Estudo mecânico dos complexos colaterais do joelho *

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1 Estudo mecânico dos complexos colaterais do joelho * A FINALDO J. HERNANDEZ 1, MARCIA U CHô A DE R EZENDE 2, E DUARDO F AIRBANKS V ON U HLENDORFF 3, TOMAZ P UGA L EIVAS 4, GILBERTO L. CAMANHO 5 RESUMO Os autores realizam estudo biomecânico dos complexos colaterais medial e lateral de 40 joelhos de cadáveres frescos, com o objetivo de compará-los entre si e estabelecer relações com a idade, o peso e a altura dos espécimes. Após a análise dos dados, constatam que não existe diferença entre os Iados e nem entre os complexos colaterais mediais e laterais, sendo que o limite de resistência varia inversamente com peso para ambos os complexos colaterais e a idade relaciona-se inversamente com o complexo colateral lateral. SUMMARY Mechanical study of collateral complexes of the knee A biomechanical study was conducted on the properties of the medial and lateral collateral complexes of 40 fresh cadaver knees. The purpose was to compare the structures to one another and to establish correlations based on age, body weight and height of the specimens. After data analysis, the authors observed that there was no difference between sides nor between medial and lateral collateral complexes, and that tensile strength correlates inversely to body weight for both collateral complexes, whereas age only correlates inversely to the lateral collateral complex. INTRODUÇÃO O joelho, por ser uma articulação de função primordial na marcha, apresenta características anatômicas e biomecânicas peculiares. Estudos biomecânicos aplicados à marcha (1) demonstraram que a força de reação do solo, quando aplicada ao membro inferior, produz momento em varo (momento em adução) ao nível do joelho no plano frontal. Para que ocorra equilíbrio dessa situação, é necessário que surjam momentos valgizantes compensatórios. A tensão exercida no complexo colateral lateral do joelho seria a última barreira para produzir esse momento compensador em valgo. Baseados nesses dados biomecânicos, poder-se-ia super que as estruturas musculoligamentares laterais do joelho sofreriam maior solicitação do que as mediais durante todas as atividades com carga do membro inferior. A pergunta que fica é se essas diferenças de solicitação também se traduziriam por diferentes comportamentos biomecânicos dessas estruturas. A escassa literatura sobre as características biomecânicas dos complexos ligamentares medial e lateral do joelho foi a motivação do presente estudo. Para esse fim, foi conduzido trabalho experimental em joelhos de cadáveres para avaliar as propriedades mecânicas dos referidos complexos ligamentares à tração. *Trab. realiz. no Lab. de Biomec. (LIM-41) do IOT-HC-FMUSP (Serv. do Prof. João D.M.B. Alvarenga Rossi). 1. Mestre em Ortop. e Traumatol. pela FMUSP; Assist. do IOT-HC- FMUSP. 2. Resid. do 4º ano do IOT-HC-FMUSP. 3. Resid. do 3º ano do IOT-HC-FMUSP. 4. Engenheiro-Chefe do LIM Prof. Livre-Doc. pela FMUSP; Chefe de Grupo do IOT-HC- FMUSP. Rev Bras Ortop Vol. 28, Nº 8 Agosto, 1993 MATERIAL E MÉTODO Foram obtidos quarenta joelhos de vinte cadáveres, frescos do SVO-HC-FMUSP que não apresentavam sinais macroscópicos e radiográficos de patologia articular. A média de idade foi de 43,15 anos, variando de 22 a 73 anos; a média de peso foi de 68,85 kg, variando de 60 a 75kg e a média de altura foi de 172,75 cm, variando de 160 a 180cm. 565

