Resistência à tração e o módulo de elasticidade de calvárias de ratos enxertadas com diferentes biomateriais

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RESUMOObjetivo: Avaliar a resistência à tração e o módulo de elasticidade do osso neoformado após enxerto com dois biomateriais: osso bovino inorgânico e polímero de mamona.Métodos: Foram utilizados 40 ratos albinos tipo Wistar (Ratus norvegicus), machos adultos, pesando entre 250g a 300g, divididos em 4 grupos (n=10) (G1,G2,G3,G4). Os grupos-controle G1 e G2, não receberam nenhum enxerto; nos grupos G3 e G4 foram criados defeitos não críticos de 3mm com broca tipo trefina na região da calvária, o grupo G3 recebeu osso bovino (Gen-ox, Baumer S.A., Mogi Mirin, Brasil) e o grupo G4 recebeu o polímero de mamona (Poliquil Araraquara Produtos Quimicos Ltda., Araraquara, Brasil). Após seis meses da intervenção cirúrgica, os animais foram sacrificados e os espécimes coletados para testes de tração na máquina Universal Vitrodyne, modelo V1000 (Liveco Inc., Burlington, VT). Para comparação dos resultados entre os grupos, foram utilizados teste não-paramétrico Kruskal-Wallis, seguido pelo pós-teste Student-Newman-Keuls e para análise estatística foi utilizado o Software SigmaS-tat, versão 2.0, considerando as diferenças significativas quando o valor de p foi menor que 0,05.Resultados: O espécime de osso do grupo G4 mostrou-se significativamente mais resistente à tração quando comparado com o grupo G3, quanto ao módulo de elasticidade todos os grupos apresentaram resultados semelhantes.Conclusão: O polímero de mamona mostrou-se um material promissor para enxerto ósseo, pois apresentou maior resistência à tração quando comparado ao osso bovino e quanto ao módulo de elasticidade foi semelhante entre os dois biomateriais. Porém, novos estudos devem ser desenvolvidos para determinar outros parâmetros.Termos de indexação: materiais biocompatíveis; regeneração óssea; transplante ósseo.

ABSTRACTObjective: This study aimed to assess the tensile strength and the elastic modulus of newly formed bone after grafting with two biomaterials: inorganic bovine bone and castor bean polymer. Methods: Forty adult male albino Wistar (Ratus norvegicus) rats weighing from 250g to 300g were used. They were divided into four groups (n=10), G1, G2, G3 and G4. The control groups G1 and G2 did not receive any graft. Non-critical defects were created in the calvarium region of groups G3 and G4 with a trephine drill. Group G3 was grafted with bovine bone (Gen-ox, Baumer S.A., Mogi Mirin, Brazil) and group G4 with castor bean polymer (Poliquil Araraquara Produtos Quimicos Ltda., Araraquara, Brazil). Six months after the surgical intervention, the animals were killed and the specimens were collected for tensile strength tests in a Universal Vitrodyne machine, model V1000 (Liveco Inc., Burlington, VT). The nonparametric Kruskal-Wallis test was used to compare the results of the groups followed by the Student-Newman-Keuls test. Statistical analysis was done by the software SigmaStat, version 2.0. The significance level was set at 5%.Results: The tensile strength of the bone specimens of group G4 was significantly higher than that of G3. All groups presented a similar elastic modulus. Conclusion: Castor bean polymer proved to be a promising material for bone grafting, since it presented a higher tensile strength than bovine bone. These biomaterials presented similar elastic modulus. However, new studies are necessary to determine other parameters. Indexing terms: biocompatible materials; bone regeneration; bone transplantation.

Tensile strength and elastic modulus of rat calvaria grafted with different biomaterials

Elizeu INSAURRALDE1

Jefferson Tomio SANADA2

Angela Antonia Sanches Tardivo DELBEN3

Albert Schiaveto de SOUZA4

José Peixoto FERRÃO JUNIOR1

Túlio Marcos Kalife COÊLHO1

1 Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, Faculdade de Odontologia, Departamento de Prótese e Odontologia Restauradora. Av. Senador Filinto Müller, s/n°., Vila Ipiranga, Caixa Postal 549, 79080-190, Campo Grande, MS, Brasil. Correspondência para / Correspondence to: E INSAURRALDE. E-mail: <elieliodonto@hotmail.com>. 2 Centro de Estudos Superiores de Maceió. Maceió, AL, Brasil.3 Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, Centro de Ciências Exatas e Tecnologia (CCET), Departamento de Física. Campo Grande, MS, Brasil. 4 Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, Centro de Ciências Biológicas e da Saúde (CCBS), Departamento de Morfofisiologia. Campo Grande, MS, Brasil.

