Objetivos: Analisar a resistência mecânica de 13 tipos de cimentos ósseos acrílicos comercializados em nosso país, testando suas propriedades físicas de resistência às forças de tração e de flexão e comparar a resistência dos cimentos ósseos sem antibiótico com seus similares com antibiótico. Método: Foram confeccionados corpos de prova de acordo com a norma regulamentadora vigente (ISO 5833 e ISO 527), utilizando os parâmetros Weibull, onde, para se obter resultados dentro do limite mínimo de erro aceitável de 5%, o número de espécimes testados deve ser de 7 a 11 corpos de provas. Foram selecionamos nove corpos de prova para cada marca. Os testes de tração e de flexão foram realizados no Departamento de Materiais da Faculdade de Odontologia da Universidade de São Paulo - SP com a máquina de ensaio universal Riehle modelo Fs-5, com capacidade de 2.400 kg e com velocidade de 0,02 a 2 polegadas/segundo. Foram anotadas a força (MPa) no momento de fratura dos nove corpos de prova para cada cimento, assim como a média e desvio padrão para o teste de tração e flexão. O estudo estatístico foi realizado pelo teste de contraste de Tukey e pelo teste da análise de variância comparando-se as médias das amostras de cada cimento utilizado. Resultados: Observamos diferença significante entre as amostras selecionadas neste trabalho e diminuição significante na resistência mecânica das amostras que continham antibiótico na sua fórmula original em comparação com seus similares sem antibiótico. Conclusões: Os cimentos ósseos apresentaram diferenças significantes quanto à resistência mecânica à tração e à flexão. A presença de antibiótico na composição original dos cimentos ósseos diminuiu significantemente a resistência mecânica nos testes de tração e flexão.
Dr.Marcelo Martins (especialista em tumor), Dr.Roberto Queiroz (especialista em quadril), Dr.Fabiano Rebouças (especialista em ombro)
Análise da resistência mecânica de 13 cimentos ósseos acrílicos
Analysis of mechanical resistance of 13 acrylics bone cements
Marcello Martins de Souza
Assistente do Grupo de Oncologia Ortopédica do Hospital do Servidor Público Estadual - SP - IAMSPE. Pós-graduando do Serviço de Ortopedia e Traumatologia do Hospital do Servidor Público Estadual - SP - IAMSPE.
Roberto Dantas Queiroz
Diretor do Serviço de Ortopedia e Traumatologia do Hospital do Servidor Público Estadual - SP - IAMSPE. Mestre e doutor em Ortopedia e Traumatologia pela EPM-UNIFESP. Médico assistente do Centro de Traumatologia do Esporte da EPM-UNIFESP.
Raul González Lima
Professor doutor do Departamento de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica da USP.
Fabiano Rebouças Ribeiro
Médico assistente do Serviço de Ortopedia e Traumatologia do Hospital do Servidor Público Estadual - SP - IAMSPE.
Jacques Waisberg
Coordenador do Programa de Pós-Graduação do Instituto de Assistência Médica ao Servidor Público Estadual de São Paulo. Livre-docente pelo Departamento de Cirurgia da EPM-UNIFESP.
Correspondência:
Dr. Roberto Dantas Queiroz
Rua Borges Lagoa, 1755 - sala 180
1º andar - Vila Clementino
CEP 04038-034 - São Paulo - SP
E-mail: Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo. Especial Ortopedia V 67 Jun/10Indexado LILACS: S0034-72642010006000004
Unitermos: cimento para osso, artroplastia, testes biomecânicos.
Unterms: bone cement, arthroplasty, biomechanical tests.
Sumário
Objetivos: Analisar a resistência mecânica de 13 tipos de cimentos ósseos acrílicos comercializados em nosso país, testando suas propriedades físicas de resistência às forças de tração e de flexão e comparar a resistência dos cimentos ósseos sem antibiótico com seus similares com antibiótico. Método: Foram confeccionados corpos de prova de acordo com a norma regulamentadora vigente (ISO 5833 e ISO 527), utilizando os parâmetros Weibull, onde, para se obter resultados dentro do limite mínimo de erro aceitável de 5%, o número de espécimes testados deve ser de 7 a 11 corpos de provas. Foram selecionamos nove corpos de prova para cada marca. Os testes de tração e de flexão foram realizados no Departamento de Materiais da Faculdade de Odontologia da Universidade de São Paulo - SP com a máquina de ensaio universal Riehle modelo Fs-5, com capacidade de 2.400 kg e com velocidade de 0,02 a 2 polegadas/segundo. Foram anotadas a força (MPa) no momento de fratura dos nove corpos de prova para cada cimento, assim como a média e desvio padrão para o teste de tração e flexão. O estudo estatístico foi realizado pelo teste de contraste de Tukey e pelo teste da análise de variância comparando-se as médias das amostras de cada cimento utilizado. Resultados: Observamos diferença significante entre as amostras selecionadas neste trabalho e diminuição significante na resistência mecânica das amostras que continham antibiótico na sua fórmula original em comparação com seus similares sem antibiótico. Conclusões: Os cimentos ósseos apresentaram diferenças significantes quanto à resistência mecânica à tração e à flexão. A presença de antibiótico na composição original dos cimentos ósseos diminuiu significantemente a resistência mecânica nos testes de tração e flexão.
Sumary
Objectives: The objectives were to determine the strength of thirteen kinds of acrylic bone cements marketed in our country, testing their physical properties to withstand tensile forces and bending and compare the resistance of bone cement without antibiotic with its similar antibiotic. Method: Were made test specimens according to regulatory standards (ISO 5833 and ISO 527) using the parameters Weibull, where to obtain results within the limit of error of 5% the number of specimens to be tested in approximately 7 to 11 bodies of evidence (9 ed specimens for each brand). The tensile tests and bending were performed on a universal testing machine RIEHLE Testing Machines, model Fs-5, with capacity of 2400Kg and speed from 0.02 to 2 inches in the Materials Department, Faculty of Dentistry, University of São Paulo - SP. Results: Were noted strength (MPa) at the time of fracture of the specimens (nine) for each cement, and the mean and standard deviation for the tensile test and flexão.A statistical analysis was performed by analysis variance by Tukey’s contrast comparing the averages of samples of cement, where a statistically significant difference between samples ed in this work as well as a decrease in the strength of the samples containing antibiotic in its original formula in comparison with their counterparts without antibiotic in a range confidence of 5%. Conclusions: In this study, the results showed that: the bone cement used in this study differed in flexural strength and flexural strength and the presence of antibiotic in the original composition of the bone cements decreased resistance mechanical tests in tensile and flexural strength.
