Biomecânica da reparação da cartilagem do joelho: mosaicoplastia versus microfratura

Nos dias de hoje as lesões osteocondrais do joelho são cada vez mais recorrentes, assim o estudo detalhado destas técnicas de reparação é essencial. Neste trabalho realizou-se uma descrição da anatomia e biomecânica da articulação do joelho, assim como uma identificação das patologias e suas técnicas de reparação. Procedeu-se a uma revisão da literatura sobres as técnicas de mosaicoplastia e microfratura utilizadas na reparação das lesões focais da cartilagem. Foram desenvolvidos modelos de elementos finitos do joelho que simularam as principais fases de carga e flexão da articulação para os estados nativo e das técnicas mosaicoplastia e microfratura. No modelo de mosaicoplastia foram avaliados os efeitos de diferentes parâmetros associados a esta técnica tais como: a interferência diametral, o contacto proximal do enxerto, o desvio em altura do enxerto, o diâmetro do enxerto e o número de enxertos. No modelo da técnica de microfratura, foram avaliados os efeitos das propriedades mecânicas e da área da lesão preenchido com fibrocartilagem. Foram avaliadas e comparadas as deformações nos tecidos do fémur, enxertos e fibrocartilagem. Conclui-se que o modelo desenvolvido foi capaz de replicar o comportamento mecânico de modelos de outros autores, e resultados experimentais, sendo uma indicação para a validade dos seus resultados. A técnica da mosaicoplastia, revela que o aumento da interferência diametral do enxerto pode acarretar riscos em termos da integridade estrutural do enxerto em especial da sua cartilagem e osso cortical. No efeito do desvio em altura do enxerto quando este é positivo existe um risco de colapso/dano da estrutura cartilagínea do enxerto. O efeito de apoio proximal do enxerto é aparentemente pouco relevante para os tecidos do enxerto e tecidos do fémur. No entanto, se o enxerto não está em apoio proximal a estabilidade deste é mais elevada para maiores níveis de interferência diametral. O efeito do diâmetro do enxerto parece ser significativo no osso do enxerto, pois a sua diminuição aumenta o risco de fratura do osso cortical e compactação do osso esponjo. O número de enxertos apresenta um risco de fratura e compactação do osso na região entre enxertos, se esta for reduzida. Na técnica de microfratura baixas propriedades de resistência da fibrocartilagem aumentam o risco do seu colapso estrutural. O aumento da dimensão da lesão preenchida com fibrocartilagem aumenta o risco de integridade estrutural desta. Várias preconizações clínicas podem ser tomadas em função destes resultados estando apresentadas nas conclusões deste trabalho.Nowadays, osteochondral lesions of the knee are increasingly recurrent, so the detailed study of these repair techniques is essential. This paper describes the anatomy and biomechanics of the knee joint, as well as the pathologies and their repair techniques. A literature review of the mosaicplasty and microfracture techniques used to repair focal cartilage lesions was performed. Finite element models of the knee were developed to simulate the main phases of joint loading and flexion for the native state and the mosaicplasty and microfracture techniques. In the mosaicplasty model, the effects of different parameters associated with this technique such as diametrical interference, proximal graft contact, graft height deviation, graft diameter, and number of grafts were evaluated. In the microfracture technique model, the effect of mechanical properties and the area of the defect filled with fibrocartilage were evaluated. The deformations in the tissues of the femur, grafts and fibrocartilage were evaluated and compared. It is concluded that the developed model was able to replicate the mechanical behavior of other authors' models, and experimental results, being an indication for the validity of its results. The mosaicplasty technique reveals that increasing the diametrical interference of the graft may lead to risks in terms of the structural integrity of the graft, especially of its cartilage and cortical bone. In the graft height deviation effect when this is positive there is a risk of collapse/damage of the cartilaginous structure of the graft. The effect of proximal support of the graft is apparently of little relevance for the graft and femur tissues. However, if the graft is not in proximal support its stability is higher for higher levels of diametral interference. The effect of graft diameter appears to be significant on graft bone, as decreasing it increases the risk of cortical bone fracture and spongy bone compaction. The number of grafts presents a risk of fracture and compaction of the bone in the region between grafts, if this is reduced. In the microfracture technique low strength properties of the fibrocartilage increase the risk of its structural collapse. Increasing the size of the fibrocartilage-filled lesion increases the risk of its structural integrity. Several clinical recommendations can be made based on these results and are presented in the conclusions of this paper.Mestrado em Engenharia Mecânic