CORRELAÇÃO ENTRE AS PROPRIEDADES DO OSSO ESPONJOSO ANALISADO POR ULTRA-SONOMETRIA E POR ENSAIO MECÂNICO DE COMPRESSÃO

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1 CORRELAÇÃO ENTRE AS PROPRIEDADES DO OSSO ESPONJOSO ANALISADO POR ULTRA-SONOMETRIA E POR ENSAIO MECÂNICO DE COMPRESSÃO Maria Elizete Kunkel 1, João Manuel Domingos de Almeida Rollo 1, Tomaz Puga Leivas 2, César Augusto Martins Pereira 2, Raul Bolliger Neto 2, Walter Minoru Ozaki 2, Alex Dias Santiago Lopes 2 1 Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, São Carlos (SP), Brasil 2 Instituo de Ortopedia e Traumatologia do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, São Paulo(SP), Brasil mekunkel@yahoo.de Resumo. A osteoporose é uma doença que afeta o tecido ósseo sendo caracterizada principalmente pela diminuição da massa óssea e pela deterioração da arquitetura do osso. O método atualmente utilizado no diagnóstico da osteoporose é a densitometria óssea, que utiliza radiação ionizante. Uma dessas técnicas é a ultra-sonometria, que é baseada na análise da propagação do ultra-som para identificar a qualidade do tecido ósseo. O objetivo desse trabalho é verificar se há correlação entre os parâmetros ultra-sonométricos e mecânicos do osso esponjoso e se uma classificação baseada nos parâmetros ultra-sonométricos resulta em grupos diferenciados quanto aos parâmetros mecânicos. Foi utilizado o equipamento de ultra-sonometria óssea SONOST-2000 (Vicmed/OsteoSys-Medison ) em ossos trabeculares de calcâneos humanos. Os resultados indicam que o BQI (Índice de Qualidade Óssea) pode ser usado como um método indireto de averiguação das propriedades mecânicas do osso e como método para classificação diagnóstica de condições nas quais há redução da densidade e da resistência ósseas. Palavras-chave: Osso trabecular, Osteoporose, Propriedades mecânicas, Ultrasonometria, Risco de fratura. 1. INTRODUÇÃO Estudos recentes têm mostrado que a expectativa média de vida aumentou dramaticamente no decorrer do século XX, para todas as idades e para ambos sexos (GURALNIK E HAVLIK, 2000). Segundo a Organização das Nações Unidas (ONU), no ano 2000, havia, no mundo, 610 milhões de pessoas com mais de 60 anos e estima-se que em 2025 haverá 1,1 bilhão de idosos (WHO, 1994). Os custos individuais de serviços de saúde para idosos já são muito elevados, e tendem a aumentar.(beers E BERKOW, 2000). No censo do ano 2000 do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), a população brasileira maior de 60 anos era de 14,5 milhões de pessoas, correspondente a 8,2% da população nacional e 36% a mais que no ano de Em duas décadas, essa população deverá dobrar e até 2020, e poderá chegar até 40 milhões de pessoas. (IBGE, 2000). Segundo Guralnik e Havlik (2000), há um grande número de doenças típicas de pessoas idosas, que comprometem a independência pessoal e exigem um cuidado permanente e diferenciado por um longo tempo. Entre essas doenças incluem aquelas que geralmente causam a morte (doença de coração, doença pulmonar e diabetes) e as menos letais, mas que afetam a capacidade de movimentação do indivíduo (por exemplo, artrite e osteoporose). Segundo Brundtland (2000), as doenças musculoesqueléticas aparecem como a maior causa de morbidade em todas as partes do mundo. Com o aumento do número de mulheres que passam da menopausa, aumenta o número de fraturas por osteoporose (MERCK, 1995). Várias técnicas não invasivas de radiodensidade se propõem a medir o conteúdo mineral ósseo ou densidade óssea, mas esses métodos não determinam outros aspectos qualitativos da fragilidade óssea (TURNER E EICH, 1991). A diminuição do conteúdo mineral ósseo, as alterações na arquitetura trabecular, os desequilíbrios de mineralização e os