Numeração de páginas na revista impressa: 27 à 37ResumoObjetivos: Analisar a resistência mecânica de 13 tipos de cimentos ósseos acrílicos comercializados em nosso país, testando suas propriedades físicas de resistência às forças de tração e de flexão e comparar a resistência dos cimentos ósseos sem antibiótico com seus similares com antibiótico. Método: Foram confeccionados corpos de prova de acordo com a norma regulamentadora vigente (ISO 5833 e ISO 527), utilizando os parâmetros Weibull, onde, para se obter resultados dentro do limite mínimo de erro aceitável de 5%, o número de espécimes testados deve ser de 7 a 11 corpos de provas. Foram selecionamos nove corpos de prova para cada marca. Os testes de tração e de flexão foram realizados no Departamento de Materiais da Faculdade de Odontologia da Universidade de São Paulo - SP com a máquina de ensaio universal Riehle modelo Fs-5, com capacidade de 2.400 kg e com velocidade de 0,02 a 2 polegadas/segundo. Foram anotadas a força (MPa) no momento de fratura dos nove corpos de prova para cada cimento, assim como a média e desvio padrão para o teste de tração e flexão. O estudo estatístico foi realizado pelo teste de contraste de Tukey e pelo teste da análise de variância comparando-se as médias das amostras de cada cimento utilizado. Resultados: Observamos diferença significante entre as amostras selecionadas neste trabalho e diminuição significante na resistência mecânica das amostras que continham antibiótico na sua fórmula original em comparação com seus similares sem antibiótico. Conclusões: Os cimentos ósseos apresentaram diferenças significantes quanto à resistência mecânica à tração e à flexão. A presença de antibiótico na composição original dos cimentos ósseos diminuiu significantemente a resistência mecânica nos testes de tração e flexão. IntroduçãoHoward Haboush, um cirurgião de Nova York, em 1951, usou pela primeira vez uma resina dentária para fixação de uma prótese total de quadril em humano e apresentou tal feito num congresso de cirurgia(1).John Chanrley, renomado cirurgião ortopédico inglês, difundiu o uso da técnica no seu livro sobre cimento ósseo. Referiu, na ocasião, a ideia da utilização da resina dentária ao seu dentista(2-4).É fato que o grande divulgador do conceito de cimentação da prótese total de quadril foi Chanrley que, por meio de seus estudos e empenho em aperfeiçoar essa nova técnica, utilizou, pela primeira vez, resina acrílica específica para o osso em 1965, denominada, então, de cimento ósseo acrílico(2-4).O grande desafio dos cirurgiões ortopédicos nas artroplastias de substituição é realizar um procedimento único e duradouro, ou seja, submeter o doente a apenas uma operação e que esta seja definitiva. Sabemos que a artroplastia de substituição cimentada, apesar de ser um dos maiores avanços em cirurgia ortopédica, tem sua durabilidade limitada devido a vários fatores. Entre esses fatores, o cimento ósseo acrílico tem sua parcela de culpa por ser o elemento mais fraco entre o osso e o implante, resultando numa soltura asséptica da prótese e numa operação de revisão, na qual o índice de mortalidade e morbidade são maiores(7-9).As aplicações do cimento ósseo em ortopedia são: massa para modelamento (regiões de baixas tensões) como, por exemplo, em defeitos ósseos e no preenchimento de cavidades (área de carga) como no caso de tumores ósseos e na fixação de próteses (homogeneizador, amortecedor de altas tensões, principalmente à compreensão). Suas principais funções nas artroplastias de substituição são a estabilização do implante e a transferência de carga do trinômio osso-cimento-implante(2-4,7-9).Fato importante a ser enfatizado é que o cimento ósseo acrílico é o componente mais fraco da cadeia implante-osso, portanto, o insucesso nas artroplastias (soltura da prótese) é muitas vezes creditado a ele. Devido a isso, suas propriedades físicas vêm sendo estudadas com o intuito de melhorar sua qualidade, principalmente a resistência mecânica, uma vez que estudos biomecânicos comparativos entre o polimetilmetacrilato (PMMA) e o osso cortical relatam inferioridade do primeiro em relação ao segundo no que se refere a resistência mecânica à força compressiva (50%-75%), à força tensil (25%), à força de fadiga (50%) e à rigidez (10%)(9). A biomecânica das articulações, principalmente a dos membros inferiores, é muito complexa, havendo várias forças mecânicas que atuam numa artroplastia total de quadril e joelho e, portanto, sobre o cimento ósseo. Não são forças isoladas e sim combinação delas, a saber: compressão, flexão, tração, cisalhamento e torção(4,6,8,9).Desde sua utilização, difundida por Chanrley, em 1965, nas artroplastias de quadril, o cimento ósseo acrílico vem sofrendo modificações decorrentes de estudos de suas propriedades, uma vez que é apontado, por vários autores, como o principal fator desencadeador da falha deste procedimento(4-6,9,10). Mas, não somente suas características mecânicas são estudadas, como também o método de utilização, ou seja, a técnica de cimentação é imprescendível para o sucesso da artroplastia de substituição(11,12,14).Entende-se por cimento ósseo de má qualidade aqueles que apresentam resistência mecânica baixa. Diversos fatores podem contribuir para que ocorra este evento: composição química (peso molecular), tipo de mistura da massa e adição de substâncias na fórmula(7,9).Várias substâncias podem ser misturadas ao cimento ósseo, mas, sem dúvida, a mais interessante e eficaz delas é o antibiótico(15,16).A infecção nas artroplastias de substituição é um verdadeiro desastre, pois, além de acabar com todos os benefícios da cirurgia, impõe difícil solução e, na maioria das vezes, frustrante para médico e paciente. Com o objetivo de diminuir os índices de infecção, em torno de inaceitáveis 11% nos anos 60, Chanrley e Efterkhar introduziram novos métodos como a assepsia dos materiais cirúrgicos e antissepsia do paciente, levando a taxa de infecção ao redor de 1% em conjunto com a antibioticoprofilaxia sistêmica(15,16).Em 1970, na Alemanha, Buchholz e Engelbrecht incorporaram o antibiótico ao cimento ósseo acrílico na tentativa de melhorar o combate contra a infecção pós-operatória e seus estudos revelaram que o antibiótico era liberado de maneira contínua nos tecidos vizinhos ao implante. Mais tarde Buchholz et al.,em 1979, apresentaram excelentes resultados em artroplastias de revisão decorrentes da soltura séptica, em um único tempo com índice de cura acima de 70%(16,17).Surgiria uma nova era na prevenção e combate da infecção operatória nas artroplastias de substituição. Entretanto, a resistência mecânica da massa pode ser comprometida com a introdução de substâncias na sua composição, como os antibióticos(21,22).Devido ao grande interesse deste produto referente às suas características e empregos nas operações, o número de cimentos ósseos no mercado cresceu e, consequentemente, houve a necessidade de criação de regras básicas para a fabricação e testes dos cimentos ósseos a fim de manter a qualidade desta resina. O estudo destas normas nos EUA começou em 1976 e a American Society for Testing Materials (ASTM) publicou a norma F-451-76 Standart Specifications for Acrylic Bone Cements dois anos mais tarde. Na esfera internacional se criou, em 1979, a ISO (International Standart Organization) 5833. No Brasil, essas normas são representadas e orientadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABTN)(18,19).
