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.
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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 hastesintramedulares 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
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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.
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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
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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
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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.