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

• 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.

Fatores que afetam desgaste na ATJ

• 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.