Evaluación Mecánica de un nuevo Sistema de Instrumentación posterior de Columna

Dr. Carlos Montero Silva, Profesor Titular. Unidad de
Columna, Departamento de Ortopedia y Traumatología. Hospital
Universitario de San Ignacio – Pontificia Universidad Javeriana.
Dr. David Meneses Quintero, Profesor Asistente. Unidad de
Columna, Departamento de Ortopedia y Traumatología. Hospital
Universitario de San Ignacio – Pontificia Universidad Javeriana.
Dr. Ricardo Restrepo Vallejo, Instructor. Unidad de
Columna, Departamento de Ortopedia y Traumatología. Hospital
Universitario de San Ignacio – Pontificia Universidad Javeriana.
Dr. Pablo Gómez Zuluaga, Residente IV. Unidad de
Columna, Departamento de Ortopedia y Traumatología. Hospital
Universitario de San Ignacio – Pontificia Universidad Javeriana.
Dr. Alejandro Fergusson J. Nova Ortopédica Ltda., Bogotá, D.C.

Resumen

Se diseñó un sistema de instrumentación posterior de columna con un nuevo método de fijación entre las barras y los elementos de anclaje vertebrales, el cual se decidió probar mecánicamente y compararlo con los instrumentales existentes. Se valoró la dureza del acero inoxidable 316LVM, utilizado para la fabricación del instrumental. Se realizaron 4 pruebas de carga estática: 1. Fuerza al deslizamiento axial; 2. Rigidez en compresión axial con modelo de corpectomía total, hasta la falla; 3. Fuerza al doblamiento del sistema barra-tornillo-candado; 4. Medición del máximo torque de la fijación barra-tornillo-candado. Finalmente se realizó la prueba de fatiga cíclica en un modelo de corpectomía total, hasta la falla, con una carga de 500 Newton a una frecuencia de 5 Hertz.

Los resultados obtenidos permiten concluir que el instrumental evaluado en este trabajo, con un sistema nuevo de fijación barra-elemento de anclaje vertebral y desarrollado completamente en nuestro país, es comparable en sus características biomecánicas a sistemas de fijación de columna posteriores de uso a nivel mundial. Los resultados obtenidos en las pruebas mecánicas permiten la utilización de este instrumental en la práctica clínica.

Palabras clave: evaluación, mecánica, instrumentación, posterior, columna

Introducción

El desarrollo de los sistemas de instrumentación para el tratamiento de los desórdenes de la columna vertebral ha tenido una gran evolución en la segunda mitad de este siglo8, 17, 18, 25, 26. Detrás del diseño de un nuevo sistema hay un enorme trabajo de investigación biomecánica, que es la base para el éxito del implante. Los conceptos biomecánicos de la columna vertebral son de gran ayuda puesto que han guiado el desarrollo y aplicación de técnicas para su instrumentación más que ningún otro factor2. Debido a esto los diseños de las instrumentaciones varían en cada región de la columna según sus diferencias anatómicas y biomecánicas11.

Existe una amplia variedad de implantes que están disponibles para el tratamiento de desórdenes de la columna, originados en enfermedades degenerativas, trauma, infección, tumores etc.28, 30. Estos implantes difieren entre sí en muchos aspectos, como son: el sitio y método de unión a la columna, el diseño y la construcción de los componentes y el ensamble de los componentes entre sí. Tanto la rigidez del implante en flexoextensión y en cargas axiales como su flexibilidad son altamente dependientes de las propiedades mecánicas de cada uno de sus elementos como del mecanismo de unión entre el elemento de anclaje vertebral y la barra6.

La valoración de los sistemas de instrumen-tación de la columna vertebral, debe realizarse de manera estática para valorar de manera aislada el mecanismo de unión entre el elemento de anclaje vertebral y la barra2, 6 y de manera dinámica con el fin de evaluar el comportamiento integral de la instrumentación ante la aplicación de cargas fisiológicas4, 24.

Sin embargo, lo que finalmente hace la diferencia es el resultado clínico, es decir, alcanzar la fusión manteniendo la estabilización quirúrgica5, 13. De 280.000 cirugías de la columna realizadas anualmente en Estados Unidos, 70.000 tienen la intención de obtener la artrodesis de algún segmento de la columna vertebral28. La fusión vertebral es claramente el principal objetivo en el desarrollo de nuevos implantes de la columna y dentro de este concepto las características biomecánicas que se deben evaluar en los implantes deben observarse desde el punto de vista de la fusión5, 13. Teóricamente, la prueba de carga cíclica es la que permite determinar la capacidad del implante para soportar la carga de una columna in vivo hasta que ésta alcance la fusión ósea sin que se produzca la falla4, 24.

A pesar del refinamiento en los sistemas de instrumentación posterior de columna hay aún un enorme potencial para su mejoramiento. Partiendo de esta base se diseñó un instrumental con un nuevo sistema de fijación entre la barra y los elementos de anclaje vertebral y se realizó este estudio para determinar si el implante diseñado presentaba un comportamiento biomecánico que estuviera dentro de los parámetros establecidos para su utilización en seres humanos.