2 A.J. HERNANDEZ, M.U. REZENDE, E.F.V. UHLENDORFF, T.P. LEIVAS & G.L. CAMANHO Fig. 1 Complexos colaterais medial e lateral Fig. 2 Montagem das peças Os joelhos foram dissecados, retirando-se toda a musculatura e tendões ao seu redor, exceto o músculo poplíteo, devido à sua importância no complexo ligamentar lateral. Foram preservados os complexos colaterais medial e lateral. O complexo colateral medial (CCM) foi delimitado anteriormente pela porção anterior do ligamento colateral medial e posteriormente pelo limite lateral do ligamento oblíquo posterior. O complexo colateral lateral (CCL) foi delimitado anteriormente pela porção mais anterior da banda iliotibial até o limite medial do ligamento arqueado, preservando o ligamento colateral lateral. Em seguida, os côndilos femorais foram serrados, preservando-se a inserção dos complexos ligamentares em fragmento ósseo, cuja espessura correspondia aos 2/3 externos do côndilo femoral (fig. 1). No mesmo ato, as peças foram identificadas e acondicionadas em sacos plásticos e congeladas a 20 C. Por ocasião da realização dos testes, processou-se o descongelamento das peças em condições ambientes (temperatura controlada de 22 o C) pela imersão em soro fisiológico, por um período mínimo de quatro horas. Fixou-se o terço proximal da tíbia e fíbula em garras tubulares utilizando-se um fio de Steinman, transfixando os referidos ossos, associado ao uso de parafusos 566 de apoio. Os côndilos femorais foram fixados em garras semitubulares, utilizando-se também de parafusos de apoio. A montagem foi submetida à prova de tração axial, à velocidade constante de 20mm/min, em máquina universal de ensaios mecânicos com junta universal da marca Kratos K 5002, equipada com célula de carga CCJ kgf (fig. 2), tendo-se o cuidado de não produzir torção no ligamento testado. O ensaio foi acompanhado com registrador gráfico da marca Servogor 790 BBC. Foram calculados a constante de proporcionalidade (K) e o limite de resistência (C) de cada complexo ligamentar dos 40 joelhos testados e os resultados foram correlacionados entre si. ANÁLISE ESTATÍSTICA Realizou-se estatística básica dos parâmetros ordinais de idade, peso, altura, limite de resistência e constante de proporcionalidade. Nas comparações entre as amostras paramétricas relacionadas de resistência (limite de resistência C) e rigidez (constante de proporcionalidade K), empregamos o teste t pareado. ReV Bras Ortop Vol. 28, Nº 8 Agosto, 1993

3 ESTUDO MECÂNICO DOS COMPLEXOS COLATERAIS DO JOELHO Correlacionamos os valores de resistência (C) e rigidez (K) de cada complexo ligamentar colateral aos parâmetros antropométricos. Adotamos nível de significância de 5% (alfa = 0,05). RESULTADOS Os resultados que correlacionam o limite de resistência e o coeficiente de proporcionalidade entre os lados direito e esquerdo dos complexos colaterais mediais encontram-se nas tabelas 1 e 2, respectivamente, e os dos complexos colaterais laterais, nas tabelas 3 e 4. Os valores de limite de resistência para os complexos colaterais mediais e laterais encontram-se na tabela TABELA 3 Média dos valores de Iimite de resistência (C) dos complexos colaterais Iaterais am kgf, desvio padrão (dp), Média 127,9 129,3 dp 29,7 34,4 epm 6,6 7,7 Valor mínimo 70,0 73,5 Valor máximo 200,0 196,0 N Teste t pareado t = 0,17 GL = 19 p = 0,42 TABELA 1 Média dos valores de Iimite da resistência (C) dos complexos colaterais mediais em kgf, desvio padrão (dp), Média 125,6 dp 42,7 epm 9,5 Valor mínimo 51,0 Valor máximo 225,0 N ,9 40,3 9,0 82,5 248,0 20 Teste t pereado t = 0,89 GL = 19 p = 0,30 TABELA 4 Média dos valores do coeficiente da proporcionalidade (K) dos complexos colaterais Iaterais em kgf/mm, desvio padrão (dp), Média 15,2 14,5 dp 4,1 2,7 epm 0,9 0,6 Valor mínimo 8,3 10,2 Valor máximo 25,5 20,0 N Teste t pareado t = 0,91 GL = 19 p = 0,31 TABELA 2 Média dos valores do coeficiente de proporcionalidade(k) dos complexos colaterais mediais em kgf/mm, desvio padrão (dp), erro padrão de média (epm), valores mínino e máximo TABELA 5 Média dos valores de Iimite de resistência (C) dos complexos colaterais mediais (CCM) a Iaterais (CCL) em kgf, desvio padrão (dp), erro padrão da média (epm), valores mínimo e máximo e número de casos (N) CCM CCL Média 13,5 dp 4,2 epm 0,9 Valor mínimo 6,1 Valor máximo 20,5 N 20 13,5 3,0 0,7 5,7 20,2 20 Média 130,8 128,6 dp 41,3 31,7 epm 6,5 5,0 Valor mínimo 51,0 70,0 Valor máximo 248,0 200,0 N Teste t pareado t = 4,72 GL = 19 p = 0,49 Teste t pareado (bicaudal) t = 0,388 GL = 39 p = 0,70 Rev Bras Ortop Vol. 28, Nº 8 Agosto,

