Los tornillos pediculares de doble paso recubiertos de titanio mejoran la fijación inicial y temprana en un sistema semirrígido con barras de polietéretercetona en un modelo ovino
Introducción
Las enfermedades degenerativas lumbares afectan significativamente la calidad de vida, siendo la fusión vertebral combinada con instrumentación rígida un tratamiento convencional. Sin embargo, las preocupaciones sobre la degeneración del segmento adyacente y fallos del implante han impulsado el interés en sistemas dinámicos o semirrígidos. Las barras de polietéretercetona (PEEK), con un módulo de elasticidad entre el hueso cortical y esponjoso, ofrecen una alternativa semirrígida que reduce el estrés en los implantes mientras preserva el movimiento fisiológico. A pesar de los avances, el aflojamiento de los tornillos pediculares sigue siendo un desafío crítico en sistemas sin fusión. Modificaciones en el diseño de los tornillos, como recubrimientos superficiales y geometría de las roscas, buscan mejorar la fijación. Este estudio evalúa el rendimiento biomecánico e histológico de tornillos pediculares de doble paso recubiertos de titanio (DPTCPS) en un sistema semirrígido con barras PEEK, centrándose en la fijación inicial y temprana en un modelo ovino.
Materiales y métodos
Diseño de los implantes
Se evaluaron cuatro tipos de tornillos pediculares de Ti-6Al-4V:
- Tornillo pedicular de paso estándar (SPPS): Diseño de doble rosca con paso de 3,0 mm en la región pedicular.
- Tornillo pedicular de doble paso (DPPS): Diseño de rosca única con paso de 6,0 mm en la región pedicular.
- Tornillo pedicular de paso estándar recubierto de titanio (SPTCPS): SPPS con recubrimiento de titanio por proyección térmica (rugosidad Ra = 4,54 µm, grosor = 386,6 µm, porosidad = 29%).
- Tornillo pedicular de doble paso recubierto de titanio (DPTCPS): DPPS con el mismo recubrimiento de titanio.
Todos los tornillos tenían diámetro de 4,5 mm, longitud de 25,0 mm y paso de 3,0 mm en la región del cuerpo vertebral. Se utilizaron barras PEEK (diámetro 6,35 mm, longitud 55,0 mm) para la fijación semirrígida.
Modelo animal
- Fijación inicial (semana 0): Cincuenta y cuatro especímenes frescos de columna ovina (L2–L5) se instrumentaron con cuatro tornillos y dos barras.
- Fijación temprana (6 meses): Sesenta y cuatro ovejas recibieron implantes en L3–L4. La densidad mineral ósea (DMO) se midió mediante absorciometría de rayos X de energía dual para garantizar uniformidad.
Pruebas biomecánicas
- Prueba de extracción axial: Los tornillos se sometieron a tensión a 5 mm/min usando un sistema de pruebas mecánicas (Instron 3367) para determinar la fuerza máxima de extracción.
- Prueba de balanceo: Se aplicó una carga craneocaudal de ±200 N incrementalmente (25 N cada 20 ciclos) hasta alcanzar 2 mm de desplazamiento.
- Carga cíclica: Se aplicó un momento de flexión de 6 Nm (carga 20–100 N) seguido de 12 Nm (20–200 N) durante 1.000 ciclos cada uno. Se registró el desplazamiento máximo.
Análisis histológico
Tras 6 meses, las interfaces hueso-tornillo se tiñeron con Van-Gieson para cuantificar el contacto hueso-implante (%) y evaluar la osteointegración.
Resultados
Rendimiento biomecánico a la semana 0 (fijación inicial)
- Resistencia a la extracción axial: DPTCPS (557,0 ± 25,2 N) y SPTCPS (622,6 ± 25,2 N) superaron a SPPS (459,1 ± 19,1 N) (P < 0,05).