INTRODUÇÃO

Otecidoósseopossuiumagrandecapacidadederegene-raçãoespontâneaapósumalesão,podendoreporembreveinter-valo de tempo a porção perdida1.Emalgumassituaçõesespecíficas,

comoéocasodoossodorebordoalveolar,essacapacidaderege-nerativaficacomprometidafisiologicamente.Logoapósaremoçãodeumdenteocorreodesencadeamentodeumprocessofisiológicode reabsorção de forma progressiva e cumulativa2,tantoemalturacomo em espessura3-4,influenciandonegativamentenasfunçõesdosistemaestomatognáticoenoaspectosocialdopaciente.

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A técnica que utiliza os recursos de implantesdentários osseointegráveis está apta a repor as perdas dentais comgrandemargemdesucesso,porémemlocaiscomperdasósseasdevidoa traumas,doençasperiodontaiseneoplasias,paramanutençãoerecuperaçãodaarquiteturaalveolar,faz-senecessáriolançarmãodetécnicascirúrgicasdeenxertosparareporotecidoósseoperdido,ouparaprevenirqueocorramperdas, torna-se necessário o preenchimento do alvéolodentário imediatamente após a exodontia e previamente àinstalação do implante osseointegrável5-10.

Frente a uma perda óssea, busca-se o melhorestimuladorderegeneraçãoóssea,ouseja,oenxertoautógenoconsiderado “padrão-ouro”, por suas características de altacapacidade osteogênica, osteoindutora e osteocondutora11. Noentanto,estesenxertospodemapresentarincovenientes,taiscomo:necessidadedeumsegundosítiocirúrgico,riscosinerentesaumacirurgiaondepodeocorrerperdaexcessivadesangue,infecçãohospitar,dor,parestesia,cicatrizesetempomédioderecuperaçao12,alémdamorbidadepós-operatória,volumeósseolimitadoeapossibilidadedesequelas13.

Contudo, a utilização dos enxertos autógenos serásempre importante, conforme relataram Guilherme et al.14 apóspesquisaparaavaliaçãodograudesatisfaçãodepacientesquesesubmeteramàenxertosautógenoseinformaramqueapesar do traumatismo causado pela cirurgia, sentiram-segratificadospelamelhoriadaqualidadevidaquepassaramater.

As intercorrênciasdoprocedimentosemprepreo-cuparamospesquisadoreslevando-osabuscarmateriaisparasubstituirosenxertosautógenos.Assim,osbiomateriaisas-sumiram um caráter muito importante por contribuir para prevenir,manter ou complementar o tecido ósseo alveolar,comaquantidadeeaqualidadedesejavelparareceberumimplante osseointegravel15.

Reis et al.16 relataram a utilização de biomaterialem combinação com tecido conjuntivo para preenchimetode perda óssea vestibular, para instalação de implante comcargaimediata,visandoreforçaraparedevestibulareprevenirreabsorção do osso alveolar que levaria a grave defeitoestético.Apóstrêsanosdeacompanhamento,concluiramqueautilizaçãodobiomaterialcontribuiusignificativamenteparaosucessodotrabalhorealizado.

MÉTODOS

Foram utilizados 40 ratos albinos da linhagemWistar (Ratus norvegicus), machos adultos, pesando entre250ga300g,fornecidopelobiotériocentraldaFaculdadede Odontologia de Bauru da Universidade de São Paulo,aleatoriamentedivididosem4gruposde10ratos(n=10)(G1,G2,G3,G4),sendoqueosprocedimentosexperimentais

foram aprovados pela Comissão de Ética no Ensino ePesquisaemAnimaisdaUniversidadedeSãoPaulo,sobon°023/2007.

Os grupos G1 e G2, designados grupo-controle,nãoreceberamnenhumtipodeenxertoeforamdivididosesubdivididos(Figura1).

Os grupos G3 e G4 receberam procedimentocirúgicoparacriaçãodedefeitonãocríticode3mmcomumabrocatipotrefinanaregiãodacalvária;ogrupoG3recebeuossobovino(BaumerS.A.,MogiMirim,Brasil)eogrupoG4recebeupolímerodemamona(PoliquilAraraquaraPolímerosQuímicosLtda,Araraquara,Brasil)(Figura2).

