Finite element analysis of thoracic vertebral stability supported by the fourth spine / Análise de elementos finitos da estabilidade vertebral torácica suportada pela quarta coluna / Análisis de elementos finitos de la estabilidad vertebral torácica aportada por la cuarta columna

ABSTRACT

ABSTRACT Objective: In traumatic injuries of the thoracic spine, three variables are analyzed to make decisions morphology of the injury, posterior ligamentous complex and neurological status; currently the fourth column is not evaluated; our objective was to determine the biomechanical behavior of the spine with a fracture of the fifth thoracic vertebral body when accompanied by a short oblique fracture of the sternum. Methods: An anonymous model of a healthy 25-year-old male was used, from which the thoracic spine and rib cage were obtained; in addition to the ligaments of the posterior complex and the intervertebral discs, four models were simulated. An axial section was made, a load of 400 N was applied, and the biomechanical behavior of each model was determined. Results: The area that suffered the most stress at the vertebral level was the posterior column of T4-T5 (tensile strength of 747 MPa), which exceeded the plastic limit, the load through the ribs was distributed from the first to the sixth (100 MPa), in the sternum the stress increased (200 MPa), the deformity increased to 45 mm. Conclusions: The sternum was a fundamental part of the spine's stability; the combined injury severely increased the stress (8 MPa to 747 MPa) in the spine and exceeded the plastic limit, which generated an instability that is represented by the global deformity acquired (1 mm to 45 mm). Level of evidence II; Prospective comparative study.

RESUMO

RESUMO Objetivo: Nas lesões traumáticas da coluna torácica, três variáveis são analisadas para tomada de decisão morfologia da lesão, complexo ligamentar posterior e estado neurológico; atualmente a quarta coluna não é avaliada, nosso objetivo foi determinar o comportamento biomecânico da coluna com fratura do quinto corpo vertebral torácico quando acompanhada de fratura oblíqua curta do esterno. Métodos: Obteve-se um modelo anônimo de um homem saudável de 25 anos, do qual foram obtidas a coluna torácica e caixa torácica, além dos ligamentos do complexo posterior e dos discos intervertebrais, foram simulados 4 modelos, foi feito o corte, e foi aplicada uma carga de 400 N e o comportamento biomecânico de cada modelo foi estendido. Resultados: A área que mais sofreu estresse ao nível vertebral foi a coluna posterior de T4-T5 (resistência à tração de 747 MPa), que ultrapassou o limite plástico, a carga pelas costelas foi distribuída da primeira à sexta (100 MPa), no esterno a maior tensão (200 MPa), a deformidade maior que 45 mm. Conclusões: O esterno foi a peça fundamental na estabilidade da coluna, a lesão combinada aumentou severamente o estresse (8 MPa a 747 MPa) na coluna e ultrapassou o limite plástico, o que mantém uma instabilidade que é representada pela deformidade global adquirida (1 mm a 45 mm). Nível de evidência II; Estudo prospectivo comparativo.

RESUMEN

RESUMEN Objetivo: En las lesiones traumáticas de la columna torácica se analizan tres variables para tomar decisiones morfología de la lesión, complejo ligamentoso posterior y estado neurológico; actualmente no se evalúa la cuarta columna, nuestro objetivo fue determinar el comportamiento biomecánico de la columna con una fractura del quinto cuerpo vertebral torácico cuando se acompaña de una fractura oblicua corta del esternón. Métodos: Se utilizó un modelo anónimo de sexo masculino sano de 25 años de edad, del cual se obtuvo la columna torácica, y la caja torácica, además se le agregaron los ligamentos del complejo posterior y los discos intervertebrales, se simularon 4 modelos a los cuales se les realizó un corte axial, se aplicó una carga de 400 N y se determinó el comportamiento biomecánico de cada modelo. Resultados: La zona que más estrés sufrió a nivel vertebral fue la columna posterior de T4-T5 (resistencia a la tracción de 747 MPa), la cual superó el límite plástico, la carga a través de las costillas se distribuyó de la primera a la sexta (100 MPa), en el esternón el estrés aumentó (200 MPa), la deformidad aumentó a 45 mm. Conclusiones: El esternón fue parte fundamental en la estabilidad de la columna, la lesión combinada incrementó severamente el estrés (8 MPa a 747 MPa) en la columna y este superó el límite plástico, lo que generó una inestabilidad que se representa por la deformidad global adquirida (1 mm a 45 mm). Nivel de evidencia II; Estudio prospectivo comparativo.