Mechanicals properties of an osteosynthesis system of relative stability

Neste trabalho foram estudadas as propriedades mecânicas de um novo sistema de osteossíntese metálica (SPS® - Sistema Pengo de Síntese) por meio de ensaios mecânicos de flexão e torção. Os SPS® foram montados e fixados em bastões cilíndricos de madeira. Para os ensaios mecânicos foram adotados nove grupos de modelos em função dos três comprimentos de placas e das três distâncias de montagem entre as placas. Os ensaios de flexão foram realizados com o SPS® na posição lateral em relação ao eixo de movimentação da máquina de ensaios. Para os ensaios de torção não se adotou nenhuma posição específica do SPS®. Os resultados das propriedades de rigidez e da deflexão do SPS®, nos ensaios mecânicos de flexão e torção, tiveram a interferência das variantes números de furos nas placas e o espaço entre as placas, ou seja, quanto maior o número de furos nas placas e menor o espaço entre elas maior a rigidez e menor a deflexão. Conclui-se que a rigidez e a deflexão variaram proporcionalmente ao número de furos nas placas e ao espaço entre elas.In this study, the mechanical properties of a new metallic system for bone synthesis (SPS® - Synthesis Pengo System) were investigated by means of flexion and torsion mechanical tests. The SPS® systems were assembled in cylindrical wood sticks using stainless steel cortical bolts. Nine groups of models were adopted for tests according to the three plate lengths and the three assembly distances. Flexion tests were performed with the SPS® systems positioned laterally to the assay machine's dislocation axis. For the torsion tests, the SPS® systems were placed in no specific position. The SPS® stiffness and deflection results obtained with the flexion and torsion mechanical tests were dependent on the number of holes on the plates and on the distance between the plates mounted in the wood stick, that is, the higher the number of holes and the shorter the distance between plates, the higher the stiffness and the lower the deflection. It can be concluded that stiffness and deflection changed proportionally to the number of the holes in the plates and the distance between them

Neuromuscular electric stimulation and manual passive stretching when recovering mechanical properties of immobilized gastrocnemius muscles

Avaliamos a influência da imobilização, remobilização livre, remobilização com alongamento passivo manual, remobilização com estimulação elétrica neuromuscular (NMES) e remobilização por NMES e alongamento passivo manual associados sobre algumas propriedades mecânicas do músculo gastrocnêmio de ratas. Foram avaliadas 60 ratas divididas em seis grupos.Um destes grupos foi usado como controle. Todos os outros grupos tiveram o membro posterior direito imobilizado por 14 dias consecutivos. Destes grupos um foi imobilizado e em seguida avaliado, um foi liberado da imobilização e permaneceu nas gaiolas plásticas por 10 dias, outro foi submetido a técnica de alongamento passivo manual por 10 dias consecutivos, outro foi submetido a NMES por 10 dias consecutivos e o último foi submetido a NMES somado ao alongamento passivo manual por 10 dias consecutivos. Observamos que a imobilização reduziu os valores das propriedades mecânicas avaliadas no músculo. A remobilização livre não restabeleceu nenhuma das propriedades avaliadas. A remobilização por alongamento passivo manual devolveu ao músculo as propriedades de alongamento no limite de proporcionalidade, rigidez e resiliência. A remobilização estimulada por NMES restabeleceu todas as propriedades estudadas. A remobilização por NMES somada ao alongamento passivo restabeleceu as propriedades mecânicas de alongamento no limite máximo e de proporcionalidade e rigidez.We evaluated the influence of immobilization, free remobilization, remobilization with manual passive stretching, remobilization with neuromuscular electric stimulation (NMES) and remobilization with electric stimulation and associated passive stretching on some mechanical properties of the gastrocnemius muscle of female rats. Sixty female rats were assessed, being distributed into 6 experimental groups. One of these groups served as control. The animals of the five remaining groups had their right posterior limb immobilized for 14 consecutive days. From the five groups, one was sacrificed right after the immobilization period, a second group was released from immobilization, a third was submitted to the manual passive stretching technique for 10 consecutive days, a fourth was submitted to NMES for 10 consecutive days and the last one was submitted to NMES and manual passive stretching for 10 consecutive days. We found that the immobilization caused a significant reduction of the mechanical properties values evaluated on the muscle. The free remobilization could not reestablish any of the properties. The remobilization by manual passive stretching restored the mechanical properties of stretching at the proportionality limit, stiffness and resilience. The remobilization stimulated by NMES reestablished all of studied properties. The remobilization by electric stimulation and passive stretching reestablished the mechanical properties of stretching at the maximum limit, proportionality limit, and stiffness

