmar que os fixadores externos de plataformas que utilizaram pinos de fixação do tipo half pin (pinos de Schanz) apresentaram-se muito menos estáveis que os que usaram pinos transfixantes (pinos de Hoffmann). SUMMARY Study of the mechanical behavior of the external fixators platform The mechanical behavior of external fixators of Hoffmann and Hoffmann-Vidal platforms were studied in a laboratory, using space configurations frequently applied. The assemblies were put in a polyethylene model resembling a long bone diaphysis configuration and submitted to compression * Trab. realiz. no Lab. de Estruturas da COPPE-UFRJ. 1. Mestre em Med., UFRJ; Membro Tit. da SBOT; Staff HMBR-Asami. 2. Prof. Doutor; Chefe do Serv. de Ortop., HUGG Uni Rio; Membro Tit. da SBOT. 3. Prof. Doutor; Coord. do Curso de Pós-grad., UFRJ; Membro Tit. da SBOT. 4. Prof. Doutor; Orient. do Lab. de Estrut. COPPE-UFRJ. Endereço para correspondência: Max R.F. Ramos, Rua Demóstenes Madureira de Pinho, 269, apto. 203, Recreio dos Bandeirantes Rio de Janeiro, RJ. forces applied centrally and excentrally. Then, the radial displacement of its segments, the maximum distance observed between these segments from the perpendicular to the axial plane, and the flexion movements of the model were evaluated. The results obtained allow the authors to state that, from a mechanical point of view, the external fixators that use only half pin (Schanz pins) and platform clamps have lower stability than the others that use transfixators pins (Hoffmann s pins). INTRODUÇÃO A utilização do fixador externo no tratamento de pacientes portadores de afecções ósseas remonta ao século passado. Desde as idéias lançadas por Malgaine (apud 3), a utilização desse método apresentou períodos de grande popularidade intercalados por outros de descrédito. Hoffmann (11), em 1938, apresenta no Congresso Suíço de Cirurgia seu fixador externo com três pinos (half pins) em cada segmento ósseo, fixando cada conjunto a uma plataforma de placas isolantes para impedir transtornos elétricos entre eles. Cada plataforma era conectada por meio de uma articulação universal a uma barra rosqueada com dobradiça e interligada à plataforma do outro segmento ósseo, permitindo assim a mobilização dos fragmentos em três planos, possibilitando a instalação do aparelho sem a redução prévia da fratura. Essa técnica foi denominada por Hoffmann de osteotaxis, termo derivado do grego, significando colocar o osso no lugar. Vidal, em 1970, modifica o sistema original de Hoffmann, utilizando uma montagem em duplo quadro associada a pinos transfixantes de Bunnel, com o objetivo de aumentar a estabilidade do sistema (15). A indicação e a aplicação correta de um sistema de fixação externa dependem de três conceitos básicos: conhecimentos anatômico da região (2), da fisiopatologia da lesão e biomecânico do aparelho de fixação externa (3). Devem ser também consideradas a habilidade do cirurgião em manipu- 552 Rev Bras Ortop _ Vol. 33, Nº 7 Julho, 1998

2 ESTUDO DO PERFIL MECÂNICO DE FIXADORES EXTERNOS DE PLATAFORMA Fig. 1 Esquema do corpo de prova (polietileno) lar esses aparelhos e as características socioeconômicas e psicológicas do paciente. Muitos trabalhos publicados na literatura fazem referência quanto ao resultado clínico da utilização de fixadores externos para o tratamento, em enfermidades ortopédicas, traumáticas, tumorais, congênitas, infecciosas, etc. (1,3,15,16). Encontram-se ainda citações quanto às complicações freqüentemente associadas ao método (9,10). Porém, ainda pouco se sabe sobre o comportamento mecânico dessas estruturas e qual a correlação entre a escolha do sistema e da montagem, o tipo de enfermidade a ser tratada e as complicações passíveis ao conjunto. Neste trabalho discutir-se-ão aspectos relacionados ao comportamento mecânico do sistema de fixação externa de Hoffmann, exemplo clássico de fixador externo de plataforma, concernentes ao tratamento de fratura de terço médio da tíbia, com falha óssea, caracterizando lesão instável (13). MATERIAL E MÉTODOS Utilizaram-se como corpo de prova dois tubos de polietileno com 250mm de comprimento (h) por 30mm de diâmetro (d), vazados com um orifício central longitudinal (di) de 10mm, na tentativa de simular um segmento diafisário de osso longo com seu canal medular (fig. 1). Os tubos foram estabilizados pelas montagens dos fixadores sem desvios angulares ou radiais, mantendo afastamento de 30mm entre si, simulando fratura instável, transversa, com perda