Artigo de método

Efeitos biomecânicos da decorticação parcial em âncoras de sutura e sutura convencional em diferentes densidades ósseas

DOI:

10.3791/68355

⸱

13 de junho de 2025

 ,  ,  ,  , 
1Sports Medicine Service, Beijing Jishuitan Hospital, Capital Medical University, 2Beijing Research Institute of Traumatology and Orthopaedics, 3State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics (LNM), Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences

* These authors contributed equally

Neste artigo

Resumo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Aqui, descrevemos um protocolo para avaliar os efeitos biomecânicos da decorticação parcial em âncoras de sutura total (ASAs) e âncoras de sutura convencionais (CAs) em ossos de serra de densidades variadas.

Resumo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Embora os testes biomecânicos tenham mostrado uma correlação entre a decorticação e a carga de falha da âncora, os efeitos da decorticação parcial nas propriedades biomecânicas das âncoras de sutura permanecem obscuros. Nosso objetivo foi avaliar os efeitos biomecânicos da decorticação parcial em âncoras de sutura total e âncoras de sutura convencionais em ossos de serra de densidades variadas. As âncoras de sutura foram testadas em ossos de serra não decorticados, parcialmente decorticados e completamente decorticados. Foram avaliados dois tipos de âncoras de sutura e um tipo de âncora convencional. Dois tipos de espuma de poliuretano bifásica foram usados para imitar o osso normal: densidade de 0,32 g / cm3 (20 libras por pé cúbico, pcf 20) e osso osteoporótico: densidade de 0,16 g / cm3 (10 libras por pé cúbico, pcf 10). Cargas cíclicas foram aplicadas e o pico de deslocamento foi registrado. Após testes de carga cíclica, as âncoras sobreviventes foram submetidas a testes de tração até a falha. O número de ciclos, deslocamento de pico, cargas de falha finais e modos de falha foram determinados.

Primeiro, o pico de deslocamento foi significativamente influenciado pela densidade óssea e pelo tipo de âncora: os modelos ósseos normais exibiram menor deslocamento de pico do que os modelos osteoporóticos, e as âncoras convencionais do tipo parafuso demonstraram consistentemente um deslocamento de pico reduzido em comparação com as âncoras de sutura total. Em contraste, a extensão da decorticação óssea - seja não decorticada, parcialmente decorticada ou completamente decorticada - não mostrou efeito significativo no pico de deslocamento. Em segundo lugar, em modelos ósseos osteoporóticos (10 libras por pé cúbico), nenhuma diferença significativa na carga de falha foi observada entre os grupos parcialmente e não decorticados, mas ambos exibiram valores significativamente mais altos do que o grupo completamente decorticado.

Introdução

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

As rupturas do manguito rotador são a causa mais comum de dor no ombro, e o reparo artroscópico do manguito rotador é a principal opção de tratamento devido aos seus resultados clínicos satisfatórios. As âncoras de sutura desempenham um papel crucial neste procedimento. Os avanços nas âncoras de sutura contribuíram para melhorar a estabilidade da ancoragem e aumentar as taxas de cicatrização 1,2,3. As âncoras de sutura (ASAs) são um tipo mais novo de âncoras que consistem principalmente em dois componentes: o material de sutura e a bainha 4,5. Após a inserção no osso, as âncoras são implantadas tensionando o material de sutura dos ASAs para apertar a bainha em várias formas, com a manga comprimida contra o osso cortical 3,6. Em comparação com as âncoras de sutura convencionais (ACs), os ASAs permitem túneis ósseos menores, permitindo maior Consequentemente, essas âncoras estão sendo cada vez mais favorecidas na prática cirúrgica.

A decorticação do footprint do manguito rotador, técnica amplamente adotada no reparo do manguito rotador, facilita a cicatrização tendão-osso por liberar material endógeno da medula óssea9. A decorticação é comumente realizada para melhorar a resposta de cicatrização no local de reparo da âncora de sutura tendão-osso. Introduzida por McLaughlin et al.10 em 1944, essa técnica envolve a criação de uma calha de sangramento ósseo para promover a cicatrização durante o reparo do manguito rotador, induzindo a infiltração de células-tronco mesenquimais, que contribuem para a microvascularização óssea na interface tendínea9. A decorticação parcial envolve a preservação do osso cortical ao redor da âncora de sutura, com a largura da região de preservação correspondendo ao diâmetro da âncora. O osso cortical restante é removido para completar o procedimento de decorticação. Este método visa manter o osso cortical suficiente para a estabilidade da âncora, facilitando os benefícios da decorticação.

