In vitro mechanical evaluation of spinal fixation rod connectors / Avaliação mecânica in vitro de conectores das hastes de fixação vertebral / Evaluación mecánica in vitro de conectores de varillas de fijación de la columna

ABSTRACT

ABSTRACT Objective Evaluate and compare the mechanical resistance and the fatigue behavior associated with the use of three different modalities of vertebral fixation system rod connectors through in vitro pre-clinical mechanical tests developed specifically for this application (linear, lateral with square connector and lateral with oblique connector). Methods Cobalt chromium rods 5.5 mm in diameter were used and coupled with three types of connectors a) side rod with oblique connector, b) side rod with square connector, and c) rod and linear connectors. Quasi-static mechanical four-point bending and fatigue tests were performed. The variables measured were (I) the bending moment at the yield limit, (II) the displacement at the yield limit, (III) the rigidity of the system in flexion and (IV) the number of cycles until system failure. Results The linear system presented the greatest force and the greatest moment at the yield limit, as well as the greatest stiffness equivalent to bending. All specimens with square and oblique connectors endured 2.5 million cycles in the minimum and maximum conditions of applied moment. The specimens with linear connector endured 2.5 million cycles with fractions of 40.14% of the bending moment at the yield limit, but failed with levels of 60.17% and 80.27%. Conclusions Systems with linear connectors showed greater mechanical resistance when compared to systems with square and oblique connectors. All systems supported cyclic loads that mimic in vivo demands. Level of evidence V; In vitro research.

RESUMO

RESUMO Objetivo Avaliar e comparar a resistência mecânica e o comportamento em fadiga associados ao uso de três modalidades distintas de conectores de hastes do sistema de fixação vertebral por meio de ensaios mecânicos pré-clínicos in vitro desenvolvidos especificamente para essa aplicação (linear, lateral com conector quadrado e lateral com conector oblíquo). Métodos Foram usadas hastes de Cromo-cobalto de 5,5 mm de diâmetro acopladas a três modalidades de conectores a) haste lateral com conector oblíquo, b) haste lateral com conector quadrado e c) haste e conector lineares. Foram realizados ensaios mecânicos quase-estáticos e de fadiga sob flexão em quatro pontos. As variáveis medidas foram (I) o momento fletor no limite de escoamento, (II) o deslocamento no limite de escoamento e (III) a rigidez do sistema em flexão e (IV) número de ciclos até a falha do sistema. Resultados O sistema linear apresentou a maior força e o maior momento no limite de escoamento, bem como maior rigidez equivalente à flexão. Todos os corpos de prova com conectores quadrados e oblíquos suportaram 2,5 milhões de ciclos nas condições mínimas e máximas de momento aplicado. Os corpos de prova com conector linear suportaram 2,5 milhões de ciclos com frações de 40,14% do momento fletor no limite do escoamento, porém falharam com níveis de 60,17% e 80,27%. Conclusões Os sistemas com conectores lineares apresentaram maior resistência mecânica quando comparados aos sistemas com conectores quadrados e oblíquos. Todos os sistemas suportaram carregamentos cíclicos que mimetizam as solicitações in vivo. Nível de evidencia V; Pesquisa in vitro.

RESUMEN

RESUMEN Objetivo Evaluar y comparar la resistencia mecánica y el comportamiento de fatiga asociado al uso de tres modalidades distintas de conectores de varilla del sistema de fijación vertebral a través de ensayos mecánicos preclínicos in vitro desarrollados específicamente para esta aplicación (lineal, lateral con conector cuadrado y lateral con conector oblicuo). Métodos Se utilizaron varillas de cromo-cobalto de 5,5 mm de diámetro acopladas a tres tipos de conectores a) varilla lateral con conector oblicuo, b) varilla lateral con conector cuadrado y c) varilla y conector lineales. Se realizaron ensayos mecánicos y de fatiga cuasi-estáticos y ensayos por flexión de cuatro puntos. Las variables medidas fueron (I) el momento flector en el límite elástico, (II) el desplazamiento en el límite elástico y (III) la rigidez del sistema en flexión y (IV) el número de ciclos hasta la falla del sistema. Resultados El sistema lineal presentó la mayor fuerza y el mayor momento en el límite elástico, así como la mayor rigidez equivalente a la flexión. Todas las probetas con conectores cuadrados y oblicuos soportaron 2,5 millones de ciclos en las condiciones mínimas y máximas de momento aplicado. Las probetas con conector lineal soportaron 2,5 millones de ciclos con fracciones del 40,14% del momento flector en el límite elástico, pero fallaron con niveles de 60,17% y 80,27%. Conclusiones Los sistemas con conectores lineales mostraron mayor resistencia mecánica en comparación con los sistemas con conectores cuadrados y oblicuos. Todos los sistemas admitían cargas cíclicas que imitan las solicitudes in vivo. Nivel de Evidencia V; Investigación in vitro.