Materiais e métodos
Os cimentos ósseos comerciais utilizados neste estudo foram: Palacos®R, Refobacin®-Palacos®R (Biomet Merck), Simplex®P, Simplex®P com Tobramicina, Simplex®P com Eritromicina (Howmedica Int. S.R.L. Raheen Industrial State Limerick - Ireland) , CMW®1 , CMW®3 , CMW®1 com Gentamicina, Enduranceâ (DePuy International Ltda.), Impol® (Impol Instrumental e Implantes Ltda.), FIX®1 (Groupe Lèpine), Biomecânica® (Biomecânica Ind. e Com. de Produtos ortopédicos Ltda.) e Coller® bond (Collector Ind. e Com. de Produtos Hospitalares Ltda.). Os cimentos acrílicos comerciais são compostos por sistema com duas partes: um pó (polimetilmetacrilato) e um líquido (metilmetacrilato) que são misturados durante o procedimento cirúrgico, formando uma pasta que é inserida na cavidade óssea previamente a introdução do implante. O material endurece aproximadamente 15-20 minutos após a mistura inicial e estabiliza o implante(4). A porção em pó do cimento contém, aproximadamente, 90% do seu peso composto por PMMA ou copolímeros, sendo o restante completado por peróxido de benzoíla (Bpo), iniciador da reação de polimerização, e por sulfato de bário (BaS04) ou dióxido de zircônio (Zr02), ambos radiopacos e pelo antibiótico quando for o caso. A porção líquida do cimento contém três compostos: metilmetacrilato (MMA), N,N dimetil-p-toluidina e hidroquinona que impede a polimerização prematura da mistura.Durante a fase de polimerização da mistura há aumento da temperatura, pois esta é uma reação química exotérmica e um dos produtos desta reação química é o monômero metacrilato de metila, substrato tóxico que induz o aumento da enzima GGTP (gama-glutamil-transpeptidase) na corrente sanguínea, que sinaliza lesão de hepatócitos, diminuindo a pressão arterial e a pressão parcial de 02 no sangue.Este monômero residual combinado com o aumento de temperatura da massa pode provocar a necrose do osso e fibrose entre o cimento e o osso, sendo este um dos fatores de soltura asséptica do implante.A composição química de cada cimento está relacionada na Tabela 1. As informações sobre as composições químicas foram retiradas da bula do próprio cimento.Lewis et al. (2004)(20) descreveram em seu trabalho os parâmetros Weibull, onde para se obter resultados dentro do limite mínimo de erro aceitável de 5%, o número de espécimes testados deve ser de 7 a 11 corpos de provas, padrão esse que é aceito entre os engenheiros mecânicos para esse tipo de teste e, portanto, estamos de acordo com Weibull e com a norma ISO 527-1 que recomenda um mínimo de cinco espécimes a serem testadas para o teste de tração. A norma, ainda, recomenda que para uma maior precisão dos dados devem ser realizados testes em um maior número de corpos de prova. A norma ISO 5833 não especifica um número mínimo de corpos de prova para o teste de flexão, seguimos então o padrão Weibull, já a norma ISO 527-1 determina um mínimo de 5 corpos de prova, o que está de acordo com nossos testes.Durante sua confecção foram reproduzidas situações semelhantes encontradas no ambiente cirúrgico e de acordo com a norma técnica ISO-NBR- 5833/2004 e ISO-527-1. Desse modo, todos os cimentos foram manipulados conforme instruções do fabricante, à temperatura de 24oC (± 2oC) e umidade relativa do ar de 60%(18,19).Para a mistura dos componentes foi realizada a mistura manual: numa cuba seca, limpa e estéril o componente em pó (polímero) foi misturado com o componente líquido (monômero) por meio de espátula cirúrgica, numa velocidade de aproximadamente 1Hz (um ciclo por segundo), até que a mistura adquirisse consistência pastosa mole, o que levou, em média, 30 segundos. Procurou-se durante este processo evitar ao máximo a formação de bolhas, as quais poderiam comprometer o resultado dos testes.Em seguida, a mistura ainda em consistência pastosa foi colocada nos moldes metálicos, que permaneceu por 15 minutos, sob carga de 500 kg em prensa para melhorar a distribuição do cimento nos moldes e para minimizar a formação de bolhas e consecutivamente falhas nos corpos de prova.Todas as amostras foram avaliadas macroscopicamente e as que apresentaram falhas de preenchimento, superfície irregular ou porosidade excessiva (defeitos maiores que 2 mm) foram desprezadas. A seguir, cada amostra (Figura 1), após retirada dos moldes, foi identificada e acondicionada em ambiente laboratorial seco por 24 horas, a temperatura de 30oC e umidade ambiente.
Figura 1 - Corpos de prova.
Figura 2 - Máquina de Ensaio Universal - Riehle.
Após essas etapas, os testes de tração e de flexão foram realizados na máquina de ensaio universal Riehle Testing Machines, modelo Fs-5, com capacidade de 2.400 kg e velocidade de 0,02 a 2 polegadas no Departamento de Materiais da Faculdade de Odontologia da Universidade de São Paulo - SP (Figura 2). Cada amostra foi devidamente posicionada na máquina, tanto para o teste de tração como para o de flexão (Figuras 3 e 4, respectivamente), e iniciados os testes à temperatura de 25oC e umidade ambiente.Uma força é uma ação ou influência tal como um empurrão ou tração que, quando aplicada a um corpo livre tende a acelerá-lo ou a deformá-lo. Força = massa X aceleraçãoHá várias forças que podem ser medidas, como tração (tensão), compressão, cisalhamento e flexão.A tensão ou tração é uma força que puxa o material até rompê-lo.A flexão ocorre quando uma peça sofre a ação de cargas tangenciais a sua superfície ou área de seção transversal.O esforço ou estresse é a resistência interna a deformação ou a força interna gerada dentro de uma substância como resultado da aplicação de uma carga externa e é calculada pela fórmula:Esforço = carga / área sobre a qual a carga atuaO esforço pode ser medido e expressado em Newton/m2 (Pascal) ou em Newton/mm2 (MegaPascal) e o esforço é a resistência interna de um material diante de uma força externa deformante.No teste de tração, as amostras foram submetidas à força de tração crescente à velocidade constante de 2,50 mm/min até o momento da fratura do corpo de prova, registrando-se a força máxima em que isso ocorreu. No teste de flexão, os corpos de prova foram submetidos à força de flexão crescente à velocidade constante de um mm/min até sua quebra, registrando-se, novamente, a força em que isso ocorreu (Figura 5). Para cada um dos 13 cimentos testados foram realizadas nove repetições para cada condição experimental (tração e flexão), totalizando 234 testes (117 para tração e 117 para flexão).A análise estatística foi realizada utilizando-se os seguintes métodos: média e respectivo desvio padrão, teste de contraste de Tukey e análise de univariância e multivariância. Os programas estatísticos utilizados foram: Microsoft Excel (Office 2007) Statistica for Windows 8.0 (StatSoft Inc., USA) Minitab 14.2 (Minitab Inc., USA) e SPSS for Windows 16.0 (SPSS Inc., USA).
Figura 3 - Posicionamento do corpo de prova para o teste de tração.
Figura 4 - Posicionamento do corpo de prova para o teste de flexão.
Figura 5 - Corpos de prova fraturados após os testes (tração 7A e flexão 1A).
