Membro do Serviço de Ortopedia e Traumatologia do Hospital Universitário Evangélico de Curitiba, Curitiba (PR), Brasil. 2

Transcrição

1 artigo original / original article A influência da profundidade do orifício piloto na força para arrancamento de parafusos de pedículo com alma cônica e roscas paralelas - um estudo com a sua inserção total The influence of the pilot hole depth in the pull-out strength of pedicle screws with a conical inner diameter and parallel threads a study of full insertion La influencia de la profundidad del orificio piloto en la fuerza para arrancar los tornillos del pedículo con alma cónica y roscas paralelas un estudio con su inserción total Roberto Nied 1 Edson Pudles 2 Luís Eduardo Munhoz da Rocha 3 Nádio Sanzovo 4 Luciane Yumi Suzuki 5 Resumo Objetivo: o objetivo do estudo é comparar se a profundidade do orifício piloto tem influência na força para arrancar parafusos de pedículo com alma cônica e roscas paralelas de corpos de prova após a sua inserção total. Métodos: foi realizada a inserção de 27 parafusos de pedículo em titânio monoaxiais de diferentes tamanhos (nove de cada tamanho 40, 45 e 50mm) em diferentes furos (nove de cada profundidade 40, 45 e 50mm) realizados em corpos de prova de poliuretano (com densidade similar ao osso humano). Após, foram realizados testes para arrancamento dos parafusos medindo a força máxima. Resultados: ao se comparar os parafu- ABSTRACT Objective: the objective of this study is to compare whether the depth of the pilot hole influence in the pull out strength of pedicle screws with a conical inner diameter and parallel threads. Methods: a total of 27 titanium pedicle screws with 40, 45 and 50mm of length (9 of each) are installed in different depth pilot holes (with 40, 45 or 50mm of depth). The holes where drilled an a uniform synthetic material (Polyurethane Foam) to provide a consistent test of each screw, then loaded to failure. Results: when we compare in the analysis of the 40mm and the 50mm screws, in the 40mm depth hole, the 50mm screw RESUMEN Objetivo: el objetivo del estudio es comparar si la profundidad del orificio influye en la fuerza para arrancar tornillos de pedículo con alma cónica y roscas paralelas de cuerpos de prueba después de su inserción total. Métodos: fue realizada una inserción de 27 tornillos de pedículo de titanio monoaxiales de diferentes tamaños (9 de cada tamaño 40, 45 y 50 mm) en diferentes huecos (9 de cada profundidad 40, 45 y 50 mm) realizados en cuerpos de prueba de poliuretano (con densidad similar al hueso humano). Después fueron realizados testes para arrancar los tornillos midiendo la fuerza máxima. Resultados: al comparar los tornillos de 40 mm y de 50 Trabalho realizado no Hospital Universitário Evangélico de Curitiba, Curitiba (PR), Brasil. 1 Membro do Serviço de Ortopedia e Traumatologia do Hospital Universitário Evangélico de Curitiba, Curitiba (PR), Brasil. 2 Responsável pelo Serviço de Cirurgia de Coluna do Departamento de Ortopedia e Traumatologia do Hospital Universitário Evangélico de Curitiba, Curitiba (PR), Brasil. 3 Responsável pelo Serviço de Cirurgia da Coluna Pediátrica do Departamento de Ortopedia Pediátrica do Hospital Infantil Pequeno Príncipe, Preceptor da residência de Ortopedia Pediátrica do HIPP e Membro do Serviço de Ortopedia Pediátrica do Hospital das Clínicas, Curitiba, Curitiba (PR), Brasil. 4 Cirurgião de Coluna do Departamento de Ortopedia do Hospital São Vicente de Curitiba (PR), Brasil. 5 Mestre em Engenharia Mecânica pela Pontifícia Universidade Católica - PUC Paraná, Curitiba (PR), Brasill. Recebido: 28/05/2008 Aprovado: 02/09/08