Notavelmente, ao contrário dos ACs, os AAS dependem significativamente do osso cortical para fixação 3,6. Essa dependência representa um desafio, pois a decorticação pode diminuir a resistência ao arrancamento dos AAS 11,12. Isso requer que os efeitos da decorticação sejam equilibrados durante o reparo do manguito rotador, o que é potencialmente tratado pela decorticação parcial. Os AAEs são projetados com mecanismos de ancoragem de ajuste forçado que requerem colocação segura sob uma superfície cortical intacta, e sempre houve uma preocupação com os efeitos da decorticação nas propriedades biomecânicas dos AAS 11,12,13,14. Ruder et al.11 avaliaram os efeitos sobre o deslocamento após a carga cíclica e sobre a carga de falha dos ASAs e verificaram que a decorticação diminuiu significativamente a carga de falha sem afetar significativamente o deslocamento médio. Da mesma forma, um estudo biomecânico recente de Natlos et al.12 mediu quantitativamente a espessura cortical usando microtomografia computadorizada em um modelo de ombro de cadáver humano. Seus resultados demonstraram uma forte correlação entre a força de arrancamento dos AAS e a espessura cortical adjacente (P < 0,05).

Testes biomecânicos mostraram uma correlação entre decorticação e carga de falha da âncora, mas as implicações da decorticação parcial nas propriedades biomecânicas dos AAS permanecem obscuras devido à literatura limitada11,12. Portanto, este estudo teve como objetivo avaliar os efeitos da decorticação parcial nas propriedades biomecânicas de ASAs e ACs e comparar as propriedades mecânicas de ASAs e ACs.

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Protocolo

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Este estudo utilizou modelos ósseos sintéticos. Nenhum sujeito humano ou animal estava envolvido, e a aprovação ética não era necessária.

1. Preparação da âncora de sutura

NOTA: Armazene as âncoras em condições secas e de temperatura ambiente até o uso. Os identificadores comerciais são fornecidos na Tabela de Materiais.

  1. Prepare três tipos de âncora.
    1. Selecione a âncora de sutura 1 (ASA1 = UHT). Para seguir este protocolo, certifique-se de que o ASA1 consiste em um tubo de polietileno de ultra-alto peso molecular trançado (UHMWPE) rosqueado com a sutura UHMWPE, com um diâmetro de broca de pré-dilatação de 2.8 mm que se expande para 4.5 mm.
      NOTA: Sua característica estrutural é uma construção cilíndrica dobrável formando uma esfera subcortical após o tensionamento.
  2. Selecione a âncora de sutura 2 (ASA2 = nó em Y). Para seguir este protocolo, certifique-se de que os ASA2 concistam de um tubo de polietileno de ultra-alto peso molecular trançado (UHMWPE) rosqueado com a sutura UHMWPE, com um diâmetro de broca de pré-dilatação de 2.8 mm que se expande para 5.0 mm.
    NOTA: Sua característica estrutural é uma construção cilíndrica dobrável formando uma esfera subcortical após o tensionamento.
  3. Selecione a âncora tipo parafuso convencional (CA = Biosaca-rolhas). Para seguir este protocolo, certifique-se de que o CA seja feito de polieteretercetona (PEEK) com um parafuso de 4.5 mm de diâmetro externo.
    NOTA: Sua característica estrutural é o design totalmente rosqueado.

