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. 2019 Dec 13;54(6):697–702. doi: 10.1055/s-0039-1697015

Fixation of the Anterior Ligament Graft at the Tibial Pole: Biomechanical Analysis of Three Methods *

Fernando Pessoa Weiss 1, Felipe Augusto de Aguiar Possoli 2, Isabel Ziesemer Costa 3, Paulo César Borges 4, Edmar Stieven Filho 5,, Luiz Fernando Kubrusly 1
PMCID: PMC6923657  PMID: 31875069

Abstract

Objective  Comparative biomechanical analysis of tibial fixation strength for ligament reconstruction with interference screw compared with screw post and washer, and compared with the associated fixation of both methods (hybrid fixation).

Method  A total of 54 specimens were used (porcine tibias and bovine flexor digital tendons), which were divided into three groups with fixation types similar to those used in anterior cruciate ligament (ACL) reconstruction: 1) fixation with interference screw; 2) fixation with screw post and toothed washer over knot and suture strand; and )- fixation with screw post and washer combined with interference screw (hybrid fixation). The analyses were performed through pull-out biomechanical tensile tests to determine the stiffness and load to system failure (yield load).

Results  The hybrid fixation group presented a significantly higher final stiffness (59.10 ± 3.45 N/mm) in comparison to the other groups ( p  < 0.05) and a higher yield load (581.34 ± 33.48 N) compared to the interference screw group ( p  < 0.05).

Conclusion  Hybrid fixation had biomechanical advantages over the bovine digital flexor graft fixation system in swine tibia during tensile tests.

Keywords: anterior cruciate ligament, surgical fixation devices, tibia

Introduction

The anterior cruciate ligament (ACL) is important not only for the stability of the anteroposterior knee, but also for the entire complex gait kinetics. 1 US studies indicate an incidence of problems in this structure of 68.6/100,000 inhabitants. 2 Most injuries are related to the practice of sports, 3 and, among them, soccer has the highest rates of these injuries. 4

The resistance of the ACL is almost 2,000 N, but valgus knee torsion and internal rotation mechanisms are capable of injuring both the ACL and other knee structures such as the meniscus and cartilage. 5 After the initial inflammatory phase, patients commonly experience a chronic faltering sensation associated with reduced functional capacity, which in many cases points to the need for surgical intervention. 1

The ligament reconstruction technique enables the patients to return to their sports activities. The most commonly used grafts for ACL reconstruction are bone-tendon-bone, which are taken from the central third of the patellar tendon and knee flexor tendons (gracilis and semitendinosus). 6

The graft fixation methods in ACL reconstruction can be suspension, post, compression or hybrid. Post methods promote cortical fixation to the bone, but may use suture/strands as intermediate devices, which provides greater graft mobility within the tunnel. 7 And the compression methods promote direct fixation of the tendon against the cancellous bone of the tibial or femoral tunnel, closer to the joint. 8

Tibial fixation in ACL reconstruction is usually a point of lower resistance than femoral fixation, due to the lower density of the tibial bone and the graft fixation parallel to the tunnel. This generates a slippage force, and may cause early failure of the distal fixation. 9 10

Graft integration into the bone tunnel occurs around the twelfth week; 11 on the other hand, early physical therapy rehabilitation is important for the clinical outcome of ACL reconstruction surgery. Therefore, secure fixation in the immediate postoperative period is essential to prevent further displacement and impairment of the graft integration process. 12

Considering the possibility of failure related to the tibial fixation methods of anterior cruciate ligament reconstruction, especially regarding the isolated interference screw, 13 combined fixation methods, which are also called hybrid fixation, became widespread. 7 Since then, several studies have been conducted to determine if the addition of methods would effectively improve the initial rigidity of the system. Regarding this matter, there is divergence between studies. 10 14 15

Given this controversy, the present work was conducted through tensile testing, in an animal model, to compare three fixation devices: the interference screw, the washer and wire screw post, and the hybrid fixation (association of the two methods). The hypothesis studied was that the hybrid fixation method has biomechanical advantages over the isolated pressure and post methods.

Methods

A total of 54 porcine shins and 54 bovine forelegs were purchased from a meat processing plant, and they were carefully dissected to extract the deep digital tendon. The tendons were split in half, arranged in small plastic containers filled with 50 ml of 0.9% saline and then stored and frozen at -20° C until the date of testing.