óssea, do terço médio da tíbia (fig. 2). Nas montagens, utilizaram-se pinos de 4,0mm de diâmetro com extremidade rosqueada do tipo Schanz ou com rosqueamento central para transfixação do tipo Hoffmann-Vidal. Todos os fios e pinos utilizados foram fabricados com aço 316 LVM fornecidos pela Eletrometal Ltda. Nas montagens que utilizaram pinos de Schanz de 4,0mm, estes foram colocados transfixando o corpo de prova até a Fig. 2 Esquema de montagem dos sistemas Constantes: hm = 250mm, a = 30mm, h = 170mm, hf = 70mm penetração da cortical oposta, sem contudo haver sua extrusão (half pin); as plataformas mantiveram distância máxima permitida entre os pinos rosqueados de 40mm. Buscou-se colocar as plataformas no centro do eixo longitudinal do corpo de prova, afastadas 100mm do modelo, permanecendo afastadas entre si 230mm; da extremidade superior, 100mm e da extremidade inferior, 100mm. Os corpos de prova estabilizados pelas montagens foram submetidos a forças de compressão axial central e axial excêntrica, aplicadas em um ponto 25mm posterior, colocado em ângulo de 180º ao eixo do corpo de prova, gerando, nesta segunda eventualidade, forças posteriores de flexão, semelhantes ao que ocorre na tíbia durante a fase de apoio na marcha. As forças aplicadas variaram de 0 a 80kgf, com leituras do deslocamento dos fragmentos a cada 20kgf e retornando-se a 0kgf após a aplicação da carga máxima. Os testes foram realizados utilizando-se uma máquina universal de ensaios mecânicos, sob a qual foi adaptada uma célula de análise de carga Alfa (lod-cel) com constante de 0,0336/10 6 e cabeçote esferocêntrico da marca Kyowa com capacidade de 150kgf [Coppe Q-4737]. Os resultados foram analisados com ajuda de um condicionador Straingages marca Alfa modelo 1101 [Coppe-8233]. Utilizaram-se relógios comparadores com precisão de décimos de milímetro para avaliar os deslocamentos látero-laterais dos segmentos superior e inferior no eixo 90º a 270º (X) e os deslocamentos ântero-posteriores dos segmentos superior e inferior no eixo 0º a 180º (Y). Para avaliação de deslocamentos axiais, marcaram-se os pontos 0º, 90º, 180º e 270º nas extremidades dos segmentos Rev Bras Ortop _ Vol. 33, Nº 7 Julho,

3 superior e inferior, medindo a aproximação de cada eixo, utilizando paquímetro com precisão de décimos de milímetro. RESULTADOS Utilizaram-se quatro relógios, X superior, X inferior, Y superior, Y inferior; os deslocamentos radiais foram fornecidos pela análise trigonométrica dos vetores de deslocamento em X e Y. Gráfico 1 Gráfico das médias dos deslocamentos axiais dos corpos de prova, observados durante os ensaios de carga axial central e excêntrica DR = Desvio radial Dx = Desvio no eixo X Dy = Desvio no eixo Y O deslocamento no plano perpendicular ao axial corresponde ao cisalhamento e é obtido pela diferença dos deslocamentos radiais dos segmentos superior e inferior do corpo de prova em seus eixos de divergência vetorial. Analisou-se, ainda, a flexão resultante do corpo de prova em cada sistema, após a aplicação da carga máxima. Devido à constância dos resultados e de acordo com normas técnicas de ensaios mecânicos adotados, os testes foram realizados através de uma série de cinco ensaios e não foram computadas as duas séries mais divergentes. Minimizou-se, assim, a possibilidade de inclusão de erros de leitura ou manipulação de dados (13). Foi considerada como falência da montagem, durante os ensaios, qualquer situação, referente ao sistema testado, que inviabilize a continuação da aplicação da carga axial, tais como: contato entre as extremidades do corpo de prova e quebra ou deformação de peças do aparelho; nesta última eventualidade, foi feita a troca da peça em questão e repetidos os ensaios. Gráfico 2 Gráfico das médias dos deslocamentos perpendiculares ao plano axial (cisalhamento), observados durante os ensaios de carga axial central e excêntrica Gráfico 3 Gráfico das médias dos deslocamentos em flexão dos corpos de prova, observados nos ensaios de carga axial central e excêntrica 554 Rev Bras Ortop _ Vol. 33, Nº 7 Julho, 1998