Influencia del soporte y de la fijación anterior sobre la resistencia mecánica del fijador interno vertebralartrodesis cervical anterior por hernia del disco cervica

OBJETIVO: avaliar a influência da reconstrução e fixação anterior no desempenho mecânico do fixador interno da coluna vertebral. MÉTODOS: foram formados três grupos experimentais de acordo com a reconstrução e fixação anterior: grupo I -sem suporte anterior; grupo II - com suporte anterior; grupo III - com suporte e fixação anterior. Os corpos de prova foram submetidos a ensaios mecânicos de flexo-compressão, flexão lateral e torção, realizados em máquina de universal de ensaios, tendo sido realizados dez ensaios para cada modalidade (flexo-compressão, flexão lateral e torção) em cada grupo experimental, perfazendo um total de 90 ensaios mecânicos. As propriedades mecânicas estudadas foram: o momento-fletor, o torque e a rigidez obtidos a partir da curva carga x deflexão de cada ensaio mecânico. RESULTADOS: observou-se que a colocação do suporte e da fixação anterior aumentou a resistência mecânica nos ensaios de flexo-compressão. Nos ensaios de flexão lateral observou-se aumento da resistência mecânica somente com a fixação anterior. CONCLUSÃO: nos ensaios de torção o suporte anterior e a fixação anterior não aumentaram a resistência mecânica do sistema de fixação vertebral.OBJECTIVE: evaluation of the mechanical stability of the internal vertebral fixation through the influence of the anterior load bearing reconstruction and stabilization. METHODS: cylindrical woods blocks were utilized as test bodies and were stabilized by an internal fixation. Three experimental groups were set according to the anterior reconstruction and fixation: group I - without anterior support; group II - with anterior support and group III - with support and anterior fixation. In an universal assay machine the wood block underwent to flexion-compression, lateral flexion and torsion mechanical assays, until ten assays of each modality were performed (flexion-compression, lateral compression and torsion) in each experimental group, in a total of 90 mechanical assays. The studied mechanical proprieties were the flex moment, torsion moment and the stiffness, obtained through the load x deflection of each mechanical trial. RESULTS: it was observed that utilizing a support and anterior fixation there has been na increased mechanical stiffness in the flexion-compression mechanical assays. In the lateral flexion tests it was observed an increased rigidity only with the anterior fixation. CONCLUSION: with the torsion tests the anterior support and fixation did not increase the mechanical rigidity of the vertebral fixation system.OBJETIVO: evaluar la influencia de la reconstrucción y fijación anterior en el desempeño mecánico del fijador interno de la columna vertebral. MÉTODOS: fueron formados tres grupos experimentales de acuerdo com la reconstrucción y fijación anterior: grupo I- sin soporte anterior, grupo II- con soporte anterior y grupo III- con soporte y fijación anterior. Los cuerpos de prueba fueron sometidos a ensayos mecánicos de flexocompresión, flexión lateral y torción, realizados en la máquina universal de ensayos, habiéndose realizados 10 ensayos para cada modalidad (flexocompresión, flexión lateral y torción) en cada grupo experimental,con untotal de 90 ensayos mecánicos. Las propiedades mecánicas estudiadas fueron el momento-flexor, la torción y la rigidez obtenidas a partir de la curva carga x deflexión de cada ensayo mecánico. RESULTADOS: fue observado que la colocación del soporte y de la fijación anterior aumentaron la resistencia mecánica en los ensayos de flexo-compresión. En los ensayos de flexión lateral fue observado aumento de la resistencia mecánica solamente con la fijación anterior. CONCLUSIÓN: en los ensayos de torción, el soporte anterior y la fijación anterior no aumentaron la resistencia mecánica del sistema de fijación vertebral

Mechanical effects caused by the variation of the load screw inclination in the orifice of the dynamic compression plate

