C7 Asociado Al Problema Del Latigazo Cervical

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD ZACATENCO

SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN

ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3 -C7 ASOCIADO AL PROBLEMA DEL LATIGAZO CERVICAL

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE

DOCTOR EN CIENCIAS

CON ESPECIALIDAD EN I N G E N I E R Í A M E C Á N I C A

P R E S E N T A

M. en C. JUAN ALFONSO BELTRÁN FERNÁNDEZ

DIRECTOR: Dr. Luís Héctor Hernández Gómez.

México, D.F. 2007 TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

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Í N D I C E

TERMINOLOGÍA ……………………………………………………….…………………………. (i) ÍNDICE DE FIGURAS ………………………………….………………………………………… (iv) ÍNDICE DE CUADROS …………………………………………...………………………...……… (vii) RESUMEN ………………………………………………………………………….…….……… (viii) ABSTRACT ………………………………………………………………..…………………….… (x) OBJETIVO …………………………………………………………………..…………………… (xi) JUSTIFICACIÓN ………………………………………………………..……………………….… (xii) HIPÓTESIS ……………………………………………………………………………………… (xiii) INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………………..…..…… (xiv)

CAPÍTULO 1 LESIONES EN LA REGIÓN CERVICAL DE LA COLUMNA VERTEBRAL

1.0 BIOMECÁNICA Y ANATOMÍA DE LAS VÉRTEBRAS CERVICALES …………………………...…... (2) 1.1 ANATOMÍA DE LA COLUMNA VERTEBRAL …………………………………………...... …… (2) 1.2 LA VÉRTEBRA ………………………………………………………………………………...… (3) 1.2.1 LA ESPINA DORSAL VERTEBRAL SUPERIOR. (C1 Y C2) …………………………………….... (3) 1.2.2 LAS VÉRTEBRAS ESPINALES CERVICALES INFERIORES ……………………………………... (4) 1.3 LAS UNIONES …………………………………………………………………………………. (4) 1.3.1 LA UNION OCCIPITOATLANTAL ……………………………….……………………………. (4) 1.3.2 LA UNIÓN ATLANTOAXIAL …….……………………………………………………………. (5) 1.3.3 LAS UNIONES DE LA ESPINA DORSAL CERVICAL INFERIOR …………………………………. (5) 1.4 LOS LIGAMENTOS …………………………………………………...…………………………. (7) 1.4.1 EL LIGAMENTO APICAL ……………………………………………...………………………. (7) 1.4.2 EL LIGAMENTO ALAR ……………………………………………………….………………. (8) 1.4.3 EL LIGAMENTO TRANSVERSAL Y EL CRUCIATE VERTICAL …………………………………. (8) 1.4.4 EL LIGAMENTO LONGITUDINAL ANTERIOR (LLA) Y LA MEMBRANA ATLANTOOCCIPITAL ANTERIOR ………………………………………………………………………………….… (9) 1.4.5 EL LIGAMENTO LONGITUDINAL POSTERIOR (LLP) Y LA MEMBRANA TECTORIAL (MT) ….. (9) 1.4.6 EL LIGAMENTO FLAVUM (LF) Y LA MEMBRANA ATLANTOOCCIPITAL POSTERIOR (MAP) .. (9) 1.4.7 LOS LIGAMENTOS SUPRAESPINOSOS (LSE) E INTERESPINOSOS (LIE) ………………..….… (9) 1.4.8 LOS LIGAMENTOS CAPSULARES (LC) ………………….………………………………..…. (9) 1.5 LESIONES EN LA REGIÓN CERVICAL DE LA COLUMNA VERTEBRAL ………….……………… (10) 1.5.1 LESIONES DE LA COLUMNA CERVICAL C1 - C2 …………………………………………. (10) 1.5.1.1 FRACTURAS DEL ATLAS ……...…………….…………………………………………..…. (11) 1.5.1.2 TRATAMIENTO ……...……………………………………………………………….……. (12) 1.5.2 FRACTURAS DEL ODONTOIDES …...………………………………………………..……… (12) 1.5.3 LESIONES DEL SEGMENTO C3-C7 ………………………………………………………… (13) 1.5.4 LESIÓN DEL LATIGAZO CERVICAL “WHIPLASH” …….……………………………………. (13) 1.5.4.1 CAUSAS DE LA LESIÓN DE LATIGAZO CERVICAL ……...……………………….………. (13) 1.5.4.2 INCIDENCIA DEL LATIGAZO CERVICAL ………………………...………………………. (14) 1.5.4.3 SÍNTOMAS DE LA LESIÓN DE LATIGAZO CERVICAL …………….………………………. (15) 1.5.4.4 FASES DE UN LATIGAZO CERVICAL ……………………………………………………. (17) 1.5.4.5 DIAGNÓSTICO DE LA LESIÓN DE LATIGAZO CERVICAL …………………………...……. (17)

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1.5.4.6 TRATAMIENTO DE LA LESIÓN DE LATIGAZO CERVICAL …………...…………………… (18) 1.5.5 ESTABILIDAD VERTEBRAL …………...... …………………………………………………. (18) 1.5.6 MECANISMO DE LA LESIÓN ……..……………………………………..…………………… (19) 1.5.6.1 FLEXIÓN COMPRESIÓN …………...…………………………………...…………………. (19) 1.5.6.2 FLEXIÓN DISRUPCIÓN ….……………………………………………..…………………. (20) 1.5.6.3 HIPEREXTENSIÓN COMPRESIVA …….………………………………..…………………. (21) 1.5.6.4 HIPEREXTENSIÓN DISRUPTIVA …………………...…………………..…………………. (22) 1.5.6.5 LESIONES POR ROTACIÓN …...………………………………………..…………………. (23) 1.5.6.6 LESIONES POR COMPRESIÓN AXIAL …………………………………..…………………. (24) 1.6 CLÍNICA DE LA LESIÓN DE COLUMNA CERVICAL ………………….………………………. (25) 1.7 EXAMEN NEUROLÓGICO …….…………………………………………..…………………. (25) 1.8 TRATAMIENTO …………………………………………………………..…………………. (25) 1.8.1 TRATAMIENTO DE LESIÓN CERVICAL SIN LESIÓN NEUROLÓGICA ……….………………. (26) 1.8.2 TRATAMIENTO DE LESIÓN CERVICAL CON LESIÓN NEUROLÓGICA …...... ………………. (27) 1.8.3 DISCECTOMÍA CERVICAL ANTERIOR E IMPLANTACIÓN DE PRÓTESIS TOTAL DE DISCO ….... (30) 1.8.3.1 CASO CLÍNICO...…...... … (30) 1.8.3.2 PROCEDIMIENTO QUIRÚRGICO ...... (31) 1.8.3.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. …………...……..…………………..………………. (36) 1.9 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ………………...…………………………………………. (36)

CAPÍTULO 2 ESTUDIOS RELEVANTES RELACIONADOS CON VERTEBRAS CERVICALES

2.0 EVOLUCIÓN DE LA BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL …………...…………… (41) 2.1 INVESTIGACIONES QUE RELACIONAN A LA BIOMECÁNICA EN LOS PROBLEMAS DE LA COLUMNA VERTEBRAL ……………………………………...………...… (41) 2.2 EVOLUCIÓN DE LA CIRUGÍA ……………………………………………………..…………... (42) 2.3 DESARROLLO DE TRABAJOS SOBRE DISCO INTERVERTEBRAL ………………………..……… (43) 2.4 DESARROLLO DE TRABAJOS QUE INVOLUCRAN A LA BIOMECÁNICA ………………………… (43) 2.5 SUMARIO ……………………………………………………………………………………... (63) 2.6 REFERENCIAS ……………………………………………………………………………….… (65)

CAPÍTULO 3 ANÁLISIS NUMÉRICO

3.0 METODOLOGÍA PARA LA OBTENCIÓN DEL MODELO DE ELEMENTOS FINITOS ………..…...… (71) 3.1 GENERACIÓN DEL MODELO DE CAD ……………………………..……………...…………… (72) 3.1.1 VÉRTEBRA CERVICAL C5 …………………………………...……………………………… (72) 3.1.2 PLACA CERVICAL ANTERIOR ……………………………………………………………… (75) 3.1.3 TORNILLOS PEDICULARES EXPANSIVOS …………………………………………………… (76) 3.1.4 INJERTO ÓSEO ……………………………………………………………………………... (76) 3.1.5 MODELO DE UNIDAD DE CARGA C3 – C5 ………………………………………………… (77) 3.2 ENSAYOS PRELIMINARES ………………………………...…………………………………. (79) 3.2.1 CONDICIONES DE FRONTERA PARA LOS ENSAYOS PRELIMINARES ………..……………… (79) 3.2.2 RESULTADOS DE LOS EXPERIMENTOS REALIZADOS ………………………………………. (80) 3.2.3 EXPERIMENTO 1 ………………...………………………………………………………….. (80)

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3.2.4 EXPERIMENTO 2 …………………………………………………………………………….. (83) 3.2.5 EXPERIMENTO 3 …………………………………………………………………………….. (85) 3.3 DISCUSIÓN DE RESULTADOS ………………………………………………………………..... (86) 3.4 PRUEBAS PRELIMINARES A LA PLACA CERVICAL ……………………………………….…… (86) 3.4.1 CONDICIONES DE FRONTERA …………………………………………………………….… (88) 3.4.2 RESULTADOS OBTENIDOS ……………………………………………………………….….. (88) 3.5 ENSAYOS NUMÉRICOS APLICADOS A LA UNIDAD CERVICAL C3 – C5 ……………………….. (90) 3.5.1 PRELIMINARES …………………………………………………….……………………….. (90) 3.5.2 MODELO DE ELEMENTOS FINITOS………………………………………………..………….. (93) 3.5.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS …………………………………………………………….. (99) 3.6 SUMARIO …………………………………………………………………………….………. (99)

CAPÍTULO 4 ANÁLISIS EXPERIMENTAL

4.0 METODOLOGÍA PARA LA INSTRUMENTACIÓN DEL ESPÉCIMEN DE PRUEBA DENOMINADO “UNIDAD DE CARGA” C3 – C5, A TRAVÉS DE LA TÉCNICA DE CORPORECTOMÍA (102) 4.1 PRELIMINARES PARA LAS PRUEBAS EXPERIMENTALES ……………...……………………… (102) 4.2 METODOLOGÍA PARA LA REALIZACIÓN DE LA CORPORECTOMÍA ……...…………………... (104) 4.2.1 PROCEDIMIENTO EMPLEADO PARA LA REALIZACIÓN DE LA CORPORECTOMÍA CERVICAL ……………………………………………………………….……..…………….. (104) 4.3 COMPARACIÓN ENTRE EL MODELO NUMÉRICO Y EL EXPERIMENTAL ……………...……….. (111) 4.4 INSTRUMENTACIÓN DE LOS ESPECÍMENES DE PRUEBA ……..…………………...…..……… (112) 4.5 SUMARIO ……………………………………………………………….…………….…..….. (114) 4.6 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS …………………………………………………….…...……(114)

PROPUESTA DE TRABAJO FUTURO ………………………………………….……… (115)

CONCLUSIONES ………………………………………………………...……...……….… (116)

ANEXOS ……………………...……………………………………………...……...……….… (116)

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TERMINOLOGÍA

SUPERIOR Direcciones,

Anterior Hacia el frente POSTERIOR Inferior Debajo Lateral Hacia un lado Posterior Hacia atrás Superior Arriba

Planos Anatómicos ANTERIOR LATERAL

Plano Coronal Plano Sagital Plano Axial

INFERIOR Movimientos A) B) Rotación Axial Figura A: Direcciones (A) y planos anatómicos (B). Extensión Flexión Flexión Lateral

Término Anatómico Descripción

MAOA Membrana Atlanto Occipital Anterior LA Ligamento Alar LLA Ligamento Longitudinal Anterior Anillo Fibroso La estructura gruesa exterior del disco LA Ligamento Apical Unión Atlantoaxial Unión entre la primera (C1) y la segunda (C2) vértebra cervical Atlas Primera Vértebra Cervical, C1 Sistema Autonómo Sistema Nervioso de corazón, respiración, y otras funciones vitales Axis Segunda vértebra cervical, C2 Bilateral En ambos lados C1, C2, … C7 Número de Vértebra Cervical 1, 2, … 7 C1/C2 Segmento motriz incluyendo la vertebra cervical 1 y 2 Columna Vertebral Cervical La región superior de la columna vertebral con las 7 vértebras LC Ligamento Capsular

Coxis Pequeño hueso triangular de la base de la columna vertebral Hueso Cortical Hueso Compacto de la superficie de la vértebra Unión Craneocervical La unión occipitoatlantal TC Tomografía Computarizada Dens Parte de la segunda vertebra cervical Placa Terminal Conexión rígida del hueso entre el disco intervertebral y la vértebra Unión de cara Unión sinovial en la columna vertebral

Unión fibro cartilaginosa Unión compuesta de tejido fibroso que permite solo pequeños movimientos Injertar Sustituir un cuerpo vertebral dañado con otra pieza de hueso o implante de material y fijarlo a la vértebra adyacente Halo Vest Una aditamento empleado para estabilizar una columna vertebral dañada.

