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. 2019 May 10;54(2):183–189. doi: 10.1016/j.rbo.2017.09.001

Biomechanical Evaluation of Different Tibial Fixation Methods in the Reconstruction of the Anterolateral Ligament in Swine Bones *

Rogério Nascimento Costa 1,, Rubens Rosso Nadal 1, Paulo Renato Fernandes Saggin 1, Osmar Valadão Lopes Junior 1, Leandro de Freitas Spinelli 2, Charles Leonardo Israel 2
PMCID: PMC6529319  PMID: 31363265

Abstract

Objective  The present study aims to evaluate different methods of tibial fixation in the reconstruction of the anterolateral ligament (ALL). In addition, the present paper aims to compare the effectiveness of these methods and their mechanisms of failure in swine knees.

Methods  A total of 40 freshly frozen swine limbs were divided into 4 groups of 10 specimens, according to the tibial fixation technique used. In group A, the tibial fixation of the tendon graft was made through an anchor passing the graft. In group B, the tibial fixation was performed through a metal interference screw in a single bone tunnel. In group C, the tibial fixation included an anchor associated with a tendinous suture (but not with a wire crossing the tendon). In group D, two confluent bony tunnels were drilled and combined with an interference screw in one of them.

Results  The lowest mean force (70.56 N) was observed in group A, and the highest mean force (244.85 N) was observed in group B; the mean values in the other 2 groups ranged from 171.68 N (group C) to 149.43 N (group D). Considering the margin of error (5%), there was a significant difference between the groups ( p  < 0.001).

Conclusion  Fixation with an interference screw in a single tunnel bone showed the highest tensile strength among the evaluated techniques.

Keywords: anterior cruciate ligament, articular ligaments, knee, orthopedic procedures

Introduction

Anterior cruciate ligament (ACL) ruptures are among the most common injuries in athletes. 1 2 However, in up to 25% of the ACL reconstructions, patients report residual rotational instability, demonstrating that achieving complete axial stability with surgically isolated ACL reconstruction remains a challenge. 3 Recently, the anterolateral ligament (ALL) has been described and recognized as a potential contributor to rotational laxity. 2 4 5 This structure was first described by Segond 6 in 1879 as a “pearly fibrous band evident in internal rotation” 6 7 and, for more than 130 years, there were several different ALL accounts, but few actually focused on its structure. The anatomy and biomechanical properties of the ALL were recently described, 8 9 10 showing its importance in complete function restoration in ACL reconstruction. 2 Anterolateral ligament reconstruction is believed to reduce residual pivot-shift after an intra-articular reconstruction and thus improve postoperative knee kinematics. 11

Although several techniques describe ALL reconstruction, there is no gold standard for its fixation.

Anterior cruciate ligament reconstruction with hamstring autografts has a failure rate ranging from 4 12 to 27.3% 13 However, these values may be underestimated, since the exact number of failed ACL reconstructions is difficult to calculate. 14 Similar to ACL reconstructions, a secure clamping technique is paramount to withstand graft forces in ALL reconstructions, allowing rehabilitation protocols with weight loads for an early return to sports activity. 15

The present study aims to analyze the tensile strength required for graft tibial insertion failure in four tibial fixation methods commonly used in anterolateral ligament reconstruction.

Material and Methods

The tensile force in Newtons (N) required for failure of four different fixation modes used in ALL reconstruction was biomechanically analyzed at the laboratory. A total of 40 freshly frozen swine hind limbs were divided into 4 groups of 10 specimens according to the method of tibial fixation used. In group A, the tibial fixation of the tendon graft was performed with an anchor (Hexagon) and Ultrabraid wire (Smith & Nephew, London, UK) passing through the graft. In group B, the tibial fixation was performed with a 7 × 20 mm Traumédica metal interference screw in a single bone tunnel. In group C, the tibial fixation included an anchor (Hexagon) with tendon suture (but not transecting it) and, in group D, 2 confluent bone tunnels were associated with a 7 × 20 mm Traumédica interference screw in 1 of them. All of the anatomical parts were removed from animals with ∼ 100 kg and aged between eight and nine months old. None of the samples showed signs of previous lesions or of degenerative disease, and all of them had a functionally stable knee joint. The swine knees were evenly dissected. All of the peripheral knee structures were sectioned and excised, leaving only the tibia ( Fig. 1 ). The swine foot extensor tendons 16 were dissected and removed to be used as tendinous grafts, standardized with 12 cm in length and 4 mm in diameter ( Fig. 2 ). The width of each tibial plateau was measured to standardize the samples ( Fig. 3 and Table 1 ).

