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

Este estudo demonstra que, para o posicionamento de parafusos pediculares secundários em cirurgias da coluna lombar osteoporótica, uma técnica de parafuso fenestrado com aumento de cimento e um volume de injeção ideal de 2,5 ml proporciona estabilidade e desfechos clínicos superiores em comparação ao aumento de parafuso convencional.

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

Artigo original sob licença CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta é uma explicação gerada por IA do artigo abaixo. Não foi escrita nem endossada pelos autores. Para precisão técnica, consulte o artigo original. Ler aviso legal completo

Imagine que sua coluna é a viga de suporte principal de um arranha-céu, sustentando o pesado telhado do seu corpo. Às vezes, devido à idade ou ao desgaste, essa viga pode ficar um pouco esponjosa e fraca, uma condição que os médicos chamam de osteoporose. Para consertar uma seção quebrada ou instável dessa viga, os cirurgiões costumam usar um "andaime" feito de parafusos metálicos para manter tudo unido enquanto o osso cicatriza. Mas aqui está a parte complicada: se a viga for muito esponjosa, esses parafusos metálicos não conseguem ter uma boa aderência. Eles podem afrouxar e balançar, como um prego martelado em um pedaço de pão seco e esfarelento. Para resolver isso, os cirurgiões injetam um cimento líquido especial (uma cola superforte chamada PMMA) no buraco antes de colocar o parafuso. Isso transforma o pão esfarelento em um bloco sólido de concreto, dando ao parafuso algo firme para se segurar.

Mas o que acontece se o cirurgião tentar colocar um parafuso, perceber que o buraco está muito instável, retirá-lo e tentar novamente? Esse é o cenário da "segunda tentativa". Cada vez que você retira um parafuso de um osso esponjoso, você aumenta o buraco e torna a área ao redor ainda mais fraca. É como tentar consertar um parafuso frouxo em um pedaço de madeira que já teve suas roscas espanadas. O grande questionamento para os médicos é: quanto dessa cola superforte eles devem usar na segunda vez? Eles precisam de mais? Quanto é demais? E existe um tipo especial de parafuso que torna todo esse processo mais fácil e seguro? É exatamente este o mistério que uma equipe de pesquisadores se propôs a resolver.

O Experimento: Testando a Cola no Laboratório

Para encontrar as respostas, os pesquisadores começaram com um "teste de rotina" usando 30 ossos humanos reais de uma coluna vertebral de um laboratório. Esses ossos eram muito fracos, exatamente como os de pacientes com osteoporose severa. Eles dividiram os ossos em duas equipes. A primeira equipe foi a dos "Iniciantes". Os pesquisadores perfuraram um buraco, tiraram a broca e injetaram diferentes quantidades de cola — variando de 1,0 ml a 3,0 ml — antes de parafusar um parafuso metálico. A segunda equipe foi a do "Grupo de Repetição". Para esses ossos, eles perfuraram um buraco, colocaram um parafuso, o retiraram e depois perfuraram uma segunda vez no mesmo local (simulando um parafuso que falhou e precisava ser substituído). Eles também injetaram diferentes quantidades de cola para este grupo.

Em seguida, eles colocaram os parafusos em uma máquina gigante que puxava neles com força crescente até que os parafusos fossem arrancados do osso. Eles mediram exatamente quanta força era necessária para arrancá-los. Os resultados foram como um jogo de "Goldilocks" (o Pequeno Urso). Eles descobriram que usar mais cola geralmente fazia os parafusos segurarem com mais força, mas havia um ponto de retornos decrescentes. Para os "Iniciantes", injetar 2,0 ml de cola era tão forte quanto usar 2,5 ml ou 3,0 ml. No entanto, para o "Grupo de Repetição", a história mudou. Como o segundo buraco era maior e o osso estava mais danificado, eles precisavam de um pouco mais de cola para obter a mesma fixação forte. O ponto ideal para a segunda tentativa foi 2,5 ml. Usando menos que isso, o parafuso ficava bambo; usando mais, não ajudava muito mais, mas aumentava o risco de a cola vazar para onde não deveria.