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Este fija la región del hombro con la cabeza a través de un anillo externo y tornillos en el hueso craneal

Disco Intervertebral Disco de tejido suave unido a la columna vertebral, el cual conecta dos vértebras adyacentes LIE Ligamento InterEspinoso Lámina Parte de una vértebra LF Ligamento flavum Ligamentos Bandas restrictoras en la columna vertebral Columna cervical baja La sección baja de la sección cervical de la columna vértebra desde la 3 a la 7 Columna Vertebral Lumbar La región espinal debajo de la torácica TRM Tomografía por Resonancia Magnética Canal Neural Canal Espinal Núcleo Pulposo La estructura interna gelatinosa del disco intervertebral Cóndiles Occipital Parte del occipucio Unión Occipitoatlantal Unión entre el occipucio y la primera vértebra cervical, C1 Occipucio Posterior Parte de la cabeza Proceso Odontoides Ver Dens MAOP Membrana Atlanto Occipital Posterior Parálisis Parapléjica Bilateral Usualmente generada en la parte mas baja del cuerpo Pares Interarticulares La parte de la vértebra entre las superficies de cara Pedículos Parte del arco posterior de una vértebra LLP Ligamento Longitudinal Posterior Arco Posterior Parte de una vértebra Sacro Un hueso largo en forma de cuña en la parte baja de la espalda, debajo de la columna vertebral lumbar Médula Espinal Cordón grueso de nervio y tejido suave dentro de la columna vertebral, la cual conecta al cerebro y los nervios periféricos con el cuerpo Proceso Espinoso Parte del arco posterior de una vértebra LSE Ligamento Supra Espinoso Daño Estable Un daño por el cual la columna vertebral es aún estable Columna estable La columna es capaz de proteger la medula espinal durante las cargas fisiológicas normales Unión Sinovial Un hueso unido con dos superficies de contacto y una cápsula unida. La superficie del hueso es recubierta con cartílago, de ahí que se cree una unión con fricción baja T1 Primera Vértebra Torácica

Columna Vertebral Torácica La región espinal por debajo de la porción cervical MT Membrana Tectorial

Hueso Trabecular Hueso Poroso en el centro de la vértebra Tracción Tratamiento donde el cuello del paciente es enderezado uniendo pesos en la cabeza Ligamento Transversal Restricción de la dens al atlas Proceso Transversal Parte de la vértebra

Daño instable Un daño que hará a la columna vertebral inestable Columna Inestable La Columna Vertebral es incapaz de proteger la médula espinal durante la carga fisiológica normal Columna Cervical Superior La porción de espina cervical desde la primera a la tercera vértebra cervical (C1-C3) CV Cruciate Vertical

Avulsión Cuando un músculo se estira de forma forzada más allá del arco de movilidad de que dispone o cuando encuentra una resistencia repentina e inesperada

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mientras se contrae de forma forzada.

Anamnesis Historia previa de las enfermedades de un paciente Decúbito Posición anatómica boca arriba Equímosis Un área de sangrado muy grande dentro de la piel Mielografía Radiografía de la columna vertebral, similar al angiograma Tetraplejia La tetraplejia es la pérdida del uso de brazos y piernas causada por un daño a la médula espinal (daño neurológico). En raros casos, dependiendo de una rehabilitación intensiva, se puede recuperar algo de movimiento, como en el caso del actor Christopher Reeve. Precoz Maduración con anticipación Isquemia Insuficiente aporte de sangre a un órgano o tejido específico, a causa de constricción funcional o destrucción real de un vaso sanguíneo. Artrodesis Cirugía para inmovilizar una articulación de tal manera que los huesos crezcan juntos. Laminectomía Procedimiento quirúrgico que incluye la extirpación de una porción de la lámina para proporcionar más espacio en el conducto raquídeo; generalmente se hace en caso de hernia de disco o de estenosis del conducto raquídeo. Exéresis Extirpación Criomicrotoma Un nuevo sistema que determina directamente un punto específico dentro de los órganos empleando una microesfera fluorescente Vértebra Segmento Óseo en la columna vertebral

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ÍNDICE DE FIGURAS

CAPÍTULO 1 FIGURA 1.1: LA ESPINA DORSAL HUMANA …………………………………………………………………………….. (2) FIGURA 1.2: ANATOMÍA DEL ATLAS Y DEL AXIS, COMO PARTE DE LA COLUMNA DORSAL CERVICAL. ……………...…(4) FIGURA 1.3: ANATOMÍA DE LA VÉRTEBRA CERVICAL EN LA ESPINA DORSAL SUPERIOR E INFERIOR Y LA COLUMNA VERTEBRAL DE C1 A C3 Y DE C2 A T1. …………………………………………………………...……(6) FIGURA 1.4: TIPOS DE LIGAMENTO EN LA ESPINA DORSAL ………………………………………………...…………… (7) FIGURA 1.4-A: LIGAMENTOS INFERIORES DE LA COLUMNA VERTEBRAL ………………………………………………. (8) FIGURA 1.5: LIGAMENTOS DE LA COLUMNA VERTEBRAL SUPERIOR: ………………………………………………...… (8) A) VISTA POSTERIOR DEL OCCIPUCIO A C2 CON LOS LIGAMENTOS APICAL Y ALAR. B) VISTA POSTERIOR DEL OCCIPUCIO A C2 CON LA MEMBRANA TRANSVERSAL Y EL LIGAMENTO CRUCIATE VERTICAL. C) VISTA SUPERIOR DE C1 CON LOS LIGAMENTOS ALAR Y TRANSVERSAL. FIG. 1.6 MOVIMIENTOS PRINCIPALES DEL CRÁNEO CUANDO SE PRESENTA EL LATIGAZO CERVICAL. ……………….. (14) FIG. 1.7 GRÁFICA DE DOLOR REFERENCIAL. ………………………………………………………………………….... (16) FIG. 1.8 REPRODUCCIÓN DE LAS FASES DEL LATIGAZO CERVICAL DURANTE UNA PRUEBA AUTOMOVILÍSTICA …...… (17) FIG. 1.9 MOVIMIENTO SIMULADO DE LAS VÉRTEBRAS EN FASE DE EXTENSIÓN. …………………………...…….....…. (17) FIG. 1.10 MECANISMO DE FLEXIÓN COMPRESIÓN. …………………………………………………….……………..... (20) FIG. 1.11 MECANISMO DE FLEXIÓN DISRUPCIÓN …………………………………………………..……………….…. (21) FIG. 1.12 MECANISMO DE HIPEREXTENSIÓN COMPRESIVA ……………………………………………………..……... (22) FIG. 1.13 MECANISMO DE HIPEREXTENSIÓN DISRUPTIVA …………………………………..……………………….... (23) FIG. 1.14 LESIONES POR COMPRESIÓN AXIAL – COMPRESIÓN AXIAL ………………………………………………..... (24) FIG. 1.15 COLLAR MINERVA ………………………………………………………………………………………….... (26) FIG. 1.16 HALO VEST ………………………………………………………………………………………………...... (27) FIGURA 1.17 EXÁMENES DE RX CERVICALES ………………………………………………………………………….. (31) FIG. 1.18 RM CERVICAL …………………………………………………………………………………………..…..... (31) FIG. 1.19 PACIENTE BAJO EFECTOS DE ANESTESIA GENERAL …………………………………………………..……... (31) FIG. 1.20 INCISIÓN SIGUIENDO LAS LÍNEAS DE LANGER …………………………………………………………….... (32) FIG. 1.21 DESCOMPRESIÓN INTERSOMÁTICA ……………………………………………………………………..…... (32) FIG. 1.22 SEPARADORES INTERVERTEBRALES ………………………………………………………………………….. (33) FIG. 1.23 EXÉRESIS DEL LIGAMENTO Y DISCO DAÑADO ………………………………………………………………. (33) FIG. 1.24 TIPOS DE DISCO ARTIFICIAL PARA LA DISECTOMÍA CERVICAL ANTERIOR …………………………………. (34) FIG. 1.25 PRÓTESIS PRESTIGE COLOCADA …………………..…………………………………………………………. (34) FIG. 1.26 DISCO BRYAN COLOCADO …………………………………………………………………………..……..... (35) FIG. 1.27 CONTROL RADIOLÓGICO REALIZADO ………………………………………………………….………….... (35)

CAPÍTULO 2

FIG. 2.1 PERSPECTIVA (ANTERO –LATERAL) VISTA DE LA GEOMETRÍA DEL MODELO DE IAN ……………………..…. (44)

FIG. 2.2 MODELO DE ELEMENTOS FINITOS DEL SEGMENTO DE VÉRTEBRA CERVICAL (C4-C5-C6). …………………..(45) FIG. 2.3 ARREGLO EXPERIMENTAL DEL SEGMENTO DE VÉRTEBRA L3-L4 ESTABILIZADO CON TORNILLOS Y BARRAS, Y CARGADO SUPERIORMENTE POR UNA PRENSA INSTRON. ………………………….….. (45)

FIG. 2.4 TRES TIPOS DE TORNILLO EMPLEADOS DURANTE LA PRUEBA. …………………………….…...…………... (45) FIG. 2.5 A) MODELO TRIDIMENSIONAL DE ELEMENTOS FINITOS DE LA COLUMNA CERVICAL BAJA. …..…… ………. (46) B) MODELO COMPLETO DE LA COLUMNA CERVICAL COMPLETA …………………………………………… (46) FIG. 2.6 MÉTODO PARA LA APLICACIÓN DE CARGA PARA LAS PRUEBAS DE RESISTENCIA: A) LATERAL, B) FLEXIÓN EMPLEANDO EL CONTROL DE LA TORSIÓN DE ENTRADA DE UN EQUIPO B) MTS-810 (MATERIAL TESTING MACHINE) ………………………………………………………… ………. (46)