2 386 Nied R, Pudles E, Rocha LEM, Sanzovo N, Suzuki LY sos de 40mm e de 50mm para o furo de 40mm, o parafuso de 50mm foi estatisticamente mais difícil de arrancar (ρ = 0,005). Assim como ao se comparar o parafuso de 45mm com o de 50mm no furo de 45mm, novamente o de 50mm teve maior resistência ao arrancamento (ρ = 0,01). Quando comparamos os parafusos de 40mm e de 50mm no furo de 50 m, o parafuso de 40mm teve a menor resistência ao arrancamento (ρ = 0,02). Conclusão: verificamos que se usarmos um parafuso maior em um orifício menor teremos um aumento significativo na resistência daquele. Entretanto, em alguns casos, se utilizarmos um parafuso menor em um orifício maior a sua resistência diminui significativamente. DESCRITORES: Coluna vertebral; Parafusos ósseos; Biomecânica; Resistência à tração; Titânio has his pullout strength increased (ρ = 0,005). In the same way, when the 45mm screw with the 50mm screw in the 45mm pilot hole, the 50mm screw has his pullout strength increased (ρ = 0,01). In another way, when we compare the 40mm screw with the 50mm screw in the 50mm hole, the 40mm screw has lower strength (ρ = 0,01). Conclusion: if a bigger screw is used in a smaller depth pilot hole there is a significantly greater pullout strength; besides in some cases, a smaller screw in a bigger pilot hole, decrease significantly the pullout strength. KEYWORDS: Spine; Bone screws; Biomechanics; Tensile strength; Titanium mm para el hueco de 40 mm, el tornillo de 50 mm fue estadísticamente más difícil de arrancar ( p = 0.005). También al comparar el tornillo de 45 mm con el de 50 mm en el furo de 45 mm, nuevamente el de 50 mm tuvo la mayor resistencia a la remoción (p = 0.01). Al ser comparados los tornillos de 40 mm y de 50 mm en el furo de 50 mm, el tornillo de 40 mm tuvo la menor resistencia al arrancamiento (p = 0.02). Conclusión: Verificamos que al ser usado un tornillo grande en un orificio pequeño tendremos un aumento significativo de la resistencia de éste, pero en algunos casos si utilizamos un tornillo pequeño en un orificio mayor, su resistencia disminuye significativamente. DESCRIPTORES: Columna vertebral; Tornillos óseos; Biomecánica; Resistencia a la tracción; Titanio INTRODUÇÃO A coluna é uma complexa série de articulações vertebrais que realiza movimentos nos planos sagital, coronal e axial. O corpo vertebral suporta cargas axiais de 300N quando em decúbito dorsal, de aproximadamente 700N em pé e valores acima de 3000N quando se levanta um peso a partir do solo 1. Com a finalidade de neutralizar essas forças após uma cirurgia para artrodese de um segmento vertebral, vários componentes podem ser usados. Atualmente, os sistemas de ancoragem mais utilizados para a fixação do sistema no corpo vertebral são os parafusos de pedículo. Os parafusos são compostos pela cabeça, pelo corpo e pela ponta. O corpo é a parte responsável pela ancoragem deste no osso. Aquele é formado pela alma (centro) e roscas (parte mais lateral). A rosca é a parte responsável pela ancoragem propriamente dita. Estudos anteriores compararam a força para arrancamento de diferentes parafusos e também a força após se retornar o parafuso 180º 2-4. O parafuso estudado possui a alma cônica, mas com as roscas paralelas devendo, portanto se comporta como um parafuso paralelo (Figura 1). São vários os modelos disponíveis no mercado na atualidade e com técnicas diferentes para a introdução destes sistemas. Na literatura, são encontrados trabalhos comparando a força de arrancamento destes parafusos com ou sem a realização do macheamento do osso 2,3. Também foi descrito um artigo comparando a influência do diâmetro do orifício piloto 5 ; entretanto, não foi encontrado na literatura especializada algum trabalho comparando a influência da profundidade do orifício piloto em relação ao tamanho do parafuso utilizado na resistência ao arrancamento do parafuso de pedículo. Este trabalho tem por objetivo comparar a influência da profundidade do orifício piloto na força necessária para o arrancamento de parafusos de pedículo de alma cônica e roscas paralelas. Figura 1 Parafuso de alma cônica e roscas paralelas utilizado no estudo