OBJETIVO: Avaliar os efeitos mecânicos da inclinação do parafuso excêntrico sobre a compressão axial com placa. MÉTODOS: Corpos de prova artificiais simulando fragmentos de osso diafisário foram fixados com placa DCP® de 4,5mm de sete orifícios. Uma célula de carga registrou as forças de compressão axial no intervalo entre os fragmentos. Guias de perfuração excêntrica com inclinações em relação ao plano longitudinal e transversal da placa foram confeccionados para o experimento. A compressão foi medida em dois diferentes sítios do foco de fratura virtual. De acordo com a magnitude da inclinação e sua direção em relação ao orifício da placa, oito diferentes grupos foram constituídos. Os ensaios mecânicos registraram a força máxima e a força máxima efetiva. RESULTADOS: A inclinação do parafuso em direção contrária à da rampa de deslizamento do orifício da placa foi acompanhada de diminuição nos valores médios de força máxima e força máxima efetiva de compressão 0º > 10ºi (p < 0,001), 0º > 20ºi (p < 0,001), 0º > 25ºi (p < 0,001). CONCLUSÃO: Em modelo experimental, utilizando-se placas do tipo DCP® não pré-tensionadas, a inclinação na inserção de parafusos excêntricos promoveu alterações nos valores médios da força de compressão axial. Houve diferenças significativas (p < 0,05) para menos na compressão axial obtida na cortical subjacente à placa, quando da inserção de parafusos inclinados no plano longitudinal com direção oposta à da rampa de deslizamento do orifício DCP®.OBJECTIVE: To evaluate the mechanical effects of sloping the load screw on the axial compression with a dynamic plate. METHODS: Artificial parts simulating shaft fragments were fixated with a 4.5 mm, 7 orifice DCP® plate. A load cell recorded axial compression loads in the space between fragments. Eccentric perforation guides with inclinations to the longitudinal and transversal plan of the plate were made for the experiment. Compression was measured in two different sites of the virtual fracture focus. Eight different groups were formed according to the magnitude of inclination and its direction based on the plate orifice. Mechanical assays recorded maximum load and effective maximum load. RESULTS: Screw inclination contrary to the plate orifice sliding slope was related to decreased mean values of maximum compression load and maximum effective compression load 0º > 10ºi (p < 0,001), 0 > 20ºi (p < 0,001), 0º > 25ºi (p < 0,001). CONCLUSION: In an experimental model, using non pre-stressed DCP® plates, the inclination upon inserting load screws brought about changes in the mean values of axial compression load. There significant differences (p < 0,05) to lower axial compression obtained in the cortical adjacent to the plate when the screws were inserted in inclination with the longitudinal plane in the opposite direction of the sliding slope of the DCP® orifice

The elasticity of the medial collateral ligament of the canine elbow joint does not come from elastin

A literatura relata que ligamentos consistem de tecido conjuntivo denso, composto por água, colágeno tipos I e III, diversas proteoglicanas, pouca elastina e várias outras substâncias. Além disso, os ligamentos, quando testados in vitro com tensão longitudinal e unidirecional, apresentam um comportamento mecânico não-linear, ou seja, as fibras colágenas são alongadas aos poucos, perdendo seu padrão ondulado, até que todas estejam no limite máximo de tração e iniciem o rompimento. Portanto, no presente estudo avaliou-se a presença de fibras elásticas (elastina) no ligamento colateral medial do cotovelo de cães adultos para ponderar se a elasticidade do referido ligamento deve-se à presença de fibras elásticas ou às propriedades elásticas do colágeno ou à combinação de ambas. Foram utilizadas quatro articulações, de machos e fêmeas em igual proporção, das quais foram adquiridas as amostras das porções médias dos ligamentos colaterais mediais para a rotina histológica. Os cortes foram corados pela técnica de Weigert, e não foi observada a presença de fibras elásticas, detectável por esta técnica à microscopia de luz. Concluiu-se que a elasticidade do ligamento colateral medial do cotovelo de cão deve-se, principalmente, ao padrão ondulado das fibras colágenas, devido à quantidade ínfima ou até à inexistência de fibras elásticas nesta estrutura.The literature reports that ligaments consist of connective tissue, composed by water, Type I and III collagen, several proteoglycans, some elastin and other substances. Ligaments tested in vitro with longitudinal and unidirectional tension exhibit non-linear mechanical behavior; the collagen fibers are stretched little by little, losing their undulating pattern, until reaching the maximum limit of traction and failure begins. The aim of the present study was to assess the presence of elastin in the medial collateral ligament of the elbow in adult dogs to determine whether the stretching of this ligament is due to the presence of elastic fibers, the elastic property of the collagen or the combination of both. Four joints were used from males and females in equal proportion, taking the medial collateral ligaments for the histological examination. To detect the presence of elastic fibers, sections were stained using the Weigert method. However, light microscopy revealed no elastic fibers. It was concluded that the elasticity of the canine elbow medial collateral ligament is mainly due to the undulated pattern of the collagen fibers, considering the trace amount or inexistence of elastic fibers in this structure

