Avaliação do comportamento biomecânico da vértebra nativa e protésica

Abstract

A Doença Degenerativa do Disco refere-se, em geral, à instabilidade e à degenerescência estrutural do disco intervertebral. Essa degenerescência ocorre como parte do processo normal de envelhecimento e é muito frequentemente causa de dor. Se a dor se torna crónica e não responde aos tratamentos não-cirúrgicos, a substituição total do disco é uma alternativa que permite preservar o movimento na coluna vertebral e eliminar, ou diminuir, a dor. Contudo, os resultados da artroplastia de disco não são melhor que a fusão vertebral e não são comparáveis com o elevado sucesso de outras artroplastias. Assim, o objetivo do presente estudo foi determinar de que modo a substituição do disco lombar altera a biomecânica das vértebras adjacentes relativamente à situação natural, avaliando os riscos dessas modifi cações em termos de alteração do mecanismo de remodelação óssea e dano por ação de fadiga no osso, utilizando, para isso, modelos computacionais pelo método dos elementos fi nitos. Foram estudados dois modelos no nível L4-L5, um em que o disco foi substituído pela prótese Prodisc-L® e outro que permaneceu intacto, para uma atividade fi siológica de marcha. Os resultados de deformação observados no osso cortical e no osso esponjoso, sob o disco intervertebral, evidenciam que a passagem do disco nativo para o disco protésico altera o comportamento biomecânico das vértebras adjacentes. O risco de falência da prótese de disco intervertebral parece, de facto, não estar relacionado com o efeito de "stress-shielding" e, logo, com a reabsorção óssea, devido a uma diminuição do estímulo mecânico (deformação) do osso. Pelo contrário, o risco, a existir, resulta de um processo de fratura por fadiga (fratura de "stress") da vértebra, já que se observou um incremento do nível de deformação nas vértebras adjacentes à prótese relativamente à situação natural. Contudo, este risco parece não existir para os níveis de carga considerados neste estudo. No entanto, em casos que a atividade fi siológica aumente signifi cativamente a carga sobre a vértebra adjacente à prótese e seja uma atividade repetitiva, o risco de fratura de "stress" pode estar presente. Um comentário breve, baseado nos resultados deste estudo, seria que um paciente sujeito a esta artroplastia deveria evitar esforços que vão para além de uma atividade fi siológica normal, especialmente se estes forem repetitivos.

The degenerative disc disease refers to the general instability and structural degeneration of the intervertebral disc. This degeneration occurs as part of normal aging and may be associated with pain. If the pain becomes chronic and does not respond to non-surgical methods, the total disc replacement is an option to preserve motion in the spine and eliminate or reduce the pain. However, the performance of total intervertebral disc arthroplasty is not better than the spinal fusion, and is not comparable with the high success of other arthroplasties like knee or hip. Thus, the objetive of the present study was to determine how the replacement of lumbar disc changes the biomechanics of the adjacent vertebrae relatively to the native condition, evaluating the risks of these changes in terms of the changing the bone remodeling process and bone damage by the action of fatigue loads. For that were used computational models for fi nite element analysis. We studied two models at the level of lumbar segments L4-L5, one in which the native disk has been replaced by a prosthetic disk Prodisc-L® and other who remained the native disk, at the level walking activity. The results of deformation observed in the cortical and cancellous bone of vertebrae show that the alteration from native to prosthetic disc changes the biomechanical behavior of the adjacent vertebrae. The risk of failure of the intervertebral disc replacement does not seem to be related to the effect of "stress shielding" and then with bone resorption due to a decrease of the mechanical stimulus (strain) in bone. Rather, if the risk exists, its do to a process of fatigue (stress frature) of the vertebra, due an increase in the level of deformation in the prosthetic vertebrae relatively to the native condition. However, this risk seems do not exist for the load levels used in this study. However, in cases where the physiological activities signifi cantly increase the load on the prosthetic vertebra and that are a repetitive the risk of stress frature may be present. A brief message based on the results of this study is that a patient subject to this arthroplasty should avoid efforts that go beyond a normal physiological activity especially if they are repetitive.