Seminário Insall Mauricio Ayres de Oliveira 06/03/2008

Entendendo a cinemática da Artroplastia do Joelho: novidades que podem ser usadas Capítulo 11

Imagens radiográficas e técnicas shape-matching tem sido usadas desde os anos 80 para quantificar os movimentos do joelho in vivo. Estes estudos tem mostrado como os implantes se movem in vivo, como seu design afeta a cinemática do joelho e como diferentes procedimentos cirúrgicos influenciam os mecanismos e função dos joelhos nesses pacientes Implantes que controlam o posicionamento AP do Fêmur permitindo maior flexão com carga e cinemática tibial resultam em melhor função e longevidade do implante

Cinemática tridimensional à partir de imagens bi-dimensionais Necessidade de informações de como os componentes se movem quando implantados Dificuldade em se obter informações tridimensionais em atividades com carga dinâmicas Shape-matching : técnica desenvolvida por Insall em 1988, onde imagens radiográficas à partir de um ponto simples no espaço com os raios emergindo em todas as direções criando uma projeção em perspectiva ( sombra ) num mediador.

A distância entre o raio-X e a imagem pode ser obtida, assim como a projeção com seus pontos podem ser reproduzidas no computador. As informações dos componentes e superfícies ósseas são disponíveis no computador e podem ser reproduzidas por CT ou RNM, permitindo de maneira simples sintetizar as posições possíveis do implante. Vários grupos pelo mundo têm usado essa técnica para determinar os movimentos dos implantes à partir de um único plano radiográfico, e têm estudado diversas atividades como marcha, subir degraus, desvios. Embora os detalhes dos métodos variem, a medição tem precisão para cada segmento de 0,5 à 1 mm para movimentos paralelos ao plano da imagem e 0,5 a 1 grau para rotações. Por ser uma visão monocular ( e não binocular ou estéreo) a precisão é menor em determinar translações perpendiculares ao plano da imagem, de 3 a 6 mm. Reproduzindo esses erros de aferição para as superfícies articulares pode-se esperar incerteza maior de 1,2mm para observações únicvas de contato ou separação condilar.

Achados Posicionais Os achados de imagem podem ser organizados em posicionais e dinâmicos Posicional: como o design e o alinhamento cirúrgico influenciam o contato articular e a função nos extremos do movimento Os implantes são projetados para maximizar o contato tibio-femural com o joelho em extensão e para acomodar de 10 a 15 graus de hiperextensão Testes são realizados a partir de 0 graus de flexão. Não se têm levado em consideração o fato de que o alinhamento cirúrgico pode colocar o implante em posições que diferem de 0 graus de flexão relativa

Os componentes femorais com hastes-intramedulares ou técnicas extra-medulares são alinhados ao fêmur distal. A curva anterior desse componente faz com que o mesmo encontre-se fletido para anterior em torno de 5 a 7 graus no plano sagital. Na tibia a técnica de implante busca alinhamento perpendicular ao longo eixo do osso, mantendo a inclinação posterior do planalto tibial. Com a localização típica dos implantes obtêm-se de 5 a 12 graus relativos de hiper-extensão.

Medidas simultâneas de flexão esquelética usando-se goniômetro ou captação de movimento e medidas de flexão do implante usando-se fluoroscopia têm mostrado uma média de 9.5 graus de hiperextensão do implante quando comparado ao ângulo de flexão esquelético.

Essa observação traz três conclusões: Implantes com stop em hiperextensão vão proporcionar maior contato e durabilidade que os modelos com stop antecipado. Modelos com estabilização posterior com postes tibiais ou com preservação do cruzado posterior acomodam hiper-extensão limitada de 5 a 15 graus, com os implantes colocados de 10 graus de hiper-extensão à 0 graus de flexão muitos deles irão apresentar impingiment anterior durante as atividades diárias

As avaliações padrão do design das próteses feitas por computador ou máquinas, não levam em conta o alinhamento do implante.Essas avaliações assumem o implante com o graus de flexão. Como existem diversos modelos, com diferentes curvaturas esses testes podem diferir da avaliação clínica; Implantes projetados para guiar seus movimentos em determinados angulos de flexão irão demorar mais para atingir o arco de flexão.Os mecanismos pos e cam nos joelhos estabilizados posteriormente irão atingir 10 graus à mais de flexão que o antecipado pelo design. Em flexão total, o limite proximal dos côndilos ( onde osso e articulação se unem) irá tocar na superficie articular tibialmais tarde.

Avaliações fluoroscópicas têm elucidado os mecanismos dos implantes em flexão total. Têm sido admitido que a maior translação posterior do fêmur sobre a tíbia permite maior flexão do joelho. Em um estudo de 16 tipos de implante, em pacientes com excelentes resultados clínicos existe uma relação linear entre a translação femural posterior e a maxima flexão com carga. Esta relação de 1,4graus a mais de flexão para cada milimetro de translação posterior femural foi verdadeira para todos os tipos de prótese. Os implantes que controlam a posição tibio-femoral durante a flexão obtiveram maior rollback e demonstraram maior flexão com carga que os implantes que necessitarm de tecidos moles e músculos para controlar a posição tibio-femoral. Essses achados sugerem que o espaço para flexão, principalmente nas próteses que mantém o cruzado posterior não podem ser muito folgados, porque uma frouxidão adicional pode propiciar translação anterior não desejada e um concomitante decréscimo na flexão com carga.