Fig. 1.

Fig. 1

Tibia preparation.

Fig. 2.

Fig. 2

Graft preparation.

Fig. 3.

Fig. 3

Plateau width.

Table 1. Mediolateral distance from the tibial plateau (mm).

Group Mean Standard deviation Coefficient of variation (%)
A 66.70 2.41 3.61
B 65.90 2.85 4.32
C 66.90 3.84 5.74
D 67.90 2.38 3.51

Surgical Technique

After removing all muscles, ligaments, and joint capsules from the swine knees, the tibias were prepared for the test. The digital extensor tendons were dissected and extracted from the parts; next, all of the samples were stored at -20°C for between 24 and 48 hours until testing. Prior to the assay, each sample was thawed overnight at 4°C. The tests were performed between 24 and 72 hours after thawing. All of the tests were performed at room temperature, and the samples were constantly kept in a container with saline solution. All of the fixation methods were performed at the site considered the anatomical tibial insertion of the ALL, between the fibular head and the Gerdy tubercle, 16 as described by Vicente et al 17 and by Helito et al. 5 18

Sample Preparation

After the preparation of the sample, the graft was fixed to the tibia according to the method ascribed to each group.

Group A

Tendon graft fixed with a 5 mm anchor (Hexagon) and Ultrabraid suture passing through the part, with 5 surgical knots 19 (Pauchet technique) ( Fig. 4A ).

Fig. 4.

Fig. 4

A, Group A. B, Group B. C, Group C. D, Group D.

Group B

Tendon graft fixed with a 7 × 20 mm Traumédica metal interference screw into a 6 × 30 mm bone tunnel at mid-distance between the fibular head and the Gerdy tubercle ( Fig. 4B ).

Group C

Tendon graft fixed with a 5 mm anchor and 5 surgical knots 19 with Ultrabraid wire – Pauchet technique – and suture over the folded tendon (cavalier). Two “arms” were formed, 1 with 8 cm (posterior) fixed at the load cell, and another with 4 cm (anterior), in which a proximal suture was made and again fixed at the load cell, constituting the double graft described by Sonnery-Cottet et al 20 ( Fig. 4C ).

Group D

Two bone tunnels were prepared with a 6 × 30 mm drill at 90° angles from each other for communication between them. The tendon was passed through the tunnels, resulting in a graft with two “arms.” The graft arm in the 8 cm posterior tunnel was fixed with a 7 × 20 mm metal interference screw, and the graft arm in the 4 cm anterior tunnel was fixed with a proximal suture and attached to the load cell, constituting the double graft described by Sonnery-Cottet et al 20 ( Fig. 4D ).

Biomechanical Tests

The groups were submitted to a tensile biomechanical test with an UPM 200 Universal Tensile Testing Machine with a capacity of 200N and 20T (Schenck, Passo Fundo, RS, Brazil) with a 20 kgf load cell (9 USB (HBM, Inc. Marlborough, MA, USA), and speed of 60 mm/minute. The strength parameters were recorded by a computer with a Spider 8 software system (HBM, Inc. Marlborough, MA, USA) complemented with a Catman Easy 3.1 data acquisition amplifier (HBM, Inc. Marlborough, MA, USA) using the acquisition routines provided by the manufacturer.

The tibias were positioned beneath the load cell attached to the machine by a tubular support secured by a bone screw ( Fig. 5 ). The tendon was fixed as a graft in the proximal tibial region as previously described, so that ∼ 4 cm of tendon remained free and 4 cm were attached to the load cell; the tibial axis was visually aligned with the axis of the machine. During the assembly, the tubular support was fixed to the base of the machine with a bench vise, allowing only the proximal displacement of the tendon, which was attached to the moving element of the machine. The test was performed with the tibia in ∼ 30° of flexion, simulating the ALL tensile angle.

Fig. 5.

Fig. 5

Tibia position during tests.

The evaluated parameters were the following: maximum limit tensile strength of the different types of ligament fixation, expressed in Newtons; and failure modes. Failures were defined by a sudden drop at the graph curve (N) during testing. The test was then discontinued, and the graph was preliminarily analyzed.

The present study was approved by the Ethics Committee of our University regarding researches with animals under the number CEUA 039/2016.

