Análise das propriedades mecânicas do ligamento cruzado anterior, ligamento da patela e tendão do músculo semitendíneo triplicado: estudo experimental em cadáveres humanos

Abstract

Com o objetivo de se comparar as propriedades mecânicas do ligamento cruzado anterior (LCA), dos 10 mm do terço central do ligamento da patela (LP), e do tendão do músculo semitendíneo triplicado (STT) do mesmo doador, foram realizados ensaios de tração em material obtido de 19 cadáveres humanos. A idade dos doadores foi de 40 11 anos (18-55 anos), sendo 15 (78,9%) masculinos e 4 (21,1%) femininos, 12 brancos (63,1%) e sete negros (36,9%); 10 (52,6%) joelhos do lado esquerdo e 9 (47,4%) do lado direito. Foi obtida a área de secção dos corpos de prova para que, além das propriedades estruturais, também fossem avaliadas as propriedades materiais. Além do diagrama carga-alongamento, foram estudadas as seguintes variáveis: carga máxima (N), alongamento absoluto (mm) e específico (%) na ruptura, limite de proporcionalidade (N) e respectivos alongamentos, tensão na carga máxima(MPa), módulo de elasticidade (MPa), energia na ruptura (Nm) e energia por área (Nm/m2) . A análise estatística comparativa entre os três materiais mostrou que o LP foi superior ao LCA e ao STT, na carga máxima, tensão na carga máxima, módulo de elasticidade, energia, energia por área e limite de proporcionalidade, caracterizando comportamento de maior estabilidade e rigidez. O LCA e STT apresentaram semelhança com relação à carga máxima, tensão na carga máxima, limite de proporcionalidade e módulo de elasticidade. No STT observou-se valor maior em comparação ao LCA para energia e energia por área, na carga máxima. O STT alongou-se mais que o LCA e LP na ruptura e no limite de proporcionalidade. Não houve associação entre idade e carga máxima, tensão, energia e módulo de elasticidade no LCA, LP e STT. Houve associação entre carga máxima e área de secção no LCA e STT. Concluiu-se que o LP e STT têm comportamento mecânico distinto e que o perfil de ambos justifica a utilização como substitutos do LCA.

The material obtained from 19 human cadavers was submitted to traction-testing with the purpose of comparing the mechanical properties of the 10mm-central third of the patellar ligament (PL), triplicate semitendinosus muscle (TSM) and anterior cruciate ligament (ACL). Mean donor age was 40 11 years; 12 whites (63.1%) and 7 blacks (36.9%); 10 (52.6%) left knees and 9 (47.4%) right knees. The cross-sectional area of the test specimens was obtained so that, besides structural properties, material properties could also be evaluated. In addition to the load-strain diagram, the following variables were studied: ultimate load (N), absolute strain (mm) and relative strain (%) at failure load, yield point (N) and its respective strains, stress at ultimate load (MPa), modulus of elasticity (MPa), energy at failure (Nm) and energy per area (Nm/m2). Comparative statistical analysis of the materials revealed that PL was superior to ACL and TSM in ultimate load, stress at ultimate load, modulus of elasticity, energy, energy per area and yield point, thus featuring a behavior of greater stability and rigidity. ACL and TSM showed similar ultimate load, stress at ultimate load, yield point and modulus of elasticity. In TSM, energy and energy per area at ultimate load were higher than in ACL. Strain was greater in TSM than in ACL and PL at failure load and yield point. No association was observed between age and ultimate load, stress, energy and modulus of elasticity in ACL, PL and TSM. Ultimate load and cross-sectional area are associated in ACL and TSM. In conclusion, PL and TSM present distinct mechanical behaviors and their profiles justify their use as ACL replacements.