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ANÁLISE BIOMECÂNICA DE VARIÁVEIS RELACIONADAS À RESISTÊNCIA AO ARRANCAMENTO DOS PARAFUSOS DO SISTEMA DE FIXAÇÃO VERTEBRAL

RODRIGO CÉSAR ROSA1, PATRÍCIA SILVA1, ANTONIO CARLOS SHIMANO2, JOSÉ BATISTA VOLPON2, HELTON L. A. DEFINO2, PHILIP SCHLEICHER3, FRANK KANDZIORA3



RESUMO

Objetivo: Observar a influência do diâmetro do orifício-piloto nos diferentes modos de preparo: sonda de ponta romba, sonda de ponta cortante e broca, com o propósito de avaliar o nível de resistência ao arrancamento de parafusos com diâmetro diverso. Métodos: Parafusos de 5, 6 e 7mm foram inseridos nos corpos de prova de osso bovino. O orifício-piloto foi confeccionado por meio de sonda de ponta romba, sonda de ponta cortante e broca. O diâmetro da perfuração foi menor, igual e maior do que o diâmetro interno do parafuso. Após a inserção dos implantes, nos três diferentes diâmetros para cada modo de preparo do orifício-piloto, foram realizados os ensaios mecânicos de arrancamento. Os ensaios mecânicos realizados em máquina universal de ensaio Emic®, software Tesc 3.13, célula de carga de 2.000N, velocidade de aplicação de força de 2mm/min, pré-carga de 5N e tempo de acomodação de 10 segundos. A propriedade avaliada nos ensaios mecânicos foi a força máxima de arrancamento. Resultados: No grupo de parafusos de 5 e 6mm foi observado aumento na resistência ao arrancamento quando o diâmetro do orifício-piloto era menor que o diâmetro interno do parafuso em todos os modos de preparo (sonda de ponta romba, sonda de ponta cortante e broca). Não foi observada diferença estatística no grupo de parafusos de 7mm para todos os diâmetros de perfuração e modo de preparo do orifício-piloto. Conclusão: O diâmetro do orifício-piloto influencia a resistência ao arrancamento dos parafusos de sistema de fixação vertebral. A realização de orifíciopiloto de diâmetro maior que o diâmetro interno do parafuso reduz a resistência ao arrancamento do implante, independente do modo de preparo do orifício-piloto.Descritores - Coluna vertebral; Parafusos ósseos; Biomecânica; Procedimentos ortopédicos; Bovinos.

Trabalho realizado no Laboratório de Bioengenharia da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo - USP - Ribeirão Preto (SP), Brasil, com apoio Fapesp e Capes-Probal. Este trabalho é parte da dissertação de Mestrado do primeiro autor.
1. Pós-graduando da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo-USP-Ribeirão Preto (SP), Brasil.
2. Professor do Departamento de Biomecânica, Medicina e Reabilitação do Aparelho Locomotor da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo-USP-Ribeirão Preto (SP), Brasil.
3. Center for Musculoskeletal Surgery - Charité University Hospital - Berlim-Alemanha.
Endereço para correspondência: Helton L.A. Defino, Rua Dornélia de Souza Mosca, 235, Jardim Canadá - 14024-120 - Ribeirão Preto
(SP), Brasil. Tel.: (16) 3602-4593. E-mail: hladefin@fmrp.usp.br

INTRODUÇÃO
Os implantes e sistemas de fixação são utilizados com freqüência na moderna cirurgia da coluna vertebral, com a finalidade de proporcionar estabilidade ao segmento vertebral ou corrigir deformidades(1).

Os parafusos atuam como ponto de ancoragem dos sistemas de fixação vertebral sobre os quais as forças de correção e neutralização são aplicadas(2-4). O desempenho mecânico desses sistemas é altamente dependente da integridade e características biomecânicas do sistema de fixação vertebral e da interface entre o implante e a vértebra(5-7).

A falha na ancoragem do sistema de fixação pode estar relacionada com a falha mecânica do implante ou falha do tecido ósseo da vértebra(8). O tipo de implante utilizado (desenho do parafuso, diâmetro externo, tamanho e profundidade da rosca) e a técnica de preparo do orifício-piloto (diâmetro, macheamento, tipo de perfuração) são outras variáveis que influenciam a ancoragem ou soltura dos implantes(9-11). Desse modo, a interface osso-implante desempenha importante papel biomecânico na estabilidade do sistema de fixação vertebral e pode interferir no resultado final do tratamento(2-3,12).