O Teste no Mundo Real: Pacientes na Sala de Operação

Em seguida, a equipe passou do laboratório para o hospital, observando 78 pacientes reais que passaram por cirurgia de coluna onde um parafuso teve que ser reinserido. Eles dividiram esses pacientes em dois grupos para ver qual ferramenta funcionava melhor. O primeiro grupo recebeu "Parafusos Pediculares Convencionais" (CPS). Estes são parafusos padrão. Se a cola precisasse ser adicionada, o cirurgião tinha que parar, remover o parafuso e usar um tubo separado para injetar a cola no buraco antes de colocar o parafuso de volta. Era um pouco como tentar encher um copo com água enquanto segura o copo de cabeça para baixo, e depois virá-lo.

O segundo grupo recebeu "Parafusos Pediculares Fenestrados" (FPS). São parafusos de alta tecnologia com pequenos buracos (fenestrações) construídos diretamente em seus lados. O cirurgião pode parafusar a peça inteira e, em seguida, injetar a cola diretamente através do próprio parafuso, deixando-a escorrer pelos furos laterais para envolver o parafuso como uma casca protetora. Era como ter um sistema de irrigação construído dentro do próprio parafuso.

Os resultados mostraram que ambos os grupos melhoraram com o tempo, apresentando menos dor e melhor capacidade de movimento. No entanto, o grupo "Fenestrado" apresentou vantagens claras. Como a cola podia fluir uniformemente através dos furos laterais, ela criava uma casca de "concreto" mais uniforme ao redor do parafuso. Isso significava que os parafusos eram menos propensos a afrouxar mais tarde. De fato, ao chegar na marca de um ano, o grupo com os parafusos ocos especiais teve uma taxa muito menor de parafusos afrouxando (cerca de 12%) em comparação ao grupo do parafuso padrão (cerca de 25,5%). Embora a diferença não fosse grande o suficiente para ser uma regra garantida para todos, a tendência era clara: os parafusos especiais seguravam com mais firmeza.

Além disso, os parafusos especiais tornaram a cirurgia um pouco mais fluida. Os cirurgiões precisaram de menos raios-X para verificar seu trabalho porque o processo era mais simples, e houve uma chance ligeiramente menor de a cola vazar para os lugares errados (embora essa diferença não fosse estatisticamente enorme, ainda era um sinal positivo).

A Conclusão

Então, o que este estudo nos ensinou? Primeiro, se você tiver que colocar um parafuso em um osso fraco pela segunda vez, precisa ser um pouco mais generoso com a cola — cerca de 2,5 ml em vez dos 2,0 ml usados na primeira tentativa. Segundo, se você for fazer uma reposição de parafuso, usar esses parafusos ocos especiais com furos laterais é uma escolha mais inteligente. Eles atuam como um sistema de entrega integrado, espalhando a cola uniformemente para criar uma aderência mais forte e evitando que os parafusos fiquem balançando conforme o paciente se recupera. É uma pequena mudança no kit de ferramentas que pode fazer uma grande diferença para manter as costas do paciente estáveis e sem dor.

Resumo Técnico: Estudo Experimental e Clínico de Parafusos Pediculares Reforçados com Cimento Ósseo para Colocação de Parafuso Secundário em Cirurgia da Coluna Lombar Osteoporótica

Definição do Problema

A degeneração lombar que requer fusão espinhal é frequentemente complicada pela osteoporose, o que aumenta significativamente o risco de afrouxamento de parafusos pediculares e falha de fixação. Embora a augmentação com cimento de polimetilmetacrilato (PMMA) seja uma técnica padrão para aumentar a resistência ao arrancamento (pull-out), a realidade clínica muitas vezes necessita de colocação secundária de parafusos devido a variações anatômicas ou falha de colocação inicial. A inserção repetida de parafusos causa perda adicional de osso canceloso e alarga o trajeto do parafuso, podendo alterar a dose e a dispersão ideais do cimento. Atualmente, há uma carência de dados sobre o volume específico de injeção de PMMA necessário para a colocação secundária de parafusos em comparação com a colocação primária, e a eficácia comparativa entre parafusos pediculares convencionais (CPS) e parafusos pediculares fenestrados (FPS) permanece incerta neste contexto específico.