- Resistencia al balanceo: DPTCPS soportó mayores cargas (343,4 ± 16,5 N vs. SPPS: 237,5 ± 12,9 N) y más ciclos (124,7 ± 13,5 vs. SPPS: 41,9 ± 4,3) (P < 0,05). SPTCPS mostró resultados intermedios (289,9 ± 12,8 N; 79,5 ± 11,8 ciclos).
- Carga cíclica: DPTCPS exhibió menor desplazamiento (1,80 ± 0,13 mm) vs. SPPS (3,76 ± 0,19 mm) y SPTCPS (2,46 ± 0,20 mm) (P < 0,05).
Rendimiento biomecánico a los 6 meses (fijación temprana)
- Resistencia a la extracción axial: DPTCPS (908,4 ± 33,6 N) y SPTCPS (925,9 ± 53,9 N) superaron a SPPS (646,5 ± 59,4 N) (P < 0,05). No hubo diferencias entre DPTCPS y SPTCPS (P > 0,05).
- Resistencia al balanceo: DPTCPS demostró mayor resistencia (496,9 ± 17,9 N vs. SPPS: 370,3 ± 16,4 N) y tolerancia a ciclos (249,1 ± 11,0 vs. SPPS: 149,9 ± 11,1) (P < 0,05). SPTCPS tuvo peor desempeño que DPTCPS (414,1 ± 12,8 N; 199,8 ± 7,2 ciclos).
- Carga cíclica: DPTCPS mantuvo estabilidad (0,96 ± 0,11 mm de desplazamiento), significativamente menor que SPPS (2,39 ± 0,14 mm) y SPTCPS (1,82 ± 0,12 mm) (P < 0,05).
Hallazgos histológicos
Tras 6 meses, DPTCPS exhibió osteointegración robusta con 58,3% ± 7,0% de contacto hueso-implante, frente a 36,5% ± 4,4% en SPPS (P < 0,05). Se observó hueso nuevo infiltrando el recubrimiento sin inflamación o degradación de partículas. Las interfaces de SPPS mostraron tejido fibroso y espacios.
Discusión
El diseño DPTCPS combina roscas de doble paso y recubrimiento de titanio para optimizar estabilidad mecánica e integración biológica. El paso de 6,0 mm en la región pedicular reduce la densidad de roscas, minimizando la compactación del hueso esponjoso y preservando la integridad trabecular, mientras el recubrimiento mejora la rugosidad superficial para la formación ósea.
En fijación inicial, el recubrimiento aumentó la resistencia a la extracción en 21,3% (DPTCPS vs. SPPS), destacando su papel en la estabilidad inmediata. Sin embargo, SPTCPS superó a DPTCPS en extracción axial (622,6 N vs. 557,0 N), sugiriendo que las roscas estándar pueden ofrecer mejor resistencia a corto plazo. A los 6 meses, esta diferencia desapareció (DPTCPS: 908,4 N vs. SPTCPS: 925,9 N; P > 0,05), indicando que el diseño de doble paso y la osteointegración compensan con el tiempo.
Los datos de balanceo y carga cíclica respaldan la superioridad de DPTCPS en resistir fuerzas de cizallamiento repetitivas, críticas para preservar el movimiento espinal. Los desplazamientos de 1,80 mm (semana 0) y 0,96 mm (6 meses) reflejan estabilidad sostenida bajo cargas dinámicas.
Histológicamente, el recubrimiento facilitó la unión ósea directa, eliminando interfaces fibrosas comunes en tornillos no recubiertos. La ausencia de inflamación confirma su biocompatibilidad, abordando preocupaciones asociadas a recubrimientos de hidroxiapatita.
Conclusión
DPTCPS combina roscas de doble paso y recubrimiento de titanio para mejorar la fijación inicial y temprana en sistemas semirrígidos con barras PEEK. Las pruebas biomecánicas confirman su resistencia superior a fuerzas de extracción, balanceo y cargas cíclicas, mientras la histología valida una osteointegración mejorada. Estos hallazgos respaldan DPTCPS como una solución prometedora para reducir el aflojamiento de tornillos en estabilizaciones espinales dinámicas.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000000335