Estudo da articulação ombro, análise comparativa de prótese invertida

Abstract

O ombro é a articulação do corpo humano que possui as maiores amplitudes de movimentos, sendo uma estrutura crítica do ponto de vista biomecânico. Os pacientes com idade avançada apresentam na maioria das vezes deficiências ao nível da coifa dos rotadores, diminuindo ou impossibilitando a aplicação sucesso de uma prótese do ombro (natural). A prótese do ombro invertida destina-se também ao tratamento de fraturas umerais proximais, artrite reumatoide, dor e artroplastias de revisão. Apresentam taxas de sucesso em diferentes registos entre os 90% a 5 anos e 83% a 10 anos, valores inferiores a outras artroplastias. As taxas de complicações após a artroplastia total do ombro invertida são consideráveis, sendo ainda mais evidente nas artroplastias de revisão. Atualmente são utilizados modelos 3D músculo-esqueléticos do corpo humano com recurso ao método de elementos finitos, sendo uma ferramenta poderosa no estudo anatómico e estrutural. De forma a estudar as consequências da implantação da prótese invertida do ombro e potenciais razões de insucesso, procedeu-se à avaliação experimental in vitro comparativa das respostas mecânicas entre o úmero nativo e implantado, sendo também criados modelos numéricos que replicam os resultados obtidos. No processo de modelação, a estrutura óssea foi obtida através de scanner laser 3D sendo posteriormente tratados com a implementação da prótese do ombro invertida (componente umeral) e simulação muscular para abdução a 90º. As medições das extensões principais observadas experimentalmente permitiram avaliar as alterações impostas com a implementação da prótese invertida na resposta mecânica do úmero, bem como para validar os modelos numéricos desenvolvidos. Posteriormente os modelos numéricos permitiram determinar o comportamento biomecânico do úmero para uma condição de carga fisiológica com atuação dos principais grupos musculares. Os resultados experimentais e numéricos revelam a alteração do comportamento mecânico com a implementação da prótese, sendo que também conseguem replicar as complicações umerais existentes no uso deste tipo de próteses tais como stress-shielding, loosening e remodelações ósseas. Concluiu-se assim que o uso deste tipo de prótese deve ser bastante ponderado, daí o seu uso direcionado para uma população mais idosa. Independentemente da grande presença de complicações, esta é a melhor opção para o tratamento de várias patologias, principalmente a deficiência ou mesmo ausência da coifa dos rotadores, sendo por isso aceite o seu uso, embora este seja extremamente ponderado.

The shoulder is the joint in the human body with the highest range of motion and is a critical structure from the biomechanical point of view. Older patients with have mostly deficiencies in the rotator cuff, reducing or preventing the success in the use of a shoulder prosthesis (natural). The reverse shoulder prosthesis is also intended to proximal humeral fracture treatment, rheumatoid arthritis, pain and revision arthroplasty. Have success rates in different registers between 90% after 5 years and 83% after 10 years, showing lower values than other arthroplasty. The rates of complications after total reverse shoulder arthroplasty are considerable, and even more evident in the revision arthroplasties Currently, 3D musculoskeletal models of the human body using the finite element method are used, being a powerful tool in the structural and anatomical analysis of the joint. In order to study the consequences of the implementation of the reverse shoulder prosthesis and potential reasons of failure, experimental comparative evaluation of the mechanical responses of the native and implanted composite humerus, accompanied by numerical models that replicate the results. In the modeling process, the bone structure was obtained by 3D laser scanning and subsequently treated with the implementation of the reverse prosthesis and shoulder muscle simulation for 90º abduction. Experimental measurements of the observed principal strain allowed to assess the mechanical changes in the humeral response, imposed with the implementation of the reverse prothesis, as well as to validate the developed numerical models. Subsequently, the numerical models were used to determine the biomechanical behavior of the humerus to physiological loading with the principal muscular implementation. The experimental and numerical results reveal changes in the mechanical behavior with the implementation of the prosthesis. They are also able to replicate existing humeral complications that arise from the use of this type of prostheses such as stress-shielding, loosening and bone remodeling. Thus, it was concluded that the use of this type of prosthesis should be fairly weighted, hence targeting older patients. Regardless of the presence of complications, this is the best option for the treatment of various diseases, especially the deficiency or absence of the rotator cuff. Therefore, its use is accepted, although this is highly weighted.