Biomechanical Evidence on Anterior Cruciate Ligament Reconstruction / Análise biomecânica da reconstrução do ligamento cruzado anterior

Abstract Objective Anterior cruciate ligament (ACL) reconstruction is recommended in athletes with high physical demands. Several techniques are used in reconstruction; however, themost relevant question still is the best biomechanical positioning for the graft. The present study aimed to analyze the biomechanical effect of the position of bone tunnels on load distribution and joint kinetics, as well as the medium-term functional outcomes after ACL reconstruction. Methods A biomechanical study using a finite element model of the original knee (without anterior cruciate ligament rupture) and reconstruction of the ACL (neoACL) was performed in four combinations of bone tunnel positions (central femoral-central tibial, anterior femoral-central tibial, posterosuperior femoral-anterior tibial, and central femoral-anterior tibial) using the same type of graft. Each neo-ACL model was compared with the original knee model regarding cartilaginous contact pressure, femoral and meniscal rotation and translation, and ligamentous deformation. Results No neo-ACL model was able to fully replicate the original knee model. When the femoral tunnel was posteriorly positioned, cartilage pressures were 25% lower, and the mobility of the meniscus was 12 to 30% higher compared with the original knee model. When the femoral tunnel was in the anterior position, internal rotation was 50% lower than in the original knee model. Conclusion Results show that the femoral tunnel farther from the central position appears to be more suitable for a distinct behavior regarding the intact joint. The most anterior position increases rotational instability.

Resumo Objetivo A reconstrução do ligamento cruzado anterior é aconselhável sobretudo em atletas de alta demanda física. Diversas técnicas são usadas na reconstrução,mas a grande questão é qual o melhor posicionamento para o enxerto. Analisar o efeito biomecânico da posição dos túneis ósseos na repartição de carga e cinemática da articulação, bemcomo os resultados funcionais em médio prazo, após reconstrução do ligamento cruzado anterior. Métodos Fez-se um estudo de simulação biomecânica computacional com modelos de elementos finitos do joelho original e com reconstrução do ligamento cruzado anterior (Neo-LCA) em quatro combinações de posição dos túneis ósseos (femoral central-tibial central, femoral anterior-tibial central, femoral posterossuperior-tibial anterior e femoral central-tibial anterior) com o mesmo tipo de enxerto. Para cada modelo, foram comparadas a pressão de contato na cartilagem, a rotação e translação do fêmur e dos meniscos e a deformação nos ligamentos. Resultados Nenhum modelo de Neo-LCA foi capaz de reproduzir, na íntegra, o modelo do joelho original. Quando o túnel femoral era colocado em posição mais posterior, observaram-se pressões na cartilagem 25% mais baixas e translação dos meniscos superiores entre 12% e 30% relativamente aomodelo intacto. Quando o túnel femoral estava em posição mais anterior, observou-se uma rotação interna do fêmur 50% inferior ao modelo intacto. Conclusão Os resultados evidenciam que uma localização do túnel femoral mais distante da posição central parece ser mais preponderante para um comportamento mais díspar relativamente à articulação intacta. Na posição mais anterior existe um aumento da instabilidade rotatória.

Fratura periprotética da tíbia combinada com fratura de fadiga da haste tibial de artroplastia total do joelho / Tibial periprosthetic fracture combined with tibial stem stress fracture from total knee arthroplasty

As complicações das artroplastias totais do joelho relacionadas com o próprio material são muito raras, exceto o desgaste do polietileno. Neste artigo os autores reportam o caso de uma paciente do sexo feminino de 58 anos referenciada ao pronto-socorro do nosso hospital por uma fratura periprotética tibial (tipo I da classificação da Mayo Clinic). Uma observação mais cuidadosa mostrou a presença concomitante da referida fratura da tíbia associada à fratura de fadiga da haste tibial. A prótese com a haste foi remetida a um laboratório de biomecânica independente onde foi avaliada e efetuada uma reconstrução com uso de sistema de elementos finitos em CAD de modo a verificar a existência de algum defeito de fabricação e as eventuais causas para o sucedido. Depois de avaliadas diversas hipóteses, concluiu-se que a fratura do material foi provocada por uma sobrecarga na zona de transição prato/haste secundária à falência óssea prévia (fratura). Da avaliação do caso ressalta-se novamente a necessidade de efetuar uma avaliação adequada da mineralização óssea e, em caso de dúvida, utilizar uma haste longa.

Total knee arthroplasty complications related to the prosthetic material are very rare, except for polyethylene wear. We report the case of a 58-year-old woman who came to the emergency service of our hospital with a periprosthetic tibial fracture (Mayo Clinic type I). Careful examination showed that this fracture was concomitantly associated with a tibial stem fatigue fracture. The prosthesis and the stem were sent to an independent biomechanics laboratory for evaluation. A finite-element CAD system was used to make a reconstruction, so as to ascertain whether there had been any manufacturing defect and what the causes of the event might have been. After evaluation of several hypotheses, it was concluded that the fracture in the prosthetic material had been caused by overloading at the plate/stem transition zone secondary to previous bone failure (fracture). From the evaluation of this case, the need to make appropriate assessment of bone mineralization can again be emphasized. In cases of doubt, a longer stem should be used.