Statistical Analysis

Data were expressed as mean, standard deviation (SD) and coefficient of variation (CV) for numerical variables, and as absolute frequencies for the categorical variable.

The sample size was determined from data from previous studies. 9 21 22 The tensile strength was compared between groups with an F test (analysis of variance [ANOVA]) with multiple size comparisons. Data normality and equality of variances hypothesis were respectively determined by the Shapiro-Wilk and by the Levene tests, and size comparisons were used due to the rejection of equality of variances between the groups. 22 23

The margin of error used in the statistical test decision was 5.0%. Data was entered in an Excel (Microsoft Corporation, Redmond, WA, USA) spreadsheet, and the statistical calculations were performed with IBM SPSS Statistics for Windows, Version 23.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA). 22 23

Results

Table 1 shows the statistical data of the plateau width from each group, highlighting a very small variability.

The maximum CV was 5.74%, evidencing the high homogeneity of tibia size in each group.

Table 2 shows the average strength in each group. For the fixed margin of error (5%), there was a significant difference between the groups ( p  < 0.001), whereas multiple comparison tests (between group pairs) demonstrated significant differences, except for groups C and D.

Table 2. Mean force per group.

Groups Mean Standard deviation Coefficient of variation (%)
A 70.56 a 12.49 17.70
B 244.85 b 34.89 14.25
C 171.68 c 21.56 12.56
D 149.43 c 85.44 57.17
p -value p a  < 0,001 *

Significant difference at 5%. a Per F test (Anova) with comparison per size test. Distinct subscribed letters indicate significant differences between corresponding groups.

The variability expressed by the CV was reasonably elevated in group D, being > 50%, and it was deemed reduced in the remaining groups, which presented values < 33.3%.

Table 3 presents the types of failures in each group. The most frequent were: nine cases of failure by graft rupture in group A; eight cases of tibial tunnel graft slip in group B; seven cases of second arm proximal knot loosening in group C; and six cases of tibial cortical breakage in group D.

Table 3. Failure type per group.

Failure type Group
A
( n )
B
( n )
C
( n )
D
( n )
Graft rupture 9 2 3
Knot loosening 1
Tibial tunnel graft slips 8
Second arm proximal knot loosening 7
Distal knot loosening 2
Anchor loosening 1
Cortical rupture 6
Femoral fixation loosening 1
Total 10 10 10 10

Discussion

The models were submitted to biomechanical tests to allow the direct comparison of different techniques and fixation devices of the substitute ALL graft in swine tibias.

The fixation with interference screws in a single bone tunnel had the highest tensile strength for ALL reconstruction, being adequate to the human native ligament requirement as shown by Helito et al, 24 who demonstrated the ALL biomechanics resistance with a maximum strength of 204.8 N and an average stiffness of 41.9 N/mm. These results allow the selection of suitable grafts and fixation methods for possible ALL reconstructions associated with ACL reconstructions. 24 This suggests that the single bands of all grafts, both autologous or homologous, commonly used in the clinical practice for knee ligament reconstruction, have the required biomechanical resistance features, 24 emphasizing the importance of “sufficient” fixation methods.

The attachment of soft tissues, such as ligaments, to bone is routinely used in orthopedic surgery and sports medicine. 25 26 Fixation with interference screws provides a tight fit between the bone, the graft/tendon and the screw, being frequently used to attach replacement ligaments in drilled tunnels for ligament reconstruction. Suture anchors are used in surgical procedures when tissue attachment to a bone surface is required. 26 The ideal method should provide adequate mechanical fixation and strength equal to or greater than those occurring in rehabilitation before tendon graft integration to the bone. 25 26

In groups A and C, using anchors as the fixation method, the transtendinous suture was shown to weaken the graft, making it more vulnerable to lower tensile loads. This was exemplified by the mean inferiority of group A (70 N) compared with group C (149 N). However, anchors allow direct implantation (with no need for drilling, threading or predrilling) with a self-insertion tip, in addition to improving and tensioning individual sutures. Suture anchors produce tension throughout the tendon-bone interface. The size and positioning of the implant on cortical or spongy bone determines the strength of the fixation. 21 Barber et al 27 concluded that some more recent suture anchors showed significant improvements in load-to-failure values when compared to braided polyester sutures. Therefore, it is observed that the suture material also influences the failure mode. 27

In the present study, the fixation in groups B and D was performed with interference screws. In group B, only one bone tunnel was made; in group D, two divergent tunnels were prepared and communicated to the graft passage, as reported. Group B presented a higher tensile strength compared to the other groups, whereas group D showed early failure in all of the samples, such as cortical breakage and a tensile strength discrepancy with a reasonably high CV. Therefore, we conclude that this surgical technique is not reproducible in swine bones, requiring other tests in human bones. The failure patterns ( Table 3 ) resulting from the tensile strength in each group show that the failure mechanism was variable, depending on the fixation method, with one type of failure predominating in each group.