3 A influência da profundidade do orifício piloto na força para arrancamento de parafusos de pedículo com alma cônica e roscas paralelas - um estudo com a sua inserção total 387 MÉTODOS Os corpos de prova em poliuretano utilizados estavam segundo a norma ASTMF : Standard Specification for Rigid Polyurethane Foam for Use as a Standard Material for Testing Orthopedic Devices and Instruments e de especificação GRADE ,4kg/m3. O teste de arrancamento foi realizado segundo a norma Standard Specification and Test Methods for Metallic Medical Bone Screws (F543-02). Foram utilizados para o trabalho nove corpos de prova e um total de 27 parafusos de pedículo monoaxiais em titânio (Neospine produzido pela Neoortho) com 6,5mm de diâmetro externo nos tamanhos de 40mm, 45mm e 50mm (nove de cada tamanho) Inicialmente, foi realizada a perfuração do orifício piloto nos corpos de prova utilizado perfurador manual igual ao do kit de instrumental original acoplado a uma fresadora Modelo: VK-406V utilizando 75 RPM (velocidade mínima do aparelho) para minimizar a influência humana e padronizar os orifícios (Figura 2). Foram realizados orifícios com 40, 45 e 50mm de profundidade (nove de cada). Os 27 parafusos foram inseridos manualmente por somente um dos autores (RN) com o auxílio de uma chave para inserção de parafusos monoaxiais do kit e instrumental original. Figura 2 A) Fresadora utilizada para realizar as perfurações nos corpos de prova; (B e C) Perfurador manual utilizado O teste de arrancamento foi realizado individualmente em cada parafuso no laboratório do TECPAR (Instituto de Tecnologia do Paraná) com a Máquina Universal de Ensaios (Shimadzu, modelo AG5000) sob a temperatura de 22 e uma velocidade de arrancamento de 05 mm/ minuto (Figura 3), sendo registrada a força máxima para arrancamento em Newtons (N). Figura 3 A) Dertalhe do parafuso inseridop no corpo da prova; B) Durante o teste de arrancamento Os dados foram avaliados e estatisticamente comparados pelo teste t de Student utilizando o software estatístico Statistical Package for the Social Sciences (SPSS versão 12.0) para descobrir se houve diferença entre as amostras. Este teste estatístico é utilizado sempre que se pretende comparar as médias de uma variável quantitativa em dois grupos diferentes. Se ρ-valor <0, 05 indica diferença estatística significativa entre os grupos, caso contrário não existe uma diferença estatística significativa. RESULTADOS Para os parafusos tamanho 40mm a média de força de arrancamento foi de 2143,3N para o furo 40mm; 2173,3N para o furo 45mm e 1980N para o furo de 50mm. Nos parafusos de 45mm a média foi de 2420N para o furo 40mm; 2036,6N para o furo 45mm e 2183,3N para o furo de 50mm. Quando comparamos os parafusos de 50mm a média foi de 2963,3N para o furo 40mm; 2713,3N para o furo 45mm e 2443,3N para o furo de 50mm. Nos furos com 40mm de profundidade, houve diferença estatística entre os parafusos de 40 e 50mm (ρ = 0,005), sendo que os parafusos de 50mm foram mais difíceis de arrancar que os de 40mm. No furo de 45mm houve uma diferença com significância estatística na comparação entre os parafusos 45mm e 50mm (ρ = 0,01), demonstrando novamente que o parafuso de 50mm teve maior resistência ao arrancamento que o parafuso 45mm. Na comparação dos furos de 50mm houve uma diferença estatística entre os parafusos de 40mm e de 50mm (ρ = 0,02). Esse resultado mostra que o parafuso de 40mm quando inserido num furo de 50mm, possui uma força de arrancamento estatisticamente menor. Resultados dos testes (em Newtons) na Tabela 1 e análise estatística na Tabela 2.