In order to determine the cross-sectional area of the tendons, they were placed in an acrylic box filled with regular set Jeltrate paste (Dentsply, York, PA, US). The tendons were enveloped by the paste until they acquired a rubbery consistency, forming a mold. The paste was removed from the models, keeping the impression of the tendons. These alginate molds were cross sectioned into 10 mm thick blocks and scanned at 600 dpi of resolution per a HP J5780 (Hewlett-Packard, Palo Alto, CA, US) scanner. The cross-sectional areas of the molds were measured using the Image-Pro Plus (Media Cybernetics, Rockville, MD, US) software. 16 As the pairs of tendons are folded in half to form the quadruple graft, the four smallest areas of each graft were added for the purpose of formal strength calculation, as it is the region of greatest stress on the graft. 17

The models were kept in an environment with controlled temperature (21° C) and humidity for 24 hours before the surgical procedures, 8 and kept hydrated until the traction tests were completed. The tendons and tibias were randomly divided among the groups. The tendon ends were sutured using the 3-loop Krakow technique, occupying 3 cm from the end of each tendon, with Ethibond Polyester 2 (Johnson & Johnson, Piscataway, NJ, US) polyester surgical strand.

The three groups were then submitted to surgical procedures: the first group, with fixation with a 9 × 30-mm simple metallic interference screw (n = 19), was called the interference group; the second one, with post fixation with cortical screw (40 mm) and toothed washer over the suture knot (n = 18), was called the post group; and the third, with interference screw associated with screw and toothed washer post (n = 17), was called the hybrid group ( Figures 1 and 2 ).

Fig. 1.

Fig. 1

Types of fixation (groups).

Fig. 2.

Fig. 2

9 × 30-mm interference screw, 40-mm cortical screw, and toothed washer.

The tibial tunnels were made with a conventional guide at 55° and drilled with a cannulated drill with a 9-mm diameter. The graft was inserted into the tunnel until it was 5 cm outside the joint, reproducing a surgical situation closer to reality.

They were then positioned on the clamping device, which consisted of a precision angle vise with jaws designed to enable the clamping of the cylindrical bodies with three planes of freedom, enabling the alignment of the tibial tunnel with the drive shaft of the machine. The distal bone portion of the tibia was fixated to the traction machine by an epoxy-filled polyvinyl chloride (PVC) tube ( Figure 3 ). 18

Fig. 3.

Fig. 3

Specimen positioned on the device.

For the tensile testing, the universal testing machine EMIC DL 10000 (Instron, São José dos Pinhais, PR, Brazil)was used, and it was equipped with built-in displacement transducers and an “s” load cell (CCE5KN, Instron) with a maximum nominal load of 500 kgf and a resolution of 0.1 kgf. The results were compiled using the Tesc (Instron) software, and extracted in raw form (displacement and force) for the graph and statistical analysis using Excel 365 (Microsoft Corp., Redmond, WA, US) spreadsheets.

The graft was pre-tensioned with a 10 N load for 60 seconds, 19 followed by the 50 mm/min speed test 20 until fixation failure. For the analysis of the results, we used the system rigidity (R R ) by the secant method for light loads (toe-region), the R R by the ordinary least squares method (tangent), and load to system failure (yield load), following the Pearson correlation coefficient 10 and the tension for failure (σR). The first point of the curve at which the graph loses its linearity was considered the load to failure (yield load), similar to the onset of plastic deformity in a metal system.

The statistical analysis for the biomechanical tests was performed using analysis of variance (ANOVA) with the Tukey multiple comparisons test of the honestly significant difference (HSD), considering values of p  ≤ 0.05.

Results

During the graft accommodation phase, described as toe-region , up to 35N, there was less stiffness in the post group (23.72 ± 2.16 N/mm), followed by the interference group (33.52 ± 2.23 N/mm) and the hybrid group (37.13 ± 2.37 N/mm). There was no statistically significant difference between the interference and hybrid groups. But in relation to the post-type system (post group) and pressure-type system (interference and hybrid groups), there were statistically significant differences ( p  < 0.05) ( Figure 4 ).

Fig. 4.

Fig. 4

Stiffness results until 35 N (N/mm).

