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Experimental and clinical study of bone cement-reinforced pedicle screws for secondary screw placement in osteoporotic lumbar spine surgery

Este estudio demuestra que para la colocación de tornillos pediculares secundarios en la cirugía de columna lumbar osteoporótica, una técnica de tornillo fenestrado con aumento de cemento con un volumen de inyección óptimo de 2,5 ml proporciona una estabilidad y resultados clínicos superiores en comparación con el aumento de tornillo convencional.

Autores originales: Hao Li, Xiaofeng Chen, Weijun Guo, Zhuangxun Han, Xueyuan Chu, Qipeng Wei, Junxian Xie, Dongling Cai, Lixin Zhu

Publicado 2026-07-31

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CC BY 4.0

Autores originales: Hao Li, Xiaofeng Chen, Weijun Guo, Zhuangxun Han, Xueyuan Chu, Qipeng Wei, Junxian Xie, Dongling Cai, Lixin Zhu

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

Imagina que tu columna vertebral es la viga de soporte principal de un rascacielos, sosteniendo el pesado techo de tu cuerpo. A veces, debido a la edad o al desgaste, esta viga puede volverse un poco esponjosa y débil, una condición que los médicos llaman osteoporosis. Para reparar una sección rota o inestable de esta viga, los cirujanos suelen utilizar un "andamio" hecho de tornillos metálicos para mantener todo unido mientras el hueso sana. Pero aquí está la parte difícil: si la viga es demasiado esponjosa, esos tornillos metálicos no pueden agarrarse bien. Podrían aflojarse y tambalearse, como un clavo martillado en un trozo de pan seco y desmenuzable. Para solucionar esto, los cirujanos inyectan un cemento líquido especial (un pegamento súper fuerte llamado PMMA) en el agujero antes de colocar el tornillo. Esto convierte el pan desmenuzable en un bloque sólido de concreto, dándole al tornillo algo firme de qué sujetarse.

Pero, ¿qué pasa si el cirujano intenta poner un tornillo, se da cuenta de que el agujero es demasiado inestable, lo saca e intenta de nuevo? Ese es el escenario del "segundo intento". Cada vez que sacas un tornillo de ese hueso esponjoso, haces que el agujero sea más grande y que el área circundante sea aún más débil. Es como intentar arreglar un tornillo flojo en un trozo de madera que ya ha perdido sus roscas. El gran interrogante para los médicos es: ¿Cuánta de esa pegamento súper fuerte deben usar la segunda vez? ¿Necesitan más? ¿Cuánto es demasiado? ¿Y existe un tipo especial de tornillo que haga que todo este proceso sea más fácil y seguro? Este es exactamente el misterio que un equipo de investigadores se propuso resolver.

El Experimento: Probando el Pegamento en el Laboratorio

Para encontrar las respuestas, los investigadores comenzaron con una "prueba de ensayo" utilizando 30 huesos humanos reales de un laboratorio. Estos huesos eran muy débiles, tal como los de pacientes con osteoporosis severa. Dividieron los huesos en dos equipos. El primer equipo fue el de los "Primerizos". Los investigadores perforaron un agujero, sacaron el taladro e inyectaron diferentes cantidades de pegamento —que iban desde 1.0 ml hasta 3.0 ml— antes de atornillar un tornillo metálico. El segundo equipo fue el "Equipo de Repetición". Para estos huesos, los investigadores perforaron un agujero, pusieron un tornillo, lo sacaron y luego perforaron una segunda vez en el mismo lugar (simulando un tornallo que falló y necesitaba ser reemplazado). También inyectaron diferentes cantidades de pegamento para este grupo.

Luego, colocaron los tornillos en una máquina gigante que tiraba de ellos con una fuerza creciente hasta que los tornillos se arrancaban del hueso. Midieron exactamente cuánta fuerza se necesitaba para sacarlos. Los resultados fueron como un juego de "Ricitos de Oro". Encontraron que usar más pegamento generalmente hacía que los tornillos se sujetaran con más fuerza, pero había un punto de rendimientos decrecientes. Para los "Primerizos", inyectar 2.0 ml de pegamento era tan fuerte como usar 2.5 ml o 3.0 ml. Sin embargo, para el "Equipo de Repetición", la historia cambió. Debido a que el segundo agujero era más grande y el hueso estaba más dañado, necesitaban un poco más de pegamento para obtener la misma sujeción fuerte. El punto ideal para el segundo intento fue 2.5 ml. Usar menos de eso hacía que el tornillo estuviera tambaleante; usar más no ayudaba mucho más, pero aumentaba el riesgo de que el pegamento se filtrara donde no debía.