4 388 Nied R, Pudles E, Rocha LEM, Sanzovo N, Suzuki LY TABELA 1 Resultado em Newtons (N) A Furo 40 Furo 45 Furo 50 Parafuso Parafuso Parafuso B Furo 40 Furo 45 Furo 50 Média parafuso , , Média parafuso , ,33 Média parafuso , , ,33 A) Resultado em Newtons (N) da força máxima de arrancamento de cada parafuso; B) Média em Newtons para cada conjunto de parafusos TABELA 2 - Análise estatística do estudo realizada pelo teste t de Student Parafusos Teste de amostras independentes df P-valor Diferença padrão Parafuso 40 x Parafuso 45 Furo 40 4,00 0,39 286,67 Parafuso 40 x Parafuso 45 Furo 45 4,00 0,46 167,80 Parafuso 40 x Parafuso 45 Furo 50 4,00 0,51 281,86 Parafuso 40 x Parafuso 50 Furo 40 4,00 0,00 140,32 Parafuso 40 x Parafuso 50 Furo 45 4,00 0,08 231,85 Parafuso 40 x Parafuso 50 Furo 50 4,00 0,02 124,54 Parafuso 45 x Parafuso 50 Furo 40 4,00 0,14 297,96 Parafuso 45 x Parafuso 50 Furo 45 4,00 0,01 160,49 Parafuso 45 x Parafuso 50 Furo 50 4,00 0,36 253,95 DISCUSSÃO Parafusos ósseos são utilizados desde a década de 60. A técnica para inserção dos parafusos varia de acordo com o material utilizado. Na coluna, os parafusos mais comumente utilizados são os de pedículo. Esses garantem melhor fixação do conjunto ao osso, com melhores resultados. Estudo anterior comparou a necessidade ou não de se realizar o macheamento do orifício piloto na força de arrancamento dos parafusos de pedículo. Pfeiffer et al. 2 concluíram que o fato de se preparar o orifício piloto com auxilio de um macho não influencia na força de arrancamento de vários modelos de parafusos; portanto, no presente estudo os autores não se preocuparam com a preparação do orifício. Entretanto, os parafusos utilizados neste trabalho eram auto-macheantes. Kwok et al. 6 compararam a força para inserção e a força de arrancamento de parafusos de pedículo cilíndricos versus cônicos. A conclusão foi que a força de inserção dos parafusos cônicos é maior que os cilíndricos, entretanto não houve diferença na força de arrancamento destes parafusos. No presente estudo não foi comparada a força para inserção dos parafusos. O parafuso utilizado no estudo possui uma alma cônica e com roscas paralelas. A força para arrancamento entre os dois estudos não pode ser comparada, pois os materiais nos quais os parafusos foram inseridos são diferentes. Um novo estudo comparando diferentes parafusos com o mesmo material de inserção deve ser realizado. Lill et al. 4 estudaram e compararam a fixação de parafusos de pedículo cônicos e cilíndricos em vértebras humanas, após a sua inserção total e depois retornar 180º. Eles relataram que a força para arrancamento dos parafusos cônicos é estatisticamente inferior do que os parafusos cilíndricos. Os parafusos utilizados no trabalho possuem a alma cônica e a rosca paralela e no presente estudo não foi comparada a força para arrancamento após retornar o parafuso. A alma é responsável pela resistência à torção e a rosca principalmente pela resistência ao arrancamento; portanto, este parafuso deve se comportar como um parafuso cilíndrico, entretanto novos testes devem ser realizados para comprovar este pressuposto. O orifício piloto é utilizado para guiar o parafuso dentro do pedículo. Durante o ato cirúrgico ele é realizado manualmente com auxílio do perfurador manual e a profundidade é escolhida empiricamente pelo cirurgião. Segundo trabalho publicado por Defino et al. 5, no qual foram utilizados vários diâmetros de brocas