Mechanical flexural ex vivo study of osteotomized swine femurs stabilized with two types of polyamide 12 rods / Estudo mecânico de flexão, ex-vivo, de fêmures suínos osteotomizados, estabilizados com dois tipos de haste de poliamida 12

ABSTRACT: Long bone fractures are commonly in surgery routine and several bone imobilization techniques are currently available. Technological progress has enabled to use low cost materials in surgical procedures. Thus, the aim of this study was to evaluate the applicability of polyamide 12 rods, solid and hollow in swine femurs, comparing them through flexion strength. This study had as second aim to fix the locking errors, commom place in interlocking nails, once polyamide 12 allows perforation in any direction by orthopaedic screw. Six groups were used: G1 - eight whole swine femurs; G2 - eight whole swine femurs with drilled medullary canal; G3 - two solid polyamide 12 rods; G4 - two hollow polyamide 12 rods; G5 - eight osteotomized drilled swine femurs with a solid polyamide 12 rod implanted in the medullary canal and locked by four 316L stainless steel screws; and G6 - similar to G5 but using hollow rods instead of solid ones. No significant differences were observed for the modulus of rupture between solid and hollow rods, demonstrating that both rods had similar performances. These results led to the speculation that the addition of other polymers to the hollow rods could increase their strength and thus the bone-implant system. Furthermore, the comparison between G1, G5 and G6 could be analyzed using the finite element method in future. New polymeric materials may be developed based on the data from this study, strengthening the bone-implant system and making possible screws to be placed in any direction, nullifying the detrimental forces on the fracture site.

RESUMO: Fraturas em ossos longos são comumente encontradas na rotina cirúrgica e várias técnicas de imobilização óssea estão disponíveis. Com o avanço tecnológico, tornou-se viável utilizar materiais de baixo custo nos procedimentos, portanto esse estudo objetivou avaliar a aplicabilidade de hastes de poliamida 12, sólidas e vazadas, implantadas em fêmures suínos, comparando-as segundo as forças de flexão e aos erros de bloqueio, corriqueiros nesse implante, uma vez que a poliamida 12 permite sua perfuração em qualquer direção por meio de parafusos ortopédicos. Seis grupos foram usados: G1 - oito fêmures suínos íntegros; G2 - oito fêmures suínos, fresados intramedularmente; G3 - duas hastes maciças de poliamida 12; G4 - duas hastes vazadas de poliamida 12; G5 - oito fêmures suínos osteotomizados e fresados, com haste de poliamida 12 maciça implantada no canal medular e bloqueada com quatro parafusos de aço inoxidável 316L e G6 - diferente de G5 apenas por utilizar hastes vazadas. Não foram observadas diferenças significativas no módulo de ruptura entre hastes sólidas e vazadas, demonstrando que ambas apresentaram o mesmo desempenho. Estes resultados levaram à especulação de que adicionar outros polímeros às hastes vazadas aumentaria sua força e, portanto, do sistema osso-implante. Além disso, a comparação entre G1, G5 e G6 poderia no futuro ser analisada utilizando o método dos elementos finitos. Novos polímeros podem ser desenvolvidos baseando-se nos dados deste estudo, reforçando o sistema osso-implante e também possibilitando o uso de perfurações para o bloqueio no transoperatório em qualquer direção, anulando as forças deletérias atuantes no sítio de fratura.

Análise biomecânica ex vivo de um modelo de haste intramedular de polipropileno para osteossíntese em úmeros de bezerros / Ex vivo biomechanics assay of a model of polypropylene intramedullary nail for calf humeral osteosynthesis

Foram utilizados 12 pares de úmeros obtidos de bezerros machos da raça Holandesa, com idades entre 15 e 30 dias. Os úmeros esquerdos foram mantidos íntegros, e os direitos foram fraturados de forma oblíqua em sua diáfise, na transição entre os terços médio e proximal. A redução da fratura foi feita pela aplicação intramedular de haste de polipropileno, bloqueada por dois parafusos corticais de aço inoxidável, dispostos transversalmente em cada fragmento ósseo. Seis pares de ossos foram submetidos ao teste de compressão, e seis ao teste de flexão, utilizando-se uma máquina universal de ensaios. Nos testes de compressão, as cargas médias de ruptura foram 738,3N e 473,3N, e nos testes de flexão 322,4N e 117,9N, para os ossos íntegros e fraturados, respectivamente. Comparando-se o grupo de ossos fraturados com o grupo de ossos íntegros, verificou-se que o sistema proposto foi capaz de resistir a 66,4 por cento das cargas médias quando submetido à compressão, e a 36,6 por cento quando submetido à flexão. Úmeros fraturados e tratados com haste intramedular de polipropileno apresentaram resistência limitada se comparados aos ossos íntegros.

A total of 12 pairs of humeri from male calves 15 to 30 days old were used. The left humeri remained unchanged and the right ones were fractured in the diaphysis between proximal and middle thirds. The fracture was fixed with a polypropylene intramedullary nail interlocked with two steel bone screws crossed along each segment. Six pairs of bones were subjected to a compression test and the others to a flexural test using a universal testing machine. In the compression tests, the mean rupture loads were 738,3N and 473,3N, and in the flexural tests they were 322,4N and 117,9N for the intact and fractured bones respectively. Fractured bones fixed with the proposed model were able to resist 66.4 percent of the load during compression and 36.6 percent during bending when in comparison to intact bones. Fractured humeri treated with polypropylene intramedullary nail showed limited resistance compared to intact ones.

Sistemas osso-implante ex vivo utilizando haste intramedular polimérica para imobilização de fraturas femorais em bovinos jovens / Ex vivo bone-implant systems using polymeric intramedullary nails for fixation of femoral fractures in young calves

O desenvolvimento de novos aparatos usando materiais disponíveis e de baixo custo pode ser uma alternativa viável para o tratamento cirúrgico de fraturas em ossos longos de bovinos. O objetivo deste estudo foi avaliar a resistência mecânica de fêmures de bovinos jovens com fratura diafiseal, imobilizados com hastes intramedulares bloqueadas, compostas por diferentes polímeros. Para tanto, testes físicos de compressão e flexão, por meio de uma máquina universal de ensaios foram realizados em quatro grupos distintos de seis fêmures obtidos de bovinos jovens. Em um dos grupos, os ossos foram mantidos íntegros (grupo controle), enquanto que os outros os ossos, foram fraturados e imobilizados com uma haste intramedular bloqueada, composta por polipropileno, poliacetal ou poliamida (uma para cada grupo). Independente do polímero utilizado, nenhuma das hastes estudadas ofereceu aos fêmures fraturados resistência comparável ao osso íntegro, quando consideradas em conjunto as forças de flexão e compressão. A concordância desses achados com resultados in vivo previamente publicados, demonstra que a metodologia utilizada para testes ex vivo pode ser útil na seleção de materiais mais resistentes para confecção de novos modelos.

The development of new devices using available and low cost materials may be an useful alternative for the treatment of long bone fractures in large animals. The aim of this study was to evaluate the mechanical strength of young bovine femur with diaphyseal fracture fixed with different polymeric intramedullary nails. Bending and compression tests using a universal machine were carried out in 4 distinct groups of 6 femurs from young calves. In one of the groups bones were intact while in the other three fractured bones were fixed using an intramedullary nail made of polypropylene, polyacetal or polyamide (one for each group). Considering bending and compression tests together, none of the used polymers offered strength to the fractured bones similar to the intact ones. The agreement of this findings with those from previous published in vivo results indicates that the employed ex vivo methods for mechanical assays may be useful in the search of stronger materials to be used in development of new devices.