Paraosprocedimentosdeenxertiaosanimais foramanestesiadosporviaintraperitoneal,comcloridratodeKetaminaa5% (KoningdoBrasilLtda., SãoPaulo,Brasil),nadosede80mg/kg,associadaaocloridratodexilazinaa2%(BayerA.S.,São Paulo, Brasil), na dose de 10mg/kg.Os procedimentosforamrealizados,somenteapósaobtençãodoplanoanestésico,constatadaatravésdoreflexopupilaredorelaxamentomuscularsegundoprotocoloutilizadoporKarenetal.17.

A mesma sequência operatória foi empregada emtodososanimaisparaoprocedimentocirúrgicodecriaçãodedefeitonãocríticosegundooprotocolosugeridoporAlberiusetal.18 iniciadacomatricotomiadaregiãofrontoparietal,comoauxíliodeuma lâminadebarbearestéril (GilleteBrasil)eumaantissepsiavigorosacomálcooliodadoa2%(Povidine Brasil). Em seguida, combisturi nº 15, em cabo de bisturino 3, foi realizadauma incisão, emformatodemeia-lua,notegumentoquerevesteacalotacraniana.Apósdivulsão,comum auxílio de um destaca periósteo, foram levantados osretalhos,expondoamplamenteacorticalósseadaregião.

Nacontinuidade,comatrefinacirúrgicaeirrigaçãoabundante e contínua com soluçãofisiológica, foi realizadadefeito não crítico com diâmetro de 3mm nos ossosparietais,transpassandotodaespessuradadíploeeexpondoa dura-máter. Em cada grupo, o local foi preenchido comos biomateriais, osso bovino e polímero de mamona,respectivamente(Figura3).

Os defeitos não críticos, criados nos gruposG3 eG4,forampreenchidoscomseusrespectivosbiomateriaiseimediatamenterealizou-seasuturaporpontossimplescomfiosdeseda4-0(Shalon,Goiania,Brasil).Osanimaisforamcolocadosemgaiolasindividuais,identificadascomotipodeenxertiaemantidoscomrígidocontroledelimpezaambiental.Durante o pós-operatório não houve administração demedicamento via oral, apenas foi realizada limpeza da áreacirúrgicacomáguaoxigenadaecurativocomsoluçãoiodadaa2%,duranteaprimeira semana, sendoqueno sétimodiaforam removidas as suturas. Os animais permaneceramalojadosemsuasgaiolas individuais, emcondiçõesnormaisde temperatura (24oC a 28oC), com iluminaçãoeventilaçãoadequadas,comlivreacessoàáguaeraçãoindustrial,própriapararatos(Nuvital,Curitiba,Brasil).

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Seismesesapósoprocedimentodeenxertia,osanimaisforamsubmetidosàeutanasia,emcâmaradedióxidodecarbono,depoisdeanestesiadoseapósa tricotomiadaregião da calota craniana, com auxílio de uma lâmina debarbear. Para melhor visualização da área a ser removidaecomauxíliodeumdiscodiamantadodefacedupla(KGSorensen, Aphaville-Barueri, Brasil), acoplado em peçareta, baixa rotação (Kavo, Joenvile, Brasil), realizou-se aremoçãodacalváriaporinteira,sendodissecadasecortadascomdiscosdeaçoembaixarotaçãosobconstanteirrigação,deixando os espécimes com as dimensões de 12mm decomprimento,4mmdelarguraeaáreacentraldoespécimecom1mmde largurapor0,5mmespessura,determinandoumasecção transversalde0,5mm2,preparadoparao testemecânico.

Durante o processo observou-se sempre a áreadas calvárias comoossoneoformado ao centro, onde foi realizadoum preparocomaformaarredondada,naspeçasdestinadas a teste de tração (Figura 4), enquanto que paraa obtenção do módulo de elasticidade o preparo centralrecebeu forma de ângulos vivos com 3mm de abertura para possibilitaraobtençãodotamanhoinicialefinal(Figura4).Após este procedimento, os espécimes foram armazenadosemsoluçãodeTimol4%,atéarealizaçãodoteste.