Resultados
Os resultados dos testes de tração estão expressos na Tabela 2 e revelam a resistência final de cada amostra antes da fratura, assim como a média, o desvio padrão e o coeficiente de variação de cada cimento ósseo testado. Os cimentos foram dispostos em ordem decrescente de valores das suas médias quanto à resistência final à fratura.Os resultados dos testes de flexão estão expressos na Tabela 3, mostrando a resistência final de cada amostra antes da fratura, assim como a média, o desvio padrão e o coeficiente de variação de cada cimento ósseo testado. Do mesmo modo, os cimentos foram organizados em ordem decrescente de valores das suas médias quanto à resistência final à fratura.Quanto ao cálculo estatístico foi realizada a análise de variância de resistência para os testes de tração e flexão, Tabelas 4 e 5.A resistência final dos cimentos aos testes de tração e flexão, expressados pelas médias, foi comparada pelo teste de Tukey, resultando nos contrastes, onde médias com letras iguais não têm diferença significante (p>0,05). Os dados de tração se encontram na Tabela 6 e os de flexão na Tabela 7.A diferença de resistência mecânica dos cimentos com antibiótico comparada aos sem antibióticos mostrou queda significante, expressa na Tabela 8 (resistência à tração) e Tabela 9 (resistência à flexão).
Todos os cimentos foram comparados entre si em estudo estatístico pelo teste de contraste de Tukey aplicado aos resultados dos testes de flexão e tração e esses valores foram colocados na Tabela 10. Nesta tabela se descreveu quando presente, a superioridade de um cimento em relação ao outro e o respectivo teste de resistência em que ocorreu a superioridade.DiscussãoA artroplastia total cimentada é um procedimento desafiador e complexo para qualquer cirurgião ortopédico e, desde sua introdução na ortopedia, sendo revolucionário e inovador, permitindo ao paciente realizar suas atividades diárias sem dor.É um procedimento que tende a aumentar em número devido, entre outros fatores, aos avanços da medicina que vem melhorando a qualidade de vida e, consequentemente, a expectativa da vida da população em geral, uma vez que sua maior indicação é o desgaste da articulação. As artroplastias de substituição, apesar dos avanços tecnológicos dos materiais de implante e técnica cirúrgica, continua sendo um procedimento de alto risco e muitas complicações, se não executado corretamente. Uma complicação devastadora para médico e paciente é a soltura do implante, que pode ocorrer por inúmeros fatores, entre eles, a infecção, a quebra do implante e quebra do cimento ósseo. Procuramos neste estudo averiguar se havia diferença na resistência mecânica entre os cimentos ósseos de diferentes fabricantes, comercializados no nosso pais, e comparar a resistência mecânica das amostras sem antibióticos com seus similares com antibiótico para verificar se realmente a presença de antibiótico na fórmula original alteraria a resistência.
São descritos na literatura diversos fatores que podem contribuir para a qualidade do cimento ósseo acrílico quanto à sua resistência mecânica, como: composição do cimento, a adição de substâncias (antibióticos no nosso caso) e método de mistura (formação de bolhas) e sua resistência pode ser mensurada através de vários testes de laboratório de acordo com vários autores(14,21,22). Utilizamos os testes de tração e flexão, pois este último parece ser o melhor para averiguar a resistência mecânica deste tipo de resina, segundo alguns autores, além dessas duas forças serem a de menor resistência em relação à compressão e à fadiga, visto que a falha ou fratura do cimento ósseo ocorre mais frequentemente sob a ação destas duas forças(14,21-23).Na composição dos cimentos ósseos deste trabalho verificamos que, mesmo que pequena, há diferença na composição química. De acordo com a ISO 5833 – ABNT: 2004, a força mínima para o teste de flexão deve ser de 50 MPa, o que reprovou duas amostras dos 13 cimentos ósseos testados nesta força na atual série.Os resultados do teste de resistência à flexão apresentaram o cimento PalacosâR significantemente superior aos demais, seguido pelo cimento SimplexâP. A literatura também aponta os cimentos PalacosâR e SimplexâP como os mais resistentes no teste de flexão(4,11), o que também foi observado nos resultados deste estudo.Já para o teste de tração, de acordo com a ISO 527-1, que recomenda a força mínima de 50 MPa, todas as 13 amostras foram reprovadas no presente estudo, apesar de algumas delas ficarem muito próxima do limite recomendado, como os cimentos PalacosâR, Fix 1â, Impolâ e SimplexâP. Estes também se mostraram significantemente superiores em relação aos demais cimentos.Observamos diferença na resistência mecânica nos testes de tração e flexão, entre as marcas de cimentos ósseos, assim como uma diminuição da resistência das amostras que continham antibiótico na sua formulação original em comparação com seus similares sem antibiótico.O cimento Palacosâ se destacou dos demais por apresentar resistência um pouco maior (nas duas forças), assim como ocorreu nos achados de outros autores(12-14,21-23,31,37).A adição de substâncias também pode influenciar na resistência física do cimento ósseo, descrito por vários autores, e na atual série se procurou averiguar o que ocorre com o cimento ósseo na presença de antibiótico na fórmula original. Desde sua introdução por Buchholz e Engelbrecht (1970) na tentativa de se combater a infecção pós-operatória, a presença de antibiótico na fórmula do cimento é considerado um método eficiente e representa grande avanço no combate e na prevenção das infecções em artroplastias de substituição. Dos 13 cimentos ósseos utilizados neste trabalho cinco continham antibiótico em suas fórmulas originais (PalacosâR - Refobacinâ, SimplexâP com Tobramicina, SimplexâP com Eritromicina, CMWâ1 com Gentamicina e CMWâ3) e todos obtiveram uma diminuição da resistência, tanto em tração como em flexão, em comparação com seus similares sem antibiótico, demonstrando, com isso, que a presença de antibiótico na composição do cimento pode diminuir a resistência final da massa, achado este que está de acordo com alguns autores(14,21-24,31-37).Tal fato não é uma unanimidade na literatura, pois, segundo outros autores, a adição de antibiótico na composição original do cimento ósseo, desde que seja respeitada uma devida proporção de 2 a 3 g ou 7% do peso total do cimento ósseo e que o antibiótico adicionado seja em pó (o líquido diminui a resistência mecânica) não diminui a resistência mecânica do cimento(14,21,29,30,34,40,50-54).Outro fator que influencia na resistência da massa é o método de mistura. Quando o cimento ósseo acrílico começou a ser utilizado nas artroplastias, a mistura dos componentes (pó e líquido) era realizada manualmente, assim como sua introdução no osso. Não se compreendia a importância do preparo adequado do leito ósseo como lavagem exaustiva e secagem local, a fim de diminuir a quantidade de impurezas e sangue na mistura, o que fatalmente enfraqueceria sua resistência mecânica e, por consequência, aumentaria a possibilidade de soltura asséptica do implante. Foi denominada de primeira geração da técnica de cimentação e procuramos realizar o presente estudo baseado nestes conceitos, uma vez que é o método mais frequentemente utilizado em nosso país(7,9,12,13).Vale lembrar que na mistura manual ocorre a entrada de ar na mistura formando bolhas que são visíveis apenas na superfície, uma vez que pela viscosidade do cimento ósseo apenas as bolhas maiores (1,5-2 mm) migram ficando as menores (microbolhas de 1mm) no centro da massa e são essas que podem enfraquecer substancialmente a resistência mecânica final. Apesar de não compararmos, neste trabalho, a influência do tipo de mistura sobre a resistência mecânica do cimento ósseo acrílico sabemos que a mistura à vácuo reduz a porosidade da massa de 5% a 10% para apenas 1%. (17,32,34,36,40-41)Outros tipos de testes devem ser realizados e somados a estes a fim de permitir ao cirurgião ortopédico uma escolha mais criteriosa e segura do cimento ósseo, que pode comprometer a longevidade das artroplastias cimentadas.