Materiales y Métodos

Tipo de instrumental

La instrumentación para la columna vertebral columna objeto de este estudio es fabricada en acero inoxidable 316LVM.

Los implantes que se utilizan en la instrumentación son: Anclajes (tornillos, ganchos, alambres), Barras, elemento de unión barra-elemento de anclaje vertebral (candado), tuercas y conectores (barra – barra transversal, barra – barra longitudinal y conector lateral).

Anclajes

• Tornillos: los tornillos tienen tres secciones: una sección de rosca esponjosa paso 1.75 mm que penetra en el pedículo y en el hueso esponjoso del cuerpo vertebral, una sección cónica que actúa como mecanismo de anclaje con la barra a través del candado bajo el concepto de interferencia entre estos dos elementos y una porción de rosca unificada M-6×1 para la colocación de las tuercas. Tanto la sección cónica como la sección roscada son iguales en todos los tornillos variando solamente la sección de la rosca esponjosa que puede ser de 4.5, 5.5, 6.5 y 7.5 mm de diámetro y de 35 ó 40 mm de longitud.

El tornillo tiene a nivel de la rosca unificada una muesca que disminuye su resistencia para facilitar el corte del excedente una vez colocada la instrumentación. Figura 1

Fig. 1. Tornillo, instrumentación NOVA

• Ganchos: los ganchos poseen también tres secciones: una sección plana de bajo perfil que corresponde a la hoja de 1.5 mm de espesor para el anclaje en las facetas, láminas y apófisis transversas, una sección cónica y una sección de rosca unificada M-6×1 para la colocación de las tuercas. Tanto la sección cónica como la sección roscada de los ganchos son iguales a las de los tornillos y poseen una muesca similar para cortar el excedente. Figura 2

Fig. 2. Gancho, instrumentación NOVA.

Los tamaños de los ganchos van de 4 a 10 milímetros en intervalos de 2 mm (4-6-8-10 mm).

Barras

Las barras son lisas. Vienen en dos diámetros 5 ó 6 mm y longitudes de 10 a 60 mm.

Candados

Son elementos cilíndricos que poseen dos perforaciones a noventa grados, una para permitir el paso de la barra y la otra para permitir el paso de los elementos de anclaje vertebral (tornillo, gancho y conector lateral), la distancia entre los ejes centrales de las perforaciones permite que la barra y la sección cónica de los elementos de anclaje vertebral interfieran en un punto sobre cualquier parte de la barra. Figura 3

Fig. 3. Candado, instrumento NOVA.

El mecanismo de bloqueo se realiza por la fuerza de tracción que efectúan las tuercas entre el cono y la barra, deformándolos en un punto de contacto elevando la presión en las áreas de contacto lisas de las perforaciones. Figura 4

Fig. 4. Sistema tornillo, candado, barra, instrumentación NOVA.

Tuercas

Tanto los tornillos como los ganchos utilizan el mismo sistema de tuerca y contratuerca sobre la sección de rosca unificada.

Las tuercas son hexagonales y tienen 3 mm de espesor y 10 mm de diámetro. Las contra-tuercas, un poco más pequeñas, tienen 2 mm de espesor y 9 mm de diámetro siendo igualmente hexagonales.

Conectores

Son los elementos que permiten la unión de dos barras entre sí y son de tres clases:

• Barra – Barra transversal: estos conectores permiten la unión transversal de las dos barras.

Los conectores consisten en dos parejas de mordazas no roscadas montadas sobre una barra roscada M4 x 0.7 y dos tuercas una interna y otra externa en cada lado. Sobre la misma barra pueden ser montadas las mordazas grandes o pequeñas dependiendo del diámetro de la barra. Esto permite combinar una mordaza grande en un lado y una pequeña en el otro o dos mordazas iguales. Figura 5

Fig. 5. Conector Barra – Barra, instrumentación NOVA.

Las mordazas vienen en dos tamaños: grande para usar con la barra de 6 mm y pequeña para usar con la barra de 5 mm. En cualquiera de los dos casos las tuercas son iguales con un diámetro de 5 mm.

• Barra – Barra longitudinal: Tanto para la barra de 5 mm como para la barra de 6 mm se puede colocar un conector longitudinal extremo a extremo o un conector longitudinal lado a lado.

El conector barra – barra longitudinal por lo tanto puede ser de dos dimensiones, 5 ó 6 mm.

Conector lateral: este conector permite el anclaje de la barra a un tornillo transpedicular; usualmente cuando la distancia entre el tornillo y la barra es muy grande o cuando se ha de colocar un tornillo transpedicular en un nivel y un gancho en el nivel inmediatamente adyacente.

El conector lateral viene en tres dimensiones: 10, 15 y 20 mm dependiendo de la distancia existente entre la barra y el gancho o el tornillo. Figura 6

Fig. 6. Conector lateral, instrumentación NOVA