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FIG. 2.7 REPRESENTACIÓN CINEMÁTICA DEL NUEVO IMPLANTE ESPINAL PROPUESTO POR WU EN 1998 ………..…. (47) FIG. 2.8 REPRESENTACIÓN CINEMÁTICA DEL MONTAJE DEL NUEVO IMPLANTE ESPINAL PROPUESTO POR WU EN 1998 …………………………………………… ………..…………………………… ………...... (47) FIG. 2.9 MODELO DE ELEMENTOS FINITOS DE LA UNIDAD C4- C5-C6. …………...………………………… ………. (47) FIG. 2.10 IZQ.: CINEMÁTICA DE LA SECCIÓN SAGITAL DEL DISCO INTERVERTEBRAL ………………………... ………. (48) FIG. 2.11 DETALLE DE UNA CRIOMICROTOMA DE LA SECCIÓN DE CERVICAL HUMANA (OC – C6) ………………...... (48) FIG. 2.12 A) ELECTROGONIÓMETRO CA 6000 B) INSTALACIÓN DEL SISTEMA CA 6000 EMPLEANDO UN FIJADOR TORÁCICO …………………… ……… (48) FIG. 2.13 FALLA DE SEGUNDO ORDEN EN LA COLUMNA CERVICAL CARGADA DINÁMICAMENTE. …………………. (49) FIG. 2.14 LA FUERZA DE REACCIÓN VERTICAL DE LA UNIÓN C7-T1 EN RESPUESTA A UNA CARGA DE 4000 N.…….. (49) FIG. 2.15 APLICACIONES DIVERSAS DE BIOMATERIALES POLÍMEROS COMPUESTOS EN EL CUERPO HUMANO ..………(50) FIG. 2.16 ALINEAMIENTO SAGITAL (IZQUIERDA) FRACTURA BURSA DE L2 TRATADA CON UNA INSTRUMENTACIÓN SEGMENTAL CON TORNILLOS PEDICULARES. ………………………...………………… ………. (51) FIG. 2.17 ILUSTRACIÓN CINEMÁTICA DEL ARREGLO EMPLEADO PARA ASEGURAR LA APLICACIÓN DE CARGA AXIAL Y SU MEDICIÓN (IZQUIERDA) ………………………………………………………………………….. …….... (51) FIG. 2.18 VISTA ISOMÉTRICA POSTERIOR DE: A) MODELO DE ELEMENTOS FINITOS DE LA SECCIÓN CERVICAL C4-C6 B) DISCO INTERVERTEBRAL Y SUPERFICIES DE CONTACTO ARTICULARES. ……...…………………………… ………. (52) FIG. 2.19 ILUSTRACIÓN CINEMÁTICA DE LAS CONDICIONES DE CARGA Y FRONTERA DE C5 – C6: (A) INTACTA; Y (B) CON DISCO SEGMENTADO DEL MODELO DE ELEMENTOS FINITOS BAJO MOMENTOS SAGITALES . (52) FIG. 2.20 MOVIMIENTOS DEL CUELLO Y LA CABEZA DESPUÉS DE UN IMPACTO AUTOMOVILÍSTICO. BASADOS EN MCCONNELL & ET. AL. …………………………………………………………………………… …..... (53) FIG. 2.21 TRAZADO DE RADIOGRAFÍAS EN SERIE DE UN INDIVIDUO SOMETIDO A UN IMPACTO VEHICULAR FRONTAL A 4 KM/H, SIN DESCANSANUCAS. …………………………………………………………………..………. (53) FIG. 2.22 SECCIÓN TRANSVERSAL DEL IMPLANTE MÓVIL ……………………..……………………………… ……..... (54) FIG. 2.23 FIGURA DE UNA DIGITALIZACIÓN ELECTRÓNICA MICROSCÓPICA DEL IMPLANTE DE CUELLO CON ANILLOS DE TITANIO Y DOS LÍNEAS SOLDADAS. ………………………………………………………… ……..... (54) FIG. 2.24 ARREGLO EXPERIMENTAL PARA UN ESPÉCIMEN DE CADÁVER HUMANO INTACTO. ………………………. (55) FIG. 2.25 PROCESO DE LA CINEMÁTICA DEL SEGMENTO DE CABEZA – CUELLO. ……………………………...…….... (55) FIG. 2.26 PRESIONES APLICADAS EN LA VÉRTEBRA L5 ……………………………...………………………… …….... (56) FIG. 2.27 DISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS EN LA VÉRTEBRA DE HUESO SÓLIDO CORTICAL ……………….…… ……..... (56) FIG. 2.28 MÓDULO ELÁSTICO OBTENIDO A PARTIR DE LA DENSIDAD Y EL USO DE TOMOGRAFÍAS COMPUTARIZADAS ……………………………………………………………………………………..(56) FIG. 2.29 MÁXIMA CARGA CORTANTE EN LA COLUMNA VERTEBRAL PARA SIMULACIÓN DEL ASIENTO (A) RÍGIDO (B) ESTANDAR DE AUTOMÓVIL (DERECHA) CON LA POSICIÓN DE LA VÉRTEBRA EN EL MODELO DE HUMANO CON RELACIÓN AL ASIENTO (IZQUIERDA) ………………………………………………….………. (57) FIG. 2.30 MODELO DE ELEMENTOS FINITOS EN DONDE SE MUESTRAN LAS CARGAS APLICADAS Y LAS CONDICIONES DE FRONTERA …………………………………………………………………………………..………. (58) FIG. 2.31 ESFUERZOS DE VON MISES (PA) ………………………………………………………………………...….... (58) FIG. 2.32 IMPLANTE BAK/C (CENTERPULSE SPINE – TECH INC. MINNEAPOLIS, MN) ………………….… ……..... (58) FIG. 2.33 CÁLCULO DE LA SUBSIDENCIA PARA EL IMPLANTE EMPLEADO. ………...………………………… ……..... (58) FIG. 2.34 MODELO DE ELEMENTOS FINITOS TRIDIMENSIONAL DE CHOSA. ………..………………………… ……..... (59) FIG. 2.35 ILUSTRACIÓN DE LA FLEXIÓN LATERAL, EXTENSIÓN Y COMPRESIÓN EN LOS MODELOS MÓVIBLES ……….. (59) FIG. 2.36 MODELO DE ELEMENTOS FINITOS TRIDIMENSIONAL DETALLADO DEL SEGMENTO L4 – L5 …………….... (60) FIG. 2.37 VISTA DE LOS NODOS EMPLEADOS PARA EL CÁLCULO DE LOS ESFUERZOS DE VON MISES. …………….… (60) FIG. 2.38 MODELOS DE ELEMENTO FINITO. …………………………………………………………………………..... (61) FIG. 2.39 MALLADOS DE LOS CUATRO MODELOS DE ELEMENTO FINITO …………….……………………… ………. (61) FIG. 2.40 ESPÉCIMEN DE UNA ALEACIÓN DE METAL EN LA SECCIÓN SUPERIOR – IZQUIERDA MONTADO EN LA MÁQUINA DE ENSAYOS DE MATERIALES. ………………………………………………………………………………. (62) FIG. 2.41 CURVAS REPRESENTATIVAS DE CARGA – DESPLAZAMIENTO DE (A) ESPÉCIMEN SALIDO Y (B) EL MODELO DE ESFUERZO – RELAJACIÓN. ………………………………………………………………… ……..... (62) FIG. 2.42 OCHO ESPECIMENES PORCINOS PARA LA INSTRUMENTACIÓN DE L2-L4 CON BARRAS Y TORNILLOS. …..… (62) FIG. 2.43 ARREGLO EXPERIMENTAL, EMPLEANDO UN EQUIPO MTS ………………………………………… …….... (62) FIG. 2.44 MODELO DE ELEMENTOS FINITOS DE LA COLUMNA LUMBAR ENTERA (L1 – S). …………..……..………... (63)

CAPÍTULO 3

DOCTORADO EN CIENCIAS JUAN ALFONSO BELTRÁN FERNÁNDEZ 11 TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

FIG. 3.1 TOMOGRAFÍAS MUESTRA DEL PACIENTE. …………..………………………………………………… …….... (72) FIG. 3.2 DIBUJO DEL PERFIL A PARTIR DE LA TOMOGRAFÍA. …………………………………………..……… ……..... (72) FIG. 3.3 SUPERPOSICIÓN DE LOS PERFILES DIBUJADOS. …………..…………………………………………… ……..... (73) FIG. 3.4 EXTRUSIÓN DE LOS PERFILES DE LA TOMOGRAFÍA. …………..………………………………………....…….. (73) FIG. 3.5 DIAGRAMA DE HILOS DE LA CERVICAL SIMPLIFICADA. ………………………………………………..……... (73) FIG. 3.6 CREACIÓN DEL MODELO DE CERVICAL. …………..………………………………………………… ………... (74) FIG. 3.7 CERVICAL DEFINITIVA. ……………..…………………………………………………………...…………...... (74) FIG. 3.8 CREACIÓN DEL MODELO VOLUMÉTRICO DE CERVICAL EN ANSYS …………..………………..……..……... (74) FIG. 3.9 MODELO LINEAL DE PLACA CERVICAL ANTERIOR . ……………………..………………..…………..………. (75) FIG.3.10 PLACA CERVICAL ANTERIOR ANGULARA Y SUS PERSPECTIVAS. …..………….………………..…… ……..... (75) FIG. 3.11 MODELO DE TORNILLO PEDICULAR EXPANSIVO ………………….... …..…………………….……...……... (76) FIG. 3.12 GENERACIÓN DEL MODELO DE INJERTO ……………………………………….. …..…...……..…… ….…... (76) FIG. 3.13 MODELO DE INJERTO DEFINITIVO ……………………………………….... …..…………..…..…… ..……... (77) FIG. 3.14 ANGULACIÓN DE LAS VÉRTEBRAS CERVICALES C3, C4 Y C5. ……….....………………..………….. ….…... (77) FIG. 3.15 ANGULACIÓN DE LAS VÉRTEBRAS CERVICALES C3, C4 Y C5 ……………………………………....…..…… (78) FIG. 3.16 MODELO DE CAD FINAL ……………………………………………………….. …..……..…..…… ………. (78) FIG. 3.17 CONDICIONES DE FRONTERA APLICADAS AL MODELO DE CERVICAL EN ANSYS PARA 3 CASOS ………... . (79) FIG. 3.18 CONDICIONES DE FRONTERA APLICADAS AL MODELO DE CERVICAL …...………………………... …..…... (79) FIG. 3.18-B PERSPECTIVA 2 DEL MALLADO DE LA SOLUCIÓN AL EXPERIMENTO 1 ……………………………………. (81) FIG. 3.18-C PERSPECTIVA 3 DEL MALLADO DE LA SOLUCIÓN AL EXPERIMENTO 1 ……………………………………. (81) FIG. 3.19 CONDICIONES DE FRONTERA APLICADAS A LA CERVICAL DEL EXPERIMENTO 1 ………..…… ………….... (81) FIG. 3.19-A CARGAS APLICADAS Y REACCIONES DE LA SOLUCIÓN AL EXPERIMENTO 1 …………..…… ………….... (81) FIG. 3.20 RESULTADOS FINALES Y ZONAS DE CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS DEL EXPERIMENTO 1 ………. …….... (82) FIG. 3.21 PRINCIPALES ZONAS DE CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS DEL EXPERIMENTO 1. ……..……..…… ……….. (82) FIG. 3.22 NODOS ELEGIDOS PARA APLICAR CARGAS ………………………………………. …..………..… ………... (83) FIG. 3.23 APLICACIÓN DE LAS FUERZAS EN LOS NODOS ELEGIDOS DEL EXPERIMENTO 2 .… ………………..………... (83) FIG. 3.24 RESULTADOS OBTENIDOS PARA LOS ESFUERZOS DEL EXPERIMENTO 2 .……………………..…… ………... (84) FIG. 3.25 DETALLE 1 DE LA ZONA DE CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS DEL EXPERIMENTO 2 . …..…... ……………... (84) FIG. 3.26 DETALLE 2 DE LA ZONA DE CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS DEL EXPERIMENTO 2 . ……….…..… ……..... (84) FIG. 3.28 PERSPECTIVA DE LOS RESULTADOS DEL EXPERIMENTO 3. ………………………………………………….... (85) FIG. 3.29 VISTA ANTERIOR DE LA ZONA DE CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS DEL EXPERIMENTO 3…….. …………...(86) FIG. 3.30: DIVERSAS PERSPECTIVAS DE LA ANGULACIÓN DE LA PLACA CERVICAL ANTERIOR. ………………………. (87) FIG. 3.31: ÁNGULO DEFINITIVO DE LA PLACA CERVICAL ANTERIOR FLEXIONADA …………………………………...(87) FIG. 3.32 RESTRICCIONES Y FUERZAS APLICADAS AL MODELO DE PLACA CERVICAL ANTERIOR. ……………………(88) FIG. 3.33 COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LA PLACA CERVICAL ANTERIOR. ……………………………………… (89) FIG. 3.34: DETALLE DE LA ZONA DE MAYOR ESFUERZO …………………………………………………………….… (89) FIG. 3.35 PERFILES DE LA COLUMNA VERTEBRAL. ………………………………………………………………… (91) FIG. 3.36 USO DE PLACA CERVICAL POR LA VÍA ANTERIOR. ……………………………………………………….. (92) FIG. 3.37 VÍA ANTERIOR Y POSTERIOR EN UN PACIENTE. ……………………………………………………………. (92) FIG. 3.38 USO DE LOS RAYOS X PARA EVALUAR LA POSICIÓN DE LAS PLACAS EMPLEADAS EN OPERACIONES DIVERSAS. ………………………………………………………………………………………………………………. (93) FIG. 3.39 MODELO 3-D DE LAS CERVICALES C3-C5 INJERTO Y PLACA CERVICAL DEL PRESENTE TRABAJO. ……... (93) FIG. 3.40 MODELO DE ELEMENTOS FINITOS MALLADO. …………………………………………………………. (94) FIG. 3.41 MODELO DE ELEMENTOS FINITOS DE LAS CERVICALES C3-C5 INJERTO Y PLACA CERVICAL. …………. (94) FIG. 3.42 GRÁFICA DE LOS CASOS DE ESTUDIO PROPUESTOS. ……………………………………………...…… (96) FIG. 3.43 GRÁFICA DE ESFUERZOS OBTENIDOS PARA LOS CASOS REPORTADOS. ……………………………………... (96) FIG. 3.44 GRÁFICA DE DESPLAZAMIENTOS OBTENIDOS PARA LOS CASOS REPORTADOS. …………………………… (97) FIG. 3.45 DETALLE DE LA ZONA DE CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS. ………………………………………………. (97) FIG. 3.46 DETALLE GENERAL DE LOS ESFUERZOS DEL MODELO DE ELEMENTOS FINITOS. ……………………………(98) FIG. 3.47 DESPLAZAMIENTOS OBTENIDOS PARA EL ENSAYO DEL MODELO DE ELEMENTOS FINITOS. ………………...(98)

