Biomechanical Comparison of Three Internal Fixation Techniques for Subaxial Cervical Spine Fractures in Ankylosing Spondylitis: A Finite Element Analysis

Resumo Técnico: Comparação Biomecânica de Três Técnicas de Fixação Interna para Fraturas da Coluna Cervical Subaxial em Espondilite Anquilosante

Definição do Problema
Pacientes com Espondilite Anquilosante (EA) apresentam um desafio biomecânico único: a coluna transforma-se em uma alavanca rígida de segmento longo com diminuição da absorção de choque, embora a qualidade óssea seja frequentemente severamente comprometida pela osteoporose. Esta "rigidez combinada com fragilidade" predispõe os pacientes a fraturas de três colunas instáveis (Fraturas da Coluna Cervical Subaxial por Espondilite Anquilosante, FCCSEA) após traumas menores. Embora a intervenção cirúrgica seja o padrão de cuidado para restaurar o alinhamento e a estabilidade, a estratégia de fixação ideal permanece controversa. As abordagens anteriores oferecem descompressão direta, mas correm o risco de falha do implante devido aos longos braços de alavanca e à baixa ancoragem nos parafusos em osso osteoporótico. As abordagens posteriores fornecem estabilidade robusta, mas podem não abordar adequadamente a patologia ventral e envolvem morbidade significativa dos tecidos moles. As abordagens combinadas oferecem, teoricamente, estabilidade de 360°, mas aumentam o trauma cirúrgico. Estudos biomecânicos anteriores concentraram-se amplamente em técnicas isoladas ou na coluna toracolombar, deixando uma lacuna de dados quantitativos comparativos especificamente para o manejo de FCCSEA, com estudos existentes apresentando conclusões inconsistentes.

Metodologia
Este estudo empregou uma Análise de Elementos Finitos (FEA) tridimensional de alta fidelidade e validada para comparar o desempenho biomecânico de três constructos de fixação interna para FCCSEA.

• Construção do Modelo: Um modelo C2-T1 foi reconstruído a partir de dados de TC de um paciente do sexo masculino de 56 anos com EA apresentando "coluna em bambu" e uma fratura atravessando o espaço discal C5-C6 e envolvendo obliquamente C6. O modelo distinguiu entre osso cortical e esponjoso e simulou ligamentos ossificados.
• Constructos de Fixação: Três modelos foram desenvolvidos:
  1. Fixação Anterior: Uma placa de segmento longo C4-C7.
  2. Fixação Posterior: Um sistema de parafuso-haste de segmento longo C4-C7.
  3. Fixação Combinada: Uma placa de segmento curto anterior C5-C6 combinada com um sistema de parafuso-haste posterior C4-C7.
• Condições de Carga: Os modelos foram submetidos a uma pré-carga axial de 50 N em C2, seguida de um momento puro de 2,0 N·m para simular seis movimentos fisiológicos: flexão, extensão, inclinação lateral bilateral e rotação axial bilateral.
• Medidas de Desfecho: O estudo analisou o deslocamento máximo global (estabilidade), a tensão de von Mises nos implantes (risco de falha) e a tensão/deformação equivalente nos corpos vertebrais (dano ósseo e risco de segmento adjacente).

Resultos Principais

• Estabilidade do Constructo: A fixação de segmento longo anterior demonstrou a maior rigidez e o menor deslocamento global em todas as seis condições de movimento (ex: 0,280 mm em flexão). A fixação posterior exibiu o maior deslocamento (menor rigidez), enquanto a fixação combinada apresentou valores intermediários.
• Risco de Falha do Implante: Sob carga de flexão, o sistema de fixação posterior experimentou uma tensão de pico no parafuso significativamente maior (256,98 MPa) em comparação aos sistemas anterior (59,82 MPa) e combinado (138,70 MPa), indicando um alto risco de falha por fadiga. A tensão no sistema posterior concentrou-se na junção parafuso-haste. Em contraste, o sistema anterior apresentou os níveis de tensão mais baixos sob todas as condições, com concentração na interface inferior parafuso-placa.
• Deformação Óssea e Risco de Segmento Adjacente: A abordagem de fixação combinada resultou nos maiores valores de deformação equivalente nos corpos vertebrais, particularmente durante a flexão e rotação, sugerindo um maior potencial para microdanos ósseos. Por outro lado, a fixação posterior produziu a menor deformação óssea.
• Concentração de Tensão: Para todos os três constructos, a tensão e a deformação de pico no corpo vertebral localizaram-se na vértebra adjacente inferior (T1), uma consequência da mecânica de "braço de alavanca longo" da coluna anquilosada. No entanto, a abordagem combinada geralmente exibiu menor tensão óssea de pico do que os métodos de abordagem única, indicando uma dispersão de carga mais uniforme.

Significância e Alegações
Os autores afirmam que este estudo fornece uma comparação biomecânica sistemática de estratégias de fixação anterior, posterior e combinada especificamente para FCCSEA usando constructos de segmento longo, oferecendo novos insights em comparação com investigações anteriores que focaram em técnicas únicas ou na coluna toracolombar. Os achados oferecem evidências quantitativas para orientar a tomada de decisão cirúrgica:

• Fixação Anterior de Segmento Longo: Identificada como proporcionando estabilidade imediata superior e o perfil de implante mais seguro (menor tensão). É recomendada como a estratégia preferencial quando a exposição anterior adequada é viável e a descompressão posterior não é necessária.
• Fixação Posterior de Segmento Longo: Embora não seja restringida por barreiras anatômicas anteriores, esta abordagem carre o risco substancialmente elevado de falha do implante sob cargas de flexão. Os autores alertam que a imobilização pós-operatória estrita é necessária se esta abordagem for escolhida.
• Fixação Combinada: Oferece estabilidade multidirecional equilibrada e melhor dispersão de carga do que a fixação posterior isolada. No entanto, os autores destacam uma preocupação específica: a alta deformação óssea associada a este constructo pode aumentar o risco de refratura da vértebra adjacente a longo prazo. Portanto, a fixação combinada deve ser reservada para casos complexos (ex: instabilidade grave, osteoporose severa ou falha de fixação de abordagem única) em vez de ser usada rotineiramente.

O estudo conclui que a escolha clínica deve integrar estabilidade biomecânica, segurança do implante, morbidade cirúrgica e anatomia individual do paciente, indo além das vantagens teóricas para uma avaliação de risco baseada em dados.