4 A.J. HERNANDEZ, M.U. REZENDE, E.F.V. UHLENDORFF, T.P. LEIVAS & G.L. CAMANHO 5 e os do coeficiente de proporcionalidade de ambos, na tabela 6. A tabela 7 mostra a correlação e a regressão linear entre os valores de resistência e o coeficiente de proporcionalidade de cada complexo colateral medial e lateral com idade, peso e altura. DISCUSSÃO Muitos autores (2,8,10) citam que o ligamento colateral medial (LCM) é o estabilizador primário mais importante do joelho contra forças aplicadas em valgo e/ou rotação externa. Analogamente, considera-se que o ligamento colateral lateral (LCL) é o principal estabilizador primário do joelho para forças aplicadas em varo (8), po- TABELA 6 Média dos valores do coeficiente de proporcionalidade (K) dos complexos colaterais mediais (CCM) e Iaterais (CCL) em kgf/mm, desvio padrão (dp), erro padrão da média (epm), valores mínimo e máximo e número de casos (N) CCM CCL Média 13,6 14,9 dp 3,6 3,5 epm 0,6 0,6 Valor mínimo 5,7 8,3 Valor máximo 20,5 25,5 N Teste t pareado (bicaudal) t = 1,757 GL = 39 P = 0,083 rém essa característica seria menos pronunciada à medida que se flexionasse o joelho (8). Contrariamente, alguns estudos experimentais em cadáveres mostram que a função estabilizadora do LCL é mais pronunciada a 25 de flexão do que a 5 (2). A maior parte dos estudos biomecânicos com ligamentos do joelho e feita com o ligamento individualizado (3,9), não se levando em consideração que a cápsula articular medial e lateral, juntamente com seus respectivos ligamentos colaterais, forma verdadeiros complexos ligamentares (2) e que as estruturas ligamentares e capsulares de uma articulação trabalham juntas como um sistema interdependente (5). Markolf & co1. (4) acreditam que o LCL isoladamente apresenta resistência limitada contra forças aplicadas em varo ao joelho, a menos que esteja sendo avaliado em conjunto com a cápsula articular posterior. Uma vez que o estudo isolado de cada ligamento colateral não nos dá informações completas sobre sua importância real na estabilização em varo-valgo do joelho, procuramos nesta oportunidade estudar os complexos ligamentares medial e lateral através da sua constante de proporcionalidade (K) e de seu limite de resistência (C). Apesar da limitação e críticas que um estudo deste tipo possa ter, no momento não se dispõe de metodologia melhor para esse fim. É importante lembrar que tomamos cuidado para não produzir torção no ligamento testado, uma vez que esta poderia interferir nos resultados (9), e que também optamos pela técnica de fixação osso-ligamento-osso, por tornar o ensaio mais confiável (6,7). TABELA 7 Correlação e regressão linear entre os valores de resistência (C) em kgf e do coeficiente de proporcionalidade (K) em kgf/mm de cada complexo colateral (medial e lateral) com idade (anos), peso e altura (cm) Ligamento Y X t GL obtido t crítico equação Complexo colateral medial C Idade (ano) 38 0,2513 0,3125 Complexo colateral medial K Idade (ano) 38 0,2572 0,3125 Complexo colateral medial C Peso 38 0,5626* 0,3125 Y = 484,8 5,1 x X Complexo colateral medial K Peso 38 0,3541* 0,3125 Y=33,1 0,3xX Complexo colateral medial C Altura (cm) 38 0,0794 0,3125 Complexo colateral medial K Altura (cm) 38 0, Complexo colateral lateral C Idade (ano) 38 0,3435* 0,3125 Y=162,4 0,78xX Complexo colateral lateral K Idade (ano) 38 0,0222 0,3125 Complexo colateral lateral C Peso 38 0,4411* 0,3125 Y=341,7 3,1xX Complexo colateral lateral K Peso 38 0,1632 0,3125 Complexo colateral lateral C Altura (cm) 38 0,1170 0,3125 Complexo colateral lateral K Altura (cm) 38 0,1505 0, Rev Bras Ortop Vol. 28, Nº 8 Agosto, 1993