CAPÍTULO 4

FIG. 4.1 LAVADO PREVIO DE LA PORCIÓN C0 –C7 PORCINA ………………………………….………..……...……. (102)

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FIG. 4.2 HERVIDO DEL ESPÉCIMEN …………………………..…… ……………………………………………….... (102) FIG. 4.3 AGREGADO DE CAL …………………………..…… ………………………………………………..……. (103) FIG. 4.14 RETIRO DE MÚSCULOS …………………………..…… ………...... (103) FIG 4.5 VÉRTEBRA CERVICAL LIMPIA Y CONSERVADA EN ALCOHOL PARA SU POSTERIOR SECADO. ………. ……... (103) FIG. 4.6 INSTRUMENTAL QUIRÚRGICO EMPLEADO PARA LA CORPORECTOMIA CERVICAL. ……………..…… …….. (104) FIG. 4.7 EXAMINACIÓN DEL ÁREA DE CORTE PARA LA CORPORECTOMÍA CERVICAL. ……..…………..…… ……... (105) FIG. 4.8 CORTE DEL CUERPO VERTEBRAL MEDIANTE EL DRILL. ……………………………………..…..…… ……... (105) FIG. 4.9 EXTRACCIÓN DEL CUERPO VERTEBRAL MEDIANTE UN OSTEOTOMO. …………………………..…… ……... (106) FIG. 4.10 PREPARACIÓN DE LAS SUPERFICIES DEL CUERPO VERTEBRAL CON LA PUNTA DE PERA DEL DRILL. …….... (106) FIG. 4.11 CORTE DEL INJERTO ÓSEO Y ADECUACIÓN A LA ZONA DE INSTRUMENTACIÓN. ……………..…… ……... (107) FIG. 4.12 DOBLADO O FLEXIONADO DE LA PLACA CERVICAL MEDIANTE EL USO DE UN TRISCADOR. …………..…... (107) FIG. 4.13 LOCALIZACIÓN DE LA POSICIÓN DE LOS BARRENOS. …………………………………………..…… …….. (108) FIG. 4.14 TALADRADO GUÍA DE LOS BARRENOS. …………………………..…… ……………………………..…….. (108) FIG. 4.15 PREPARACIÓN Y LOCALIZACIÓN DE LA GUÍA DE TALADRADO Y BROCA PARA LOS BARRENOS. ………….. (109) FIG. 4.16 BARRENADO DEL CUERPO VERTEBRAL. …………………………..…………………………………. …….. (109) FIG. 4.17 FIJACIÓN DE LOS TORNILLOS Y SEGUROS. …………………………..…… ………………………………… (110) FIG. 4.18 ESPÉCIMEN INSTRUMENTADO FINAL. …………………………..…… …………………………………….. (110) FIG. 4.19 EQUIPO DE TRABAJO…………………………..…… ……………………………………………………….. (111) FIG. 4.20 COMPARACIÓN DE LOS MODELOS NUMÉRICO Y EXPERIMENTAL. …………………………..…… ………... (112) FIG. 4.21 VISTA FRONTAL DEL DISPOSITIVO DE SUJECIÓN PREVISTO PARA LA PRUEBA EXPERIMENTAL…….………..(112) FIG. 4.22 VISTA SUPERIOR DEL DISPOSITIVO DE SUJECIÓN PREVISTO PARA LA PRUEBA EXPERIMENTAL …………….(113) FIG. 4.23 ESPECIFICACIONES DE LOS PERNOS Y GUIAS CILÍNDRICAS PARA LA PRUEBA EXPERIMENTAL ……………..(113) FIG. 4.23 SENSOR DE DESPLAZAMIENTO SDP-50C…………………………………………………………………… (114)

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1.1 PRINCIPALES FRACTURAS DEL ATLAS ………………………………...………………………………….. (11)

TABLA 3.1. RESULTADOS DE LOS ESFUERZOS OBTENIDOS POR SOLUCION NODAL PARA EL CASO 1(3 CARGAS C/U 100 N) ………..………………………………………………….…..…………………...….... (80)

TABLA 3.2. RESULTADOS DE LOS ESFUERZOS OBTENIDOS POR SOLUCION NODAL PARA EL CASO 2(CARGA DISTRIBUIDA) …………………………………………..………………………………………..…..... (83)

TABLA 3.3. RESULTADOS DE LOS ESFUERZOS OBTENIDOS POR SOLUCION NODAL PARA EL CASO 3(CARGA DISTRIBUIDA) …………………………………………..…………………...…...... (85)

TABLA 3.4: CONDICIONES DE FRONTERA APLICADAS AL MODELO DE PLACA CERVICAL ANTERIOR ………………... (88)

TABLA 3.5. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS ELEMENTOS DE ESTUDIO ……………………………………………... (95)

TABLA 3.6. RESULTADOS OBTENIDOS PARA LAS TRES CORRIDAS DE ELEMENTOS FINITOS. …………………………… (95)

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RESUMEN

Actualmente la Biomecánica tiene un papel fundamental en el desarrollo de implantes auxiliares en diversas tareas del cuerpo humano. La ciencia requiere de la interdisciplina de diversas áreas del conocimiento para generar soluciones satisfactorias a problemas complejos. En este sentido, el área de la columna vertebral conlleva a integrar el enfoque de la Ingeniería Mecánica, el área de cirugía de la columna vertebral y Ortopedia para analizar, proponer y en su caso solucionar diversas problemáticas que van desde dislocaciones y fracturas óseas, hasta el reemplazo de cuerpos vertebrales mediante fijaciones externas y/o internas, combinadas con procesos de rehabilitación normalmente largos.

En particular, la región cervical de la columna vertebral es una de las zonas que mayor incidencia de accidentes presenta, y de los cuales se presentan diversos estudios en el capítulo 1.

El presente trabajo nace de la necesidad por optimizar el tratamiento quirúrgico que actualmente se practica. En específico, la Corporectomía es una técnica médica necesaria para sustituir uno de los cuerpos vertebrales dañados, y normalmente requiere de abordajes por las vías anterior y posterior, empleando fijadores tales como: Placas cervicales, barras rígidas, alambre y tornillería diversa. Cuando se lesionan las zonas cercanas a los puntos de transición (C7 y T12), dichos abordajes requieren de diversos ajustes programados posterior a la intervención, los cuales causan molestias para los pacientes, ya que estos deben ser nuevamente intervenidos.

Por tanto, el problema por analizar en este caso se presentó mediante una de las sesiones que se llevan a cabo entre los médicos del Hospital General La Villa, del Área de Cirugía de Columna Vertebral, en la cual a través del Dr. Alejandro González Rebatu presentó un protocolo para realizar un estudio para analizar el efecto del abordaje anterior en las cervicales C3 – C5 cuando se requiere de una corporectomía y estimar los desplazamientos que tendría la inclusión de un injerto óseo, y evaluar la posibilidad de disminuir o incluso eliminar el abordaje posterior en el cual se requiere del uso de alambre.

En ese sentido, el apoyo ingenieril que se solicitó radica en generar un modelo de elementos finitos representativo de las cervicales C3-C5, el injerto óseo, la placa cervical anterior y los tornillos necesarios, con el cual se pudieran evaluar a distintos niveles de carga de compresión, los desplazamientos existentes entre el cuerpo vertebral de las cervicales C3 y C5 y el injerto que ocupa el espacio de la cervical C4, así como el comportamiento mecánico que todo el conjunto genera y las posibles implicaciones o efectos que se tienen en elementos inmediatos a los de interés.

Aunado a lo anterior, se instrumentarán diversos especimenes porcinos con injertos óseos y placas cervicales a bien de realizar la experimentación respectiva que servirá de soporte para validar el modelo de elementos finitos y se puedan por ende generar un mayor número de simulaciones.

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Para ello, se ha propuesto el capitulado correspondiente y a continuación se detalla sobre el contenido de cada uno de ellos.

En el capítulo 1 se presentan los conceptos biomecánicos relacionados con las cervicales, su función y ubicación dentro del rango de la columna vertebral. Se analizan también las complicaciones que se tienen en los pacientes que sufren de movimientos dinámicos bruscos y los posibles tratamientos que ayuden a disminuir el efecto de las fracturas, mediante la implementación de diversas técnicas de abordaje, injertos y elementos auxiliares.

En el capítulo 2 se han plasmado una serie de investigaciones alusivas al presente trabajo, sin embargo, será importante observar que cada una de ellas abarca efectos distintos al problema por analizar, desde el rol de los ligamentos, la contribución del disco intervertebral a la inestabilidad de las fracturas, la importancia de la osteoporosis en el tiempo de recuperación de los pacientes, entre otros tópicos. Por otra parte, muy pocos trabajos realizan un modelo detallado de cervical, debido a la complejidad para simularse. Para la investigación se desarrollará el modelo empleando las herramientas computacionales necesarias para obtener un modelo de cervicales muy cercano al real, considerando los recursos computacionales que se tienen y los tiempos de simulación en las corridas por elementos finitos, empleando el Software ANSYS.

Por ello, será importante observar que los modelos generados por diversos autores, son sumamente simplificados y carecen de geometría real, ya que como se mencionó anteriormente, un modelo real considerando radios de geometría, creación de apófisis, cuerpo vertebral, base del disco vertebral y canal medular fieles a la forma real, demanda la consideración y procesamiento de mayor número de cortes tomográficos, los cuales para el caso de estudio, se han obtenido a cada 2 mm. entre corte y corte.

En el capítulo 3 se describirá por tanto, la metodología de modelado de la vértebra cervical C5 como punto de partida para la conformación de la Unidad de carga C3- C5, el injerto de cresta ilíaca, la placa cervical anterior y los tornillos pediculares, necesarios para su simulación por elemento finito. En el mismo, se plantearán los casos de estudio a simularse para evaluar el comportamiento mecánico del conjunto y obtener los desplazamientos correspondientes.