System rigidity to failure was higher in the hybrid group (59.10 ± 3.45 N/mm). The fixation of the post group was the one that reached the lowest stiffness (35.75 ± 3.15 N/mm), lower than the fixation with the interference screw (40.26 ± 3.24 N/mm). There was no statistically significant difference between the interference and post groups in the stiffness calculation by the linearity of the graph (tangent method). Both, however, had lower stiffness than the hybrid system ( p  < 0.05) ( Figure 5 ).

Fig. 5.

Fig. 5

Results of the final stiffness of the system (N/mm).

The load to failure in the interference group was of 270.34 ± 31.45 N; for the post group, it was of 463.72 ± 30.57 N; and, for the hybrid group, it was of 581.34 ± 33.49 N. The statistical analysis showed higher resistance in the hybrid group ( p  < 0.05), followed by the post group and the interference group ( Figure 6 ). All failures occurred due to slippage and/or suture rupture in the post fixation.

Fig. 6.

Fig. 6

System failure results (yield load) (N).

The tension to failure in the hybrid group (18.89 ± 1.66 KPa) showed no statistically significant difference regarding the one from the post fixation group (15.76 ± 1.61 KPa); however, both were statistically different when compared to the interference group fixation (8.31 ± 0.87 KPa) ( p  < 0.05) ( Figure 7 ).

Fig. 7.

Fig. 7

Tension results for system failure (MPa).

Discussion

The present study was performed using deep digital bovine tendons implanted in pig tibias, which are structures with biomechanical similarities to the human structure. 21 22 The tendon fixation was performed using an interference screw (interference group); a post screw with washer and wire (post group); and with a combination of techniques (hybrid group).

In order to analyze whether the hybrid fixation had biomechanical advantages over the others, each specimen was submitted to a pull-out test, with orientation of the load parallel to the tibial bone tunnel and determination of the rigidity of the system and load to failure (yield load).

During the tensile tests, we found that in the graft accommodation phase, the stiffness in the post group (23.72 ± 2.16 N/mm) was lower when compared to that of the others (pressure-type fixation: 33.52 ± 2.23 N/mm; hybrid fixation: 37.13 ± 2.37 N/mm). Most studies rule out this phase of the biomechanical fixation assay; 10 however, these loads are part of the rehabilitation process after ACL reconstruction surgery. 19 If there is low rigidity in the post fixation system, there may be an impairment in its healing compared to the methods that use pressure fixation. One hypothesis for this result is that the pressure fixation enables a lower initial accommodation than the post-type.

The hybrid fixation method showed higher rigidity than the methods used for the other groups (59.10 ± 3.45 N/mm), with statistical significance. Rigidity is the biomechanical parameter that best relates to the degree of laxity observed in the postoperative clinical examination. 7 These findings suggest that, in the immediate postoperative period, the hybrid method enables a greater system rigidity when compared to the interference screw or post fixation method. 23

The yield load in the hybrid fixation (581.34 ± 33.49 N) group was superior to that of the interference group (270.34 ± 31.45 N), with a statistically significant difference, which is in line with other studies. 14 22 One hypothesis for this increase in resistance is that cortical fixation prevents tendon slippage more effectively than pressure fixation.

Considering the need for a 445-N fixation strength in the postoperative period of ACL ligament reconstruction, 24 only hybrid fixation proved safe within these parameters. The results show that the fixation with the interference screw alone may not be sufficiently secure, not only due to the low resistance values, but also because of the variation in the results.

The tension to failure for the hybrid group (18.89 ± 1.66 KPa) showed no statistically significant difference from the that of the post fixation group (15.76 ± 1.61 KPa); however, both showed a statistically significant difference from the interference fixation group (8.31 ± 0.87 KPa), which is in line with the yield load resistance findings, with no objective influence of the tendon diameter used as grafts in each group. One hypothesis for this is that the tendons had little thickness variation, since they all had the same origin, and those that could not be used in a 9-mm tunnel were not used in the experiment.

These findings reveal that in the hybrid fixation there is a combination of the benefits of the fixation methods, and it maintains adequate stiffness in the first and last phases of the test, with higher load and stress to failure than in other methods.

The present study has limitations, as the use of animal models, which, although acceptable, does not completely replace young human bone, so the results of the present research cannot be extrapolated to absolute values for human surgery. 22 In addition, the use of the pull-out test, despite having scientific value, underestimates the elongation and consequent failure of the fixation system found in cyclic tests. 25

Future studies with cyclic load tests are recommended to analyze the deformation and slippage rates of the systems.