Para registrar o comportamento mecânico dacalvária, a metodologia utilizada foi a de microtração19,que permite encontrar valores numéricos de resistência àtraçãoemódulodeelasticidade.Foiutilizadaumamáquinade tração Universal de teste Vitrodyne, modelo V1000(Liveco Inc.,Burlington,VT) quepossibilita afixaçãodosespécimesnaprópriamáquina.Osespécimesforamfixadosnamáquinacomauxíliodeumadesivoàbasedecianocrilato20 esubmetidosaoensaiodetraçãoaumavelocidadede1,0mmporminuto.

A resistência à tração obteve-se a partir do valorde tensão máxima gerada para a fratura/rompimento doespécime, sendo o valor projetado em Quilograma (kg),divididopelaáreadesecçãotransversal(mm2),queéobtidapelamensuraçãodalarguraxaespessuradaáreacentraldoespécimeemultiplicadoporumaconstanteuniversal(0,0981),obtendo-seovalordetensãomáximaemMegaPascal(MPa):Tensão:Tração(Kg)x0,0981=MPaÁrea(mm2)

O módulo de elasticidade é determinado pelomesmotestedetração,porqueamáquinaforneceoquantooespécimesedeslocouatéafratura,juntamentecomatensãomáximagerada,possibilitandoassimocálculodomódulodeelasticidade:

E=T(Mpa)E=módulodeelasticidade(Mpa)d(%)T=Tensão(Mpa)d=deformaçao(%)

d=Δ =(Lf-Li)X100d=deformação(%) LiLiΔ=Variaçãodo comprimentofinal Li=Tamanhoinicial Lf =Tamanhofinal

Parte dos espécimes (n=10), dos grupos G1 e G2,receberam tratamento para desmineralização, sendo que aspeçasforampreviamenteprotegidasnassuasextremidadescomesmalte base de unha (Colorama, L’Oréal, São Paulo, Brasil),paraproteçãocontraoagentedesmineraliazanteeparapermitirque estas extremidades fossemfixadas atravésdepresilhasnamáquinadetração.Apósapinturadasextremidades,osespécimesforamsubmersosemumasoluçãodeEDTAdeconcentraçãode10mol,portempomédiodetrêsdias.Paraaavaliaçãodacompletadesmineralização, foram realizadas tomadas radiográficas, quepossibilitaram a visualização da presença ou não de restos deminerais. O teste tração dos espécimes desmineralizados foirealizadocomumamodificação,pelanecessidadedesubmersãodosespécimesemcaixacontendoáguadestiladaparapermitirahidrataçãodoespécimenomomentodoteste.

RESULTADOS

AFigura5demonstraaresistênciaàtraçãodoossoparaosgruposossomineralizado,ossodesmineralizado,ossobovinoepolímerodemamona,comMédia(M)=12,99,Desvio-Padrão (DP)=2,35MPa, M=1,17; DP=0,18MPa, M=0,72,DP=0,21MPa e M=1,12, (DP)=0,48MPa, respectivamente.Na comparação entre os grupos experimentais, houvediferença significativa entre eles, em relação à resistênciaà tração do osso (teste de Kruskal-Wallis, p<0,001), sendoquearesistênciadoossomineralizadofoisignificativamentemaior do que a daquela observada para os grupos ossodesmineralizado,ossobovinoepolímerodemamona.Alémdisso,aresistênciadoossodosgruposossodesmineralizadoepolímerodemamona,foisignificativamentemaiordoqueaquela observada para o grupo osso bovino (pós-teste deStudent-Newman-Keuls,p<0,05).

A comparação entre os grupos experimentais, emrelaçãoàresistênciaàtraçãoeaomódulodeelasticidade,foirealizadapormeiodotestenão-paramétricodeKruskal-Wallis,seguido pelo pós-teste de Student-Newman-Keuls, uma vezqueosdados(paraambasasvariáveis)nãopassaramnotestedenormalidade.Aanáliseestatísticafoi realizadautilizando-se o Software SigmaStat, versão 2.0, considerando diferençassignificativasquandoovalordepfoimenorque0,0521 .

O módulo de elasticidade para os grupos ossomineralizado,ossodesmineralizado,ossobovinoepolímerode mamona, foi de M=128,51, (DP)=19,48MPa, M=4,31,(DP)=1,64MPa, M=4,27, (DP)=1,77MPa e M=3,67,(DP)=3,47MPa, respectivamente. Na comparação entre os

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grupos experimentais houve diferença significativa entreeles (teste deKruskal-Wallis, p<0,001), sendoqueo ossomineralizadofoisignificativamentemaiordoqueosgruposossodesmineralizado,ossobovinoe polímerodemamona(pós-teste de Student-Newman-Keuls, p<0,05), e o grupodoossobovinoeodepolímerodemamonaapresentaramresultadospraticamentesemelhantescomrelaçãoaomódulodeelasticidade.