En el capítulo 4 se plantearán los procedimientos por seguir para instrumentar en vértebras porcinas la unidad de carga C3-C5, la cual reproducirá el efecto deseado y contribuirá a validar las simulaciones numéricas realizadas. Si bien es cierto que por una parte se emplea para la simulación numérica especimenes humanos, y en el caso de la experimentación especimenes porcinos, la transferencia de carga axial de compresión será la misma y se pretende demostrar que la distribución de los esfuerzos es similar, considerando las variaciones geométricas entre los especimenes mencionados.

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ABSTRACT

At the moment Biomechanics has a fundamental paper in the development of auxiliary implant in diverse tasks of the human body. Science requires of the relationship of diverse areas of the knowledge to generate solutions satisfactory to complex problems. In this sense, the area of the spine entails to integrate the approach of Mechanical Engineering, the area of surgery of the spine and Orthopaedic to analyze, to propose and in its case of solving diverse problematic that break-ups and bony fractures go from, to the replacement of vertebral bodies by means of external and/or internal fixations, combined with normally long processes of rehabilitation.

Specifically, the cervical region of the spine is one of the zones that greater incidence of accidents reports, and of which diverse studies in chapter 1 appear.

The present work present is born of the necessity to optimize the surgical treatment that at the moment practices. In specific, the Corporectomy is a medical technique necessary to replace one of the damaged vertebral bodies, and normally it requires of boarding by the routes previous and later, using locking devices such as: Cervical plates, rigid bars, diverse wire and several screws. When the zones near the transition points are injured (C7 and T12), these boarding subsequent to require of diverse programmed adjustments the intervention, which cause annoyances for the patients, since these must again be taken part.

Therefore, the problem to analyze in this case appeared by means of one of the sessions that are carried out between the doctors of the Hospital General La Villa, of the Area of Surgery of Spine, in which Dr. Alejandro González Rebatu presented a protocol to make a study to analyze the effect of the anterior boarding in cervical the C3 - C5 when it is required of a corporectomy and to consider the displacements that the inclusion of a bony graft would have, and to evaluate the possibility of diminishing or to even eliminate the posterior boarding in which it is required of the wire use.

In that sense, the engineering support that it was asked for is in generating a model of finite elements representative of the cervical C3-C5, the bony graft, previous the cervical plate and the necessary screws, with which they were possible to be evaluated at different levels from compression load, the existing displacements between cervical the vertebral body of the C3 and C5 and the graft that the space of the cervical C4 occupies, as well as the mechanical behaviour that all the set generates and the possible implications or effects that are had in elements immediate to those of interest.

Combined to the previous thing, diverse pig specimens with bony grafts will be assembled and cervical plates to make the respective experimentation that will serve as support to validate the model of finite elements and can be generated a greater number of simulations.

For it, the corresponding capitulated has been established and the content of this is detailed on next.

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In chapter 1 the biomechanics concepts related to the cervical vertebraes, their function and location within the rank of the spine appear. Also the complications are analyzed when there are patients who suffer of abrupt dynamic movements and the possible treatments that help to diminish the effect of the fractures, by means of the implementation of diverse techniques of boarding, grafts and auxiliary organizational elements.

In chapter 2 a series of allusive investigations to the present work has been described, nevertheless, will be important to observe that each one of them includes different effects from the problem to analyze, from the roll of the ligaments, the contribution of the intervertebral disc to the instability of the fractures, the importance of the osteoporosis in the time of recovery of the patients, among other topics. On the other hand, very few works make a model detailed of cervical, due to the complexity to simulate itself. For the investigation it will be developed a model using the computational tools necessary to obtain a cervical model of very near the real one, considering the computational resources the time of simulation in the solutions by finite elements, using Software ANSYS.

For that reason, it will be important to observe that the models generated by diverse authors, extremely are simplified and lack real geometry, since as it were mentioned previously, a real model considering geometry radios, creation of apophysis, vertebral body, base of the vertebral disc and channel to medullar faithful to the real form, demands the consideration and processing of greater number of tomography cuts, which for the case of study, has been obtained to each 2 mm between each cut.

In chapter 3 it will be described therefore, the methodology to obtain a model of cervical vertebra C5 like departure point for the conformation of the Unit of load C3- C5, the graft of iliac crest, previous the cervical plate and the screws, necessary for his simulation by finite element. At the same chapter, the cases of study will consider to simulate itself to evaluate the mechanical behaviour of the set and to obtain the corresponding displacements.

In chapter 4 the procedures will consider to instrument in pig vertebrae the unit of load C3- C5, which will reproduce the hopped effect and will contribute to validate the made numerical simulations. Although it is certain that on the one hand specimens is used for the numerical simulation human, and in the other case of the pig experimentation specimens, the transference of axial load of compression will be the same one and it is tried to demonstrate that the distribution of the stresses is similar, considering the geometric variations between specimens mentioned.

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OBJETIVO

• Establecer un modelo numérico - experimental instrumentado por medio del Método del Elemento Finito, contemplando las cervicales C3 – C5 un injerto óseo, placa cervical anterior y tornillos pediculares para someterse a la acción de cargas de compresión. Lo anterior con la finalidad de evaluar el comportamiento mecánico de dicho modelo, estudiar el efecto de dichas cargas en las vértebras inmediatas, así como el desplazamiento del injerto óseo contra las superficies de los cuerpos vertebrales adyacentes a dicha acción.

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JUSTIFICACIÓN

Uno de los problemas más importantes, pero no profundizados en el estudio de la Biomecánica de la Columna Vertebral, es el denominado efecto del: Latigazo Cervical.

De acuerdo a Ortega P. [1.1], el síndrome del latigazo cervical (SLC) tiene una incidencia aproximada de 1 caso/1000 personas por año y costos personales y económicos muy altos. Por esto, algunos estudios Europeos sobre el nivel de protección y seguridad que ofrecen los reposacabezas de vehículos diferentes han demostrado que los impactos traseros o alcances entre vehículos afectan a más de 20,000 personas anualmente, mismos que se suman a los mas de 400 lesionados medulares anuales como consecuencia de los accidentes de tráfico [1.1]. De tal forma, que ante la necesidad de reducir los índices de lesionados a través de la optimización de los diseños de elementos, tales como los reposacabezas en la industria automotriz, se requiere saber y analizar los principales movimientos que se generan en la región de la columna cervical, y de esta forma obtener los diferentes tipos de carga, tales como: Flexión, Tensión, Compresión y Torsión en sus distintas variaciones.

Ante esto, el análisis mecánico de los esfuerzos y deformaciones generados se vuelve un asunto prioritario en la evolución de los tratamientos quirúrgicos instrumentados en las clínicas de atención especializadas, ya que por una parte, se pueden evaluar los niveles de daño existentes, la optimización de los implantes de injertos óseos y dispositivos necesarios para la eliminación de los daños, generalmente fracturas, producidos por los accidentes antes mencionados y por ende, una reducción del número de intervenciones requeridas para ajustar la operación y los tiempos de terapia necesarios actualmente.

En este sentido, la originalidad del presente trabajo radica en el estudio que se realiza sobre la geometría del modelo de cervicales de un paciente mexicano, ya que, por una parte, no se han encontrado en el país referencias bibliográficas al respecto, no así para el caso internacional, ya que se encuentran estudios y publicaciones internacionales sobre cervicales, pero con enfoques y objetivos distintos, que parten desde los análisis por fatiga, torsión y el estudio de la influencia de las cargas sobre los tornillos pediculares. De manera análoga, no existen reportes científicos que involucren la inclusión de placas cervicales en conjunto a las vértebras. Por tanto, al no estar referidas al fenotipo mexicano, y no reproducir el mismo efecto experimental, el presente trabajo representa una aportación importante para el área de Columna vertebral y contribuye significativamente al sector salud nacional, ya que por una parte, genera un modelo de elementos finitos con dimensiones fieles al modelo real, que puede reproducir diversos efectos por cargas externas y condiciones iniciales, así como la reproducción experimental de la corporectomía a través de la instrumentación de elementos porcinos, esto último debido a la complejidad por obtener un modelo de cervical de humano.

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HIPÓTESIS

Se reducen el número de intervenciones quirúrgicas que actualmente se realizan en el tratamiento de las lesiones de vértebra cervical, principalmente cuando se daña el cuerpo intervertebral, empleando elementos geométricos denominados: injertos, y ubicados en la sección posterior de la columna vertebral cervical mediante la técnica de corporectomía y el uso de una placa de sujeción y tornillos antiderrapantes, con objeto de regenerar cultivo óseo y garantizar estabilidad vertebral al no tener desplazamientos mayores a 3.5 mm. Entre superficies de cuerpos vertebrales e injerto.

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INTRODUCCIÓN

En relación a la información planteada en el resumen, se ha propuesto el capitulado correspondiente y a continuación se detalla sobre el contenido de cada uno de ellos.

En el capítulo 4 se plantearán los procedimientos por seguir para instrumentar en vértebras porcinas la unidad de carga C3-C5, la cual reproducirá el efecto deseado y contribuirá a validar las simulaciones numéricas realizadas. Si bien es cierto que por una parte se emplea para la simulación numérica especímenes humanos, y en el caso de la experimentación especímenes porcinos, la transferencia de carga axial de compresión será la misma y se pretende demostrar que la distribución de los esfuerzos es similar, considerando las variaciones geométricas entre los especímenes mencionados.

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CAPÍTULO 1

LESIONES EN LA REGIÓN CERVICAL DE LA COLUMNA VERTEBRAL

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CAPÍTULO 1

1.0 BIOMECÁNICA Y ANATOMÍA DE LAS VÉRTEBRAS CERVICALES

Con la finalidad de asociar cada uno de los conceptos biomecánicos relacionados al tema en estudio, se desarrollará una breve introducción en torno a los diversos términos médicos necesarios para el área ingenieril en el proceso por comprender el planteamiento del problema, el cual más adelante se delimitará con detalle.

1.1 ANATOMÍA DE LA COLUMNA VERTEBRAL [2]

La columna espinal es una estructura compleja, cuya función principal es mantener al cuerpo humano de pie, soportar el peso de la cabeza, y proteger la médula espinal y los vasos sanguíneos. Esta se divide en cinco regiones:

1.- La espina dorsal cervical, 2.- La espina dorsal torácica que conecta con las costillas

3.- La espina dorsal lumbar Columna Vertebral Vista Anterior 4.- El sacro Vista lateral izquierda Vista Posterior Atlas C1 5.- El coxis. Atlas C1 Axis C2 Axis C2

Figura 1.1: La espina dorsal humana con la espina dorsal cervical que extiende de C1 a C7, la espina dorsal torácica del T1 a T12, la espina dorsal lumbar de L1 a L5, el sacro y el coxis.

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En el cuello, la región espinal se llama espina dorsal cervical y contiene las siete vértebras superiores. La espina dorsal cervical soporta a la cabeza y permite una amplia gama del movimiento principal. Esta puede ser dividida en la espina dorsal cervical superior e inferior.

Es necesario destacar que en este capítulo 1 se enfoca principalmente en la espina dorsal superior, debido a que esta tiene una anatomía diferente al resto de la columna vertebral y representa la parte más flexible.

Existen varios sistemas diferentes para nombrar a las vértebras. En este caso, se utilizará el siguiente: la vértebra superior es C1, la segunda C2 y así sucesivamente hasta la última vértebra cervical, C7. El occipucio, o la cabeza, se llama C0, aunque no es parte de la espina dorsal. A las primeras dos vértebras se les denomina el atlas (C1) y el axis (C2). El nombre de Atlas le fue asignado después observar aquel gigante que lleva a la tierra en sus hombros; de tal forma que similarmente el atlas soporta a la cabeza. El axis (C2) o eje, recibe su nombre probablemente porque proporciona el eje para la rotación axial en las espinas dorsales cervicales superiores.