Conclusion

Tibial hybrid fixation for ACL reconstruction in an animal model has biomechanical advantages over simple fixation with an interference screw or post in the immediate postoperative period.

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

*

Estudo realizado na Faculdade Evangélica do Paraná (FEPAR), e na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Curitiba, PR, Brasil.

*

Study developed at Faculdade Evangélica do Paraná (FEPAR) and Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Curitiba, Paraná, Brazil.

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Fixação do enxerto do ligamento cruzado anterior no polo tibial: Análise biomecânica de três métodos *

Resumo

Objetivo  Análise biomecânica comparativa da resistência da fixação tibial para reconstrução ligamentar com parafuso de interferência, comparada com parafuso do tipo poste com arruela, e com fixação associada entre os métodos (fixação híbrida).

Métodos  Foram utilizados 54 corpos de prova (tíbia suína e tendão digital bovino), que foram divididos em 3 grupos com tipos de fixação semelhantes àqueles utilizados na reconstrução do ligamento cruzado anterior: 1) fixação com parafuso de interferência; 2) fixação com parafuso do tipo poste com arruela dentada sobre nó e fios de sutura; e 3) fixação com parafuso do tipo poste com arruela combinada com parafuso de interferência (fixação híbrida). Os testes foram realizados por meio de ensaios biomecânicos de tração tipo pull-out para determinação da rigidez e carga para falha ( yield load ) do sistema.

Resultados  O grupo com fixação híbrida apresentou maior rigidez final (59,10 ± 3,45 N/mm) do que os demais grupos ( p  < 0,05), e carga superior para falha (581,34 ± 33,48 N) em relação ao grupo com parafuso de interferência ( p  < 0,05).

Conclusão  A fixação híbrida apresentou vantagens biomecânicas com relação ao sistema de fixação do enxerto de flexor digital bovino em tíbia suína durante os ensaios de tração.

Palavras-chave: ligamento cruzado anterior, dispositivos de fixação cirúrgica, tíbia

Introdução

O ligamento cruzado anterior (LCA) tem importância não apenas para a estabilidade ântero-posterior do joelho, mas também para toda a complexa cinética da marcha. 1 Estudos americanos indicam uma incidência desta estrutura de 68,6/100.000 habitantes. 2 A maior parte das lesões está relacionada com a prática de esportes, 3 e, entre eles, o futebol é o que mais causa esse tipo de lesão. 4

A resistência do LCA é muito próxima de 2.000 N, mas mecanismos de torção do joelho em valgo e rotação interna são capazes de lesionar tanto o LCA quanto outras estruturas do joelho, como meniscos e cartilagem. 5 Após a fase inflamatória inicial, os pacientes comumente experimentam uma sensação crônica de falseio associada à redução de sua capacidade funcional, o que em muitos casos exige a necessidade de intervenção cirúrgica. 1

A técnica de reconstrução ligamentar permite o retorno dos pacientes às suas atividades esportivas. Os enxertos mais utilizados para reconstrução do LCA são osso-tendão-osso, retirado a partir do terço central do tendão patelar, e os tendões flexores do joelho (grácil e semitendíneo). 6

Os métodos de fixação dos enxertos na reconstrução do LCA podem ser do tipo suspensão, poste, pressão, ou híbridos. Os métodos de poste promovem uma fixação cortical ao osso, mas podem usar como dispositivos intermediários suturas/fios, o que confere uma maior mobilidade do enxerto dentro do túnel. 7 Já os métodos do tipo pressão promovem a fixação direta do tendão contra o osso esponjoso do túnel tibial, ou femoral, e mais próxima da articulação. 8

A fixação tibial na reconstrução do LCA costuma ser um ponto de menor resistência do que a fixação femoral, em virtude da menor densidade óssea da tíbia, e pela fixação paralela do enxerto com o túnel. Isso gera uma força de escorregamento, podendo causar falha precoce da fixação distal. 9 10

A integração do enxerto junto ao túnel ósseo ocorre por volta da décima segunda semana; 11 por outro lado, a reabilitação fisioterápica precoce é importante no resultado clínico da cirurgia de reconstrução do LCA. Portanto, uma fixação segura no pós-operatório imediato é fundamental para prevenir deslocamentos adicionais e prejuízo ao processo de integração do enxerto. 12