2. Preparação do modelo ósseo

  1. Seleção do modelo ósseo
    1. Use osso sintético devido às suas propriedades biomecânicas serem comparáveis às do osso cadavérico.
  2. Composição do material
    1. Use dois tipos de espuma de poliuretano bifásica: osso normal: densidade de 0,32 g / cm3 (20 libras por pé cúbico, pcf 20) e osso osteoporótico: densidade de 0,16 g / cm3 (10 libras por pé cúbico, pcf 10) 15 , 16 .
      NOTA: O processo de fabricação pré-aplica o revestimento epóxi preenchido com fibra curta de 3 mm de espessura em apenas uma superfície dos blocos de espuma de poliuretano como um componente integral do material fabricado comercialmente. O lado revestido simula osso cortical, enquanto a espuma de poliuretano porosa não revestida simula osso esponjoso 8,16,17.
  3. Atribuição de grupo aleatório
    NOTA: Consulte a etapa 2.4 para o procedimento de decorticação.
    1. Randomize os blocos ósseos em três grupos de decorticação usando uma sequência gerada por computador:
      1. Para o grupo ND (Sem decorticação), não execute nenhuma decorticação.
      2. Para o grupo PD (Decorticação Parcial), realizar a decorticação a 2,5 mm do ponto de inserção da âncora da sutura.
      3. Para o grupo CD (Decorticação completa), execute a decorticação completa do modelo ósseo.
        NOTA: O deslocamento de 2,5 mm corresponde ao raio de ancoragem de toda a sutura, garantindo a decorticação fora de sua zona de expansão sem interferência de implantação.
  4. Procedimento de decorticação (Figura 1):
    1. Monte uma rebarba redonda de 5,5 mm em uma ferramenta de retificação assistida por computador (consulte a Tabela de Materiais).
    2. Abra o software de controle da ferramenta de retificação de três eixos (consulte a tabela de materiais)
    3. Pressione o botão de reinicialização de emergência até que a luz indicadora pare de piscar.
    4. Clique em Carregar código G e selecione o arquivo de usinagem pré-configurado.
    5. Pressione a tecla TAB para ativar o modo de controle manual.
    6. Use as teclas de seta para mover a cabeça da ferramenta para a posição inicial.
    7. Pressione TAB novamente para sair do modo manual.
    8. Clique no botão Zero para redefinir todos os eixos (X, Y, Z, A) para 0,000 mm.
    9. Clique em Início do ciclo para iniciar o polimento da superfície óssea.
      NOTA: O uso da ferramenta de retificação assistida por computador requer manuseio cuidadoso para evitar ferimentos. Equipamento de proteção adequado, incluindo óculos de segurança e luvas, deve ser usado o tempo todo. Certifique-se de que o botão de parada de emergência permaneça acessível durante a operação.

3. Colocação de implantes

  1. Insira todas as âncoras seguindo as especificações do fabricante: insira os ASAs perpendiculares à superfície do bloco ósseo e os CAs em um ângulo de 45°.
  2. Crie furos piloto usando uma guia de perfuração.
  3. Posicione as âncoras ASA perpendicularmente à superfície óssea (consulte a Tabela de Materiais para obter detalhes sobre as âncoras de sutura usadas no protocolo).
  4. Insira as âncoras CA em um ângulo de 45° em relação à superfície óssea (consulte a Tabela de Materiais para obter detalhes sobre as âncoras de sutura usadas no protocolo).
    NOTA: Implante âncoras ASA até que uma queda repentina na resistência seja sentida (indicando a conclusão da expansão da âncora), confirmada pelo alinhamento visual do marcador a laser no insersor com a superfície cortical. Descarte modelos com anomalias de inserção visíveis.