Dos vértebras consecutivas, las uniones conectoras y los ligamentos intermedios constituyen un segmento de movimiento. Por lo tanto, la espina dorsal cervical contiene ocho segmentos de movimiento. Éstos se nombran de acuerdo con las dos vértebras involucradas: C0/C1, C1/C2, etcétera. El último segmento de movimiento es C7/T1, donde está la primera vértebra torácica T1.

1.2 LA VÉRTEBRA

El hueso vertebral es una estructura del tipo sándwich. Esta tiene una capa exterior rígida, denominada hueso cortical, y un centro o médula interior porosa, denominada hueso trabecular. La geometría de la vértebra en la espina dorsal cervical superior, C1 y C2, es significativamente diferente de la espina dorsal cervical inferior, C3 a C7, y se muestra en la figura 1.3.

1.2.1 LA ESPINA DORSAL VERTEBRAL SUPERIOR. (C1 Y C2)

Esta consiste de dos vértebras, el Atlas (C1) y el axis (C2). El atlas se compone de un anillo óseo y carece de cuerpo vertebral. Este se divide en el arco anterior y el arco posterior. En una de las masas laterales del atlas hay superficies de unión de facetas, mostrado en la figuras 1.2 y 1.3. Las facetas superiores conectan con los cóndiles occipital (dos protuberancias óseas en la base del cráneo) y constituyen la unión occipitoatlantal. Las superficies de la faceta inferior de la unión corresponden con las facetas superiores del axis. Este último se compone de un cuerpo vertebral y de un arco posterior.

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Proceso odontoides

Tubérculo anterior Articulación con Proceso odontoides del Axis Superficie articular Arco Anterior

Articulación con el Ligamento Cóndiles Occipital adjunto Proceso Transversal

Proceso Transversal

Arco Posterior Proceso Transversal Proceso Transversal Foramen Foramen

Tubérculo Tubérculo inferior posterior Proceso Espinoso

Figura 1.2: Anatomía del Atlas y del Axis, como parte de la columna dorsal cervical.

1.2.2 LAS VÉRTEBRAS ESPINALES CERVICALES INFERIORES

Una vértebra típica en la espina dorsal cervical inferior tiene un cuerpo vertebral elíptico y un arco posterior óseo, como se muestra en las figuras 1.2 y 1.3. El arco posterior se puede dividir en pedículos, la lámina, el proceso espinoso, el proceso transversal, y las superficies superiores e inferiores de la unión de la faceta. La médula espinal es protegida y rodeada por los elementos posteriores.

1.3 LAS UNIONES

En la espina dorsal cervical superior existen dos uniones, la occipitoatlantal y la atlantoaxial. Estas uniones se diferencian de las de la espina dorsal cervical inferior por el hecho de que no tienen un disco. Las diversas estructuras dan características distintas, ya que la unión occipitoatlantal es la más flexible para flexión-extensión, muestra de esto es el muy mencionado “movimiento SI” de la cabeza. Por otra parte, la función principal de la unión atlantoaxial es permitir la rotación, por lo que el “movimiento NO” de la cabeza representa fielmente este efecto, ya que la flexión lateral se distribuye uniformemente entre las uniones espinales. (Myers y Winkelstein [ 1995 ]) [1.3]

1.3.1 LA UNION OCCIPITOATLANTAL

La unión occipitoatlantal se forma por los cóndiles occipital en la base del cráneo y las superficies superiores de la faceta del atlas. La carencia del cuerpo vertebral en C1 y de la forma de las superficies comunes permite tener una considerable movilidad en movimientos de flexión-extensión de esta unión.

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1.3.2 LA UNIÓN ATLANTOAXIAL

La unión atlantoaxial se compone de tres uniones sinoviales entre el atlas y el eje. Las superficies superiores de la faceta del axis y las superficies inferiores de la faceta del atlas forman dos uniones de la faceta, mientras que la tercera está entre el arco anterior del atlas y las dens (Cavidades o proceso odontoides). Esta unión permite tener una rotación axial considerable, pues el atlas rota alrededor de las dens en el axis.

1.3.3 LAS UNIONES DE LA ESPINA DORSAL CERVICAL INFERIOR.

La unión entre C2 y C3 es de la misma estructura que las uniones en la espina dorsal cervical inferior, es decir, dos uniones posteriores a la faceta y un disco intervertebral. El disco es una unión fibrocartilaginosa y posee un líquido como porción central (núcleo pulposo) y una estructura fibrosa, sólida externa (anillo fibroso). El anillo fibroso es un compuesto, donde la fibra se encaja en una matriz de sustancia molida del anillo.

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Figura 1.3: Anatomía de la vértebra cervical en la espina dorsal superior e inferior y la columna vertebral.

1.4 LOS LIGAMENTOS

Los ligamentos estabilizan las uniones, la espina dorsal y restringen el movimiento. Los ligamentos espinales cervicales inferiores son el ligamento longitudinal anterior (LLA), el ligamento longitudinal posterior (LLP), los ligamentos capsulares (LC), el ligamento flavum (LF), los ligamentos interespinosos (LIE), y los ligamentos supraespinosos (LSE) según se observa en la figura 1.4. Las partes superiores de estos ligamentos también pertenecen a la espina dorsal cervical superior. Los ligamentos específicos a la espina dorsal cervical superior son el ligamento apical, el ligamento alar, el ligamento transversal (TL), la membrana tectorial (MT), la membrana atlantooccipital anterior (MAOA), y la membrana atlantooccipital posterior (MAOP), según se observa en la figura 1.5. La MT es la continuación del LLP desde C2 al occipucio, la MAOA la continuación del LLA desde C1 al occipucio. La MAOP es la continuación entre C1 y la cabeza para el LF, Myklebust et al [1988] [1.4].

Existen diversos autores quienes han tratado el tema de ligamentos espinales, tales como Myers y Winkelstein [1995] [1.3], McElhaney y Myers [1993] [1.5], Panjabi et al [1991][1.6], Saldinger et al [1990][1.7], Myklebust et al [1988][1.4], y Dvorack et al [1988][1.8].

a = Ligamento Flavum

b = Ligamento Supraespinoso

c = Ligamento Interespinoso

Figura 1.4: Tipos de ligamento en la espina dorsal

1.4.1 El ligamento Apical

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El ligamento apical se fija posteriormente a la superficie superior de la dens y en el orificio occipital. Como se observa en la figura 1.5A. Este es delgado y ligeramente formado en V, con la mayoría de las fibras concentradas en la mitad y su propósito es restringir la flexión. Panjabi et al [1991][1.6].

LLP LLA

LC LIE LSE LF

Figura 1.4-A: Ligamentos inferiores de la columna vertebral

Ligamento Apical Cruciate Vertical Ligamento Ligamento Alar Transversal Cabeza Cabeza LIGAMENTO ALAR LIGAMENTO TRANSVERSAL

Ligamentos capsulares

Figura 1.5: Ligamentos de la columna vertebral superior: A) Vista posterior del occipucio a C2 con los ligamentos apical y alar. B) Vista posterior del occipucio a C2 con la membrana transversal y el ligamento cruciate vertical. C) Vista superior de C1 con los ligamentos alar y transversal.

1.4.2 El Ligamento Alar

Los ligamentos alares restringen la rotación axial de la unión occipitoatlantal, tal y como se observa en la figura 1.5 A y en la 1.5 C. Su origen está en los márgenes laterales en la tercera superior de la dens y la inserción es principalmente en el occipucio, incluso en las masas laterales de C1. [1.6]

La principal fibra constitutiva es el colágeno, dándo así un ligamento inelástico con una gran rigidez. [1.7] Crisco et al [1991][1.9] desarrollaron un modelo describiendo como trabajan los ligamentos alares. En dicha investigación, aseguran que los ligamentos alares izquierdos y derechos limitan la rotación axial en ambas direcciones.

1.4.3 El ligamento transversal y el Cruciate Vertical

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El ligamento transversal se origina por un lado de las masas laterales del atlas e injertos y por el otro, pasando por el lado posterior de la dens (Central y terceras superiores), como se ve en la figura 1.5B. Este trabaja como una banda restrictiva en la dens, sujetandose a través del anillo anterior del atlas, previniendo así el movimiento de la dens hacia la médula espinal. [1.6] El ligamento transversal tiene dos extensiones verticales: Una prolongación vertical ascendente al occipucio y una extensión vertical descendente hacia el cuerpo vertebral del axis. Estas fibras verticales se denominan: Cruciate vertical y Flexión restrictiva de la cabeza [1.8]. Las fibras de los ligamentos transversales son principalmente de colágeno, como las de los ligamentos alares [1.7].

1.4.4 El Ligamento Longitudinal Anterior (LLA) y la Membrana Atlanto Occipital Anterior (MAOA)

El LLA se adhiere firmemente a la superficie anterior de los cuerpos vertebrales y de los discos entre ellos, tal y como se observa en la figura 1.4-A. Este es un ligamento amplio que disminuye al nivel de C1/C2. El LLA se sustituye por la membrana atlantooccipital anterior al nivel de C0/C1 [1.4]. Las capas de fibra superficial se empalman en segmentos de movimiento, mientras que las más profundas se estrechan entre dos vértebras adyacentes [1.6].

1.4.5 El Ligamento Longitudinal Posterior (LLP) y la Membrana Tectorial (MT)

El LLP corre de la superficie de los cuerpos vertebrales y es la porción anterior del canal medular o espinal, como se observa en la figura 1.4-A. El LLP se extiende a lo largo de la columna en dirección ascendente a la vértebra C2. La membrana tectorial corre entre C2 y el occipucio, como una continuación del LLP.

1.4.6 El ligamento Flavum (LF) y la Membrana AtlantoOccipital Posterior (MAOP)

El ligamento Flavum conecta a la lamina adyacente y se localiza dentro del canal medular, en la superficie posterior, tal y como se observa en la figura 1.4-A. De manera similar a la mayoría de los ligamentos, este contiene una alta concentración de fibras elásticas, haciéndolo un ligamento resistente.

1.4.7 Los Ligamentos Supraespinosos (LSE) e Interespinosos (LIE)

Los LSE y LIE conectan al proceso espinoso de las vértebras adyacentes, figura 1.4. Estos restringen la tensión de la columna vertebral. El LSE se ausenta en la columna cervical superior, mientras que el LIE tiene una reducida resistencia y apariencia en el nivel superior de C1/C2.

1.4.8 Los Ligamentos Capsulares (LC)

El Ligamento Capsular conecta dos superficies de los acoplamientos de la faceta, figuras 1.4-A y 1.5, y una de sus funciones principales es guardar el líquido sinovial dentro de dicha unión. El LC se describe a menudo como delgado y holgado, especialmente en los

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1.5 LESIONES EN LA REGIÓN CERVICAL DE LA COLUMNA VERTEBRAL

Las lesiones de la columna cervical son de gran importancia, por su gravedad y por las implicancias neurológicas que conllevan. Estas lesiones neurológicas provocan graves limitaciones e invalidez en la vida de personas en plena actividad laboral. Consecuentemente, el costo del tratamiento para las personas, instituciones y países es extraordinariamente alto.

El traumatismo raquimedular cervical es más frecuente que el dorsal y el lumbar, debido a que es el segmento más móvil de la columna y soporta en su extremo superior a la cabeza [1.10]. Un 50% de los traumatismos de la columna cervical presentan morbilidad neurológica de diferente gravedad y una mortalidad de alrededor del 10%. Es importante tener en cuenta que de los traumatismos cervicales que no presentan daño neurológico en el momento inmediato del accidente, un 10% lo presenta con posterioridad, por lo que todos los traumatismos cervicales se deben considerar como potenciales traumatismos raquimedulares, hasta que la evolución demuestre que no hay daño medular o radicular en forma definitiva.

Los traumatismos de la columna cervical se distribuyen en 20% para C1 - C2 y en 80% para C3 - C7; dentro de este último segmento, las vértebras más frecuentemente comprometidas son C5 y C6.