A potential bias of our study was the use of swine knees. Nurmi et al 28 reported that the trabecular bone density of the pig tibia was significantly higher compared with the human tibia at a peripheral computed tomography (CT) quantitative scanning. 28 29 Despite this, swine tibias were often used in similar experimental studies (mainly for ACL reconstructions), and no significant differences were found regarding the use of interference screws for graft fixation in pigs and humans. 21 In a previous study about interference screw graft fixation in swine and human bones, the maximum differences in tensile strength were insignificant. 28 Direct comparisons among human specimens are challenging due to the difficulty of controlling factors such as differences in donor age and in bone density. Therefore, we have decided to use swine bones, allowing us to control these factors. 29 30 31

Another potential bias relates to the location of the ALL, visually determined by the surgeon while building the parts. The tension was linear instead of rotational, as in humans, and slow, rather than fast, as in sprains.

In other studies, the tibial ALL fixation point was also constant and slightly posterior to midway between the Gerdy tubercle and the fibular head. This fixation may be associated with a Segond fracture, an anterolateral tibial bone avulsion found in about 9% of the patients with ACL ruptures. 5 7 32

The present study involved the zero-time biomechanical test in immediate postoperative conditions. Therefore, no histological comparison was possible. 13 Lastly, neither the graft slippage measurement to reduce error, nor intra- or interobserver reliability tests were performed.

Conclusion

Fixation with an interference screw in a single bone tunnel had the highest tensile strength among the evaluated techniques. The converging tunnels in swine tibia were not reproducible, requiring additional tests in human bones for further evaluation.

Conflitos de interesse Os autores declaram não haver conflitos de interesse.

*

Trabalho feito no Instituto de Ortopedia e Traumatologia de Passo Fundo, RS, Brasil. Publicado originalmente por Elsevier Ltda.

*

Work developed at the Instituto de Ortopedia e Traumatologia of Passo Fundo, RS, Brazil

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Avaliação biomecânica de diferentes métodos de fixação tibial na reconstrução do ligamento anterolateral em ossos suínos *

Resumo

Objetivo  Avaliar a força de resistência à tração de diferentes métodos de fixação tibial na reconstrução do ligamento anterolateral (LAL). Além disso, comparar os mecanismos de falha da fixação tibial dessa reconstrução em joelhos suínos.

Métodos  Foram usados 40 membros recém-congelados de suínos, divididos em quatro grupos de dez espécimes, conforme as técnicas de fixação tibial usadas. No grupo A, a fixação tibial do enxerto tendíneo foi feita por meio de uma âncora e seu fio transpassou o enxerto. No grupo B, a fixação tibial foi feita por meio de parafuso de interferência metálico em túnel ósseo único. No grupo C, a fixação tibial incluiu uma âncora associada à sutura de ponto sobre o tendão (sem a presença de fio que transpassasse o tendão) e, no grupo D, foram usados dois túneis ósseos confluentes associados a um parafuso de interferência em um dos túneis.

Resultados  A força média menos elevada (70,56 N) ocorreu no grupo A e a mais elevada (244,85 N), no grupo B; as médias dos outros dois grupos variaram entre 171,68N (grupo C) e 149,43 N (Grupo D). Considerando-se a margem de erro fixada (5%), foi observada diferença significativa entre os grupos (p < 0,001).

Conclusão  A fixação com parafuso de interferência em túnel ósseo único apresentou a maior força de resistência à tração dentre as técnicas avaliadas.