5 ESTUDO MECÂNICO DOS COMPLEXOS COLATERAIS DO JOELHO Nossos resultados comprovaram que não existem diferenças significativas entre os lados para C e K, tanto para o CCM como para o CCL. Uma vez que não foram observadas diferenças entre ambos os complexos, passamos a estudá-los de maneira global, independentemente do lado. Após o estudo de todos os complexos colaterais, não encontramos diferenças significativas entre o CCM e o CCL. Avaliando o trabalho de Trent & col. (9), verificamos que os estabilizadores mediais do joelho seriam mais resistentes do que os laterais, porém neste estudo os ligamentos são avaliados isoladamente de seus complexos capsulares. A rigidez do LCM seria 69% maior do que a do LCL e a força para ruptura, 37% maior. O estudo de C e K em relação ao peso, idade e altura através da correlação e regressão linear mostrou que o CCL apresenta relação linear e inversamente proporcional entre o limite de resistência (C) e a idade dos indivíduos. Esses dados estão de acordo com Trent & col. (9), que afirmaram haver enfraquecimento dos ligamentos em indivíduos mais velhos. Em contraposição, esses dados são discordantes com os achados de Kennedy & col. (3), que, em um estudo com dez ligamentos (LCA, LCP e LCM), não encontraram correlação estatística significante entre idade e limite de resistência (C). Contrariamente ao que se poderia imaginar, encontramos relação linear, inversamente proporcional, entre o limite de resistência (C) e o peso dos indivíduos, tanto para o CCL como para o CCM. O coeficiente de proporcionalidade (K) do CCM também variou inversamente com o peso. Não encontramos na literatura citações a esse respeito. Estudo experimental com primatas (6) mostra que há relação entre inatividade física e diminuição da resistência dos ligamentos. Talvez os indivíduos mais obesos sejam mais inativos, o que poderia justificar nossos achados. Essas afirmações estão, logicamente, na dependência de estudos mais profundos sobre o assunto. Não encontramos correlação estatística entre a estatura dos cadáveres e o limite de resistência (C) e o coeficiente de proporcionalidade (K). Esses resultados nos permitem dizer que diferenças do somatotipo não devem interferir no comportamento dos ligamentos. CONCLUSÕES 1) O comportamento mecânico do CCM e do CCL é o mesmo. 2) O valor de resistência máxima (C) do CCM e do CCL mostra relação inversa com o peso. 3) O envelhecimento mostrou afetar negativamente o limite de resistência do CCL. REFERÊNCIAS 1. Burstein, A. H.: Biomechanics of the knee, in Insall, J. N.: Surgery of the knee, London, Churchill Livingstone, Cap. 2, p Grood, E. S., Noyes, F. R., Butler, D.L. & Suntay, W. J.: Ligamentous and capsular restraints preventing straight medial and lateral laxity in intact human cadaver knees. J Bone Joint Surg [Am] 63: , Kennedy, J. C., Hawkins, R. J., Willis, R.B. & Danylchuk, K. D.: Tension studies of human knee ligaments. Yield point, ultimate failure, and disruption of the cruciate and tibial collateral ligaments. J Bone Joint Surg [Am] 58: , Markolf, K. L., Mensch, J.S. & Amstutz, H. C.: Stiffness and laxity of the knee. The contributions of the supporting structures. J Bone Joint Surg [Am] 58: , Noyes, F. R., Grood, E. S., Butler, D.L. & Malek, M.: Clinical laxity tests and functional stability of the knee: biomechanical concepts. Clin Orthop 146:84-89, Noyes, F. R., Torvik, P. J., Hyde, W.B. & DeLucas, J.: Biomechanics of ligament failure. II An analysis of immobilization, exercise, and reconditioning effects in primates. J Bone Joint Surg [Am] 56: , Rossi, J.D.M.B.A., Leivas, T. P., More, A.D.O., Camanho, G. L., Montenegro, N.B. & Machado, J.W.R.: Ligamento cruzado anterior e tendão patelar: estudo mecânico e correlações clínicas. Rev Bras Ortop 25: , Sisk, T. D.: Knee injuries, in Crenshaw, A. H.: Campbell s operative orthopaedics, St. Louis, Mosby, Cap. 33, Trent, P. S., Walker, P.S. & Wolf, B.: Ligament length patterns, strength and rotational axes of the knee joint. Clin Orthop 117: ,1976. Warren, L. F., Marshall, J.L. & Girgis, F.: The prime static stabilizer of the medial side of the knee, J Bone Joint Surg [Am] 56: ,1974. Rev Bras Ortop Vol. 28. Nº 8 Agosto,