Considerando a possibilidade de falha relacionada aos métodos de fixação tibial da reconstrução do LCA, especialmente em relação ao parafuso de interferência isolado, 13 métodos de fixação combinada, também chamados de fixação híbrida, passaram a ser difundidos. 7 Desde então, vários estudos foram conduzidos a fim de determinar se o acréscimo de métodos efetivamente melhoraria a rigidez inicial do sistema. Neste aspecto, há divergência entre os estudos. 10 14 15

Diante desta controvérsia, este trabalho foi conduzido por meio de ensaio de tração, em modelo animal, para comparar três dispositivos de fixação: o parafuso de interferência, o parafuso de tipo poste com arruela e amarrilho e a fixação híbrida (associação entre os dois métodos). A hipótese estudada foi a de que o método híbrido de fixação tem vantagens biomecânicas com relação aos métodos de pressão e poste isolados.

Métodos

Foram adquiridos em um frigorífico 54 tíbias suínas e 54 patas dianteiras bovinas, que foram cuidadosamente dissecadas a fim de obter o tendão digital profundo. Os tendões foram divididos ao meio, dispostos em pequenos recipientes plásticos contendo 50 mL de soro fisiológico (SF) a 0,9%, e, então, armazenados e congelados a -20° C até a data dos testes.

Para determinar a área da secção transversal dos tendões, estes foram posicionados em uma caixa de acrílico preenchida com pasta de Jeltrate tipo II de presa normal (Dentsply, York, PA, EUA). Os tendões foram envolvidos pela pasta até que esta atingisse consistência borrachuda, formando um molde. A pasta foi retirada dos modelos mantendo a impressão dos tendões. Esses moldes em alginato foram seccionados transversalmente em blocos com 10 mm de espessura, e digitalizados com resolução de 600 dpi por digitalizador HP J5780 (Hewlett-Packard, Palo Alto, CA, EUA). As áreas de secção transversal dos moldes foram medidas com auxílio do programa Image-Pro Plus (Media Cybernetics, Rockville, MD, EUA). 16 Como os pares de tendões são dobrados ao meio para formar o enxerto quádruplo, as quatro menores áreas de cada um dos enxertos foram somadas para fins de cálculo formal de resistência, por ser a região de maior tensão sobre o enxerto. 17

Os modelos foram mantidos em um ambiente com temperatura (21° C) e umidade controladas por 24 horas antes dos procedimentos cirúrgicos, 8 e mantidos hidratados até a conclusão dos ensaios de tração. Os tendões e tíbias foram divididos aleatoriamente entre os grupos. As extremidades dos tendões foram suturadas com a técnica de Krakow com 3 laçadas, ocupando 3 cm da extremidade de cada tendão, com fio cirúrgico de poliéster Ethibond Polyester 2 (Johnson & Johnson, Piscataway, NJ, EUA).

Os três grupos foram então submetidos a procedimentos cirúrgicos: o primeiro grupo, com fixação com parafuso de interferência simples de 9 × 30 mm (n = 19), chamado grupo interferência; o segundo, com fixação tipo poste com parafuso cortical (40 mm) e arruela dentada sobre o nó da sutura (n = 18), chamado grupo poste; e o terceiro, com parafuso de interferência associado ao poste com parafuso e arruela dentada (n = 17), chamado grupo híbrido ( Figuras 1 e 2 ).

Fig. 1.

Fig. 1

Tipos de fixação (grupos).

Fig. 2.

Fig. 2

Parafuso de interferência de 9 × 30 mm, parafuso cortical de 40 mm, e arruela dentada.

Os túneis tibiais foram realizados com guia convencional a 55°, e perfurados com broca canulada de 9 mm de diâmetro. O enxerto foi passado pelo túnel até que 5 cm deste ficassem para fora da articulação, reproduzindo uma situação cirúrgica mais próxima da realidade.

Foram então montados no dispositivo de fixação composto por uma morsa de precisão angular com mordentes projetados para possibilitar a fixação de corpos cilíndricos, com três planos de liberdade, permitindo o alinhamento do túnel tibial com o eixo de tração da máquina. A porção óssea distal da tíbia foi fixada à maquina de tração por um tubo de policloreto de vinila (PVC) preenchido com epóxi ( Figura 3 ). 18

Fig. 3.