para se realizar o orifício piloto, a conclusão foi que se o orifício for menor que o diâmetro interno do parafuso, a resistência aumenta; e se o diâmetro do orifício for maior que o diâmetro interno do parafuso e resistência diminui. No presente estudo utilizamos material mais parecido com o que é utilizado no ato cirúrgico para realizar o orifício piloto. Este possui um corpo cilíndrico e com diâmetros variáveis ao longo da sua extensão, igual ao instrumento original. Entre todas as variáveis estudadas na primeira parte, em somente duas situações houve uma diferença estatisticamente significante. Quando comparamos o uso de parafusos de 40mm com o de 50mm no furo de 40mm. A força para arrancamento do parafuso de 50mm foi estatisticamente significante maior do que para arrancar o parafuso de 40mm. A mesma situação ocorre quando comparamos os parafusos de 45mm e de 50mm em um furo de 45mm. Novamente a força para se arrancar o parafuso de 50mm foi estatisticamente maior do que o de 45mm. Entretanto,

5 A influência da profundidade do orifício piloto na força para arrancamento de parafusos de pedículo com alma cônica e roscas paralelas - um estudo com a sua inserção total 389 ao se utilizar um parafuso maior em um furo preparado para um parafuso menor, não temos a segurança de se colocar este realmente e totalmente dentro do pedículo e do corpo vertebral. A outra situação foi comparar os parafusos de 40mm com o de 50mm utilizando o furo de 50mm. A força para arrancar o parafuso de 40mm do furo de 50mm foi estatisticamente significante menor do que para arrancar o parafuso de 50mm. conclusão Nos ensaios de arrancamento realizados verificamos que, se usarmos um parafuso maior em ou orifício menor (parafuso 50 em orifício 40 ou parafuso 50 em orifício 45 mm), teremos um aumento significativo na resistência deste. Entretanto, devemos cuidar para não transfixar a vértebra durante o ato operatório. Também verificamos que ao se utilizar um parafuso 40mm em um furo de 50mm a força para arrancamento diminui significativamente, podendo fragilizar o sistema. No estudo não foi realizado o ato de retornar o parafuso para comprovar que este se comporta como um parafuso cilíndrico; entretanto, novos estudos serão realizados. REFERÊNCIAS 1. Hamill J, Kathleen M. Knutzen KM. Bases biomecânicas do movimento humano 2a ed. Rio de Janeiro: Editora Manole; Pfeiffer FM, Abernathie DL, Smith DE. A comparison of pullout strength for pedicle screws of different designs: a study using tapped and untapped pilot holes. Spine. 2006;31(23): E Erratum in: Spine. 2007;32(14):1573. Smith, Douglas E [added]. 3. Kuklo TR, Lehman RA Jr. Effect of various tapping diameters on insertion of thoracic pedicle screws: a biomechanical analysis.spine ;28(18): Lill CA, Schlegel U, Wahl D, Schneider E. Comparison of the in vitro holding strengths of conical and cylindrical pedicle screws in a fully inserted setting and backed out 180 degrees.j Spinal Disord. 2000;13(3): Defino HLA, Wichr CRG, Shimano AC, Kandxiora F Influência do diâmetro do orifício piloto na resistência ao arrancamento dos parafusos do corpo vertebral. Acta Ortop Bras. 2007; 15 (2): Kwok AW, Finkelstein JA, Woodside T, Hearn TC, Hu RW. Insertional torque and pull-out strengths of conical and cylindrical pedicle crews in cadaveric bone.spine. 1996;21(21): Correspondência Roberto Nied Al. Augusto Stellfeld, 2200 CEP: Curitiba, PR, Brasil Tel.: / robertonied@terra.com.br