La Prueba del Mundo Real: Pacientes en el Quirófano

Después, el equipo pasó del laboratorio al hospital, observando a 78 pacientes reales que tuvieron cirugía de espalda donde se tuvo que reinsertar un tornillo. Dividieron a estos pacientes en dos grupos para ver qué herramienta funcionaba mejor. El primer grupo recibió "Tornillos Pediculares Convencionales" (CPS por sus siglas en inglés). Estos son tornillos estándar. Si era necesario añadir el pegamento, el cirujano tenía que detenerse, retirar el tornillo y usar un tubo separado para inyectar el pegamento en el agujero antes de volver a poner el tornillo. Era un poco como intentar llenar una taza con agua mientras sostienes la taza boca abajo, y luego la volteas.

El segundo grupo recibió "Tornillos Pediculares Fenestrados" (FPS). Estos son tornillos de alta tecnología con pequeños agujeros (fenestraciones) integrados directamente en sus lados. El cirujano podía atornillar todo el conjunto y luego inyectar el pegamento directamente a través del propio tornillo, dejando que se filtrara por los lados para rodear el tornillo como una cáscara protectora. Era como tener un sistema de aspersores integrado en el tornillo.

Los resultados mostraron que ambos grupos mejoraron con el tiempo, con menos dolor y una mejor capacidad de movimiento. Sin embargo, el grupo "Fenestrado" tuvo ventajas claras. Debido a que el pegamento podía fluir uniformemente a través de los orificios laterales, creaba una cáscara de "concreto" más uniforme alrededor del tornillo. Esto significaba que los tornillos eran menos propensos a aflojarse más tarde. De hecho, al cumplirse el año, el grupo con los tornillos especiales huecos tenía una tasa mucho menor de tornillos aflojándose (alrededor del 12%) en comparación con el grupo de tornillos estándar (alrededor del 25.5%). Aunque la diferencia no era lo suficientemente grande como para ser una regla garantizada para todos, la tendencia era clara: los tornillos especiales se sujetaban con más fuerza.

Además, los tornillos especiales hicieron que la cirugía fuera un poco más fluida. Los cirujanos necesitaron menos radiografías para revisar su trabajo porque el proceso era más simple, y hubo una probabilidad ligeramente menor de que el pegamento se filtrara en los lugares equivocados (aunque esta diferencia no fue estadísticamente enorme, seguía siendo una señal positiva).

La Conclusión

Entonces, ¿qué nos enseñó este estudio? Primero, si tienes que poner un tornillo en un hueso débil por segunda vez, necesitas ser un poco más generoso con el pegamento —alrededor de 2.5 ml en lugar de los 2.0 ml usados para el primer intento. Segundo, si vas a realizar una colocación de tornillo de "repaso", usar esos tornillos especiales huecos con orificios laterales es una elección más inteligente. Actúan como un sistema de entrega integrado, distribuyendo el pegamento de manera uniforme para crear un agarre más fuerte y evitando que los tornillos se aflojen mientras el paciente sana. Es un pequeño cambio en el kit de herramientas que podría marcar una gran diferencia para mantener la espalda de un paciente estable y sin dolor.