Conclusão
Nas condições deste estudo,os resultados obtidos permitiram concluir que:1. Os cimentos ósseos utilizados neste experimento apresentaram diferenças quanto à resistência mecânica à tração e à flexão
2. A presença de antibiótico na composição original dos cimentos ósseos utilizados no presente estudo diminuiu a resistência mecânica nos testes de tração e à flexão.
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Dr.Marcelo Martins (especialista em tumor), Dr.Roberto Queiroz (especialista em quadril), Dr.Fabiano Rebouças (especialista em ombro)
Análise da resistência mecânica de 13 cimentos ósseos acrílicos
Analysis of mechanical resistance of 13 acrylics bone cements
Marcello Martins de Souza
Assistente do Grupo de Oncologia Ortopédica do Hospital do Servidor Público Estadual - SP - IAMSPE. Pós-graduando do Serviço de Ortopedia e Traumatologia do Hospital do Servidor Público Estadual - SP - IAMSPE.
Roberto Dantas Queiroz
Diretor do Serviço de Ortopedia e Traumatologia do Hospital do Servidor Público Estadual - SP - IAMSPE. Mestre e doutor em Ortopedia e Traumatologia pela EPM-UNIFESP. Médico assistente do Centro de Traumatologia do Esporte da EPM-UNIFESP.
Raul González Lima
Professor doutor do Departamento de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica da USP.
Fabiano Rebouças Ribeiro
Médico assistente do Serviço de Ortopedia e Traumatologia do Hospital do Servidor Público Estadual - SP - IAMSPE.
Jacques Waisberg
Coordenador do Programa de Pós-Graduação do Instituto de Assistência Médica ao Servidor Público Estadual de São Paulo. Livre-docente pelo Departamento de Cirurgia da EPM-UNIFESP.
Correspondência:
Dr. Roberto Dantas Queiroz
Rua Borges Lagoa, 1755 - sala 180
1º andar - Vila Clementino
CEP 04038-034 - São Paulo - SP
E-mail: Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo. Especial Ortopedia V 67 Jun/10Indexado LILACS: S0034-72642010006000004
Unitermos: cimento para osso, artroplastia, testes biomecânicos.
Unterms: bone cement, arthroplasty, biomechanical tests.
Sumário
Objetivos: Analisar a resistência mecânica de 13 tipos de cimentos ósseos acrílicos comercializados em nosso país, testando suas propriedades físicas de resistência às forças de tração e de flexão e comparar a resistência dos cimentos ósseos sem antibiótico com seus similares com antibiótico. Método: Foram confeccionados corpos de prova de acordo com a norma regulamentadora vigente (ISO 5833 e ISO 527), utilizando os parâmetros Weibull, onde, para se obter resultados dentro do limite mínimo de erro aceitável de 5%, o número de espécimes testados deve ser de 7 a 11 corpos de provas. Foram selecionamos nove corpos de prova para cada marca. Os testes de tração e de flexão foram realizados no Departamento de Materiais da Faculdade de Odontologia da Universidade de São Paulo - SP com a máquina de ensaio universal Riehle modelo Fs-5, com capacidade de 2.400 kg e com velocidade de 0,02 a 2 polegadas/segundo. Foram anotadas a força (MPa) no momento de fratura dos nove corpos de prova para cada cimento, assim como a média e desvio padrão para o teste de tração e flexão. O estudo estatístico foi realizado pelo teste de contraste de Tukey e pelo teste da análise de variância comparando-se as médias das amostras de cada cimento utilizado. Resultados: Observamos diferença significante entre as amostras selecionadas neste trabalho e diminuição significante na resistência mecânica das amostras que continham antibiótico na sua fórmula original em comparação com seus similares sem antibiótico. Conclusões: Os cimentos ósseos apresentaram diferenças significantes quanto à resistência mecânica à tração e à flexão. A presença de antibiótico na composição original dos cimentos ósseos diminuiu significantemente a resistência mecânica nos testes de tração e flexão.
Sumary
Objectives: The objectives were to determine the strength of thirteen kinds of acrylic bone cements marketed in our country, testing their physical properties to withstand tensile forces and bending and compare the resistance of bone cement without antibiotic with its similar antibiotic. Method: Were made test specimens according to regulatory standards (ISO 5833 and ISO 527) using the parameters Weibull, where to obtain results within the limit of error of 5% the number of specimens to be tested in approximately 7 to 11 bodies of evidence (9 ed specimens for each brand). The tensile tests and bending were performed on a universal testing machine RIEHLE Testing Machines, model Fs-5, with capacity of 2400Kg and speed from 0.02 to 2 inches in the Materials Department, Faculty of Dentistry, University of São Paulo - SP. Results: Were noted strength (MPa) at the time of fracture of the specimens (nine) for each cement, and the mean and standard deviation for the tensile test and flexão.A statistical analysis was performed by analysis variance by Tukey’s contrast comparing the averages of samples of cement, where a statistically significant difference between samples ed in this work as well as a decrease in the strength of the samples containing antibiotic in its original formula in comparison with their counterparts without antibiotic in a range confidence of 5%. Conclusions: In this study, the results showed that: the bone cement used in this study differed in flexural strength and flexural strength and the presence of antibiotic in the original composition of the bone cements decreased resistance mechanical tests in tensile and flexural strength.