2 danos por fadiga são fatores que contribuem para a fragilidade do osso. A medida exata da fragilidade óssea deve levar em conta a resistência do tecido e a quantidade de tecido ósseo que compõe o osso. Segundo Rice et al. (1988), a densidade óssea se correlaciona de modo grosseiro com a resistência do osso esponjoso. Métodos ultra-sônicos medem propriedades intrínsecas da estrutura e podem ser úteis para diagnosticar fragilidade óssea e osteoporose (TURNER E EICH, 1991). Segundo GLUER et al. (1994), medidas ultra-sônicas fornecem informação não só sobre a densidade mineral óssea, mas também sobre a qualidade óssea. Esta depende da mineralização, do turnover e da microarquitetura ósseos. Heaney et al. (1989) demonstraram, na década de 80, o valor da ultra-sonometria óssea na predição de fraturas por estresse em cavalos de corrida. Desde então, diversos autores confirmaram a validade do exame na avaliação do risco de fraturas. A ultra-sonometria óssea discrimina pacientes com fraturas de coluna e ou de quadril daqueles sem fraturas (CASTRO et al., 2000). Bauer et al. (1995), e Han et al. (1996) avaliaram cerca de seis mil mulheres entre os períodos da pré e pós-menopausa, por ultra-sonometria óssea de calcâneo e o risco relativo de fratura medido variou de 1,6 a 2,8. Ross (1995) mostra que esses valores são semelhantes aos observados para a densitometria óssea de coluna lombar e quadril, sugerindo que a técnica avalia o risco de fratura com a mesma eficiência da densitometria (CASTRO et al., 2000). A ultra-sonometria óssea do calcâneo se baseia na alteração da velocidade e da amplitude da onda sonora, ao atravessar um material poroso, como o tecido ósseo, dependendo das suas propriedades físicas. Os parâmetros medidos por um equipamento de ultra-sonometria são velocidade de som (speed of sound - SOS), coeficiente de atenuação do som (broadband ultrasound Attenuation BUA) e índice de qualidade óssea (bone quality index BQI). Velocidade do som (SOS): É a velocidade de transmissão da onda ao atravessar o tecido ósseo. Este é o quociente entre a largura do osso avaliado e o tempo gasto pela onda sonora ao atravessá-lo, em m/s. A velocidade correlaciona-se com as propriedades elásticas do tecido ósseo e depende da densidade mineral óssea, da distância da espessura e da conectividade entre as trabéculas. Quanto mais sólido o objeto, maior será a velocidade do som ao passar por ele. No osso osteoporótico, a velocidade do som é menor do que no osso sadio. Coeficiente de atenuação do som (BUA): É a atenuação do ultra-som de banda larga, ou seja, atenuação da amplitude da onda sonora. Esta medida representa a taxa de energia perdida pela onda sonora ao atravessar o tecido ósseo, entre as freqüências de 300 e 600 KHz. Seu valor é expresso em db/mhz e representa a inclinação da curva interação versus absorção do som no tecido ósseo. A atenuação se correlaciona com a densidade do osso e a integridade da rede de trabéculas, que funciona como um filtro, diminuindo a energia transmitida. No osso osteoporótico, a atenuação das ondas sonoras é menor do que no osso sadio. Índice de qualidade óssea (BQI): Alguns equipamentos de ultra-sonometria óssea usam esse parâmetro que correlaciona a atenuação e a velocidade do som, é expresso em porcentagem da média de adultos jovens. Esta medida é o resultado de uma equação que combina valores normatizados de SOS e BUA. Apesar da crescente necessidade de aperfeiçoamento dos métodos de avaliação óssea, no Brasil ainda há poucos grupos de pesquisa empregando a ultra-sonometria. O objetivo geral desse estudo foi verificar a eficiência da técnica de ultra-sonometria óssea na estimativa do risco de fraturas, buscando-se, especificamente, verificar se os parâmetros obtidos por essa técnica (SOS, BUA e BQI) têm correlação com parâmetros mecânicos do osso submetido a ensaios compressão. Também se procurou verificar se uma classificação dos ossos pelos parâmetros de densidade obtidos na técnica ultra-sonométrica resulta em dois grupos diferenciados quanto aos parâmetros mecânicos.