Estudo comparativo da resistência à tração do peritônio (bovino, eqüino, suíno e canino) a fresco e conservado em glicerina

Inúmeras moléstias, tais como neoplasias, traumatismos, abscessos, nódulos parasitários, podem comprometer a função normal de um órgão. Isto torna necessária, muitas vezes, a correção cirúrgica com a utilização de implantes, entre eles, as membranas biológicas. A finalidade deste trabalho foi testar e analisar a influência da glicerina na resistência à tração e na elasticidade de peritônios de bovino, eqüino, suíno e canino, assim como estabelecer uma comparação entre as membranas das espécies citadas, e suas alterações histológicas. Para isso, após o sacrifício dos animais, foram retiradas amostras de peritônio,  padronizadas para cada espécie. Foram obtidos, então, os corpos de prova, padronizados nas dimensões de 6 mm de largura e 50 mm dé comprimento. Os ensaios de tração foram realizados em corpos de prova a fresco e em outros mantidos em glicerina durante 15, 30 e 60 dias. Os testes foram realizados em Máquina Universal de Ensaio. Após o teste mecânico de tração, os corpos de prova foram fixados, e cortes histológicos, corados pelo método de Hematoxilina-Eosina, foram obtidos e analisados. Os resultados da tração do peritônio a fresco bovino,  eqüino, suíno e canino, quando analisados os alongamentos em função das cargas aplicadas, mostraram comportamentos heterogêneos, e o ponto de ruptura das membranas foi bastante diferente entre as espécies

Estudo comparativo da resistência à tração do peritônio (bovino, eqüino, suíno e canino) a fresco e conservado em glicerina

Several factors such as neoplasia, trauma, abscess and parasitic nodules can impair normal function of the organs. When it happens, it is often necessary to perform a surgical correction using implants made of biological membranes or synthetic material. Our objectives were to evaluate how glycerin 98% can influence the resistance and elasticity ofequine, swine, bovine and canine peritoneus to be used as implants, and to determine the nature of their histological structures. Standard pieces, 6 mm width - 50 mm lenght, both fresh and glycerinated for 15, 30 and 60 days were submitted to the ratio of maximum strength. Tests were carried out using Universal Assay Machine. Right after the strength tests, the membrane pieces were fixed in formaline and processed for histological examination after hematoxylin-eosin staining. Considering the stretching range caused by traction, data showed that the different membranes did not present the same resistance, and rupture points among the 4 samples were also different.Inúmeras moléstias, tais como neoplasias, traumatismos, abscessos, nódulos parasitários, podem comprometer a função normal de um órgão. Isto torna necessária, muitas vezes, a correção cirúrgica com a utilização de implantes, entre eles, as membranas biológicas. A finalidade deste trabalho foi testar e analisar a influência da glicerina na resistência à tração e na elasticidade de peritônios de bovino, eqüino, suíno e canino, assim como estabelecer uma comparação entre as membranas das espécies citadas, e suas alterações histológicas. Para isso, após o sacrifício dos animais, foram retiradas amostras de peritônio,  padronizadas para cada espécie. Foram obtidos, então, os corpos de prova, padronizados nas dimensões de 6 mm de largura e 50 mm dé comprimento. Os ensaios de tração foram realizados em corpos de prova a fresco e em outros mantidos em glicerina durante 15, 30 e 60 dias. Os testes foram realizados em Máquina Universal de Ensaio. Após o teste mecânico de tração, os corpos de prova foram fixados, e cortes histológicos, corados pelo método de Hematoxilina-Eosina, foram obtidos e analisados. Os resultados da tração do peritônio a fresco bovino,  eqüino, suíno e canino, quando analisados os alongamentos em função das cargas aplicadas, mostraram comportamentos heterogêneos, e o ponto de ruptura das membranas foi bastante diferente entre as espécies