Numeração de páginas na revista impressa: 27 à 37ResumoObjetivos: Analisar a resistência mecânica de 13 tipos de cimentos ósseos acrílicos comercializados em nosso país, testando suas propriedades físicas de resistência às forças de tração e de flexão e comparar a resistência dos cimentos ósseos sem antibiótico com seus similares com antibiótico. Método: Foram confeccionados corpos de prova de acordo com a norma regulamentadora vigente (ISO 5833 e ISO 527), utilizando os parâmetros Weibull, onde, para se obter resultados dentro do limite mínimo de erro aceitável de 5%, o número de espécimes testados deve ser de 7 a 11 corpos de provas. Foram selecionamos nove corpos de prova para cada marca. Os testes de tração e de flexão foram realizados no Departamento de Materiais da Faculdade de Odontologia da Universidade de São Paulo - SP com a máquina de ensaio universal Riehle modelo Fs-5, com capacidade de 2.400 kg e com velocidade de 0,02 a 2 polegadas/segundo. Foram anotadas a força (MPa) no momento de fratura dos nove corpos de prova para cada cimento, assim como a média e desvio padrão para o teste de tração e flexão. O estudo estatístico foi realizado pelo teste de contraste de Tukey e pelo teste da análise de variância comparando-se as médias das amostras de cada cimento utilizado. Resultados: Observamos diferença significante entre as amostras selecionadas neste trabalho e diminuição significante na resistência mecânica das amostras que continham antibiótico na sua fórmula original em comparação com seus similares sem antibiótico. Conclusões: Os cimentos ósseos apresentaram diferenças significantes quanto à resistência mecânica à tração e à flexão. A presença de antibiótico na composição original dos cimentos ósseos diminuiu significantemente a resistência mecânica nos testes de tração e flexão. IntroduçãoHoward Haboush, um cirurgião de Nova York, em 1951, usou pela primeira vez uma resina dentária para fixação de uma prótese total de quadril em humano e apresentou tal feito num congresso de cirurgia(1).John Chanrley, renomado cirurgião ortopédico inglês, difundiu o uso da técnica no seu livro sobre cimento ósseo. Referiu, na ocasião, a ideia da utilização da resina dentária ao seu dentista(2-4).É fato que o grande divulgador do conceito de cimentação da prótese total de quadril foi Chanrley que, por meio de seus estudos e empenho em aperfeiçoar essa nova técnica, utilizou, pela primeira vez, resina acrílica específica para o osso em 1965, denominada, então, de cimento ósseo acrílico(2-4).O grande desafio dos cirurgiões ortopédicos nas artroplastias de substituição é realizar um procedimento único e duradouro, ou seja, submeter o doente a apenas uma operação e que esta seja definitiva. Sabemos que a artroplastia de substituição cimentada, apesar de ser um dos maiores avanços em cirurgia ortopédica, tem sua durabilidade limitada devido a vários fatores. Entre esses fatores, o cimento ósseo acrílico tem sua parcela de culpa por ser o elemento mais fraco entre o osso e o implante, resultando numa soltura asséptica da prótese e numa operação de revisão, na qual o índice de mortalidade e morbidade são maiores(7-9).As aplicações do cimento ósseo em ortopedia são: massa para modelamento (regiões de baixas tensões) como, por exemplo, em defeitos ósseos e no preenchimento de cavidades (área de carga) como no caso de tumores ósseos e na fixação de próteses (homogeneizador, amortecedor de altas tensões, principalmente à compreensão). Suas principais funções nas artroplastias de substituição são a estabilização do implante e a transferência de carga do trinômio osso-cimento-implante(2-4,7-9).Fato importante a ser enfatizado é que o cimento ósseo acrílico é o componente mais fraco da cadeia implante-osso, portanto, o insucesso nas artroplastias (soltura da prótese) é muitas vezes creditado a ele. Devido a isso, suas propriedades físicas vêm sendo estudadas com o intuito de melhorar sua qualidade, principalmente a resistência mecânica, uma vez que estudos biomecânicos comparativos entre o polimetilmetacrilato (PMMA) e o osso cortical relatam inferioridade do primeiro em relação ao segundo no que se refere a resistência mecânica à força compressiva (50%-75%), à força tensil (25%), à força de fadiga (50%) e à rigidez (10%)(9). A biomecânica das articulações, principalmente a dos membros inferiores, é muito complexa, havendo várias forças mecânicas que atuam numa artroplastia total de quadril e joelho e, portanto, sobre o cimento ósseo. Não são forças isoladas e sim combinação delas, a saber: compressão, flexão, tração, cisalhamento e torção(4,6,8,9).Desde sua utilização, difundida por Chanrley, em 1965, nas artroplastias de quadril, o cimento ósseo acrílico vem sofrendo modificações decorrentes de estudos de suas propriedades, uma vez que é apontado, por vários autores, como o principal fator desencadeador da falha deste procedimento(4-6,9,10). Mas, não somente suas características mecânicas são estudadas, como também o método de utilização, ou seja, a técnica de cimentação é imprescendível para o sucesso da artroplastia de substituição(11,12,14).Entende-se por cimento ósseo de má qualidade aqueles que apresentam resistência mecânica baixa. Diversos fatores podem contribuir para que ocorra este evento: composição química (peso molecular), tipo de mistura da massa e adição de substâncias na fórmula(7,9).Várias substâncias podem ser misturadas ao cimento ósseo, mas, sem dúvida, a mais interessante e eficaz delas é o antibiótico(15,16).A infecção nas artroplastias de substituição é um verdadeiro desastre, pois, além de acabar com todos os benefícios da cirurgia, impõe difícil solução e, na maioria das vezes, frustrante para médico e paciente. Com o objetivo de diminuir os índices de infecção, em torno de inaceitáveis 11% nos anos 60, Chanrley e Efterkhar introduziram novos métodos como a assepsia dos materiais cirúrgicos e antissepsia do paciente, levando a taxa de infecção ao redor de 1% em conjunto com a antibioticoprofilaxia sistêmica(15,16).Em 1970, na Alemanha, Buchholz e Engelbrecht incorporaram o antibiótico ao cimento ósseo acrílico na tentativa de melhorar o combate contra a infecção pós-operatória e seus estudos revelaram que o antibiótico era liberado de maneira contínua nos tecidos vizinhos ao implante. Mais tarde Buchholz et al.,em 1979, apresentaram excelentes resultados em artroplastias de revisão decorrentes da soltura séptica, em um único tempo com índice de cura acima de 70%(16,17).Surgiria uma nova era na prevenção e combate da infecção operatória nas artroplastias de substituição. Entretanto, a resistência mecânica da massa pode ser comprometida com a introdução de substâncias na sua composição, como os antibióticos(21,22).Devido ao grande interesse deste produto referente às suas características e empregos nas operações, o número de cimentos ósseos no mercado cresceu e, consequentemente, houve a necessidade de criação de regras básicas para a fabricação e testes dos cimentos ósseos a fim de manter a qualidade desta resina. O estudo destas normas nos EUA começou em 1976 e a American Society for Testing Materials (ASTM) publicou a norma F-451-76 Standart Specifications for Acrylic Bone Cements dois anos mais tarde. Na esfera internacional se criou, em 1979, a ISO (International Standart Organization) 5833. No Brasil, essas normas são representadas e orientadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABTN)(18,19).