Resumen Técnico: Estudio Experimental y Clínico de Tornillos Pediculares Reforzados con Cemento Óseo para la Colocación de Tornillos Secundarios en Cirugía de Columna Lumbar Osteoporótica

Planteamiento del Problema

La degeneración lumbar que requiere fusión espinal se ve frecuentemente complicada por la osteoporosis, lo que aumenta significativamente el riesgo de aflojamiento de los tornillos pediculares y de fallo de la fijación. Si bien la aumentación con cemento de polimetilmetacrilato (PMMA) es una técnica estándar para mejorar la resistencia a la extracción, la realidad clínica a menudo requiere la colocación de un tornillo secundario debido a variaciones anatómicas o fallos en la colocación inicial. La inserción repetida de tornillos causa una pérdida adicional de hueso esponjoso y ensancha el trayecto del tornillo, lo que puede alterar la dosis y la dispersión óptimas del cemento. Actualmente, existe una falta de datos sobre el volumen específico de inyección de PMMA requerido para la colocación de un tornillo secundario en comparación con la colocación primaria, y la eficacia comparativa de los tornillos pediculares convencionales (CPS) frente a los tornillos pediculares fenestrados (FPS) en este contexto específico sigue sin estar clara.

Metodología

El estudio empleó un enfoque de dos partes que combina un experimento biomecánico de ciencia básica y un estudio clínico prospectivo.

1. Investigación Básica (Experimento Biomecánico)

Especímenes: Se utilizaron 30 vértebras lumbares de cadáver fresco (L1-L5) con osteoporosis severa (valor T de BMD < -2.5), proporcionando 60 pedículos.
Agrupación: Los pedículos se aleatorizaron en dos categorías principales:
- Grupo de Implantación Primaria (Grupos A-E): Se realizó una perforación piloto. Se inyectó PMMA en volúmenes de 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 y 3.0 ml antes de la inserción del tornillo.
- Grupo de Implantación Secundaria (Grupos F-J): Se realizó una perforación piloto, se insertó y retiró un tornillo para simular una colocación fallida, y se insertó un segundo tornillo a lo largo del mismo trayecto. Se inyectó PMMA en los mismos cinco incrementos de volumen (1.0–3.0 ml).
Pruebas: Tras 24 horas de curado, los especímenes se sometieron a pruebas de extracción axial utilizando una máquina de pruebas mecánicas MTS 858 para determinar la fuerza máxima de extracción axial ( $F_{max}$ ). Las imágenes (rayos X) evaluaron la distribución del PMMA.

2. Estudio Clínico

Población: 78 pacientes (edad >60 años) con osteoporosis severa sometidos a fusión posterior de un solo segmento L4-L5 que requirieron la colocación secundaria de un tornillo pedicular intraoperatorio.
Intervención: Los pacientes se dividieron en dos grupos basados en el tipo de tornillo utilizado para la fijación reforzada:
- Grupo CPS (n=43): Tornillos Pediculares Convencionales. El cemento se inyectó mediante un tubo de punción en el trayecto tras la retirada del tornillo.
- Grupo FPS (n=35): Tornillos Pediculares Fenestrados. El cemento se inyectó a través del canal hueco y los forámenes laterales del tornillo tras su inserción.
Protocolo: Ambos grupos recibieron 2.5 ml de PMMA para el tornillo secundario (basado en los hallazgos experimentales). Todos los pacientes recibieron medicación antiosteoporótica estandarizada tras la operación.
Resultados: Se registraron los datos perioperatorios (tiempo operatorio, pérdida de sangre, recuento de fluoroscopia, fuga), las puntuaciones clínicas (VAS para dolor, ODI para discapacidad) y los resultados radiológicos (aflojamiento del tornillo, fusión intervertebral) a los 3 días, 3 meses, 6 meses y 1 año.

Resultados Clave

Hallazgos Biomecánicos

Respuesta a la Dosis: Se observó una fuerte correlación positiva entre el volumen de PMMA y la $F_{max}$ tanto en el grupo de colocación primaria ( $r=0.885$ ) como en el de la secundaria ( $r=0.942$ ).
Volúmenes Óptimos:
- Colocación Primaria: No se encontró una diferencia significativa en la $F_{max}$ entre 2.0 ml, 2.5 ml y 3.0 ml. El estudio identifica los 2.0 ml como el volumen preferido.
- Colocación Secundaria: No se encontró una diferencia significativa entre 2.5 ml y 3.0 ml. El estudio identifica los 2.5 ml como el volumen preferido, señalando que la colocación secundaria requiere 0.5 ml más de cemento que la primaria para compensar la pérdida ósea.
Comparación: En volúmenes idénticos, los grupos de colocación secundaria generalmente exhibieron una $F_{max}$ menor que los grupos primarios, aunque la diferencia no fue estadísticamente significativa.