3 2. MATERIAL E MÉTODOS As medidas de ultra-sonometria e a coleta das amostras foram realizadas em doze cadáveres humanos, provenientes do Serviço de Verificação de Óbitos da Capital (SVOC- USP) da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (HC/FMUSP). Utilizaram-se cadáveres de sexos masculino e feminino, adultos (com idades entre 45 e 76 anos), com tempo máximo de 72 horas após o óbito, não falecidos devido a doenças infecto-contagiosas e sem anomalias ou histórico de lesões nos membros inferiores. As medidas de ultra-sonometria realizadas nos cadáveres foram feitas com o equipamento SONOST-2000 (Vicmed/OsteoSys-Medison ), que mede a velocidade e a atenuação da onda ultra-sônica ao atravessar o tecido ósseo (f central = 0,5 MHz) (Figura 1). O sinal acústico transmitido através do calcâneo e é recebido pelo outro transdutor, que o converte em sinal elétrico. O equipamento fornece os valores dos parâmetros velocidade do som (SOS), coeficiente de atenuação do som (BUA) e uma medida clínica chamada índice de qualidade do osso (BQI), que combina os dois primeiros parâmetros. Os coeficientes de variação médios para os parâmetros SOS, BUA e BQI são 0,2%, 1,5% e 1,5 %, respectivamente (MEDISON, 2001). As medidas foram realizadas individualmente no pé esquerdo e no pé direito. Figura 1.Equipamento de ultrasonometria óssea SONOST-2000 (Vicmed/OsteoSys- Medison) Com o cadáver em decúbito ventral horizontal, foi realizada uma incisão longitudinal posterior de 10 cm sobre a tuberosidade do calcâneo. Uma trefina com diâmetro interno de 15 mm, foi inserida na tuberosidade do calcâneo, no plano sagital, dirigindo-se anteriormente para o nível da ponta do maléolo lateral, até a superfície articular talo-calcaneana, obtendo-se uma amostra cilíndrica de osso esponjoso. A incisão foi suturada com fio mononylon 4-0. Foram excluídas as amostras que apresentassem quaisquer anomalias ou que fossem danificadas no procedimento de coleta. A preparação dos corpos de prova, a avaliação radiográfica e os ensaios mecânicos foram realizados no Laboratório de Biomecânica LIM-41, no Instituto de Ortopedia e Traumatologia (IOT) do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (HC/FM-USP).

4 Foram obtidas 20 amostras cilíndricas, que foram cortadas nas extremidades, de modo a manter as faces das bases paralelas entre si e perpendiculares ao eixo maior, formando corpos de prova de osso esponjoso com comprimento de 23,92±2,75 mm e diâmetro nas bases de 14,76±0,55 mm. Os corpos de prova foram radiografados, visando à detecção de possíveis falhas ou anomalias. Os ensaios mecânicos de compressão axial se realizaram no mesmo dia em que cada amostra foi obtida. Estas foram apenas hidratadas por imersão em soro fisiológico, sem o emprego de outros métodos de conservação. Utilizou-se uma Máquina Universal de Ensaios Mecânicos, marca KRATOS, modelo K5002 dotada de célula de carga KRATOS CCI de 5Tf. Cada amostra foi posicionada entre as placas paralelas (Figura 2) e os dados foram adquiridos e registrados por um microcomputador utilizando um software específico. Figura 2. Corpo de prova posicionado entre as placas da máquina de ensaios mecânicos. O ensaio seguiu protocolos indicados para a minimização de erros por artefato mecânico (KEAVENY et al., 1994; KOPPERDAHL E REANEN, 1998). Adotou-se para o ensaio de compressão, a velocidade de aplicação de 20 mm/min. Com o auxílio de uma câmera acoplada próximo ao corpo de prova, filmou-se o ensaio de compressão, sendo possível a observação da atuação da carga sobre o corpo de prova de osso esponjoso desde o contato inicial com as placas até a fratura do material. Obtiveram-se os diagramas de tensão convencional x