DESENVOLVIMENTO DE UMA PRÓTESE DE DISCO INTERVERTEBRAL CERVICAL EM CÃES

RESUMO

A espondilomielopatia cervical (EMC) é uma afecção que envolve diversas estruturas da coluna vertebral cervical de cães de raças grandes e gigantes, havendo como consequência a compressão da medula espinhal, raízes nervosas, ou ambas. A cirurgia é o tratamento de escolha e diferentes procedimentos cirúrgicos foram propostos para o tratamento da EMC. Na doença disco-associada, o tratamento amplamente utilizado e que conduz a melhores resultados é a distração-fusão, porém, esta técnica pode levar a alterações biomecânicas nos segmentos adjacentes aumentando o risco de lesão do tipo dominó, com consequente degeneração dos discos intervertebrais imediatamente craniais e caudais ao ponto acometido. Recentemente, a técnica de artroplastia com o uso da prótese Adamo Spinal Disc® foi proposta na Medicina Veterinária com o objetivo de preservar a mobilidade entre as vértebras e ao mesmo tempo manter a distração entre elas. Com o uso dessa prótese, os resultados clínicos foram favoráveis, porém a quantidade de distração e a mobilidade dos espaços intervertebrais reduziram-se com o passar do tempo, quando comparado com o pós-operatório imediato. Outra complicação encontrada foi o afundamento tardio do implante no corpo vertebral. O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma prótese de disco intervertebral cervical por meio do design gráfico e avaliar de forma qualitativa e quantitativa as principais tensões no sistema prótese - corpo vertebral utilizando o método de elementos finitos (MEF). Para isso foram utilizadas dezesseis colunas cervicais (C3-C7) de cadáveres caninos maturos (25-35 Kg) que serviram como modelo e parâmetro para as mensurações do tamanho da prótese. A mensuração da largura, altura, comprimento e angulação das superfícies ventrais e placas terminais dos corpos vertebrais de C5-C6 das colunas cervicais coletadas foram realizadas a fim de se obter o tamanho médio da prótese a ser desenvolvida. A prótese foi desenvolvida no programa Rhinoceros® e utilizou-se prototipagem após impressão em 3D para definição do melhor design e mensurações do implante. A análise por meio do MEF foi realizada no programa AnsysWorkbench. Para comparar a prótese desenvolvida com a já existente no mercado, foram compostos dois grupos experimentais representados por prótese de disco cervical constituída de liga de titânio, denominada PVTM Cervical Disc (grupo I - GI) e a prótese Adamo Spinal Disc® (grupo II - GII). As tensões nas superfícies dos corpos vertebrais e prótese (parte cranial P1; parte caudal P2 e parafusos) foram avaliadas após a aplicação de forças de extensão, flexão lateral e flexão ventral. As forças foram aplicadas com as vértebras posicionadas de duas formas neutra (para ambos os grupos) e pré-posicionada (flexão e extensão máximas apenas para o GI). Com as vértebras posicionadas de forma neutra, tanto para o GI como para o GII, observou-se que as tensões totais médias geradas no corpo vertebral, em P1 e P2 foram respectivamente 51,7%, 72,7% e 57,1% maiores no GII do que em GI. Com as vértebras posicionadas de forma neutra para o GII e pré-posicionada para o GI, observou-se que as tensões totais médias geradas no corpo vertebral, em P1 e P2 foram respectivamente 119,9%, 123,6% e 105,4% maiores em GII que em GI. A prótese PVTM Cervical Disc (GI) apresentou design adequado e bom encaixe no espaço intervertebral entre C5 e C6, e as tensões totais médias geradas no osso e prótese foram maiores em GII quando comparado com o GI. O estudo permitiu desenvolver uma prótese com distribuição mais homogênea das tensões no corpo vertebral e que possivelmente evita o afundamento da mesma e consequente redução da distração e mobilidade intervertebral como ocorre com a prótese Adamo Spinal Disc® (GII) existente no mercado.

ABSTRACT

Cervical spondylomyelopathy (CSM) is a disease that usually affects various structures of the cervical spine of large and giant breed dogs causing compression of the spinal cord, nerve roots, or both. Surgery is the treatment of choice and different surgical techniques have been proposed for the treatment of CSM. In disk-associated disease a widely used treatment the better results is distraction-merger, however, this technique can lead to biomechanical changes in the adjacent segments increasing the risk of domino type injury with consequent degeneration of the discs immediately cranial and caudal to the affected point. Recently, arthroplasty was proposed in order to keep distraction and preservation of mobility at the affected site using the Adamo Spinal Disc® prosthesis. Clinical outcomes using this prosthesis were favorable but distraction and mobility in the treated intervertebral spaces were reduced in most dogs over time when compared to the immediate postoperative period. Sinking of the prosthesis in the vertebral body was the main complication. Therefore, the objective of this study was to develop a cervical intervertebral disc prosthesis and evaluate main stress points in the prosthesis system - vertebral body using the Finite Element Method (FEM). Sixteen cervical spine (C3-T1) of mature canine cadavers weighing between 25-35 Kg that served as a model and basis for the measurements of the size of the prosthesis were used. The measurement of width, height, length and angle of the ventral surfaces and end plates of the vertebral bodies of C5-C6 of the cervical spine collected were performed to obtain the average size of the prosthesis to be developed. The prosthesis has been developed in Rhinoceros program and used for 3D prototyping after printing to define the best "design" and measurements from the implant. Analysis by the FEM was held at AnsysWorkbench® program. We setup two experimental groups represented by cervical disc prosthesis made of titanium alloy (group I - GI) and the prosthesis Adamo Spinal Disc® (group II - GII). The stresses in the surfaces of the vertebral bodies and implant (cranial plate - P1; flow plate - P2 and screws) were evaluated after applying extension forces, lateral bending and ventral flexing. The forces applied to the vertebrae were positioned in two ways neutral (for both groups) and pre-positioned (maximum flexion and extension only for GI). Comparing tensions with the vertebrae positioned neutrally it was observed that the average total stress generated were 51.7%, 72.7% and 57.1% higher in GII than in GI, in the vertebral body, P1 and P2, respectively . Comparing the tensions in the neutral form (GII) and pre-positioned (GI), the average total stress generated were 119.9%, 123.6% and 105.4% higher in GII than GI, in the vertebral body, and P1 P2, respectively. The developed prosthesis PVTM Cervical Disc (GI) presented nice fit and proper "design" intervertebral space between C5 and C6 and the average total stress generated in the bone and prosthesis GII were higher when compared with the GI. The study allowed us to develop a prosthesis that features more homogeneous stress distribution in the vertebral body and prevents the sinking of the prosthesis and consequent reduction of distraction and intervertebral mobility as occurs in Spinal prosthesis Adamo Disc® (GII) on the market.