Biomechanical Study of Bone Defects and Unicompartmental Prosthesis Implantation Position in Spontaneous Osteonecrosis of the Knee

Resumo Técnico: Estudo Biomecânico de Defeitos Ósseos e Posicionamento de Implante de Prótese Unicompartimental na Osteonecrose Espontânea do Joelho

Definição do Problema
A Osteonecrose Espontânea do Joelho (SONK) afeta predominantemente o compartimento medial, tornando a Artroplastia Unicompartimental de Joelho (UKA) uma opção viável de tratamento que preserva as estruturas articulares saudáveis. No entanto, a taxa de sobrevivência a longo prazo das próteses de UKA (80–85% em 10 anos) permanece inferior à da Artroplastia Total de Joelho (TKA), sendo o desprendimento asséptico e a subsequente luxação as principais causas de falha. Em casos de SONK, a presença de defeitos ósseos subcondrais complica o procedimento. Quando a profundidade de um defeito ósseo aumenta ou quando a coluna de carga anterior do componente femoral torna-se desalinhada em relação ao defeito, a distribuição de estresse dentro do manto de cimento ósseo é alterada. Isso pode levar à fratura por fadiga do cimento de polimetilmetacrilato (PMMA), acelerando o desprendimento do implante. Atualmente, há uma falta de consenso quantitativo baseado em evidências biomecânicas em relação aos limiares de profundidade seguros para defeitos ósseos femorais e à faixa de posicionamento coronal ideal para o componente femoral em UKA de suporte fixo (FB).

Metodologia
O estudo utilizou a Análise de Elementos Finitos (FEA) para investigar os efeitos biomecânicos da profundidade do defeito ósseo e do posicionamento do componente femoral na distribuição de estresse em UKA de suporte fixo.

• Construção do Modelo: Um modelo de elementos finitos 3D validado de uma articulação do joelho normal foi estabelecido utilizando dados de TC e RM de uma voluntária de 37 anos. O modelo incluiu ossos, cartilagem, ligamentos e meniscos, com materiais definidos como elásticos lineares isotrópicos (exceto para ligamentos, definidos como hiperelásticos neo-Hookean).
• Simulação da Prótese: Uma prótese de suporte fixo Link-Sled® foi modelada e implantada de acordo com os princípios cirúrgicos padrão (alinhamento coronal neutro, inclinação tibial posterior de 5°, osteotomia de 7 mm).
• Grupos Experimentais: Dois grupos de modelos com defeitos ósseos elípticos (eixo maior de 6 mm, eixo menor de 4 mm) no côndilo femoral medial foram criados:
  • Grupo 1 (Profundidade do Defeito): Avaliou profundidades de defeito de 1/3, 2/3 e 3/3 (comprimento total) do pilar de carga anterior, com o componente alinhado ao centro do defeito.
  • Grupo 2 (Translação Medial): Avaliou a translação medial do componente femoral em 1 mm, 3 mm e 5 mm em relação ao centro do defeito, com a profundidade do defeito fixada no comprimento total do pilar.
• Carregamento e Análise: Uma carga concentrada vertical de 1000 N foi aplicada ao longo do eixo mecânico femoral. Os picos de tensões de von Mises foram analisados para o componente femoral, o polietileno, o componente tibial e ambos os mantos de cimento femoral e tibial.
• Validação: O modelo de joelho normal foi validado contra carregamento axial estático e resultados do teste de gaveta anterior da literatura prévia, mostrando distribuições de estresse e deslocamentos consistentes com dados estabelecidos.

Principais Resultados

• Efeito da Profundidade do Defeito: À medida que a profundidade do defeito aumentava, os picos de estresse em todos os componentes e mantos de cimento exibiam uma tendência de ascensão.
  • Componente Femoral: O estresse aumentou de 385,88 MPa (profundidade de 1/3) para 537,58 MPa (profundidade total). A taxa de aumento diminuiu significativamente entre 2/3 e a profundidade total.
  • Polietileno (Liner): O estresse subiu bruscamente quando a profundidade atingiu o comprimento total (de 79,677 MPa em 2/3 para 118,36 MPa na profundidade total).
  • Mantos de Cimento: O manto de cimento do lado femoral apresentou um surto dramático de estresse na profundidade total (18,009 MPa), um aumento de 821,88% em relação à condição de 2/3 de profundidade.
• Efeito da Translação Medial: As mudanças de estresse foram não lineares e altamente sensíveis à distância de translação.
  • Componente Femoral: O pico de estresse saltou de 799,71 MPa (translação de 1 mm) para 1565 MPa (translação de 3 mm), um aumento de 95,70%.
  • Manto de Cimento do Lado Femoral: Na translação medial de 3 mm, o pico de estresse atingiu 129,4 MPa. Este valor excede a resistência à compressão típica do cimento ósseo PMMA (aproximadamente 110 MPa), indicando um alto risco de fratura por fadiga. Na translação de 5 mm, o estresse aumentou ainda mais para 409,54 MPa.
  • Manto de Cimento do Lado Tibial: Embora o estresse tenha aumentado com a translação, permaneceu abaixo da resistência máxima à compressão do cimento em todos os cenários testados.

Principais Contribuições e Alegações
O estudo fornece limiares quantitativos específicos para orientar a tomada de decisão cirúrgica para pacientes com SONK submetidos a FB-UKA:

1. Limiar de Profundidade do Defeito: O estudo identifica que quando a profundidade do defeito ósseo atinge ou excede o comprimento total do pilar de carga anterior do componente femoral, as concentrações de estresse em todos os componentes, particularmente no cimento ósseo, atingem níveis críticos.
2. Limiar de Posicionamento: O estudo estabelece que uma translação medial do componente femoral superior a 3 mm do centro ideal (em relação ao defeito) causa estresse no manto de cimento do lado femoral acima da resistência à compressão do material.
3. Recomendação Clínica: Os autores concluem que, para reduzir o risco de fadiga do manto de cimento, desprendimento do componente e luxação do componente, os cirurgiões devem garantir que:
   • A profundidade do defeito ósseo não exceda o comprimento total do pilar (ou que seja utilizado enxerto ósseo/aumento se exceder).
   • A translação medial do componente femoral seja mantida dentro de 3 mm.

Significância
O artigo afirma que esses achados oferecem uma base teórica para que clínicos escolham entre UKA e TKA e otimizem o posicionamento do implante. Ao aderir à faixa recomendada (profundidade do defeito ≤ comprimento do pilar total e translação medial ≤ 3 mm), a sobrevivência a longo prazo da prótese pode ser melhorada e a estabilidade geral do joelho mantida. O estudo destaca que o posicionamento preciso e o manejo da profundidade do defeito ósseo são críticos para prevenir a falha por fadiga do cimento ósseo, que é um dos principais mecanismos de revisão precoce em pacientes com SONK submetidos à UKA.

Limitações
Os autores reconhecem que o estudo depende de dados de uma única voluntária, o que pode limitar a representatividade da população. Além disso, a simulação focou no carregamento estático da fase de apoio e não replicou totalmente a cocontração muscular dinâmica ou atividades complexas como subir escadas. Finalmente, a análise não investigou os processos de remodelamento ósseo adaptativo a longo prazo sob efeito de stress shielding ou concentração de estresse.