Simulações biomecânicas de reforço preventivo para o extremo proximal de fêmur com osteoporose

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Battaglion, Leonardo Rigobello
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Correlação de imagens digitais; Digital image correlation; Ensaio mecânico; Femoral neck reinforcement; Femuroplastia; Femuroplasty; Finite element method; Fracture of the femoral neck; Fratura do colo femoral; Mechanical testing; Método dos elementos finitos; Osteoporose; Osteoporosis; Reforço do colo femoral
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/17/17142/tde-26072024-113017/

A fratura da extremidade proximal do fêmur (EPF) em idosos frequentemente é resultado de um trauma de baixa energia, caracterizado pela queda da própria altura. Nestas circunstâncias, o indivíduo recebe o impacto sobre a região lateral da coxa, gerando um carregamento no eixo axial, o que resulta em esforços localizados de compressão, tração e torção. Vale destacar que tais carregamentos ocorrem em regiões inversas (tração e compressão) àquelas normalmente observadas na posição ortostática. Essas fraturas geralmente têm tratamento cirúrgico. Além disso, para aqueles que experimentaram a primeira fratura da EPF, em torno de 5% a 20% têm uma considerável possibilidade de sofrer uma segunda fratura contralateral, não simultânea. Esta segunda fratura está associada à grande mortalidade perioperatória. Portanto, torna-se imperativo canalizar esforços para aprimorar a prevenção tanto da primeira, quanto da segunda fratura. Diversas estratégias foram elaboradas para reduzir a incidência principalmente da segunda fratura, sendo que uma abordagem alternativa é o reforço mecânico com a femuroplastia do quadril contralateral. Este procedimento implica na injeção de cimento acrílico ósseo (polimetilmetacrilato - PMMA) na EPF não fraturada, por ocasião da cirurgia no lado fraturado. Assim, são importantes estudos biomecânicos em modelos ósseos simulando essa técnica no sentido de otimizá-la. Os modelos de ossos sintéticos de uso comercial mais conhecidos são da marca Sawbone™, que são validados para substituir o osso humano. Os objetivos do presente estudo consistiram em duas etapas: em primeiro lugar, avaliar a possibilidade de substituir os modelos comerciais por outros confeccionados domesticamente. Para isso foi usada a técnica de impressão tridimensional, empregando ácido polilático (PLA) como substrato e preenchimento com espuma expansiva. A resistência destes modelos foi avaliada por ensaios mecânicos na fase de deformação elástica, método dos elementos finitos e correlação de imagens digitais. Foram criados três grupos: grupo controle (GC) composto por modelos íntegros. Grupo perfurado sem reforço (GSX): em cada modelo já testado, foram criados dois túneis ósseos: o primeiro de 7mm de diâmetro foi direcionado da face lateral da região trocantérica para o colo e cabeça do fêmur, até próximo da superfície articular, sem perfurá-la. O segundo túnel foi feito com o trajeto que se iniciou na face lateral da região trocantérica e foi direcionado para o trocanter menor. Em seguida, foi realizada a avaliação da resistência mecânica pelos mesmos três métodos. Por último, foi criado o Grupo com reforço em x (GX): os túneis criados nos outros modelos anteriores foram preenchidos por PMMA (femuroplastia) e repetidos os mesmos testes de avaliação da resistência mecânica. Na segunda etapa foram usados modelos de fêmur osteoporótico (Sawbone™) que foram submetidos aos mesmos passos e medidas já realizadas no modelo confeccionado em PLA e criando-se os mesmos três grupos. Além dos passos anteriores, foi testada a influência dos diâmetros dos orifícios, criando-se três subgrupos: 5mm, 7mm e 9 mm, com e sem preenchimento de PMMA. Os resultados obtidos indicaram que o PLA exibiu similaridade mecânica com o material padrão Sawbone™ durante a fase elástica dos testes. Os resultados da análise de correlação de imagens digitais mostraram uma nítida redução no deslocamento da cabeça femoral com o uso do reforço com PMMA aumentando, assim, a resistência mecânica. Esta observação destaca a superioridade do grupo GX em comparação tanto com os grupos GSX, quanto com o grupo GC. No contexto das tensões máximas e mínimas principais, observou-se claramente que a introdução do reforço na região do EPF resultou em uma significativa redução dessas tensões. Tal diminuição origina-se da eficaz dissipação das tensões ao longo da estrutura do fêmur. Este fenômeno foi corroborado pela análise da tensão equivalente de Von Mises, que também evidenciou notável diminuição dessas tensões em comparação com grupos nos quais o preenchimento não foi implementado, bem como o grupo controle. Foi observado que o aumento no diâmetro dos orifícios destinados ao preenchimento com PMMA correlaciona-se inversamente com a redução das tensões locais.