Propriedades mecânicas de um parafuso de interferência de magnésio bioabsorvível para reconstrução do ligamento cruzado anterior em vários materiais ósseos testados

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12342 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

As rupturas do ligamento cruzado anterior (LCA) impactam negativamente a estabilidade e a cinemática do joelho. Parafusos de interferência (PIs) são usados ​​para fixação de enxertos na reconstrução do LCA e fornecem força de fixação suficiente para suportar as atividades dos pacientes durante o processo de integração enxerto-osso. O magnésio é um novo material utilizado para fabricar IS devido à sua resistência e bioabsorção. Em estudos anteriores, o desenho IS de magnésio selecionado apresentou melhor desempenho de fixação em comparação ao desenho IS convencional devido ao seu desenho de forma e condição de superfície. Neste estudo, SIs de magnésio bioabsorvíveis foram testados quanto à sua inserção (torque de inserção e número de voltas para implementação do SI) e desempenho de fixação (arrancamento e teste dinâmico). Para obter uma avaliação inicial confiável do desempenho do IS, os IS foram implantados em blocos de espuma de poliuretano Sawbones de 15 por pé cúbico (PCF), modelos de tíbia biomecânica Sawbones com 17 núcleos de espuma PCF e tíbias de cadáveres humanos. Tendões suínos foram usados ​​no teste de extração do bloco de espuma e cordas de náilon foram usadas em todas as outras configurações de teste para evitar influências do próprio material do enxerto ligamentar. No teste de arrancamento, o enxerto foi submetido a uma tensão de tração a uma taxa de 6 mm/min. Para o teste dinâmico foram realizados 1000 ciclos entre 0 e 200 N, seguidos de um teste final de arrancamento. Após cada teste, o padrão de alargamento do túnel foi observado medindo a proporção do túnel no local de inserção. O torque de inserção está dentro do torque normal de inserção dos SI, bem como da tensão ligamentar média antes da inserção. Na configuração do bloco de espuma, a corda de náilon apresentou maior força de arrancamento que o tendão suíno. A comparação de cada configuração utilizando corda de náilon tanto para arrancamento quanto para arrancamento após o teste dinâmico não mostrou diferença significativa entre o bloco de espuma e a configuração de cadáver. No entanto, toda a configuração do modelo de tíbia mostra uma força de arrancamento inesperadamente elevada devido à influência da sua camada cortical. Não houve diferenças estatisticamente significativas no alargamento do túnel entre as construções bloco de espuma-tendão suíno e bloco de espuma-corda de náilon. A resistência à tração dos ISs de magnésio está dentro da faixa típica de tensão do LCA durante as atividades diárias. Embora os resultados dos testes dos IS de magnésio sejam diferentes em cada material ósseo, o IS de magnésio apresenta capacidade de fixação e trabalhabilidade adequadas durante a inserção sem falha do material.

O ligamento cruzado anterior (LCA) influencia a estabilidade e a cinemática da articulação do joelho1. As rupturas do LCA são comuns2 e podem levar a alterações patológicas adicionais dentro e ao redor da articulação do joelho3. A reconstrução intra-articular do LCA com fixação do enxerto por parafuso de interferência (PI) é realizada rotineiramente4,5,6 com taxa de sucesso de 75–95%3,7. Na Alemanha, 81% dos cirurgiões preferiram a fixação com SI, preferencialmente com SI bioabsorvível (60%), especialmente para a tíbia8, onde ocorre principalmente a falha9. Metal permanente (por exemplo, titânio) e SIs poliméricos têm sido utilizados, sem diferenças significativas no resultado clínico10,11. IS metálicos podem causar danos ao enxerto e induzir alargamento do túnel3. O material polimérico é mais fraco que o metal, podendo ocorrer fratura do parafuso durante sua inserção3,12.

O magnésio, um metal leve, é uma excelente alternativa aos materiais metálicos convencionais e diversas características têm sido estudadas3,13,14. Sua bioabsorção e biocompatibilidade em combinação com alta resistência são vantajosas em comparação com outros materiais15. Além disso, ligas de magnésio têm sido utilizadas como material alternativo biodegradável para implantes de fraturas porque suas propriedades mecânicas (módulo de Young, razão de Poisson) são semelhantes às do osso cortical humano16. O magnésio apresenta propriedades de material comparáveis ​​aos ossos e uma taxa de absorção controlada, é radiotransparente e produz baixo artefato de ressonância magnética, com resistência adequada à fixação do enxerto e biodegradabilidade após implantação em humanos. Além da seleção do material, os parâmetros de projeto do IS, como o perfil do talude e as condições da superfície, também influenciam o desempenho do IS. Em um estudo anterior, o projeto IS de magnésio selecionado para este estudo resultou em um resultado promissor em comparação ao projeto IS convencional, dado seu perfil de inclinação e condição da superfície . O desempenho mecânico do SI de magnésio pode ser avaliado considerando dois parâmetros: torque de inserção e força de fixação. O método de teste de desempenho para ISs se aproximou da diretriz para teste in vitro dos ligamentos cruzados e reconstrução ligamentar17 e foi adaptado da especificação padrão e métodos de teste para parafusos ósseos médicos metálicos (ASTM F543). A resistência da fixação é determinada através de um teste de arrancamento (teste de carga até a falha) e por um teste dinâmico. O teste de arrancamento pode ser realizado com taxa de arrancamento variando de 5 a 1000 mm/min17. O teste dinâmico é realizado através de 1.000 ciclos que podem avaliar a resposta inicial do construto IS-enxerto17. O ligamento deve ser pré-condicionado de maneira baixa carga cíclica, por exemplo, com 20 ciclos variando entre 0 e 50 N18. Três materiais são comumente empregados para testes de EI: blocos de espuma de poliuretano, modelo de tíbia Sawbones e joelhos de cadáveres humanos3,4,19,20,21,22. Devido às variações nos testes em termos de desenho do parafuso, material ósseo e configuração do teste, é difícil comparar todos os resultados de um teste com outro.