deformação e determinaram-se os parâmetros módulo de elasticidade (E), rigidez e tensão no limite de ruptura (TELS). O módulo foi obtido a partir da variação da tensão dividida pela deformação relativa, e a rigidez a partir da variação da força dividida pela deformação absoluta. Baseados nos dados ultrasonométricos obtidos (BQI), os corpos de prova foram classificados nos grupos normal (nove corpos) ou alterado (nove corpos). Foram realizadas as estatísticas descritivas dos parâmetros quantitativos: média (M), desvio-padrão (DP), erro padrão da média (EPM), valores máximos (Máx.) e mínimo (Mín.), e número de casos (N). Foi realizada uma análise de regressão linear entre as medidas de ultra-sonometria óssea (SOS, BUA e BQI) e as medidas dos ensaios mecânicos de compressão (E, Rigidez e TELS). As medidas dos parâmetros mecânicos foram comparadas entre os grupos normal e alterado, empregando-se o teste U de Mann-Whitney. Em todos os casos, foi utilizado o nível de significância de 5% (p<0,05). 3. RESULTADOS

5 TABELA 1 Parâmetros mecânicos e ultra-sonométricos dos 20 corpos de prova, sem considerar o grupo em que foram classificados. BQI (T-score) SOS (m/s) BUA (db/mhz) E (MPa) Rig (N/mm) Tels (MPa) M 94, ,68 61,44 105,89 753,37 2,45 DP 28,23 47,65 23,83 81,92 558,39 1,70 N Onde T-score é definido como a densidade mineral óssea expressa em termos de desvio padrão acima ou abaixo da média para mulheres com a mesma idade. As tabelas 2 e 3 mostram os valores obtidos dos parâmetros ultra-sonográficos e mecânicos para os corpos de prova, respectivamente para os grupos normal e alterado. TABELA 1 Parâmetros mecânicos e ultra-sonográficos no grupo normal. E (MPa) Rig (N/mm) Tels (MPa) BQI (T-score) SOS (m/s) BUA (db/mhz) M 151, ,62 3,49 120, ,69 83,89 DP 86,06 561,50 1,81 20,91 40,41 16,93 EPM 28,69 187,17 0,60 6,97 13,47 5,64 Mín 74,36 537,03 1,56 94, ,80 65,40 Máx 294, ,78 6,54 149, ,52 104,80 N TABELA 2 Parâmetros mecâncos e ultra-sonográficos no grupo alterado. E (MPa) Rig (N/mm) Tels (MPa) BQI (T-score) SOS (m/s) BUA (db/mhz) M 68,44 469,25 1,60 72, ,94 43,07 DP 58,29 377,97 1,05 5,79 19,68 5,02 EPM 17,58 113,96 0,32 1,74 5,93 1,51 Mín 6,93 42,16 0,53 65, ,31 34,72 Máx 188, ,48 4,06 82, ,92 50,30 N O resultado das correlações entre os parâmetros ultra-sonográficos e mecânicos, com as respectivas equações de regressão linear estão mostrados na tabela 3. Todas foram significativas. TABELA 3: Resultado das correlações entre os parâmetros mecânicos e ultra-sonográficos medidos em todos os 20 casos, sem considerar o grupo em que foram classificados. Correlação R R 2 p equação E x BQI 0,7591 0,5762 1,04 x 10-4 E = 2, x BQI -102,123 Rig x BQI 0,8186 0,6702 1,02 x 10-5 Rig = 16,19389 x BQI -775,816 Tels x BQI 0,8393 0,7044 3,72 x 10-6 Tels = 0, x BQI -2,33281 E x SOS 0,7198 0,5182 3,46 x 10-4 E = 1, x SOS -1952,94 Rig x SOS 0,7581 0,5747 1,08 x 10-4 Rig = 8, x SOS ,2 Tels x SOS 0,8043 0,6469 1,92 x 10-5 Tels = 0, x SOS -45,377 E x BUA 0,7413 0,5495 1,84 x 10-4 E = 2, x BUA -50,6313 Rig x BUA 0,8146 0,6636 1,23 x 10-5 Rig = 19,0851 x BUA -419,147 Tels x BUA 0,8114 0,6584 1,41 x 10-5 Tels = 0,05798 x BUA -1,11307 R: coeficiente de correlação de Pearson