Las lesiones de C1 - C2 pueden comprometer la vida del paciente y producir tetraplejia, por lo que son de extraordinaria gravedad. Estas lesiones de tanta gravedad han llevado a estudiar e investigar los mecanismos íntimos que producen las lesiones medulares; si a esto agregamos que la incidencia en E.U.A. es de 40 casos al año por cada millón de habitantes, nos encontramos frente a un cuadro de extraordinaria importancia médica, social y económica. Por tanto, los pacientes con mayor riesgo son jóvenes y adultos en plena capacidad laboral, ya que son los que están expuestos a riesgos de sufrir accidentes del tránsito y laborales [1.11]. La lesión medular cervical es tan grave, que presenta entre un 7 y un 15% de mortalidad general y entre un 35 y un 50% en el caso de las lesiones cervicales completas. [1.1]

1.5.1 LESIONES DE LA COLUMNA CERVICAL C1 - C2

Actualmente existe una carencia de datos epidemiológicos para lesiones del cuello. La mayor parte de los estudios existentes provienen de países como Suecia, Inglaterra y Francia, donde la incidencia y las causas externas de esas lesiones del cuello originan la hospitalización de pacientes, sin embargo, frecuentemente los accidentes de poblaciones

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Estas lesiones comprometen el Atlas en aproximadamente un 5% y el Axis en 15%; muy rara vez afecta las masas del occipital. Si bien las lesiones de este segmento son raras, una de cuatro lesiones de C1 - C2 es potencialmente mortal, por lo que es necesario buscarlas en todo paciente con Traumatismo Craneoencefálico (TCE) o politraumatizado.

En este segmento se puede dañar principalmente las siguientes estructuras anatómicas:

• Masas condíleas del occipital (muy rara). • Masas del Atlas. • Arco anterior del Atlas. • Apófisis odontoides del Axis. • Ligamento transverso. • Arco posterior del Atlas.

1.5.1.1 Fracturas del Atlas

El Atlas se puede comprometer de diferentes formas:

Tabla 1. Principales fracturas del Atlas [1.25]

Tipo de Fractura Características Puede comprometer uno o ambos lados del arco. Fractura aislada del arco Se produce por mecanismo de compresión entre posterior el cráneo y C2; raramente se desplaza. Fractura aislada del arco Es muy infrecuente anterior Se debe a una compresión axial lateralizada sobre una de las masas laterales, la que se Fractura transglenoídea encuentra comprendida entre el cóndilo occipital y la apófisis articular respectiva del Axis. Fractura de Jefferson Se produce cuando hay fractura del arco anterior y posterior del Atlas. De este modo, las masas laterales del Atlas pueden deslizarse hacia lateral sobre la superficie articular del

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Axis; se produce así un desplazamiento de las masas del Atlas.

El mecanismo lesional es una sobrecarga en sentido axial sobre las masas del Atlas. Si el ligamento transverso no se rompe y ha resistido el traumatismo, la fractura es estable. Si el ligamento transverso se rompe, las masas laterales se desplazan entre 5 y 7 mm, siendo una señal radiológica de inestabilidad. Clínicamente puede pasar inadvertido dentro de la sintomatología del TCE, embriaguez o de un politraumatizado. Además, se produce dolor suboccipital a la presión axial del cráneo y al movimiento de éste. El paciente espontáneamente pone el cuello rígido, contrayendo los músculos esterno-cleidomastoídeo y trapecios. Puede también presentar disfagia, dolor a la palpación anterior del cuello y aumento de volumen visible prefaríngeo [1.25]. Este tipo de mecanismo lesional representa aproximadamente el 50% de todas las fracturas que ocurren en el Atlas.

1.5.1.2 Tratamiento Quirúrgico

Las principales alternativas para disminuir los efectos dañinos producidos por diversas fracturas se enlistan a continuación:

• Fractura aislada de arco posterior. Habitualmente requiere de una inmovilización parcial con collar cervical simple por 8 a 12 semanas. • Fractura aislada de arco anterior. Requiere de inmovilización más estricta. Puede ser a través de un collar Minerva de yeso o halo-yeso por 8 semanas. • Fractura glenoidea. Tratamiento ortopédico que requiere de la inmovilización por 3 semanas con collar Filadelfia. • Fractura de Jefferson. Esta es habitualmente una luxofractura, ya que existe desplazamiento de las masas laterales. De aquí que sea una fractura inestable o potencialmente inestable por lesión del ligamento transverso.

Cualquiera de los tratamientos anteriores, dependen de la edad del paciente y de las lesiones asociadas para su aplicación. Si se trata de un politraumatizado que requiere de un gran reposo en cama, normalmente se elige un tratamiento quirúrgico. Tratamiento ortopédico: Tracción de cráneo, reducción y 4 meses de halo-yeso; si no hay desplazamiento de las masas laterales se puede tratar con minerva o halo-yeso por 3 meses. Cuando no se logra reducir o el traumatismo es de tan alta energía que provoca gran inestabilidad, el tratamiento de elección es el quirúrgico, practicándose artrodesis e inmovilización con minerva por 3 meses. En este caso, el abordaje de la vértebra para la inserción de la placa cervical puede ser por la vía anterior o posterior.

1.5.2 Fracturas del Odontoides [1.26]

Una clasificación bien conocida de estas fracturas es la de Anderson y D'Alonzo que las divide en:

Fractura tipo I: Avulsión del extremo del odontoide, sin consecuencia clínica.

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Fractura tipo II: Fractura de la base del odontoides; su tratamiento es ortopédico, Minerva o halo-yeso por 3 meses. Un 20% va a la pseudoartrosis, que debe ser solucionada quirúrgicamente.

Fractura tipo III: El rasgo de fractura compromete el cuerpo del Axis. Consolida prácticamente siempre con tratamiento ortopédico.

Es importante, para elegir el tratamiento ortopédico o quirúrgico, determinar la estabilidad de la fractura. Y para esto existen dos formas, las cuales son:

• Una Fractura desplazada • Fractura que se desplaza en la radiografía dinámica, tomada después del séptimo día de la lesión.

Si la fractura es estable, el tratamiento de las lesiones debe ser ortopédico; si es inestable, el tratamiento de elección será el quirúrgico.

1.5.3 LESIONES DEL SEGMENTO C3 - C7

Estas lesiones son las más frecuentes de la columna cervical (alrededor del 80%). En su mayoría, estas se producen por impacto del cráneo o por un mecanismo de desaceleración o aceleración brusca (mecanismo del "latigazo"). El examen minucioso del cráneo en un politraumatizado o en un paciente con TCE, arroja valiosos elementos de juicio para hacer diagnóstico de lesión cervical y sospechar el mecanismo productor, lo que permite avanzar en el tipo de fractura que sufre el paciente.

Mediante este tipo de lesión se puede sospechar la existencia de un desplazamiento en una fractura que, a la radiografía, no se muestra. Esto permite clasificar una fractura en estable o inestable, concepto de extraordinaria importancia en la formulación del tratamiento y el pronóstico del paciente.

1.5.4 Lesión del Latigazo Cervical “Whiplash”

El término “Whiplash” fue utilizado en primer lugar por H.E. Crowe en 1928 para describir los efectos sobre el cuello de una súbita transferencia de energía de aceleración- desaceleración ocasionada por fuerzas externas ejerciendo un efecto como de latigazo Crowe [1928] [1.27]. Dicho término define a la lesión del latigazo cervical como una lesión del cuello provocada por una fuerte flexión forzada, primero hacia delante y después hacia atrás o viceversa. Por lo general, la lesión afecta a los músculos, los discos, los nervios y los tendones del cuello.

1.5.4.1 Causas de la lesión de Latigazo Cervical [1.28]

La mayoría de las lesiones de latigazo cervical son el resultado de un choque, con su consiguiente aceleración y desaceleración abruptas. Muchas de estas lesiones se producen por fuertes impactos desde atrás en accidentes automovilísticos, o como resultado de una

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En los accidentes automovilísticos, el cuello puede estar sujeto a fuerzas dinámicas de extensión, flexión, flexión lateral y fuerzas paralelas a la dirección del impacto. Estos movimientos no suelen producirse alrededor de ejes fisiológicos y los músculos que ayudan al control de la dirección y amplitud del movimiento, no tienen tiempo de responder a las fuerzas aplicadas a ellos.

Movimiento de Flexión - Tensión

Movimiento de Flexión Lateral

Movimiento Torsional

Fig. 1.6 Movimientos principales del cráneo cuando se presenta el latigazo cervical.

1.5.4.2 Incidencia del latigazo cervical [1.29]

Pujol [2002] [1.29] reporta la siguiente incidencia del latigazo cervical en diversos países, lo cual representa una información sumamente útil para efectos estadísticos y referenciales.

• 0,1 casos/1000 hab/año Nueva Zelanda • 0,44 casos/1000 hab/año Suiza • 0,7 casos/1000 hab/año Quebec • 1 caso/1000 hab/año Australia • 2 casos/1000 hab/año Noruega

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• > 1 millón de casos/año en EEUU (3-4 casos/1000 hab/año)

Se calculan costos económicos globales aproximado de 3.9 billones de dólares al año en EEUU de Norteamérica. [1.29] Con lo anterior, queda claro que los problemas de incidencia por Latigazo cervical (Whiplash) repercuten principalmente en países con un alto índice vehicular. Desafortunadamente, en el caso de México, no existen registros que den una idea de la incidencia de este tipo de lesiones, siendo una ciudad con alto índice vehicular.

1.5.4.3 Síntomas de la lesión de latigazo cervical [1.30]

Los síntomas de dicha lesión pueden parecerse a los de otras condiciones y problemas médicos, por lo que a continuación se enumeran los principales o más comunes:

• Dolor en el cuello. • Rigidez del cuello. • Dolor en el hombro. • Dolor en la parte baja de la espalda. • Mareos. • Dolor en el brazo, en la mano o ambos. • Adormecimiento del brazo, de la mano o ambos. • Zumbido en los oídos. • Visión borrosa. • Problemas de concentración o de memoria. • Irritabilidad. • Insomnio. • Cansancio.

Sin embargo, cada individuo puede experimentar los síntomas de una forma diferente.

Debido a la dificultad para su diagnóstico, en ocasiones se afirma que se trata de una lesión subjetiva y difícil de valorar y tratar. El dolor en el cuello, principal queja de muchos pacientes, es muy difícil de medir, aunque pueden presentarse otra serie de síntomas asociados al latigazo cervical, tales como:

• Microdolores: Los cuales a veces son difíciles de identificar por el propio paciente, pero que conllevan molestias que pueden interferir con determinadas actividades habituales. • Lesiones musculares. • Pequeñas hemorragias internas • En los casos extremos, hernias discales e incluso rotura de vértebras.

Existen gráficas referenciales, como la mostrada en la figura 1.7 en las que se muestran las diferentes áreas de dolor descritas frecuentemente por pacientes. Algunas veces donde se siente el dolor, no necesariamente es donde reside el daño.

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Dolor de Dolor de cuello cuello y Dolor de hombro cuello y hombro Dolor de Dolores de hombro y cabeza espalda

Fig. 1.7 Gráfica de dolor referencial.

En la figura 1.7, el dolor de espalda y hombro se denota por el área de color amarillo. El dolor se siente en el omoplato (Shoulder blade) y la región media de la espalda, haciendo que el paciente crea que dichas partes están sujetas a un daño en la musculatura o en el esqueleto de dicha área, dependiendo de las circunstancias que causan que el daño puede o no ser cierto. Por ejemplo, si el paciente estuvo involucrado en un accidente automovilístico, el dolor podría estar relacionado por daños en los ligamentos alrededor de la sexta y séptima vértebra (C6 – C7) en la espina cervical (Nuca).

El cuerpo humano es un sistema tan complejo que diversas investigaciones apuntan a la posibilidad de que un ligero estiramiento de los nervios situados en el cuello pueda causar la mayor parte de los síntomas del latigazo cervical, tales como: mareos, dolor en el cuello, migrañas, etc.