Metodologia

O estudo empregou uma abordagem de duas partes combinando um experimento biomecânico de ciência básica e um estudo clínico prospectivo.

1. Pesquisa Básica (Experimento Biomecânico)

Espécimes: Foram utilizadas 30 vértebras lombares frescas (L1-L5) com osteoporose severa (valor T de DMO < -2,5), fornecendo 60 pedículos.
Agrupamento: Os pedículos foram randomizados em duas categorias principais:
- Grupo de Implante Primário (Grupos A-E): Um furo piloto foi perfurado. O PMMA foi injetado em volumes de 1,0, 1,5, 2,0, 2,5 e 3,0 ml antes da inserção do parafuso.
- Grupo de Implante Secundário (Grupos F-J): Um furo piloto foi perfurado, um parafuso foi inserido e removido para simular uma falha de colocação, e um segundo parafuso foi inserido ao longo do mesmo trajeto. O PMMA foi injetado nos mesmos cinco incrementos de volume (1,0–3,0 ml).
Testagem: Após 24 horas de cura, os espécimes foram submetidos ao teste de arrancamento axial utilizando uma máquina de teste mecânico MTS 858 para determinar a força máxima de arrancamento axial ( $F_{max}$ ). A imagem (Raio-X) avaliou a distribuição do PMMA.

2. Estudo Clínico

População: 78 pacientes (idade >60) com osteoporose severa submetidos à fusão posterior de segmento único L4-L5 que necessitaram de colocação secundária de parafuso intraoperatória para um pedículo.
Intervenção: Os pacientes foram divididos em dois grupos com base no tipo de parafuso utilizado para a fixação reforçada:
- Grupo CPS (n=43): Parafusos Pediculares Convencionais. O cimento foi injetado via tubo de punção no trajeto após a remoção do parafuso.
- Grupo FPS (n=35): Parafusos Pediculares Fenestrados. O cimento foi injetado através do canal oco e dos forames laterais do parafuso após a inserção.
Protocolo: Ambos os grupos receberam 2,5 ml de PMMA para o parafuso secundário (com base nos achados experimentais). Todos os pacientes receberam medicação antiosteoporótica padronizada no pós-operatório.
Desfechos: Dados perioperatórios (tempo operatório, perda de sangue, contagem de fluoroscopia, vazamento), escores clínicos (VAS para dor, ODI para incapacidade) e desfechos radiológicos (afrouxamento do parafuso, fusão intervertebral) foram registrados aos 3 dias, 3 meses, 6 meses e 1 ano.

Principais Resultados

Achados Biomecânicos

Resposta à Dose: Uma forte correlação positiva foi observada entre o volume de PMMA e a $F_{max}$ tanto nos grupos de colocação primária ( $r=0,885$ ) quanto de secundária ( $r=0,942$ ).
Volumes Ótimos:
- Colocação Primária: Nenhuma diferença significativa em $F_{max}$ foi encontrada entre 2,0 ml, 2,5 ml e 3,0 ml. O estudo identifica 2,0 ml como o volume preferencial.
- Colocação Secundária: Nenhuma diferença significativa foi encontrada entre 2,5 ml e 3,0 ml. O estudo identifica 2,5 ml como o volume preferencial, observando que a colocação secundária requer 0,5 ml a mais de cimento do que a primária para compensar a perda óssea.
Comparação: Em volumes idênticos, os grupos de colocação secundária geralmente exibiram menor $F_{max}$ do que os grupos primários, embora a diferença não tenha sido estatisticamente significativa.