6 TABELA 4: Comparação dos parâmetros mecânicos entre os grupos normal e alterado pelo teste de U de Mann Whitney. E (MPa) Rig (N/mm) Tels (MPa) Controle Alterado Controle Alterado Controle Alterado M 151,64 68, ,62 469,25 3,49 1,60 DP 86,06 58,29 561,50 377,97 1,81 1,05 N p = 0,0155 * p = 0,00625 * p = 0,0037 * 4. DISCUSSÃO Quando um novo teste de diagnóstico é desenvolvido na medicina, é necessário avaliar de forma objetiva o seu poder discriminativo em relação à doença ou condição a que se objetiva detectar. Essa avaliação é fundamental, pois o parâmetro de desempenho mais comumente utilizado, que é a porcentagem de testes cuja discriminação foi corretamente realizada (acurácia), não é suficiente para descrever completamente como o método de decisão se comporta em relação aos indivíduos falso-positivos (pacientes que não têm a condição patológica, mas que o método de decisão aponta como tal) e aos falso-negativos (o oposto do anterior). No caso da osteoporose, há a necessidade de um método de diagnóstico rápido e preciso, visando desde à sua prevenção até ao seu monitoramento, já que a dificuldade no diagnóstico da doença surge do fato de que a osteoporose pode ser assintomática até a ocorrência de uma fratura. Várias técnicas não invasivas têm sido desenvolvidas para a realização da medida do grau de mineralização do osso, sendo a densitometria óssea a mais conhecida e a única reconhecida pela OMS para o diagnóstico da osteoporose. Nos últimos anos, a validade do uso da medida da densidade mineral óssea tem sido questionada e inúmeros estudos apontam a necessidade de implementação de técnicas substitutas para essa medição. O uso de ultra-sonometria para estudos clínicos tem aumentado, mas a comunidade médica ainda se limita ao uso da densitometria óssea. O Consenso do grupo internacional de ultra-sonometria reconhece que o uso clínico dessa técnica se beneficia de métodos padronizados para calibração e expressão dos resultados medidos, visto que, muitos equipamentos diferentes estão disponíveis em todo o mundo (GLUER, 1997). As principais vantagens do uso da ultra-sonometria são: a técnica não usa radiação ionizante; o equipamento é portátil e de baixo ônus financeiro quando comparado com o equipamento de densitometria óssea; há mais de 15 marcas comerciais disponíveis, sendo algumas aprovadas pelo FDA para determinação do risco de fratura e a técnica possibilita a classificação do resultado reconhecida e aceita pela OMS, que é baseada no desvio padrão da densidade mineral óssea medida em uma base de dados de referência. Segundo a OMS, o tecido é considerado normal quando apresenta até 1,0 DP, é considerado osteopênico quando tem entre -1,0 e 2,5 DP, e é considerado osteoporótico quando fica abaixo de 2,5 DP e com osteoporose estabelecida quando se apresenta abaixo de 2,5 DP na presença de fratura (WHO, 1994). Os resultados do exame de ultra-sonometria tomam como base o banco de dados obtido por técnicas de densitometria e a classificação do índice de qualidade óssea baseada no valor do t score do tecido medido. O t score é a densidade mineral óssea expressa em termos de números de desvios-padrão (DP) acima ou abaixo da média para mulheres jovens. Alguns autores afirmam que ainda existe uma necessidade de mudança nesse quadro e que os critérios da OMS para osteoporose por densitometria óssea não podem ser aplicados para medidas de ultra-sonometria (FROST et al., 1999). López-Rodriguez et al. (2003) estimaram o t-score da ultra-sonometria, usando equipamento SAHARA clinical bone sonometer e afirmam que um desvio padrão abaixo de

7 1,5 DP tem 65% de sensitividade e 74% de especificidade para o diagnóstico para osteoporose por densitometria e 68,9% de sensitividade e 64,7% de especificidade para descriminação de fratura. Usando a técnica de ultra-sonometria, Njeh e Langton (1997) realizaram um estudo in vitro com amostras de osso esponjoso, mostrando que a velocidade do som ao atravessar o osso estava altamente correlacionada com a rigidez e com a resistência óssea. Diversos estudos prospectivos têm buscado determinar a melhor forma de combinar os parâmetros ultra-sonográficos SOS e BUA para predizer melhor o risco de