Materiais e métodosOs cimentos ósseos comerciais utilizados neste estudo foram: Palacos®R, Refobacin®-Palacos®R (Biomet Merck), Simplex®P, Simplex®P com Tobramicina, Simplex®P com Eritromicina (Howmedica Int. S.R.L. Raheen Industrial State Limerick - Ireland) , CMW®1 , CMW®3 , CMW®1 com Gentamicina, Enduranceâ (DePuy International Ltda.), Impol® (Impol Instrumental e Implantes Ltda.), FIX®1 (Groupe Lèpine), Biomecânica® (Biomecânica Ind. e Com. de Produtos ortopédicos Ltda.) e Coller® bond (Collector Ind. e Com. de Produtos Hospitalares Ltda.). Os cimentos acrílicos comerciais são compostos por sistema com duas partes: um pó (polimetilmetacrilato) e um líquido (metilmetacrilato) que são misturados durante o procedimento cirúrgico, formando uma pasta que é inserida na cavidade óssea previamente a introdução do implante. O material endurece aproximadamente 15-20 minutos após a mistura inicial e estabiliza o implante(4). A porção em pó do cimento contém, aproximadamente, 90% do seu peso composto por PMMA ou copolímeros, sendo o restante completado por peróxido de benzoíla (Bpo), iniciador da reação de polimerização, e por sulfato de bário (BaS04) ou dióxido de zircônio (Zr02), ambos radiopacos e pelo antibiótico quando for o caso. A porção líquida do cimento contém três compostos: metilmetacrilato (MMA), N,N dimetil-p-toluidina e hidroquinona que impede a polimerização prematura da mistura.Durante a fase de polimerização da mistura há aumento da temperatura, pois esta é uma reação química exotérmica e um dos produtos desta reação química é o monômero metacrilato de metila, substrato tóxico que induz o aumento da enzima GGTP (gama-glutamil-transpeptidase) na corrente sanguínea, que sinaliza lesão de hepatócitos, diminuindo a pressão arterial e a pressão parcial de 02 no sangue.Este monômero residual combinado com o aumento de temperatura da massa pode provocar a necrose do osso e fibrose entre o cimento e o osso, sendo este um dos fatores de soltura asséptica do implante.A composição química de cada cimento está relacionada na Tabela 1. As informações sobre as composições químicas foram retiradas da bula do próprio cimento.Lewis et al. (2004)(20) descreveram em seu trabalho os parâmetros Weibull, onde para se obter resultados dentro do limite mínimo de erro aceitável de 5%, o número de espécimes testados deve ser de 7 a 11 corpos de provas, padrão esse que é aceito entre os engenheiros mecânicos para esse tipo de teste e, portanto, estamos de acordo com Weibull e com a norma ISO 527-1 que recomenda um mínimo de cinco espécimes a serem testadas para o teste de tração. A norma, ainda, recomenda que para uma maior precisão dos dados devem ser realizados testes em um maior número de corpos de prova. A norma ISO 5833 não especifica um número mínimo de corpos de prova para o teste de flexão, seguimos então o padrão Weibull, já a norma ISO 527-1 determina um mínimo de 5 corpos de prova, o que está de acordo com nossos testes.Durante sua confecção foram reproduzidas situações semelhantes encontradas no ambiente cirúrgico e de acordo com a norma técnica ISO-NBR- 5833/2004 e ISO-527-1. Desse modo, todos os cimentos foram manipulados conforme instruções do fabricante, à temperatura de 24oC (± 2oC) e umidade relativa do ar de 60%(18,19).Para a mistura dos componentes foi realizada a mistura manual: numa cuba seca, limpa e estéril o componente em pó (polímero) foi misturado com o componente líquido (monômero) por meio de espátula cirúrgica, numa velocidade de aproximadamente 1Hz (um ciclo por segundo), até que a mistura adquirisse consistência pastosa mole, o que levou, em média, 30 segundos. Procurou-se durante este processo evitar ao máximo a formação de bolhas, as quais poderiam comprometer o resultado dos testes.Em seguida, a mistura ainda em consistência pastosa foi colocada nos moldes metálicos, que permaneceu por 15 minutos, sob carga de 500 kg em prensa para melhorar a distribuição do cimento nos moldes e para minimizar a formação de bolhas e consecutivamente falhas nos corpos de prova.Todas as amostras foram avaliadas macroscopicamente e as que apresentaram falhas de preenchimento, superfície irregular ou porosidade excessiva (defeitos maiores que 2 mm) foram desprezadas. A seguir, cada amostra (Figura 1), após retirada dos moldes, foi identificada e acondicionada em ambiente laboratorial seco por 24 horas, a temperatura de 30oC e umidade ambiente.
Figura 1 - Corpos de prova.
Figura 2 - Máquina de Ensaio Universal - Riehle. Após essas etapas, os testes de tração e de flexão foram realizados na máquina de ensaio universal Riehle Testing Machines, modelo Fs-5, com capacidade de 2.400 kg e velocidade de 0,02 a 2 polegadas no Departamento de Materiais da Faculdade de Odontologia da Universidade de São Paulo - SP (Figura 2). Cada amostra foi devidamente posicionada na máquina, tanto para o teste de tração como para o de flexão (Figuras 3 e 4, respectivamente), e iniciados os testes à temperatura de 25oC e umidade ambiente.Uma força é uma ação ou influência tal como um empurrão ou tração que, quando aplicada a um corpo livre tende a acelerá-lo ou a deformá-lo. Força = massa X aceleraçãoHá várias forças que podem ser medidas, como tração (tensão), compressão, cisalhamento e flexão.A tensão ou tração é uma força que puxa o material até rompê-lo.A flexão ocorre quando uma peça sofre a ação de cargas tangenciais a sua superfície ou área de seção transversal.O esforço ou estresse é a resistência interna a deformação ou a força interna gerada dentro de uma substância como resultado da aplicação de uma carga externa e é calculada pela fórmula:Esforço = carga / área sobre a qual a carga atuaO esforço pode ser medido e expressado em Newton/m2 (Pascal) ou em Newton/mm2 (MegaPascal) e o esforço é a resistência interna de um material diante de uma força externa deformante.No teste de tração, as amostras foram submetidas à força de tração crescente à velocidade constante de 2,50 mm/min até o momento da fratura do corpo de prova, registrando-se a força máxima em que isso ocorreu. No teste de flexão, os corpos de prova foram submetidos à força de flexão crescente à velocidade constante de um mm/min até sua quebra, registrando-se, novamente, a força em que isso ocorreu (Figura 5). Para cada um dos 13 cimentos testados foram realizadas nove repetições para cada condição experimental (tração e flexão), totalizando 234 testes (117 para tração e 117 para flexão).A análise estatística foi realizada utilizando-se os seguintes métodos: média e respectivo desvio padrão, teste de contraste de Tukey e análise de univariância e multivariância. Os programas estatísticos utilizados foram: Microsoft Excel (Office 2007) Statistica for Windows 8.0 (StatSoft Inc., USA) Minitab 14.2 (Minitab Inc., USA) e SPSS for Windows 16.0 (SPSS Inc., USA).
Figura 3 - Posicionamento do corpo de prova para o teste de tração.
Figura 4 - Posicionamento do corpo de prova para o teste de flexão.
Figura 5 - Corpos de prova fraturados após os testes (tração 7A e flexão 1A).ResultadosOs resultados dos testes de tração estão expressos na Tabela 2 e revelam a resistência final de cada amostra antes da fratura, assim como a média, o desvio padrão e o coeficiente de variação de cada cimento ósseo testado. Os cimentos foram dispostos em ordem decrescente de valores das suas médias quanto à resistência final à fratura.Os resultados dos testes de flexão estão expressos na Tabela 3, mostrando a resistência final de cada amostra antes da fratura, assim como a média, o desvio padrão e o coeficiente de variação de cada cimento ósseo testado. Do mesmo modo, os cimentos foram organizados em ordem decrescente de valores das suas médias quanto à resistência final à fratura.Quanto ao cálculo estatístico foi realizada a análise de variância de resistência para os testes de tração e flexão, Tabelas 4 e 5.A resistência final dos cimentos aos testes de tração e flexão, expressados pelas médias, foi comparada pelo teste de Tukey, resultando nos contrastes, onde médias com letras iguais não têm diferença significante (p>0,05). Os dados de tração se encontram na Tabela 6 e os de flexão na Tabela 7.A diferença de resistência mecânica dos cimentos com antibiótico comparada aos sem antibióticos mostrou queda significante, expressa na Tabela 8 (resistência à tração) e Tabela 9 (resistência à flexão).