A realização do orifício-piloto é de fundamental importância para a colocação dos parafusos no interior do osso, pois estabelece as relações mecânicas imediatas entre o implante e o tecido ósseo(13-15). O orifício-piloto pode ser realizado utilizando-se brocas, sondas ou curetas e seu diâmetro deve ser considerado em relação ao diâmetro interno do implante a ser utilizado(2,4). As duas variáveis, modo de preparo e diâmetro do orifício-piloto são de grande importância na aplicação dos componentes de ancoragem dos sistemas de fixação vertebral, pois podem interferir diretamente na sustentação do sistema de fixação vertebral(4,16-17).

A influência do modo de preparo do orifício-piloto foi observada em experimentos anteriores, tendo sido verificado que a utilização da sonda no preparo do orifício-piloto aumentaria a resistência dos implantes ao arrancamento(1,18-22). O objetivo do estudo realizado foi observar se o diâmetro do orifício-piloto em relação ao diâmetro interno do implante influencia a resistência ao arrancamento, considerando os diferentes modos de preparo utilizando sonda de ponta romba, sonda de ponta cortante e broca.

MÉTODOS

No Laboratório de Bioengenharia da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo - USP - Ribeirão Preto (LBFM-USP-RP) foi utilizado osso da região metafisária proximal da tíbia de boi, para a confecção dos corpos de prova cilíndricos com estrutura de osso esponjoso com 17mm de espessura e 90mm de diâmetro.

Os corpos de prova foram armazenados sob congelamento à temperatura de -20ºC. Precedendo a realização dos ensaios, os ossos foram retirados do freezer e mantidos por 12 horas à temperatura de 5ºC e, subseqüente, por duas horas à temperatura ambiente para atingir o equilíbrio térmico e não alterar suas propriedades físicas.

Foram utilizados parafusos de 5, 6 e 7mm de diâmetro externo do sistema USS de fixação vertebral (figura 1).

Os parafusos de 7mm apresentam maior passo e comprimento de rosca quando comparados com os de 5 e 6mm, que têm iguais passos e comprimentos de rosca. Os implantes foram fixados nos corpos de prova após a realização do orifício-piloto com três diferentes diâmetros utilizando sonda de ponta romba, sonda de ponta cortante e broca (figura 2).

O diâmetro de perfuração do orifício-piloto foi menor, igual e maior que o diâmetro interno dos parafusos. Para introdução dos parafusos de 5mm de diâmetro externo (3,8mm de diâmetro interno), foram realizadas perfurações de 3,0mm; 3,8mm e 4,5mm de diâmetro. Para implantações dos parafusos de 6mm de diâmetro externo (4,8mm de diâmetro interno) e 7mm (4,8mm de diâmetro interno), foram realizadas perfurações de 4,0mm; 4,8mm e 5,5mm de diâmetro.

O modelo experimental proposto para o estudo consistiu na confecção do orifício-piloto nos três diferentes diâmetros de inserção, no modo de preparo do orifício-piloto (sonda de ponta romba, sonda de ponta cortante e broca) e no ensaio mecânico de arrancamento. As perfurações foram realizadas com sonda de ponta romba, sonda de ponta cortante e broca, de acordo com o grupo experimental.

Os parafusos foram inseridos no osso, transfixando-o e deixando expostos 10mm da sua extremidade distal. Desse modo, o número de rosca dos parafusos contidos nos corpos de prova foi constante e na extremidade distal - extremidade oposta à da cabeça do parafuso - foi aplicada a força selecionada para a realização dos ensaios mecânicos de resistência ao arrancamento (figura 3).

Os ensaios mecânicos de arrancamento foram realizados utilizando máquina universal de ensaio Emic®, software Tesc 3.13 para análise dos resultados, tendo a célula de carga capacidade de 2.000N e velocidade de aplicação de força de 2mm/min. Em todos os ensaios mecânicos foram utilizados pré-carga de 5N e tempo de 10 segundos para a acomodação do sistema. A força máxima de arrancamento foi a propriedade avaliada nos ensaios mecânicos.

Os resultados da força máxima de arrancamento foram submetidos à análise estatística de normalidade para a determinação do comportamento dos dados. Para a comparação dos resultados entre os grupos experimentais, foi realizado o teste one way ANOVA. O teste de Tukey foi realizado nas comparações que apresentaram diferenças estatísticas. Foi estabelecido em todos os testes o nível de significância de 5% (p < 0,05).

 

RESULTADOS

Força de arrancamento: Os resultados da força máxima de arrancamento do grupo de parafusos de 5 e 6mm inseridos nos corpos de prova nos três diferentes diâmetros de perfuração e diferentes modo de preparo do orifício-piloto estão representados nas tabelas 1 e 2 e nas figuras 4 e 5.