Figura 1.DivisõesesubdivisõesdoGrupo-controleG1eG2.

Figura 2.DivisõesesubdivisõesdosgruposG3eG4.

Figura 3.Preenchimentocombiomaterial.

Figura 4. Esquemadacalváriaapósdissecaçãoepadronizadonasdimensões adequadas para teste mecânico (12x 4x 1mm) com as setas demonstrando a região utilizada para mensuração da secção transversal(largura).

Figura 5. RresistênciaàtraçãoG1,G2,G3,G4.Notas:Ascolunasrepresentamamédiaeasbarrasodesvio-padrãodamédia.*Diferençasignificativaemrelaçãoaosdemaisgruposexperimentais.**.Diferençasignificativaemrelaçãoaogrupoossobovino(Gen-Ox)(TestedeKrustkal-Wallis,seguidopelopós-testedeStudent-Newman-Keuls.

DISCUSSÃO

Estudosdeenxertocompolímerodamamonaaindasãomuitoescassos,resultadodeseurecentereconhecimentopara uso em humanos pelos órgãos reguladores. Pesquisarealizada com o objetivo de verificar a que categoria opolímero de mamona pertence, com relação ao seumecanismodeação,quandoutilizadocomoenxerto,concluiuqueestebiomaterialapresentacaracterísticaosteocondutora,por permitir o crescimento tecidual em meio a seus poros esobresuasuperfícieexterna,tendocomoresultadotecidoósseo maduro, colaborando no processo regenerativo dosdefeitosósseosrealizadosexperimentalmenteemratos22.Estaafirmativa está de acordo com o que foi possivel observarnestetrabalho,ondeosbiomateriaisutilizadosmostraramsuacaracterísticaosteocondutoraaopreenchercompletamenteodefeitoprovocadonacalvariadoanimaldepesquisa.

Verificou-seainda,emrelaçãoàresistênciaàtração,que na comparação entre os grupos experimentais houvediferença significativa entreeles, sendoquea resistênciadoossomineralizadofoisignificativamentemaior,doqueaquelaque foi observada nos demais grupos.Quando analisada aresistência à traçãodoossodosgruposGenoxepolímerode mamona, observou-se que o osso derivado do grupopolímerofoiestatisticamentemaiordoqueodoossobovino.Emrelaçãoaomódulodeelasticidade,observou-sequenãohouvediferençaestatisticamentesignificanteentreopolímerodamamonaeoossobovino.

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CONCLUSÃO

Em função dos testes de propriedades mecânicasrealizados, foipossívelconcluirqueaosecompararosossosenxertadoscomoossodosgruposG1eG2desmineralizados,os resultados não apresentaram diferenças estatisticamente significantes.Noentanto,nacomparaçãoentreosbiomateriais,ogrupodopolímerodemamonaapresentoumelhorresistênciaàtraçãoeomódulodeelasticidadepraticamentesemelhante.

Agradecimentos

APoliquilAraraquaraProdutosQuimicosLtda.porter fornecido sem custos todo biomaterial utilizado nestapesquisa. Ao Prof. Dr. Accácio Lins do Valle, Chefe do

DepartamentodePrótesedaFaculdadedeOdontologiadeBaurudaUniversidadedeSãoPaulo,peloinestimávelapoiocedendoosanimaisparapesquisaepermissãodeutilizaçãodolaboratóriodaFaculdade.

Colaboradores.

E INSAURRALDE doutorando responsávelpela pesquisa, cirurgia e testes biomecânicos JT SANADAparticipou do ato cirúrgico. AAST DELBEN responsávelpelapesquisae tradutoraparaa lingua inglesa.ASSOUZAfoi responsável pelos cálculos e considerações estatísticas.JP FERRÃO JUNIOR foi responsável pela pesquisabibliográfica. TMK COÊLHO foi responsável pelacolaboração no levantamento dos dados e na correção ortográfica.

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Recebidoem:16/9/2009Versãofinalreapresentadaem:14/12/2009

Aprovadoem:13/4/2010

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