Fig. 3

Corpo de prova posicionado no dispositivo.

Para os ensaios de tração, foi utilizada a máquina universal de ensaios EMIC DL 10000 (Instron, São José dos Pinhais, PR, Brasil), equipada com transdutores de deslocamento embutidos e uma célula de carga tipo “s” (CCE5KN, Instron, São José dos Pinhais, PR, Brasil ), com carga nominal máxima de 500 kgf e resolução de 0,1 kgf. Os resultados foram compilados por meio do programa Tesc (Instron, São José dos Pinhais, PR, Brasil), e extraídos de forma bruta (deslocamento e força) para a análise gráfica e estatística em planilhas de Excel 365 (Microsoft Corp., Redmond, WA, EUA).

Realizou-se pré-tensionamento do enxerto com uma carga de 10 N durante 60 segundos, 19 seguido pelo ensaio em velocidade de 50 mm/min 20 até a falha da fixação. Para análise dos resultados, foram utilizados a rigidez do sistema (R R ) pelo método secante em baixas cargas ( toe-region ), a R R pelo método dos mínimos quadrados (tangente), e carga para falha do sistema ( yield load ), seguindo o coeficiente da correlação de Pearson 10 e a tensão para falha (σR). O primeiro ponto da curva no qual o gráfico perde sua linearidade foi considerado a carga para falha ( yield load ), de forma análoga ao início da deformidade plástica de um sistema de metais.

A análise estatística para os testes biomecânicos foi realizada por meio de análise de variância (ANOVA, em inglês) com teste de múltiplas comparações de Tukey da diferença honestamente significativa ( honestly significant difference , (HSD), considerando-se valores de p  ≤ 0,05.

Resultados

Durante a fase de acomodação do enxerto, descrita como toe-region , até 35 N houve uma rigidez menor no grupo poste (23,72 ± 2,16 N/mm), seguido pelo grupo interferência (33,52 ± 2,23 N/mm) e pelo grupo híbrido (37,13 ± 2,37 N/mm). Não houve diferença estatisticamente significativa entre os grupos interferência e híbrido. Já em relação ao sistema tipo poste (grupo poste) e tipo pressão (grupos interferência e híbrido), houve diferenças estatisticamente significativas ( p  < 0,05) ( Figura 4 ).

Fig. 4.

Fig. 4

Resultados de rigidez até 35 N (N/mm).

A rigidez do sistema até a falha foi maior no grupo híbrido (59,10 ± 3,45 N/mm). A fixação do grupo poste foi a que atingiu a menor rigidez (35,75 ± 3,15 N/mm), menor do que a fixação com o parafuso de interferência (40,26 ± 3,24 N/mm). Não houve diferença estatisticamente significativa entre os grupos interferência e poste no cálculo de rigidez pela linearidade do gráfico (método tangente). Ambas, no entanto, foram menores do que a do sistema híbrido ( p  < 0,05) ( Figura 5 ).

Fig. 5.

Fig. 5

Resultados da rigidez final do sistema (N/mm).

Verificou-se uma carga para falha no grupo interferência de 270,34 ± 31,45 N; para o grupo poste, ela foi de 463,72 ± 30,57 N, e, para o grupo híbrido, de 581,34 ± 33,49 N. A análise estatística revelou maior resistência do grupo híbrido ( p  < 0,05), seguido pelo grupo poste, e, por fim, o grupo interferência ( Figura 6 ). Todas as falhas ocorreram por escorregamento e/ou ruptura da sutura, na fixação tipo poste.

Fig. 6.

Fig. 6

Resultados de falha do sistema ( yield load ) (N).

A tensão para falha do grupo híbrido (18,89 ± 1,66 KPa) não apresentou diferença estatisticamente significativa com relação ao grupo com fixação tipo poste (15,76 ± 1,61 KPa), mas ambos se mostraram estatisticamente diferentes quando comparados com a fixação do grupo interferência (8,31 ± 0,87 KPa) ( p  < 0,05) ( Figura 7 ).

Fig. 7.

Fig. 7

Resultados de tensão para falha do sistema (Mpa).