Palavras-Chave: ligamento cruzado anterior, ligamentos articulares, joelho, procedimentos ortopédicos

Introdução

Rupturas do ligamento cruzado anterior (LCA) estão entre as lesões mais comuns entre atletas. 1 2 No entanto, em até 25% das reconstrução do LCA os pacientes relatam instabilidade rotacional residual, evidencia que a capacidade de restaurar completamente a estabilidade no plano axial com cirurgias para reconstrução isolada do LCA continua a ser um desafio. 3 Recentemente, o ligamento anterolateral (LAL) foi descrito e reconhecido como um contribuinte potencial para a frouxidão rotatória. 2 4 5 Essa estrutura foi primeiramente descrita por Segond,6 em 1879, como uma “faixa fibrosa perolada que era evidente em rotação interna” 6 7 e ao longo de mais de 130 anos houve várias descrições diferentes do LAL, mas poucas realmente focadas em sua estrutura. A anatomia e as propriedades biomecânicas do ligamento anterolateral foram descritas recentemente, 8 9 10 constatou-se sua importância para restaurar a função completa durante a reconstrução do LCA. 2 Acredita-se que a reconstrução do LAL pode reduzir o pivot-shift residual após uma reconstrução intra-articular e, assim, melhorar a cinemática pós-operatória do joelho. 11

Diversas técnicas descrevem reconstrução do LAL, entretanto não há um padrão-ouro determinado para fixac¸ão desse ligamento.

Na reconstrução do LCA, tem sido observado um índice de falha entre 4% 12 e 27,3% 13 com autoenxertos isquiotibias. No entanto, essa percentagem pode ser subestimada, uma vez que o número exato de reconstruções do LCA com falha é difícil de calcular. 14 Analogamente às reconstruções do LCA, é primordial a aplicação de uma técnica de fixação segura para suportar as forças sobre o enxerto nas reconstruções do LAL e permitir protocolos de reabilitação que possibilitem descarga de peso e retorno precoce à atividade esportiva. 15

Este estudo tem como objetivo analisar a força de tração necessária para falha da inserção tibial do enxerto em quatro métodos de fixação tibial comumente usados na reconstrução do ligamento anterolateral.

Material e Métodos

Foi analisada biomecanicamente em laboratório a força de tração, em Newtons (N), necessária para a falha de quatro diferentes modos de fixação usados na reconstrução do LAL. Para isso, 40 membros traseiros recém-congelados de suínos foram divididos em quatro grupos de 10 espécimes, conforme o método de fixação tibial usado. No grupo A, a fixação tibial do enxerto tendíneo foi feita através de uma âncora (Hexagon) e seu fio (Ultrabraid da Smith & Nephew) transpassou o enxerto. No grupo B, a fixação tibial foi feita através de parafuso de interferência metálico (Traumédica – 7 × 20 mm) em túnel ósseo único. No grupo C, a fixação tibial incluiu uma âncora (Hexagon) associada à feitura de ponto sobre o tendão (sem a presença de fio que transpassasse o tendão) e, no grupo D, foram usados dois túneis ósseos confluentes associados a parafuso de interferência (Traumédica – 7 × 20 mm) em um dos túneis. Todas as peças anatômicas usadas foram retiradas de animais com aproximadamente 100 Kg de peso vivo e entre oito e nove meses. Nenhuma das amostras apresentava sinais de lesões prévias ou doença degenerativa e todas tinham a articulação do joelho estável funcionalmente. Os joelhos suínos foram dissecados uniformemente. Todas as estruturas periféricas do joelho foram seccionadas e extirpadas, de maneira que permanecesse apenas a tíbia ( Fig. 1 ). Os tendões extensores dos dedos do pé dos suínos 16 foram dissecados e retirados para ser usados como enxerto tendíneo e padronizados com 12 cm de comprimento e 4 mm de diâmetro ( Fig. 2 ). Foi medida a largura de cada platô tibial para padronização das amostras ( Fig. 3 e Tabela 1 ).

Fig. 1.

Fig. 1

Preparação da tíbia.

Fig. 2.

Fig. 2

Preparação do enxerto.

Fig. 3.

Fig. 3

Largura do platô.

Tabela 1. Medida da distância mediolateral do platô tibial (mm).

Grupo Média Desvio-padrão Coeficiente de variação (%)
A 66,70 2,41 3,61
B 65,90 2,85 4,32
C 66,90 3,84 5,74
D 67,90 2,38 3,51

Técnica cirúrgica

Após remoção de todos os músculos, ligamentos e cápsulas articulares dos joelhos suínos, as tíbias foram preparadas para o ensaio. Tendões extensores dos dedos foram dissecados e extraídos dos pés das peças, posteriormente todas as amostras foram armazenadas a −20 C durante 24 a 48 horas, até serem usadas para os testes. Antes do ensaio, cada amostra foi descongelada durante a noite a 4∘C. Os espécimes foram testados entre 24 e 72 horas após o descongelamento. Todos os testes foram feitos à temperatura ambiente e as amostras foram constantemente mantidas em recipiente úmido com solução salina. Todos os métodos de fixação foram fixados no local considerado como a inserção tibial anatômica do ligamento anterolateral entre a cabeça da fíbula e tubérculo de Gerdy 16 conforme descrito por Vicente et al 17 e Helito et al. 5 18

Preparação das amostras

Após o preparo das amostras, foi feita a fixação do enxerto na tíbia, em cada grupo, conforme o método.