4 ESTUDO DO PERFIL MECÂNICO DE FIXADORES EXTERNOS DE PLATAFORMA DISCUSSÃO Ressalta-se que, neste estudo, o sistema de fixação funcionou como único estabilizador do corpo de prova, pois não existiu a presença de partes moles que em situação anatômica normal funcionariam como estabilizadores coadjuvantes adicionais (9). Na avaliação dos deslocamentos radiais, é importante chamar a atenção para alguns aspectos: I A leitura dos relógios comparadores forneceu-nos os deslocamentos em dois eixos ortogonais, X e Y. Na realidade, esses valores foram projeções vetoriais do deslocamento do segmento do corpo de prova. Através dos valores de X e Y pôde-se calcular o eixo e valor real de deslocamento para cada força aplicada. II Na determinação do movimento resultante de cisalhamento, o mais importante não foi o deslocamento radial máximo de cada segmento, mas a distância entre cada segmento do corpo de prova (binômio deslocamento radial-eixo). Para avaliar a distância entre os segmentos do corpo de prova nos planos perpendiculares ao axial, calculou-se a diferença vetorial obtida entre os deslocamentos radiais de cada segmento. Pôde-se observar que todos os sistemas, quando submetidos a forças axiais excêntricas, apresentaram desvios axiais superiores àqueles verificados quando submetidos a forças axiais centrais. No sistema de Hoffmann half pin observou-se que o deslocamento radial máximo apresentou valores superiores aos do deslocamento axial, quando submetido tanto a forças axiais centrais quanto a forças axiais excêntricas. Nesta análise, o fixador de Hoffmann apresentou colapso precoce da montagem, incorrigível quando se utilizaram apenas pinos de Schanz, com importante melhora quando se usou o sistema Hoffmann-Vidal com pinos rosqueados transfixantes. Drijber & Finlay (6) e Drijber et al. (7), em 1992, já haviam encontrado resultados semelhantes ao analisar o fixador externo de Hoffmann e, em seus ensaios, puderam perceber falha de resistência em montagens unilaterais, mesmo com forças mínimas aplicadas, chegando a propor a utilização apenas de montagens em quadro, do tipo Vidal, quando se utilizar esse tipo de sistema. Drijber & Finlay publicam, ainda, no mesmo ano (5), a correlação dessas falhas com a plataforma de articulação multiplanar, característica desse fixador, como sendo a principal causa da pouca resistência ao estresse mecânico do aparelho. Em geral, observou-se que o fixador de Hoffmann obteve resultados insatisfatórios, mas, apesar de apresentar grandes deslocamentos radiais, os ângulos vetoriais de divergência desses deslocamentos não foram proporcionais, gerando, portanto, movimentos superiores de flexão em relação aos de cisalhamento; porém, ainda se observou aqui um grande deslocamento no plano perpendicular ao axial, provavelmente devido à fragilidade intrínseca desse sistema em particular. Andrey (apud 14), estudando o fixador de Hoffmann, afirmou que montagens em quadro, do tipo Vidal, determinam a maior estabilidade possível desse sistema de fixação externa. Já Chao et al. (4) relataram que ainda persiste importante mobilidade ântero-posterior, apesar de haver boa resistência aos demais desvios. Observaram maior estabilidade na montagem em quadrilátero quando comparada com a montagem triangular, podendo-se conseguir maior estabilidade com o aumento do número de pinos transfixantes. Em relação à instabilidade ântero-posterior, Chao et al. acreditam que esta se deva principalmente ao fragmento distal e recomendam a instalação de um pino de Schanz oblíquo nesse fragmento, para melhorar a resistência a esse desvio. Observou-se, neste estudo, não existir correlação direta entre o deslocamento radial máximo e eixos vetoriais de divergência desses deslocamentos ao aplicar forças axiais centrais e excêntricas, pois encontraram-se eixos maiores com deslocamentos radiais menores em vários sistemas testados, ocasionando, portanto, deslocamento no plano perpendicular ao axial mais significativo. Considerando que o cisalhamento seria um dos principais fatores nocivos à consolidação de uma fratura, as análises que não levam esse ângulo de divergência vetorial em consideração apresentam, a nosso ver, valores imprecisos e incorretos. CONCLUSÕES 1) Os fixadores externos testados, com montagem utilizando apenas half pin, apresentaram menos estabilidade global que os que empregaram pinos transfixantes. 2) A articulação universal está diretamente relacionada com a instabilidade do sistema de Hoffmann. 3) Os fixadores externos de plataforma apresentam pouca versatilidade para as montagens, necessitando de sistemas mais complexos para conseguir estabilidade satisfatória. 4) Devem-se utilizar apenas montagens transfixantes ao indicar um tratamento com sistemas de fixação externa de plataforma (Hoffmann), quando na presença de carga axial. Rev Bras Ortop _ Vol. 33, Nº 7 Julho,

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