Histomorphometric analysis of bone-screw interface of expansive cervical screw

OBJETIVO: Realizar estudo experimental para a avaliação histomorfométrica da interface óssea dos parafusos expansores utilizados no sistema de fixação anterior da coluna cervical. Métodos: Foram utilizadas no estudo cinco vértebras cervicais de ovelhas (C4), nas quais os parafusos foram inseridos. O parafuso expansor de 18,5mm de comprimento e 5,0mm de diâmetro externo (Ulrich) foi inserido em ambos os lados da véterbra C4. No lado esquerdo o parafuso era inserido sem o parafuso interno de expansão e, no lado direito, com o parafuso de expansão interna. Na porção inferior da vértebra foi confeccionado o orifício-piloto com broca de 2,5mm sem a introdução de implante. A região da vértebra contendo os parafusos e o orifício-piloto foi preparada para estudo histológico da interface dos implantes e o tecido ósseo da parede do orifício-piloto. Por meio do estudo histomorfométrico foi avaliada a densidade óssea total, a densidade óssea externa (fora da rosca do parafuso), a densidade interna (dentro da rosca do parafuso) e a medida linear de contato entre o tecido ósseo e o implante. RESULTADOS: A densidade óssea total foi maior no grupo I (parafuso expandido) em relação ao grupo III (controle). A densidade óssea externa foi maior nos grupos I (parafuso expandido) e II (não expandido) em relação ao grupo III. A densidade interna foi maior no grupo I em relação aos grupos II e III e maior no grupo II em relação ao grupo III. O contato linear foi maior no grupo I em relação aos grupos II e III. CONCLUSÃO: As alterações da estrutura do tecido ósseo ao redor dos parafusos expansores, detectadas imediatamente após a sua aplicação, forneceram subsídios para o entendimento da maior resistência ao arrancamento desses implantes, que poderiam estar relacionadas com a compactação do osso esponjoso ao redor do mesmo, proporcionando maior área de contato entre o implante e o tecido ósseo.OBJECTIVE: To perform an experimental study for the Histomorphometric analysis of the bone interface of expansive screws used in the anterior cervical spine fixation system. METHODS: Five sheep cervical vertebrae (C4) were used in the study, in which screws were inserted. The 18.5 mm long and 5.0 mm outer diameter expansive screws (Ulrich) were inserted in both sides of the C4 vertebra. On the left side, the screw was inserted without the internal expansive screw, which was used on the right side. A pilot hole was made on the lower portion of the vertebra with a 2.5 mm bore, but no implant was introduced. The vertebral region containing the screws and the pilot hole was prepared for a histological study of the interface between implants and bone screws, and of the pilot hole wall. Histomorphometric analysis evaluated total bone density, external bone density (outside the screw thread), internal density (inside the screw thread) and the linear measurement of the contact between bone tissue and the implant. RESULTS: Total bone density was greater in group I (expansive screw) as compared to group III (control). External bone density was greater in groups I (expansive screw) and II (non-expansive screw) when compared to group III. Internal bone density was greater in group I when compared to groups II and III, and greater in group II when compared to group III. Linear contact was greater in group I when compared to groups II and III. CONCLUSION: structural changes around expansive screws detected immediately after their application provide subsidies for a better understanding of the greater tearing resistance of the implant, which could be related to the compacting of cancellous bone around the implant, while providing a larger contact area between the implant and the bone tissue