fratura, usando o calcâneo como sitio de medida. Ao iniciar o presente estudo, partiu-se do princípio de que as correlações entre os parâmetros de ultra-sonometria óssea e as propriedades mecânicas do osso são consistentes em cada individuo. Um estudo realizado com 235 mulheres de 20 a 80 anos mostra que o índice de qualidade óssea em calcâneo correlaciona-se muito bem com a medida de densidade mineral óssea obtida por densitometria óssea (MEDISON, 2001) Os ossos esponjosos são orientados especificamente para resistir às forças que surgem nas vizinhanças das articulações e nas vértebras. Por isso, o osso esponjoso é mais deformável que o osso cortical, podendo deformar-se antes de começar a sofrer dano na estrutura. Senão, o esqueleto fraturaria para proteger as articulações (REEVE, 2000). Escolheu-se, neste presente estudo, realizar os ensaios mecânicos com corpos de prova obtidos do mesmo local onde a medida ultra-sonométrica é realizada. O equipamento utilizado mede a densidade óssea no calcâneo, que é esponjoso. Como não há norma específica para ensaios de compressão em osso esponjoso, baseou-se nas normas para ensaio de compressão de cimento acrílico ISO 5833 e ASTM F O procedimento de obtenção dos corpos de prova de osso esponjoso também se realizou nas dependências do SVOC-USP, de acordo com suas normas éticas e regulamentares. O procedimento cirúrgico foi realizado em cada cadáver, alguns minutos após o exame de ultra-sonometria óssea. Essa conduta foi adotada objetivando coletar a amostra óssea antes que ela tivesse suas propriedades alteradas em função do tempo. Optou-se por retirar a amostra segundo o alinhamento principal das trabéculas, por esse ser o carregamento máximo ao qual o osso calcâneo é submetido durante a marcha. Neste estudo, optou-se por realizar os ensaios mecânicos no mesmo dia da coleta das amostras, evitando-se o emprego de métodos de conservação para não alterar as propriedades mecânicas do corpo de prova. As amostras foram usadas frescas com medula in situ, pois a remoção da medula pelo desengorduramento químico tem efeito desidratante sobre o tecido trabecular, mudando as propriedades mecânicas do osso (TOWNSEND E ROSE, 1995). À medida em que a amostra óssea seca, ocorre um aumento progressivo do seu módulo de elasticidade (17%) e limite de resistência (31%), enquanto que a sua tenacidade diminui (55%). Dessa forma, o osso seco é mais frágil que o osso úmido e realmente absorve menos energia até fraturar. Como uma forma de se evitar essas perdas, mantivemos as amostras em soro fisiológico no período entre o corte do corpo de prova e o início do ensaio de compressão. Em todo caso, para garantir a exatidão do teste, o ideal é testar o osso em sua condição hidratada (TURNER E BURR, 1993). O ensaio de compressão é freqüentemente usado para avaliar o osso esponjoso porque esse é o modo de carregamento mais freqüente para esse tecido na situação fisiológica. Nesse caso, o corpo de prova da amostra óssea fratura por cisalhamento, pois a compressão cria tensões de cisalhamento a 45º da direção de carregamento (TURNER E BURR, 1993). TURNER E BURR (1993) mostram que as amostras são feitas geralmente de cubos ou de cilindros com dimensão transversal de 7 a 10 mm. Segundo Linde, a geometria cilíndrica foi normalizada para os ensaios de compressão axial por fornecer maior facilidade de obtenção dos corpos de prova e por permitir melhor padronização dos mesmos (LINDE et al., 1992)