  

 

 

O diâmetro do orifício-piloto influenciou na resistência ao arrancamento dos parafusos de 5 e 6mm. Foi observada diferença estatística entre os valores do menor diâmetro em relação aos demais, com exceção da perfuração com broca, na qual foi constatada diferença entre os valores do maior e menor diâmetro. Os resultados mostram que o diâmetro do orifício-piloto influenciou a resistência ao arrancamento em todos os modos de preparo. Os valores da diferença estatística entre os grupos experimentais dos parafusos de 5 e 6mm estão representados na tabela 3.

Os resultados da força máxima de arrancamento do grupo de parafusos de 7mm inseridos nos corpos de prova nos três diferentes diâmetros de perfuração para cada modo de preparo do orifício-piloto estão representados na tabela 4 e na figura 6.

 

 

No grupo de parafusos de 7mm não foi observada diferença estatística entre os valores dos diferentes diâmetros do orifício-piloto em todos os modos de preparo.

DISCUSSÃO

O desempenho mecânico do sistema de fixação vertebral é multifatorial, destacando-se a densidade mineral óssea, o diâmetro externo, o diâmetro da rosca e o preparo do orifício-piloto dentre os inúmeros fatores que podem influenciar(11-12,23).

O modo de preparo do orifício-piloto influencia na resistência ao arrancamento dos implantes, tendo sido observado que a utilização de sondas para sua confecção aumenta a resistência ao arrancamento dos implantes(24). No entanto, a influência da utilização de sondas é mais marcante nos ossos com baixa densidade mineral óssea e não foi observada nos ossos com alta densidade mineral óssea(15,20-21).

Os resultados obtidos neste estudo corroboram a importância do modo de preparo do orifício-piloto na resistência ao arrancamento dos implantes. Foram observados, no grupo dos parafusos com 5 e 6mm de diâmetro externo, maiores valores com a utilização de sondas em relação aos com o uso de brocas. No entanto, esse não foi o alvo do estudo, sendo possível observar a influência do diâmetro do orifício-piloto em todos os modos de preparo. Os resultados observados no grupo dos parafusos de 5 e 6mm mostraram que, independente do modo de preparo do orifício, utilizando sondas ou brocas, o diâmetro do orifício-piloto em relação ao diâmetro interno do parafuso também participa na resistência ao arrancamento do implante.

A obtenção da maior resistência ao arrancamento dos parafusos está relacionada com a combinação de dois parâmetros durante a realização do orifício-piloto. A confecção do orifício-piloto com sonda, apesar de proporcionar maior compactação do tecido ósseo adjacente, aumentando a resistência ao arrancamento(16), pode perder sua influência se o diâmetro do orifício-piloto for igual ou menor que o diâmetro interno do parafuso.

A perfuração do orifício-piloto com broca diminuiu a resistência ao arrancamento dos parafusos. Esse fenômeno estaria relacionado com a remoção do tecido ósseo durante a perfuração do orifício-piloto, ao contrário do que ocorre com a compressão do tecido ósseo ao redor das paredes do orifício-piloto com a utilização da sonda(16). Esse fato explica o comportamento distinto do orifício-piloto preparado com broca, na qual a diferença foi observada somente entres os valores extremos do orifício-piloto utilizado no estudo.

A característica multifatorial da resistência ao arrancamento dos implantes pode ser observada nos resultados do grupo de parafusos de 7mm. Nesse grupo apesar de os implantes possuírem o mesmo diâmetro interno dos parafusos de 6mm, o desempenho em relação à resistência ao arrancamento foi diferente devido ao desenho e à geometria da sua rosca. As características da rosca permitem o armazenamento de maior volume de osso entre os seus passos, condição que aumenta a resistência ao arrancamento(12,25).

A confecção do orifício-piloto influencia a resistência ao arrancamento dos implantes; seu diâmetro e modo de preparo devem ser considerados. Dentre essas variáveis, o orifício-piloto é a única que depende da atitude do cirurgião no momento da realização do procedimento cirúrgico, de modo que a atenção aos parâmetros apresentados neste estudo (diâmetro do orifício-piloto e seu modo de preparo) pode influenciar o desempenho biomecânico do sistema de fixação vertebral e os resultados finais do tratamento realizado.

CONCLUSÃO

A estabilização biomecânica do sistema de fixação vertebral está diretamente relacionada com o diâmetro do orifício-piloto em relação ao diâmetro interno do implante e seu modo de preparo. Entretanto, as características do implante, desenho e geometria da rosca também influenciam esses parâmetros. A confecção do orifício-piloto com menor diâmetro que o diâmetro interno do parafuso aumenta a resistência ao arrancamento. Os parâmetros modo de preparo do orifício-piloto e características do implante influenciam seu desempenho biomecânico.


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