Análises similares têm demonstrado a importância da geometria condilar posterior no arco de flexão. Bellemans et al demonstraram uma relação linear significante entre mudanças no offset condilar posterior ou na distância entre o canal femoral e o ponto mais distante nos côndilos no AP e mudanças no arco de movimento passivo. Eles descobriram que reduzindo o offset posterior em 1 mm em relação ao seu valor anatômico, decrescia o arco de movimento passivo em 6 graus. Esse achado é particularmente importante para cirurgiões que utilizam instrumentação com referência anterior, pois quando a medidas ficam entre 2 tamanhos é comum a prática de se optar pelo menor, o que reduz o offset em alguns milimetros e pode potencialmente reduzir o arco de flexão em 10 graus ou mais.

Características dinâmicas Estudos fluoroscópicos recentes da cinemática da ATJ demonstraram que movimentos dinâmicos podem diferir em muito do joelho normal Estes e outros estudos subsequentes mostraram que joelhos com insuficiência do LCA e meniscos têm tendência para o femur deslizar anteriormente na tibia em flexão e posteriormente em extensão. A rotação tibial é normal, com rotação interna na flexão Um método simples para avaliara essas translações e rotações é considerar a média do centro de rotação : em joelhos saudáveis, translação posterior do fêmur e RI da tíbia com flexão resultam em um centro de rotação medial, o côndilo lateral move-se posteriormente com a flexão com uma posição relativamente estacionária do côndilo medial. Na PTJ não-constrita o condilo medial desliza anteriormente com a flexão com o condilo lateral estacionário, sendo observado um centro de rotação lateral. Uma analise de movimentos subindo escadas em 25 tipos de PTJ mostrou uma relação significativa entre constrição intrinseca do implante e a média do centro de rotação: modelos com maior controle intrínseco apresentaram centros de rotação central ou medial, enquanto 86% dos modelos não constritos apresentaram centro de rotação lateral. Essa análise incluiu apenas pacientes com grande satisfação e excelentes resultados clínicos e demonstrou que um grande arco de movimentação é compatível com bons resultados clínicos.

Estudos fluoroscopicos comparando diferentes atividades têm demonstrado que os movimentos do implante variam muito dependendo de seu design e da atividade. A comparação durante a marcha e atividades de subir e descer escadas comprovam esse conceito. Durante a subida de escadas, o mecanismo post-cam controla o movimento e força translação posterior femoral com a flexão. Durante a marcha, esse mecanismo não é utilizado e o fêmur tende a deslizar posteriormente com a extensão, mais no lado medial. Situação oposta é observada em plataformas rotacionais.Durante a marcha a articulação tibio femoral só permite rotação axial.Subindo escadas , o joelho flete e o femur desliza para frente na tíbia, principalmente no lado medial. Implantes com côndilos com mesmo raio sagital de 0 a 75 graus de flexão e constritos devem exibir movimento similar na marcha e subindo escadas

Alternativas para a Articulação do Joelho : Esperanças e Realidades Capítulo 12

Fatores que afetam desgaste na ATJ Esterilização do polietileno ( UHMWPE) É variável importante na longevidade do componente porque sabe-se que a radiação ionizante degrada as propriedades mecânicas e de desgaste do polietileno. desde a metade dos anos 90 o polietileno é empacotado com ar e esterilizado com 25 a 37 – kGy dose de radiação gamma , esta radiação causa cross-linking, chain-scission e degradação oxidativa a longo prazo de varios tipos de polietileno. Costa e col. Demonstraram que a oxidação pode ocorrer na esterilização com óxido etileno È sabido que a radiação a longo prazo pode causar efeitos deletérios na morfologia e nas propriedades mecânicas do polietileno Muitas firmas de material ortopédico estão esterilizando o polietileno com métodos sem radiação, como oxido-etileno ou plasma-gás.Algumas estão realizando o empacotamento em ambientes com pouco oxigênio, como embalagens à vácuo ou embalagens com gás nitrogênio ou argônio. No entanto não são conhecidas as taxas de oxidação in vivo que afetam a performance clínica do polietileno com esses métodos.

Formas alternativas de UHMWPE O estress de contato do polietileno pode ser diminuido por alterações no design do componente que aumentem a conformidade entre este e o metal, desde que não limite a mobilidade. Uma abordagem que tem sido tentada por mais de 20 anos é misturar o polietileno com fibras de carbono, o que aumenta a resistência ao atrito e aumento da capacidade compressiva nos testes in vitro, existe uma grande queda na resistência à fadiga. O mais importante é que nenhuma melhora foi verificada na resistência ao desgaste e debris de cor escura form observados. Cristalização com alta pressão foi usada nos anos 90( conhecido por Hylamer) aumentando propriedades mecânicas, mas com falhas precoces por desgaste excessivo. Hoje é sabido que esse material é mais susceptivel à degradação oxidativa, associada à esterilização por, radiação gamma.

Cross-linked UHMWPE - Nos ultimos anos essa tecnica têm sido utilizada para melhorar a resistência ao desgaste. Testes laboratoriais demonstraram decréscimo na taxa de desgaste com aumento do cross-linking, aumento na resistência à propagação de rachaduras, mas ainda não está totalmente claro esse benefício de resistência / risco de fadiga.

UHMWPE: direções futuras: -No futuro proximo processos de radiação cross-linking serão otimizados para melhorar a resistência à desgastes específicos, sem diminuir as propriedasdes mecânicas. - Um estudo recente realizado por Simis et al investigou os efeitos associados do cross-linking e melhora na cristalização por alta pressão para melhorar as propriedades mecânicas. Essa estrutura provê melhor resistência ao desgaste devido ao croo-linking e resistência à fadiga pela maior cristalização

Efeitos do atrito entre os componentes no desgaste Desgaste abrasivo ( atrito pela superfície) e fadiga ( estress ciclico) ocorre na ATJ As superficies das protese são revestidas por um filme de proteção, se ele não estiver integro pode ocorrer corrosão. Um arranhão transverso à direção do movimento causa maior desgaste que um arranhão longitudinal.