8 O estudo de Cody et al. (1996) mostrou que a orientação dos cubos de osso esponjoso na região trabecular principal, durante a compressão, contribuem significativamente para as variações na medida das propriedades mecânicas (P= 0,0001), independente da densidade óssea. O efeito da orientação do osso esponjoso tem um impacto direto sobre as propriedades mecânicas medidas (GOLDSTEIN, 1987). No presente estudo, as amostras foram retiradas obedecendo a um procedimento que visou à obtenção de uma padronização do local de retirada durante as cirurgias experimentais. A velocidade com a qual a tensão é aplicada durante o ensaio mecânico também é um fator importante. Quando o osso é submetido à carga, a água flui através de sua estrutura interna e, como o fluido é viscoso, esse processo dissipa parte de energia. Observamos, durante os ensaios realizados nesse experimento que, quando o osso trabecular foi comprimido, a deformação forçou a saída do fluido. Ao se tentar simular a condição fisiológica, a velocidade de carga deve estar entre 0,01m/s e 0,08m/s, que é a faixa de deformação que ocorre in vivo (RUBIN E LANYON, 1982). Utilizamos nesse estudo uma velocidade de 0,02 m/s. Nesse experimento, foi utilizado um protocolo de ensaio que visou a minimizar os artefatos associados com efeitos finais, seguindo as orientações de Keaveny e Hayes (1993). Uma das sugestões é a redução das seções das amostras cilíndricas (KAPLAN et al., 1985; KEAVENY et al., 1993). Os resultados para os parâmetros ultra-sônicos encontrados nesse experimento estão de acordo com o estudo realizado por Miller et al. (1993), que obtiveram um valor para a velocidade média do som (SOS) de m/s, variando entre m/s. Em outro estudo, Alves (1996a) mostra que o SOS se encontra entre e1772 m/s enquanto o BUA varia entre 34,7 e 104,8 db/mhz. As medidas dos módulos de elasticidade das amostras de osso esponjoso obtidas pelos ensaios mecânicos desse experimento (E = 105,89 ± 86,56 MPa) são comparáveis com os resultados citados na literatura, que mostram essa variação como sendo esperada no caso do osso esponjoso, devido à variabilidade da orientação das trabéculas entre os indivíduos. No mesmo sitio anatômico e devido ao carregamento mecânico, podem ocorrer variações no módulo de elasticidade em mais de 10 vezes quando o teste é realizado em diferentes direções. Essa grande variação no valor do módulo medido também pode ser explicada pela imprecisão na medida de carga, pela tensão e pela dimensão da amostra e pela imprecisão devido à usinagem e condições de contorno durante o carregamento (LINDE E HVID, 1987). Segundo a literatura, o uso do teste com ultra-som tem representado uma forma de melhorar a exatidão no ensaio mecânico de osso trabecular (ASHMAN et al., 1987; ASHMAN E RHO, 1988). Dessa forma, o módulo de elasticidade, pode ser calculado usando o parâmetro da velocidade ultra-sônica e o valor da densidade aparente do material (KEAVENY E HAYES, 1993).A análise dos resultados do presente experimento mostrou correlação significante entre todos os parâmetros ultra-sonométricos obtidos e todos os parâmetros mecânicos medidos. O que também está de acordo com os resultados de Njeh e Langton (1997), estudo citado acima. A classificação dos calcâneos dos cadáveres como normais ou alterados segundo o valor do BQI simula a aplicação deste parâmetro ultra-sonométrico como método diagnóstico. Houve diferença significativa entre esses dois grupos quanto a todos três parâmetros mecânicos medidos nos ensaios de compressão. Este resultado reforça o valor da ultrasonometria do calcâneo como método diagnóstico de doenças relacionadas à densidade e à resistência do osso. Os dados fornecidos pela ultra-sonometria podem ser usados na estimativa do risco de fraturas, pois são correlacionados e têm poder discriminatório quanto às propriedades mecânicas do osso esponjoso, que fisiologicamente é submetido a esforços de compressão.