Todos os cimentos foram comparados entre si em estudo estatístico pelo teste de contraste de Tukey aplicado aos resultados dos testes de flexão e tração e esses valores foram colocados na Tabela 10. Nesta tabela se descreveu quando presente, a superioridade de um cimento em relação ao outro e o respectivo teste de resistência em que ocorreu a superioridade.DiscussãoA artroplastia total cimentada é um procedimento desafiador e complexo para qualquer cirurgião ortopédico e, desde sua introdução na ortopedia, sendo revolucionário e inovador, permitindo ao paciente realizar suas atividades diárias sem dor.É um procedimento que tende a aumentar em número devido, entre outros fatores, aos avanços da medicina que vem melhorando a qualidade de vida e, consequentemente, a expectativa da vida da população em geral, uma vez que sua maior indicação é o desgaste da articulação. As artroplastias de substituição, apesar dos avanços tecnológicos dos materiais de implante e técnica cirúrgica, continua sendo um procedimento de alto risco e muitas complicações, se não executado corretamente. Uma complicação devastadora para médico e paciente é a soltura do implante, que pode ocorrer por inúmeros fatores, entre eles, a infecção, a quebra do implante e quebra do cimento ósseo. Procuramos neste estudo averiguar se havia diferença na resistência mecânica entre os cimentos ósseos de diferentes fabricantes, comercializados no nosso pais, e comparar a resistência mecânica das amostras sem antibióticos com seus similares com antibiótico para verificar se realmente a presença de antibiótico na fórmula original alteraria a resistência.
São descritos na literatura diversos fatores que podem contribuir para a qualidade do cimento ósseo acrílico quanto à sua resistência mecânica, como: composição do cimento, a adição de substâncias (antibióticos no nosso caso) e método de mistura (formação de bolhas) e sua resistência pode ser mensurada através de vários testes de laboratório de acordo com vários autores(14,21,22). Utilizamos os testes de tração e flexão, pois este último parece ser o melhor para averiguar a resistência mecânica deste tipo de resina, segundo alguns autores, além dessas duas forças serem a de menor resistência em relação à compressão e à fadiga, visto que a falha ou fratura do cimento ósseo ocorre mais frequentemente sob a ação destas duas forças(14,21-23).Na composição dos cimentos ósseos deste trabalho verificamos que, mesmo que pequena, há diferença na composição química. De acordo com a ISO 5833 – ABNT: 2004, a força mínima para o teste de flexão deve ser de 50 MPa, o que reprovou duas amostras dos 13 cimentos ósseos testados nesta força na atual série.Os resultados do teste de resistência à flexão apresentaram o cimento PalacosâR significantemente superior aos demais, seguido pelo cimento SimplexâP. A literatura também aponta os cimentos PalacosâR e SimplexâP como os mais resistentes no teste de flexão(4,11), o que também foi observado nos resultados deste estudo.Já para o teste de tração, de acordo com a ISO 527-1, que recomenda a força mínima de 50 MPa, todas as 13 amostras foram reprovadas no presente estudo, apesar de algumas delas ficarem muito próxima do limite recomendado, como os cimentos PalacosâR, Fix 1â, Impolâ e SimplexâP. Estes também se mostraram significantemente superiores em relação aos demais cimentos.Observamos diferença na resistência mecânica nos testes de tração e flexão, entre as marcas de cimentos ósseos, assim como uma diminuição da resistência das amostras que continham antibiótico na sua formulação original em comparação com seus similares sem antibiótico.O cimento Palacosâ se destacou dos demais por apresentar resistência um pouco maior (nas duas forças), assim como ocorreu nos achados de outros autores(12-14,21-23,31,37).A adição de substâncias também pode influenciar na resistência física do cimento ósseo, descrito por vários autores, e na atual série se procurou averiguar o que ocorre com o cimento ósseo na presença de antibiótico na fórmula original. Desde sua introdução por Buchholz e Engelbrecht (1970) na tentativa de se combater a infecção pós-operatória, a presença de antibiótico na fórmula do cimento é considerado um método eficiente e representa grande avanço no combate e na prevenção das infecções em artroplastias de substituição. Dos 13 cimentos ósseos utilizados neste trabalho cinco continham antibiótico em suas fórmulas originais (PalacosâR - Refobacinâ, SimplexâP com Tobramicina, SimplexâP com Eritromicina, CMWâ1 com Gentamicina e CMWâ3) e todos obtiveram uma diminuição da resistência, tanto em tração como em flexão, em comparação com seus similares sem antibiótico, demonstrando, com isso, que a presença de antibiótico na composição do cimento pode diminuir a resistência final da massa, achado este que está de acordo com alguns autores(14,21-24,31-37).Tal fato não é uma unanimidade na literatura, pois, segundo outros autores, a adição de antibiótico na composição original do cimento ósseo, desde que seja respeitada uma devida proporção de 2 a 3 g ou 7% do peso total do cimento ósseo e que o antibiótico adicionado seja em pó (o líquido diminui a resistência mecânica) não diminui a resistência mecânica do cimento(14,21,29,30,34,40,50-54).Outro fator que influencia na resistência da massa é o método de mistura. Quando o cimento ósseo acrílico começou a ser utilizado nas artroplastias, a mistura dos componentes (pó e líquido) era realizada manualmente, assim como sua introdução no osso. Não se compreendia a importância do preparo adequado do leito ósseo como lavagem exaustiva e secagem local, a fim de diminuir a quantidade de impurezas e sangue na mistura, o que fatalmente enfraqueceria sua resistência mecânica e, por consequência, aumentaria a possibilidade de soltura asséptica do implante. Foi denominada de primeira geração da técnica de cimentação e procuramos realizar o presente estudo baseado nestes conceitos, uma vez que é o método mais frequentemente utilizado em nosso país(7,9,12,13).Vale lembrar que na mistura manual ocorre a entrada de ar na mistura formando bolhas que são visíveis apenas na superfície, uma vez que pela viscosidade do cimento ósseo apenas as bolhas maiores (1,5-2 mm) migram ficando as menores (microbolhas de 1mm) no centro da massa e são essas que podem enfraquecer substancialmente a resistência mecânica final. Apesar de não compararmos, neste trabalho, a influência do tipo de mistura sobre a resistência mecânica do cimento ósseo acrílico sabemos que a mistura à vácuo reduz a porosidade da massa de 5% a 10% para apenas 1%. (17,32,34,36,40-41)Outros tipos de testes devem ser realizados e somados a estes a fim de permitir ao cirurgião ortopédico uma escolha mais criteriosa e segura do cimento ósseo, que pode comprometer a longevidade das artroplastias cimentadas.
ConclusãoNas condições deste estudo,os resultados obtidos permitiram concluir que:1. Os cimentos ósseos utilizados neste experimento apresentaram diferenças quanto à resistência mecânica à tração e à flexão
2. A presença de antibiótico na composição original dos cimentos ósseos utilizados no presente estudo diminuiu a resistência mecânica nos testes de tração e à flexão.
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