Hallazgos Clínicos

Métricas Operativas: El grupo FPS requirió significativamente menos imágenes intraoperatorias de fluoroscopia ( $p < 0.05$ ) y menos inyecciones de cemento en comparación con el grupo CPS. No hubo diferencias significativas en el tiempo operatorio, la pérdida de sangre o la estancia hospitalaria.
Seguridad: La fuga de cemento ocurrió en 7/36 casos de CPS y 2/33 casos de FPS (no estadísticamente significativo). No se informaron embolias pulmonares.
Resultados Clínicos: Ambos grupos mostraron una mejora significativa en las puntuaciones VAS y ODI con el tiempo. Sin embargo, a los 3 y 6 meses postoperatorios, el grupo FPS demostró puntuaciones de VAS (dolor de espalda y de pierna) y ODI significativamente más bajas en comparación con el grupo CPS ( $p < 0.05$ ). A los 12 meses, las diferencias entre los grupos ya no fueron estadísticamente significativas.
Resultados Radiológicos:
- Aflojamiento del Tornillo: El grupo FPS mostró consistentemente tasas de aflojamiento más bajas que el grupo CPS en todos los puntos de seguimiento (tasas a los 12 meses: 12.00% para FPS frente al 25.54% para CPS), aunque las diferencias no fueron estadísticamente significativas.
- Fusión: Las tasas de fusión intervertebral fueron mayores en el grupo FPS en todos los puntos temporales, pero las diferencias no fueron estadísticamente significativas.

Contribuciones Clave

Cuantificación de las Necesidades de Colocación Secundaria: El estudio establece que la colocación de un tornillo secundario en hueso osteoporótico requiere 0.5 ml adicionales de PMMA (2.5 ml frente a 2.0 ml) en comparación con la colocación primaria para lograr una estabilidad óptima, abordando un vacío en la literatura actual.
Validación Biomecánica: Confirma una correlación positiva entre el volumen de cemento y la resistencia a la extracción específicamente en el contexto de trayectos re-perforados.
Eficacia Clínica de FPS: El estudio demuestra que el uso de tornillos fenestrados para la colocación secundaria ofrece resultados clínicos superiores a corto plazo (puntuaciones de dolor y discapacidad a los 3–6 meses) y una tendencia hacia menores tasas de aflojamiento en comparación con los tornillos convencionales con inyección externa de cemento.
Eficiencia Operativa: Se demostró que la técnica FPS reduce la exposición intraoperatoria a la radiación (fluoroscopia) debido a la capacidad de inyectar cemento después de la inserción del tornillo sin necesidad de reposicionar los instrumentos.

Significancia y Reivindicaciones

Los autores afirman que este estudio proporciona un protocolo clínicamente factible y biológicamente significativo para el manejo de la colocación de tornillos secundarios en columnas osteoporóticas. La principal significancia radica en definir el volumen de inyección de PMMA óptimo (2.0 ml para primaria, 2.5 ml para secundaria) para maximizar la estabilidad de la fijación minimizando los riesgos de fuga.

Además, el artículo postula que la técnica FPS es superior a la técnica CPS para la colocación secundaria. El canal hueco y los forámenes laterales del FPS permiten una distribución de cemento más uniforme alrededor de la interfaz tornillo-hueso, creando una superficie de contacto mayor y una fijación más fuerte. Esto resulta en un menor aflojamiento del tornillo, mayores tasas de fusión y mejores resultados reportados por el paciente a corto plazo. El estudio concluye que, si bien ambos métodos son viables, la técnica FPS simplifica el procedimiento y ofrece un perfil de seguridad con menores riesgos de fuga, lo que la convierte en una opción preferida para el refuerzo de tornillos secundarios en pacientes osteoporóticos.

Limitaciones Reconocidas por los Autores:
El estudio señala limitaciones que incluyen un período de seguimiento de 12 meses (falta de datos a largo plazo de 2 a 5 años), un enfoque de un solo segmento, la falta de estratificación por género o tamaño vertebral, y la incapacidad de correlacionar la frecuencia de ajustes con las tasas de aflojamiento debido al diseño del estudio.