Achados Clínicos

Métricas Operatórias: O grupo FPS exigiu significativamente menos imagens de fluoroscopia intraoperatória ( $p < 0,05$ ) e menos injeções de cimento em comparação ao grupo CPS. Não houve diferenças significativas no tempo operatório, perda de sangue ou tempo de internação hospitalar.
Segurança: O vazamento de cimento ocorreu em 7/36 casos de CPS e 2/33 casos de FPS (não estatisticamente significativo). Não foram relatados embolias pulmonares.
Desfechos Clínicos: Ambos os grupos mostraram melhora significativa nos escores VAS e ODI ao longo do tempo. No entanto, aos 3 e 6 meses pós-operatórios, o grupo FPS demonstrou escores de VAS (dor nas costas e nas pernas) e ODI significativamente menores do que o grupo CPS ( $p < 0,05$ ). Aos 12 meses, as diferenças entre os grupos não eram mais estatisticamente significativas.
Desfechos Radiológicos:
- Afrouxamento do Parafuso: O grupo FPS apresentou consistentemente taxas de afrouxamento menores do que o grupo CPS em todos os pontos de acompanhamento (taxas de 12 meses: 12,00% para FPS vs. 25,54% para CPS), embora as diferenças não tenham sido estatisticamente significativas.
- Fusão: As taxas de fusão intervertebral foram maiores no grupo FPS em todos os pontos de tempo, mas as diferenças não foram estatisticamente significativas.

Principais Contribuições

Quantificação das Necessidades de Colocação Secundária: O estudo estabelece que a colocação secundária de parafusos em osso osteoporótico requer um adicional de 0,5 ml de PMMA (2,5 ml vs. 2,0 ml) em comparação com a colocação primária para atingir a estabilidade ideal, preenchendo uma lacuna na literatura atual.
Validação Biomecânica: Confirma uma correlação positiva entre o volume de cimento e a força de arrancamento especificamente no contexto de trajetos reperfurados.
Eficácia Clínica do FPS: O estudo demonstra que o uso de parafusos fenestrados para colocação secundária oferece desfechos clínicos superiores a curto prazo (escores de dor e incapacidade aos 3–6 meses) e uma tendência para menores taxas de afrouxamento em comparação com parafusos convencionais com injeção externa de cimento.
Eficiência Operacional: A técnica FPS mostrou reduzir a exposição à radiação intraoperatória (fluoroscopia) devido à capacidade de injetar cimento após a inserção do parafuso sem reposicionar os instrumentos.

Significância e Alegações

Os autores alegam que este estudo fornece um protocolo clinicamente viável e biologicamente significativo para o manejo da colocação secundária de parafusos em colunas osteoporóticas. A principal significância reside na definição do volume de injeção de PMMA ideal (2,0 ml para primária, 2,5 ml para secundária) para maximizar a estabilidade da fixação enquanto minimiza os riscos de vazamento.

Além disso, o artigo postula que a técnica FPS é superior à técnica CPS para colocação secundária. O canal oco e os forames laterais do FPS permitem uma distribuição de cimento mais uniforme ao redor da interface parafuso-osso, criando uma superfície de contato maior e uma fixação mais forte. Isso resulta em redução do afrouxamento do parafuso, maiores taxas de fusão e melhores desfechos relatados pelos pacientes a curto prazo. O estudo conclui que, embora ambos os métodos sejam viáveis, a técnica FPS simplifica o procedimento e oferece um perfil de segurança com menores riscos de vazamento, tornando-se uma opção preferencial para o reforço secundário de parafusos em pacientes osteoporóticos.

Limitações Reconhecidas pelos Autores:
O estudo observa limitações, incluindo um período de acompanhamento de 12 meses (faltando dados de longo prazo de 2–5 anos), foco em segmento único, ausência de estratificação por gênero ou tamanho vertebral, e a incapacidade de correlacionar a frequência de ajustes com as taxas de afrouxamento devido ao desenho do estudo.