Grupo A

Enxerto tendíneo fixado com uma âncora (Hexagon) de 5 mm e sutura (fio Ultrabraid da Smith & Nephew) que transpassou pelo tendão, foram feitos cinco nós de cirurgião 19 (Técnica de Pauchet Fig. 4A ).

Fig. 4.

Fig. 4

A, Grupo A. B, Grupo B. C, Grupo C. D, Grupo D.

Grupo B

Enxerto tendíneofixado através de parafuso de interferência metálico (traumédica – 7 × 20 mm) dentro de túnel ósseo de 6 × 30 mm feito a meia distância entre a cabeça da fíbula e o tubérculo de Gerdy ( Fig. 4B ).

Grupo C

Enxerto tendíneo fixado com âncora de 5 mm com cinco nós de cirurgião 19 –Técnica de Pauchet (fio Ultrabraid da Smith & Nephew) – e sutura sobre o tendão dobrado (a cavaleiro). De maneira que se obtiveram dois “braços”, um de 8 cm (posterior) fixado na célula de carga e o segundo braço de 4 cm (anterior) no qual foi feita uma sutura proximal e novamente fixação à célula de carga, formou-se assim um enxerto duplo conforme descrito por Bertrand20 ( Fig. 4C ).

Grupo D

Foram confeccionados dois túneis ósseos com broca de 6 ×30 mm em angulações de 90∘ entre si, para comunicação entre os túneis. Feita a passagem do tendão pelos túneis, de modo que o enxerto se apresentasse com dois “braços”. O braço do enxerto no túnel posterior com 8 cm foi fixado com um parafuso de interferência metálico 7 × 20 mm e no segundo braço anterior com 4 cm foi feita uma sutura proximal e fixada também à célula de carga, formou-se assim um enxerto duplo conforme descrito por Bertrand 20 ( Fig. 4D ).

Testes biomecânicos

Os grupos foram submetidos a um teste biomecânico de tração com o seguinte modelo: Máquina Universal de Ensaio de Tração (Marca: Schenck/Modelo: Upm 200/Cap. 200N 20T, Passo Fundo, RS, Brasil), com uma célula de carga modelo 9 USB da HBM (HBM, Inc. Marlborough, MA, USA) de 20 kgf, com uma velocidade de 60 mm/min. Os parâmetros de força foram registrados no computador através de um sistema de software Spider 8 (HBM, Inc. Marlborough, MA, USA)que é complementado com amplificador para aquisição de dados Catman Easy 3.1 (HBM, Inc. Marlborough, MA, USA), usaram-se as rotinas de aquisição fornecidas pelo fabricante do sistema.

As tíbias foram posicionadas abaixo da célula de carga que é fixada à máquina por um suporte tubular preso por um parafuso através do osso ( Fig. 5 ). O tendão foi fixado como enxerto na região proximal da tíbia conforme descrito nos grupos acima, de maneira que cerca de 4 cm de tendão permaneceram livres e 4 cm presos na célula de carga, manteve-se o eixo tibial visualmente em alinhamento com o eixo da máquina. Na montagem, o suporte tubular foi fixado na base da máquina com um torno de bancada, permite apenas o deslocamento proximal do tendão, que foi anexado ao elemento móvel da máquina. O teste foi feito com a tíbia em aproximadamente 30∘ de flexão, simulou o ângulo de tração do LAL.

Fig. 5.

Fig. 5

Posição da tíbia durante os testes.

Os parâmetros avaliados foram: a força no limite de resistência máxima dos diversos tipos de fixação do ligamento, expressa em Newtons; e os modos de falhas. Foi definido como falência (falha) da amostra quando a curva do gráfico (N) apresentava uma queda súbita durante o teste. O teste então era interrompido e o gráfico analisado preliminarmente.

Este estudo foi aprovado pela Comissão de Ética no uso de animais da nossa Universidade sob o número CEUA 039/2016.