9 5. CONCLUSÃO Os parâmetros de medidas ultra-sônicas (SOS, BUA e BQI) estão correlacionados com as medidas das propriedades mecânicas do osso obtidas por ensaio de compressão, podendo aqueles serem empregados como estimadores dessas últimas. Os parâmetros obtidos na ultra-sonometria permitem a classificação das amostras em grupos normais ou alterados, que são discriminados quanto às propriedades mecânicas. 6. REFERÊNCIAS ALVES, J.M. et al. (1996). Ultrasonic assessment of human and bovine trabecular bone: a comparison study. IEEE. Trans. Biomed. Eng, v.43, n.3, p , mar. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (1986), ASTM F Standard specification for acrylic bone cement. West Conshohocken, PA, ASHMAN, R.B.; CORIN, J.D.; TURNER C.H. (1987). Elastic Properties of cancellous bone: measurement by an ultrasonic technique. J. Biomech., v.20, p ASHMAN, R.B.; RHO, J.Y. (1988). Elastic modulus of trabecular bone material. J. Biomechanical, v.21, pp BAUER, D.C. et al. (1995). Quantitative ultrasound and vertebral fracture in postmenopausal women. J. Bone Miner. Res., v.10, p BEERS, M.H.; BERKOW, R. (2000). The Merck Manual of Geriatrics, Internet Edition, provided by Medical Services. USMEDSA, USHH. Disponível em < Acesso em: 10 jan BRUNDTLAND, G.H. (2000). The Burden of Musculoskeletal Conditions at the Start of the New Millennium. Word Health Organization and The Bone and Joint Decade Geneva. CASTRO, C.H.M.; PINHEIRO, M.M.; SZEJNFELD, V.L. (2000). Prós e contras da ultrasonometria óssea de calcâneo (artigo de revisão). Rev. Ass. Med. Brasil. São Paulo, jan/mar,. p.63. Disponível em: < ramb/janmarco00/pag_63.htm>. Acesso em: 02 mai CODY et al. (1996). Predictive value of proximal femoral bone densitometry in determing local orthogonal material properties. J biomechanics, v.29, no6, p FROST, M.L.; BLAKE, G.M.; FOGELMAN, I. (1999). Contact quantitative ultrasound: An evaluation of precision, fracture discriminant on age-related bone loss and aplicability of the who criteria. Osteoporos. Int. n.10, p GLUER, C.C. et al. (1994). Three quantitative ultrasound parameters reflects bone structure. Calcif. Tissue Int., v.55, p GLUER, C.C. (1997). Quantitative ultrasound techniques for the assessment of osteoporosis: expert agreement on current status. J. Bone Miner. Res. n.12, p GURALNIK, J.; HAVLIK, R. (Contributors) Demographics. Section 1. Basics of Geriatric Care. In: BEERS, M. H.; BERKOW, R.(Editors).The Merck Manual of Geriatrics, Internet Edition Provided by Medical Services, 3th ed. New Jersey: Merck & Co., Disponível em: sec1/ch2.htm>. Acesso em: 12 jun HAN, S. et al. (1996). Ultrasound velocity and broadband attenuation over a wide range of bone mineral density. Osteoporos Int, v.6, p HEANEY, R.P. et al. (1989). Osteoporotic bone fragility: detection by ultrasound transmission velocity. J.A.M.A., v.261, p IBGE, Censo Demográfico Disponível em: Acesso em: 12 jun INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (1992), ISO 5833 Implants for surgery acrylic resine cement. Genève, ISO, KAPLAN, S.J.; HAYES, W.C.; STONE, J.C.; BEAUPRE, G.S. (1985). Tensile strength of bovine trabecular bone. J. Biomech., v.18, p KEAVENY, T.M.; GUO, X.E.; WACHTEL, E.F. (1993). Trabecular bone is linearly elastic up to yelaing and vields by cracking. Trans. 39th ors, v.18, p.586. KEAVENY, T.M.; HAYES, W.C. (1993). 20 year perspective on the mechanical properties of trabecular bone. Transactions of the ASME, v.115. KEAVENY, T.M.; GUO, X.E.; WACHTEL, E.F.; McMAHON, T.A.; HAYES, W.C. (1994) Trabecular bone exhibits fully linear elastic behaviour and yelds at low strains. Journal of Biomechanics, n. 27, p KOPPERDAHL, D.L.; KEAVENY, T.M. (1998), Yield strain behavior of trabecular bone. J Biomech., v. 31, pp

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