Discussão

O presente estudo foi executado utilizando o tendão digital profundo bovino implantado em tíbia de porco, estruturas com similaridades biomecânicas com a estrutura humana. 21 22 A fixação dos tendões foi realizada com parafuso de interferência (grupo interferência); poste com parafuso, arruela e amarrilho (grupo poste); e fixação com combinação das técnicas(grupo híbrido).

Com o objetivo de analisar se a fixação híbrida apresenta vantagens biomecânicas sobre as demais, cada corpo de prova foi submetido a ensaio de tração de ciclo único ( pull-out test ), com orientação da carga paralela ao túnel ósseo tibial, e determinação da rigidez do sistema e carga para falha (yield load).

Durante os ensaios de tração, verificou-se que, na fase de acomodação do enxerto, a rigidez no grupo poste (23,72 ± 2,16 N/mm) foi menor em relação às demais (fixação tipo pressão: 33,52 ± 2,23 N/mm; fixação híbrida: 37,13 ± 2,37 N/mm). Grande parte dos estudos descarta esta fase do ensaio para avaliação biomecânica da fixação; 10 porém, estas cargas fazem parte do processo de reabilitação após a cirurgia de reconstrução do LCA. 19 Havendo uma rigidez baixa do sistema de fixação tipo poste, é possível um prejuízo da sua cicatrização em relação aos métodos que usam fixação tipo pressão. Uma hipótese para esse achado é a de que a fixação tipo pressão permite menos acomodação inicial do que o tipo poste.

O método de fixação híbrida mostrou rigidez superior aos demais grupos (59,10 ± 3,45 N/mm), com significância estatística, sendo a rigidez o parâmetro biomecânico que melhor se relaciona com o grau de frouxidão observado no exame clínico pós-operatório. 7 Estes achados sugerem que, no pós-operatório imediato, o método híbrido permite maior rigidez do sistema quando comparado ao método de fixação com parafuso de interferência ou poste. 23

A carga para falha ( yield load ) na fixação híbrida (581,34 ± 33,49 N) mostrou ser superior em relação ao grupo interferência (270,34 ± 31,45 N), com diferença estatisticamente significativa, o que está de acordo com outros estudos. 14 22 Uma hipótese para esse aumento de resistência é a de que a fixação cortical previne o escorregamento do tendão com maior eficácia do que a fixação por pressão.

Considerando a necessidade de uma resistência da fixação de 445 N no pós-operatório da reconstrução do LCA, 24 apenas a fixação híbrida mostrou-se segura dentro destes parâmetros. Os resultados mostram que a fixação apenas com parafuso de interferência pode não ser suficientemente segura, não só pelos valores de baixa resistência, como pela variação dos resultados.

A tensão para a falha do grupo híbrido (18,89 ± 1,66 KPa) não mostrou diferença estatisticamente significativa com relação à do grupo com fixação tipo poste (15,76 ± 1,61 KPa), mas ambos apresentaram diferença estatística significativa com relação à do grupo com fixação tipo interferência (8,31 ± 0,87 KPa), o que mostra concordância com os achados da resistência pela carga para falha ( yield load ), não havendo influência objetiva do diâmetro dos tendões utilizados como enxertos em cada grupo. Uma hipótese para isso é a de que os tendões tinham pouca variação de espessura, uma vez que todos tinham a mesma origem, e os que não eram passíveis de serem usados em túnel de nove milímetros não podiam ser usados no experimento.

Estes achados revelam que, na fixação híbrida, ocorre a soma de benefícios dos métodos de fixação, mantendo uma rigidez adequada nas primeira e última fases do ensaio, com carga e tensão para falha superiores às dos demais métodos.

O presente estudo tem limitações, como o fato de que uso de modelos animais, mesmo que aceitável, não substitutui de forma plena o osso humano jovem; portanto, os resultados desta pesquisa não podem ser extrapolados em valores absolutos para a cirurgia em humanos. 22 Além disso, o uso do ensaio de ciclo único ( pull-out test ), apesar de ter valor científico, subestima o alongamento e a consequente falha do sistema de fixação encontrados em ensaios cíclicos. 25

Estudos futuros com testes de carga cíclica são recomendados para analisar a taxa de deformação e escorregamento dos sistemas.

Conclusão

A fixação tibial híbrida, para reconstrução do LCA, em modelo animal, tem vantagens biomecânicas com relação à fixação simples com parafuso de interferência ou poste no momento do pós-operatório imediato.


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