Análise estatística

Os dados foram expressos através de média, desvio-padrão e coeficiente de variação para as variáveis numéricas e frequências absolutas para a variável categórica.

O tamanho da amostra foi determinado com dados de estudos anteriores. 9 21 22 Para a comparação entre os grupos em relação à força de tração foi usado o teste F (Anova) com comparações múltiplas de tamanho. A verificação das hipóteses de normalidade dos dados e de igualdade de variâncias foi feita, respectivamente, através dos testes de Shapiro-Wilk e Levene e o uso das comparações de tamanho foi devido à rejeição da igualdade de variâncias entre os grupos. 22 23

A margem de erro usada na decisão dos testes estatísticos foi de 5,0%. Os dados foram digitados na planilha Excel e o programa usado para obtenção dos cálculos estatísticos foi o SPSS versão 23. 22 23

Resultados

Na Tabela 1 são apresentadas as estatísticas da largura do platô segundo o grupo, no qual se destaca uma variabilidade bastante reduzida.

Os coeficientes de variação foram, no máximo, iguais a 5,74%, evidenciaram uma homogeneidade elevada em cada grupo em relação ao tamanho das tíbias.

Na Tabela 2 apresentam-se as médias da força, segundo o grupo. Para a margem de erro fixada (5%) se comprova diferença significativa entre os grupos (p < 0,001) e através dos testes de comparações múltiplas (entre os pares de grupos) verifica-se que, com exceção dos grupos C e D, nos demais pares de grupos existem diferenças significativas.

Tabela 2. Média da força segundo o grupo.

Grupo Média Desvio-padrão Coeficiente de variação (%)
A 70,56 a 12,49 17,70
B 244,85 b 34,89 14,25
C 171,68 c 21,56 12,56
D 149,43 c 85,44 57,17
Valor de p p a  < 0,001*
*

Diferença significativa a 5%. a Através do teste F (Anova) com comparações através do teste de tamanho. Se as letras subscritas são distintas se comprova diferença significativa entre os grupos correspondentes.

A variabilidade expressa através do coeficiente de variação se mostra razoavelmente elevada no grupo D, no qual o valor da referida medida foi superior a 50%, e pode ser considerada reduzida nos demais grupos em que a medida foi inferior a 33,3%.

Na Tabela 3 apresentam-se os tipos de falhas segundo o grupo. Destacam-se as mais frequentes: nove casos de falha por ruptura do enxerto no grupo 1; oito casos de deslizamento do enxerto do túnel tibial no grupo 2; sete casos de soltura do nó proximal do segundo braço no grupo 3 e seis tíbias com quebra de cortical no grupo D.

Tabela 3. Tipo de falhas segundo o grupo.

Tipos de falha Grupo
A
( n )
B
( n )
C
( n )
D
( n )
Ruptura do enxerto 9 2 3
Soltura do nó 1
Deslizamentos do enxerto do túnel tibial 8
Soltura do nó proximal do segundo braço 7
Soltura do nó distal 2
Soltura da âncora 1
Quebra da cortical 6
Soltura fixação femoral 1
Total 10 10 10 10

Discussão

Os modelos foram submetidos a testes biomecânicos, que permitiram a comparação direta de diferentes técnicas e dispositivos de fixação do enxerto substituto do LAL em tíbias suínas.

Observa-se que a fixação com parafusos de interferência em um único túnel ósseo apresentou a maior resistência à tração para a reconstrução do LAL, estava adequada à necessidade do ligamento nativo no humano apresentado no estudo de Camilo et al, 24 que demonstram a resistência biomecânica do LAL, que tinha uma força máxima de 204,8 N e uma rigidez média de 41,9 N/mm. Esses resultados permitem a seleção de enxertos adequados e métodos de fixação para possíveis reconstruções do LAL associados com reconstruções do LCA. 24 Isso sugere que as bandas simples de todos os enxertos, autólogo ou homólogo, comumente usados na prática clínica para a reconstrução do ligamento ao redor do joelho têm as características de resistência biomecânicas necessárias para todas as reconstruções 24 e reforça a importância de métodos de fixação “suficientes”.