The influence of insertion torque on pedicular screws' pullout resistance

Foram realizados ensaios mecânicos para avaliação do torque de inserção na resistência ao arrancamento dos parafusos pediculares. Foram utilizadas no estudo 30 vértebras de suínos da raça Landrace, nas quais parafusos de 5mm foram inseridos nos pedículos vertebrais. O orifício piloto foi realizado com brocas de 2,5mm, 3,8mm e 4,5mm. Foram realizados ensaios mecânicos de arrancamento dos implantes em máquina universal de testes. Foi observado aumento do torque de inserção dos parafusos com a perfuração do orifício piloto com diâmetro menor que o diâmetro interno do parafuso, e redução com o orifício piloto maior que o diâmetro interno do parafuso. Foi observada diferença estatística entre os valores do torque de inserção. A resistência ao arrancamento dos implantes aumentou com a perfuração do orifício piloto com valores menores que o diâmetro interno do parafuso e diminuiu com a perfuração com diâmetro maior que o diâmetro interno do parafuso. Foi observada diferença estatística dos valores da resistência ao arrancamento dos implantes apenas com a perfuração do orifício piloto com diâmetro maior que o diâmetro interno do parafuso.Mechanical assays were performed in order to evaluate the effect of the insertion torque on the pullout resistance of pedicular screws. Thirty vertebrae of Landrace pigs were used in the study, with 5-mm screws being inserted into the vertebral pedicles. The pilot hole was drilled with 1.5, 3.8 and 4.5 mm burrs. Mechanical assays of implant pullout resistance were performed with a universal testing machine. An increase in the insertion torque of the screws was observed when a pilot hole with a smaller diameter than the inner diameter of the screw was drilled, and a reduction was observed when the diameter of the pilot hole was larger than the inner diameter of the screw. A statistically significant difference in the insertion torque values was observed. The pullout resistance of the implants increased when the pilot hole had a smaller diameter than the inner diameter of the screw and decreased when the pilot hole had a larger diameter than the inner diameter of the screw. A statistically significant difference in implant pullout resistance was observed only when the diameter of the pilot hole was larger than the inner diameter of the screw.FAPESCAPES - PROBRA

Open wedge tibial osteotomy: biomechanical relevance of the opposite cortex for the fixation method

OBJETIVO: Avaliar o impacto da integridade da cortical lateral osteo-tomia alta de tíbia (OAT) com cunha de abertura. MÉTODOS: Modelos experimentais artificiais em poliuretano foram fixados com placa DCP® 4,5mm. Cunhas de abertura foram confeccionadas para simular a distração da osteotomia alta da tíbia. Realizadas falhas na cortical lateral para simular fraturas e fixadas com diferentes tipos de parafusos. Ensaios de torção e compressão axial foram realizados. 04 diferentes grupos foram constituídos. RESULTADOS: As medidas de torção registradas no grupo com cortical íntegra foram superiores àquelas obtidas no grupo com cortical rompida (p<0,001) e estatisticamente equivalentes aos grupos com cortical rompida associado à parafuso de estabilização lateral de compressão ou de posição (p&gt;0,05). As medidas de compressão obtidas no grupo com cortical íntegra foram superiores aos demais grupos (p<0,001). Em torção e compressão não houve diferença estatística entre os tipos de parafuso de estabilização lateral (p&gt;0,05). CONCLUSÃO: A cortical lateral íntegra agrega estabilidade às osteotomias com cunha de abertura medial. Modelo com cortical íntegra evidenciou superioridade biomecânica em rigidez nos ensaios de torção e compressão. Nos ensaios torcionais, os modelos com falha de continuidade cortical com parafusos de estabilização lateral de compressão ou de posição apresentaram equivalência aos modelos com cortical íntegra.OBJECTIVE: To evaluate the role of lateral tibial cortex integrity in open wedge tibial osteotomy (OWTO). METHODS: Experimental models of polyurethane fibers, simulating tibial models and modified with open wedge osteotomies were fixed with DCP® straight 4.5 mm plates. Four groups were constituted: two with cortical integrity and two with a gap in the lateral tibial cortex. Biomechanical analysis of torsion and axial compression were performed. RESULTS: The measures of twist recorded in the group with cortical integrity were higher than those obtained in the group with noncontinuous cortices (p <0.001). The groups with cortical gap on the lateral side that were fixed with screws had a biomechanical behavior comparable to the group with cortical integrity. Measures of compression obtained in the group with full cortical integrity were greater than those of other groups (p <0.001). In torsion and compression, no statistical difference between lag and position screws on the lateral cortical was demonstrated (p&gt;0.05). CONCLUSION: Integrity of lateral tibial cortex adds stability to open wedge tibial osteotomies. Models with lateral cortical integrity demonstrated superiority in biomechanical stiffness even under torsion or compression. In torsion tests, models with a gap on the lateral cortex, fixed with a lag or position screw to promote lateral stabilization had similar biomechanical behavior to those with lateral cortex integrity