4. Condições de ensaio

  1. Configuração de testes biomecânicos
    1. Realizar testes biomecânicos usando uma máquina de teste mecânico (Tabela de Materiais).
      1. Prenda os blocos ósseos sintéticos em um gabarito específico para alinhar as suturas de ancoragem com o braço atuador (Figura 2).
      2. Oriente o eixo longo do bloco ósseo em 135° em relação ao atuador de carga.
        NOTA: A orientação de 135° simula condições fisiológicas de tensão do tendão supraespinal em cenários pós-reparo, conforme estabelecido em estudos biomecânicos anteriores 7,13.
  2. Fixação de sutura
    1. Prenda os fios de sutura manualmente em torno de um gancho circular preso à máquina de teste.
    2. Dê um nó de cirurgião e reforce com quatro meios-engates alternados.
    3. Mantenha uma distância de 100 mm entre a âncora de sutura e o gancho.
      NOTA: Consulte a Figura 2 para obter um esquema da configuração de teste.
  3. Pré-carregar aplicativo
    1. Rampa para 10 N a 1 N/s11.
    2. Segure por 5 s para estabelecer a linha de base de deslocamento zero.
  4. Carregamento cíclico
    1. Inicie o software do console de teste mecânico (consulte a Tabela de Materiais).
    2. Navegue até a guia Configuração de teste na interface principal.
    3. Clique em Novo projeto na barra de ferramentas superior para inicializar uma sequência de teste.
    4. Na Biblioteca de Métodos de Teste, localize e selecione o método de Teste Cíclico pré-configurado.
    5. Defina a posição de deslocamento zero durante a aplicação de pré-carga.
    6. Programe o testador mecânico para aplicar carga de 10-60 N na frequência de 1 Hz.
    7. Clique no botão Iniciar (ícone verde) no canto superior direito para iniciar o protocolo de carregamento cíclico.
    8. Execute 200 ciclos consecutivos.
    9. Monitore as curvas cíclicas de carga-deslocamento em tempo real no painel de saída gráfica do lado esquerdo.
    10. Exporte dados de tempo de deslocamento para o software de aquisição conectado (formato .xls).
  5. Teste de puxar até a falha
    1. Inicie o software do console de teste mecânico (consulte a Tabela de Materiais).
    2. Navegue até a guia Configuração de teste na interface principal.
    3. Clique em Novo projeto na barra de ferramentas superior para inicializar uma sequência de teste.
    4. Na Biblioteca de métodos de teste, localize e selecione o método de teste de falha de ancoragem pré-configurado.
    5. Defina a taxa de deslocamento para 33 mm/s.
    6. Clique no botão Iniciar (ícone verde, canto superior direito) para iniciar o protocolo de falha.
    7. Os dados de carga de falha são registrados automaticamente na planilha e podem ser visualizados diretamente. Exporte dados de tempo de carregamento de falha para o software de aquisição conectado (formato .xls).
    8. Classifique os modos de falha como:
      1. Tipo I: Arrancamento da âncora: deslocamento da âncora do osso devido à força de fixação insuficiente ou densidade óssea comprometida, tipicamente observada em condições osteoporóticas.
      2. Tipo II: Recorte de sutura: falha estrutural em que a sutura corta o ilhó da âncora ou as fraturas do ilhó, levando ao deslocamento da sutura ou penetração do tecido.
      3. Tipo III: Quebra do fio de sutura: ruptura do material de sutura causada por tensão excessiva 8,18.

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Resultados

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Teste cíclico
No grupo CD, uma âncora UHT e três âncoras Y-Knot falharam ao serem retiradas dos blocos de teste pcf 10. No grupo PD, uma âncora Y-Knot falhou quando retirada dos blocos de teste pcf 20. No grupo ND, todas as âncoras sobreviveram ao teste cíclico.

Os deslocamentos de pico durante o teste cíclico estão listados na Tabela 1. Notavelmente, não foram observadas diferenças significativas no pico de deslocamento entre os grupos ND, PD e DC, indepen...

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Discussão

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Este estudo analisou os efeitos da decorticação no desempenho biomecânico de âncoras de sutura, examinando dois tipos de AAS e um tipo de AC em blocos ósseos de densidades variadas. O pico de deslocamento foi influenciado pela densidade óssea (menor nos modelos ósseos normais) e pelo tipo de âncora (menor nas âncoras convencionais do tipo parafuso), enquanto a extensão da decorticação não mostrou influência significativa. Nos modelos osteoporóticos, as cargas de falha entre os grupos par...

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Divulgações

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Os autores não têm conflitos de interesse a declarar.

Agradecimentos

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Esta pesquisa foi apoiada pelo Beijing Jishuitan Research Funding (QN202509).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
BiocorkscrewArthrex, Nápoles, EUAAR-1927bcf-45Âncora de sutura convencional tipo parafuso (CA)
Bluehill UniversalNorwood, MA, EUAE10KNBL5086Software de console de teste mecânico
Controle Numérico Computadorizado 2030 Máquina de GravaçãoJPX Technology Co., Shenzhen, ChinaJD2030F400WFerramenta de moagem assistida por computador
Instron, E10k,Norwood, MA, EUAE10KNBL5086Máquina de teste mecânico 
Mach3MillArtSoft Corporation, Sarasota, FL, EUAMach3 R3.043.066Software de controle CNC de 3 eixos
Pcf 10 SawbonePacific Research Laboratories, Vashon, WA, EUA1522-319Modelo ósseo osteoporótico
Pcf 20 SawbonePacific Research Laboratories, Vashon, WA, EUA1522-315Modelo de osso normal
UHTStar, Pequim, ChinaF19000001All-suture âncoras 2 (ASA 1)
Y-Knot RCConMed, Nova York, EUAYPRC02Âncoras de sutura 1 (ASA 2)

Referências

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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