A fixação de tecidos moles, tais como ligamentos, ao osso é rotineiramente usada na cirurgia ortopédica e na medicina desportiva. 25 26 A fixação com parafuso de interferência proporciona um encaixe com pressão entre o osso e o enxerto/tendão e o parafuso, é frequentemente usada para anexar ligamentos de substituição em túneis perfurados para a reconstrução ligamentar. As âncoras de sutura são usadas em procedimentos cirúrgicos em que é necessário que um cirurgião fixe um tecido à superfície óssea. 26 O método ideal deve fornecer uma fixação mecânica adequada e com força igual ou superior àquelas ocorridas na reabilitação, antes que ocorra a integração do enxerto tendíneo ao osso. 25 26

Nos grupos A e C, nos quais foram usadas âncoras como método de fixação, evidenciou-se que o uso de sutura transtendão pode fragilizá-lo e deixá-lo mais vulnerável a cargas de tração mais baixas. Isso é exemplificado pela inferioridade média do grupo A (70N) em comparação com o grupo C (149N). No entanto, as âncoras permitem a inserção direta de implantes (sem necessidade de perfuração, rosqueamento ou pré-perfuração) com o uso de ponta de autoinclusão, bem como aperfeiçoamento e tensionamento de suturas individuais. As âncoras de sutura produzem tensão em toda a interface tendão-osso. O tamanho e o posicionamento do implante em osso cortical ou esponjoso determinam a força de fixação. 21 Barber et al 27 concluíram que algumas âncoras de sutura mais recentes mostraram melhorias significativas nos valores de carga a falha quando comparadas com suturas de poliéster traçado. Logo, observa-se que o tipo de material de sutura também influência no modo de falha. 27

No presente estudo, os grupos B e D receberam fixação com parafuso de interferência. No grupo B foi feito apenas um túnel ósseo, já no grupo D foram feitos dois túneis divergentes que se comunicavam para a passagem do enxerto, conforme relatado. O grupo B apresentou maior força de tração em comparação com os outros grupos, ao passo que o grupo D apresentou falha precoce em todas as amostras, como a quebra da cortical e uma variação da força de tração com um coeficiente de variação razoavelmente elevada. Logo, conclui-se que essa técnica cirúrgica não é reprodutível em osso suíno, são então necessários outros testes em ossos humanos. Na análise dos padrões de falha ( Tabela 3 ) resultantes da resistência à tração em cada grupo, mostrou-se que a falha se dava de forma variada, dependia do método de fixação, e que prevalecia um tipo de falha em cada grupo.

Um potencial viés de nosso estudo foi o uso de peças de joelhos suínos, Nurmiet al 28 relataram que a densidade óssea trabecular da tíbia de porco foi significativamente maior do que a da tíbia humana, tal como avaliado por varrimento quantitativo na tomografia computadorizada periférica. 28 29 Apesar disso, as tíbias suínas foram usadas muitas vezes em estudos experimentais semelhantes (sobretudo para reconstruções do LCA) e não foram encontradas diferenças significativas sobre o uso do parafuso de interferência para fixação do enxerto em suínos e humanos. 21 Em um estudo prévio sobre o uso de fixação de enxerto de parafuso de interferência em osso suíno e humano, as diferenças máximas de resistência à tração foram insignificantes. 28 Comparações diretas entre espécimes humanos são difíceis porque é difícil de controlar fatores como idade do doador e diferenças de densidade óssea. Por essas razões, optamos por usar osso de porco, o que nos permitiu controlar esses fatores. 29 30 31

Outro potencial viés diz respeito à localização do LAL, determinada visualmente pelo cirurgião na construção das peças. Tração foi feita linearmente, e não rotacionalmente, como ocorre nos humanos, e de forma lenta, ao invés de rápida, como ocorre em uma entorse.

Em estudos que avaliaram o ponto de fixação tibial do LAL também foi constante e ligeiramente posterior à metade da distância entre o tubérculo de Gerdy e a cabeça da fíbula. Essa fixação pode ser associada com a fratura de Segond, avulsão óssea da tíbia anterolateral encontrada em cerca de 9% de pacientes com rupturas do LCA. 5 7 32

Este estudo envolveu o teste biomecânico de tempo zero em condições pós-operatórias imediatas. Portanto, nenhuma comparação histológica foi possível. 13 E por fim não foram feitos a medição do deslizamento do enxerto para reduzir o erro nem testes de confiabilidade intra ou interobservador.

Conclusão

A fixação com parafuso de interferência em túnel ósseo único apresentou a maior força de resistência à tração dentre as técnicas avaliadas. Já os túneis convergentes na tíbia suína não foram reprodutíveis, logo necessitam de outros testes em osso humano para melhor avaliação.


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