Estudo comparativo do padrão de transmissão de carga e da estabilidade primária in vitro entre hastes de quadril não cimentadas de diferentes geometrias

Abstract

O presente trabalho é um estudo comparativo entre três modelos de hastes de quadril não cimentadas, em que foram avaliadas a variação dos padrões de deformações corticais entre um osso intacto e o mesmo osso com uma haste implantada e a estabilidade primária de cada prótese quanto à rotação e migração axial (micromovimentos relativos entre o osso e a haste). Para tal, foram realizados ensaios mecânicos de carregamento estático, com aquisição simultânea de dados obtida por extensômetros de resistência elétrica e sensores de deslocamento. As hastes estudadas foram divididas em três grupos: A, B e C, sendo implantadas três amostras de cada grupo em fêmures compósitos (nove no total). A haste A possui colar e seção transversal circular. A haste B é projetada para fixação distal, tem seção transversal octagonal e conicidade de 10. A haste C é mais curta que as demais e é mais larga na sua região proximal, e possui uma curvatura lateral acompanhando a curvatura do fêmur. As hipóteses são que a variação do padrão de deformações corticais influencia no remodelamento ósseo, e que uma inadequada estabilidade primária da haste com relação ao osso dificulta a osseointegração do implante. Estes dois fenômenos estão associados à soltura, maior causa de revisão de próteses de quadril não cimentadas. Durante os ensaios, dois fêmures implantados com hastes do grupo C fraturaram na região proximal, só restando uma amostra deste grupo, o que impossibilitou o grupo C de ser incluído na análise estatística de variância entre os diferentes modelos de hastes. Os modelos A e B apresentaram redução no nível de deformações em todas as regiões analisadas após a implantação das hastes com relação aos fêmures intactos, especialmente na região proximal do fêmur, sendo que em geral a haste B apresentou menor diminuição nas deformações que a haste A. O modelo C sofreu aumento no nível de deformações nas regiões anterior, lateral distal e medial (sensores proximal e distal) e diminuição nas regiões posterior e lateral proximal. Foram encontradas diferenças significativas entre as próteses A e B para migração axial e rotação, para um índice de significância p=0,05, sendo que a haste B apresentou maiores deslocamentos que a haste A. Pela análise radiográfica, pôde-se observar que a artroplastia da haste C é bastante invasiva na região proximal do fêmur. Isto pode explicar o surgimento das trincas após as artroplastias na região posterior proximal dos fêmures. A existência dessas trincas combinada ao aumento de carga na região proximal verificado após implantação dessa haste induziu fraturas de dois fêmures no início dos ensaios. Pelos resultados de deformações encontrados para uma única amostra, o projeto C pode ser benéfico por minimizar o efeito de blindagem de tensões. No entanto, o projeto da haste C deve ser revisto e sujeito a mais testes in vitro, devido à alta tendência de fratura na região proximal do fêmur e à necessidade de obter resultados confiáveis estatisticamente (o que não foi possível no presente trabalho).

The present work is a comparative study between three models of uncemented hip stems, in which the change in the patterns of the cortical strains between an intact bone and the same bone implanted with a stem and the primary stability of each stem relative to rotation and axial migration (micromotion between the bone and the stem) were evaluated. Static loading mechanical tests were performed with simultaneous data acquisiton using strain gages and displacement sensors. The stems were divided in three groups: A, B and C, and three samples of each group were implanted in composite femurs (in a total of nine). The stem A has a colar and a circular cross section. The stem B is designed for distal fixation, has a octagonal cross section and 10 taper. The stem C is shorter than the others, is wider proximally and has a lateral curvature following the femur curvature. The hypotheses are that the variation in the pattern of the cortical strains acts on bone remodelling, and that an improper primary stability of the stem relative to the bone difficults the implant osseointegration. These two phenomena are associated to asseptic loosening, the biggest cause of uncemented hip prostheses revision. During the tests, two femurs implanted with group C stems fractured in the proximal region, so just one sample of this group remained, and group C was not submited to analysis of variance between the different stem models. The models A and B presented reduction in the level of strains for all analysed regions after stems implantation relative to the intact femurs, especially in the proximal region, and the stem B presented less reduction the stem A. Significative differences between stems A and B were found for axial migration and rotation, for a significance level of p=0.05. The model C presented increase in the level of strains in the anterior, distal lateral and medial (proximal and distal sensors) regions and reduction in the posterior and proximal lateral regions. By the X-rays analysis, it was observed that the stem C arthroplasty is quite invasive in the proximal region of the femur. This can explain the cracks that appeared in the proximal posterior region of the femurs after the arthroplasties. The existence of these cracks combined to the load increase in the proximal region verified after the implantation of this stem induced fractures of two femurs in the beginning of the tests. The cortical strains and axial migration results found for stem C are not statistically trustful, thus more in vitro tests must be performed to validate this project. Nevertheless, the fact that two femurs fractured in the start of the tests suggests the need of a careful selection of the bone and the patient to be submited to an arthroplasty with this stem.