Por otra parte, el síndrome del latigazo cervical se produce normalmente en impactos a baja velocidad, incluso a 15 km/hr, en zonas urbanas o en carretera, y los costos médicos derivados de este tipo de siniestros ascienden a más de 10,000 millones de euros anuales en Europa. [1.29] Ante esto, existen pruebas que demuestran que ciertos vehículos tales como: Smart, el Toyota Yaris y Seat, incorporan en sus estructuras el concepto WIL(Whiplash Injury Lessening), el cual contempla un diseño en la parte frontal de los asientos que reduce casi por completo los esfuerzos generados en la nuca durante impactos a baja velocidad

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1.5.4.4 Fases de un latigazo cervical

En la figura 1.8 se observa que las fases en las que puede dividirse el movimiento relativo entre la cabeza y el tronco durante un alcance trasero en ausencia de reposacabezas son:

Fig. 1.8 Reproducción de las fases del latigazo cervical durante una prueba automovilística [31]

a) Inicialmente, el respaldo del asiento empuja hacia delante el torso del ocupante. La cabeza permanece en la misma posición original. b) Tras un primer desplazamiento relativo principalmente horizontal, la cabeza comienza a girar hacia atrás. c) Una vez que se ha alcanzado la máxima extensión hacia atrás del cuello, la cabeza gira hacia delante y de modo aún más brusco, reproduciendo en conjunto un movimiento similar a un latigazo.

El movimiento experimentado por las vértebras cervicales durante la fase de extensión se muestra en la figura 1.8 y 1.9.

Fig. 1.9 Movimiento simulado de las vértebras en fase de extensión.

Cuando existe un soporte craneal como un descansanucas, al mismo tiempo que el respaldo del asiento empuja hacia delante el torso del ocupante, este hace lo propio con la cabeza y, en el caso ideal, no se produce movimiento relativo torso – cabeza alguno.

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1.5.4.5 Diagnóstico de la lesión de latigazo cervical [1.32]

Además del examen y la historia médica completa, los procedimientos para diagnosticar la lesión de latigazo cervical pueden incluir los siguientes (ya que muchas lesiones de latigazo cervical incluyen daños a los tejidos blandos que no pueden observarse en una placa de rayos X):

• Tomografía computarizada (También llamada escáner TC o TAC) - Procedimiento de diagnóstico por imagen que utiliza una combinación de rayos X y tecnología computarizada para obtener imágenes de cortes transversales (a menudo llamadas "rebanadas") del cuerpo, tanto horizontales como verticales. Una tomografía computarizada muestra imágenes detalladas de cualquier parte del cuerpo, incluyendo los huesos, los músculos, la grasa y los órganos, además de mostrar más detalles que los rayos X regulares.

• Imágenes por resonancia magnética (su sigla en inglés es MRI) - Procedimiento de diagnóstico que utiliza una combinación de imanes grandes, radiofrecuencias y una computadora para producir imágenes detalladas de los órganos y estructuras dentro del cuerpo.

1.5.4.6 Tratamiento de la lesión de latigazo cervical

El tratamiento específico de la lesión de latigazo cervical será determinado por cada médico basándose en lo siguiente:

• La edad, el estado general de salud y la historia médica. • Qué tan avanzada está la lesión. • La tolerancia del paciente a determinados medicamentos, procedimientos o terapias. • Las expectativas para la trayectoria de la lesión. • La opinión o preferencia del paciente.

El tratamiento puede incluir lo siguiente:

• Aplicación de bolsas de hielo durante las primeras 24 horas. • Uso de un collarín cervical. • Movimientos activos suaves después de las primeras 24 horas. • Medicamentos antiinflamatorios, no esteroides. • Medicamentos para la relajación muscular. • Fisioterapia.

1.5.5 ESTABILIDAD VERTEBRAL

La columna vertebral normalmente es estable, gracias a su configuración anatómica y a las estructuras blandas, que unen un cuerpo vertebral con el que sigue. Sin embargo, al recibir un traumatismo que va más allá de la resistencia natural de las estructuras óseas y ligamentosas, se produce fractura y lesión de partes blandas.

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Existen parámetros que indican que una lesión del segmento C3 - C7 es inestable, tales como:

• El daño neurológico.- El cual representa una afectación importante del complejo ligamentario • El desplazamiento anterior de un cuerpo vertebral.- Sobre el que sigue por más de 3,5 mm y que será el tema principal de estudio doctoral de este trabajo. • Una angulación de vértebras adyacentes de más de 11°.- Que indica una ruptura ligamentosa posterior importante. • Lesión del disco intervertebral.

Cuando se compromete o se pone en riesgo:

• La columna media • La pared posterior del cuerpo vertebral • El ligamento vertebral común posterior • Los pedículos • El Área posterior del anillo del disco intervertebral.

En las lesiones de la columna cervical baja, existen diferentes formas de inestabilidad: desplazadas, desplazadas y reducidas, potencialmente desplazables, con lesión neurológica de más de 24 horas de evolución (antes puede tratarse de shock medular).

1.5.6 MECANISMO DE LA LESIÓN [1.33]

Es muy importante determinar el tipo de mecanismo que produjo la lesión cervical, ya que de éste se puede inferir el tipo de fractura o luxofractura que se produjo y de esto se deduce tanto la estabilidad, como el tratamiento a seguir.

En la columna cervical, los mecanismos de lesión no son únicos; habitualmente son combinados o mixtos. De aquí que se puedan distinguir seis tipos principales de mecanismo lesional, mismos que se pueden combinar y que a continuación se enlistan:

1. Flexión compresión. 2. Flexión disrupción. 3. Hiperextensión compresiva. 4. Hiperextensión disruptiva. 5. Rotación. 6. Compresión axial.

Ante su importancia, se describen a continuación de manera breve cada uno de ellos.

1.5.6.1 Flexión - compresión

Es el mecanismo más frecuente. Se produce por flexión cervical de gran magnitud, que produce acuñamiento del cuerpo vertebral en su parte anterior, sin compromiso del muro posterior, por lo tanto, no hay lesión neurológica. A esta fractura de la columna anterior se

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Cuando el mecanismo de rotación es mayor que la flexión, el cuerpo que rota hace que el disco y el cuerpo puedan presionar hacia el canal medular y provocar lesión medular, pero aquí el mecanismo que predomina es la rotación.

En la lesión por flexión-compresión, la fuerza se aplica en el cráneo de atrás y arriba hacia adelante, o por fuerzas de desaceleración brusca en que el tronco queda fijo y la cabeza es desplazada hacia adelante en flexión. Lo anterior representa el caso típico del conductor que choca con el tronco fijo, producto del uso del cinturón de seguridad, y la cabeza se va en flexión.

Cuando la lesión es sólo del cuerpo vertebral, se le considera como una lesión estable (figura 1.10). En esta figura se observa el acuñamiento anterior de la vértebra, con indemnidad del resto de las estructuras esteoligamentosas.

Fig. 1.10 Mecanismo de Flexión compresión.

1.5.6.2 Flexión disrupción

En este caso, la fuerza se aplica en la zona occipital del cráneo, de caudal a cefálico, lo que produce un mecanismo de tracción en el complejo ligamentario posterior y flexión de toda la columna cervical con eje en la columna anterior, produciéndose una lesión del complejo osteo-ligamentoso posterior, ligamento supraespinoso interespinoso, ligamento amarillo, cápsula, apófisis espinosa y, raramente, fractura de láminas. Si el traumatismo es lo suficientemente violento se ocasiona la luxación de ambas articulares, o de una de ellas, si el

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Si el mecanismo de flexión disruptiva no se agota aquí, se siguen rompiendo el ligamento longitudinal común posterior y el disco, el que se abre, pudiendo producir una grave lesión medular.

En la medida que hay mayor compromiso de partes blandas, la lesión se hace más inestable, sobre todo si a ello se agrega subluxación o luxación de las apófisis articulares con o sin fractura de ellas (figura 1.11). En esta figura se observa ruptura de partes blandas posteriores y luxación a ese nivel.

Fig. 1.11 Mecanismo de Flexión disrupción

1.5.6.3 Hiperextensión compresiva

Cuando el cráneo es empujado en extensión y a esto se agrega una fuerza de cefálica a caudal, se genera, además de extensión en la parte anterior de la columna, una fuerza de compresión en la parte posterior de la columna, ocasionando con esto fracturas del arco posterior (apófisis espinosa, láminas, apófisis articulares y pedículos).

Si el traumatismo es de mayor violencia, se puede producir una luxofractura uni o bilateral por lesión de pedículos y articulares, además de generarse una lesión del disco y del ligamento longitudinal común anterior y posterior, ciertas fracturas marginales anteriores, y por énde ocurre un cizallamiento del cuerpo vertebral sobre otro, generándose graves lesiones neurológicas. Esto no ocurre si hay fractura sólo de los pedículos, porque el canal se ensancha, ampliándose la distancia entre el cuerpo y el arco posterior.

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Cuando existen momentos flexionantes por un lado, se produce una fractura articular y del pedículo contrario. En una radiografía se puede apreciar la apófisis articular fracturada, rotada en sentido sagital con separación de la superficie articular de la vértebra inferior. De la misma forma se puede comprometer el disco intervertebral, por lo que esta lesión es inestable.

En este caso, la masa articular queda separada o libre, debido a la existencia de fracturas de la lámina y del pedículo (figura 1.12). En esta figura se observa la sobrecarga del segmento posterior, luego lesión de esta parte y posteriormente lesión del segmento anterior, de acuerdo a intensidad del traumatismo.

Fig. 1.12 Mecanismo de Hiperextensión compresiva

1.5.6.4 Hiperextensión disruptiva

En este mecanismo de lesión de la columna cervical, la fuerza se aplica de caudal a cefálica, en la parte inferior de la cara (bajo la mandíbula inferior) o en un choque violento por detrás, en que el automovilista transita sin apoyo de la cabeza. Se produce la aplicación de fuerza en la parte posterior del tronco de una persona, la cabeza se va hacia atrás en hiperextensión de columna cervical y distracción de su parte anterior. Es el llamado "Sindrome del Latigazo". Si el trauma es violento, se rompe el ligamento vertebral común anterior, la parte anterior del disco e incluso la parte posterior de él.

Si el disco se rompe totalmente se puede producir el desplazamiento hacia atrás del cuerpo superior sobre el inferior, estrechando el canal raquídeo y ocasionando una lesión medular.

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En este tipo de lesión, se puede dar la situación que, una vez provocada la lesión medular, se reduzca espontáneamente el desplazamiento y en la radiografía no se observe fractura, no obstante que haya lesión medular. Es necesario examinar cuidadosamente las placas radiográficas, ya que se puede observar una pequeña fractura por avulsión del borde anterior e inferior del cuerpo superior o del borde anterosuperior del cuerpo inferior, del nivel dañado. Esta fractura, más la lesión neurológica medular, orienta el mecanismo de la lesión.

Es importante observar que en este mecanismo puede provocar graves lesiones medulares hasta llegar a la tetraplejia, con fuerzas de menor magnitud, en pacientes ancianos, con columnas artrósicas y canal estrecho.

La hiperextensión ocasiona la introducción en el canal del ligamento amarillo, lo que también puede generar compresión de la médula de atrás hacia adelante. Así como se comprime la médula fácilmente cuando hay espondilosis, también se puede generar compresión de una raíz, produciéndose alteración radicular (figura 1.13). En esta figura se muestra la lesión principalmente del segmento anterior, ruptura del ligamento vertebral común anterior y disco. Aunque también se puede comprometer el pilar medio.

Fig. 1.13 Mecanismo de Hiperextensión disruptiva

1.5.6.5 Lesiones por rotación

El mecanismo rotacional va habitualmente asociado a otros lesionales, determinando una mayor gravedad de la lesión. No es muy frecuente que éste se dé aisladamente. Cuando se

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1.5.6.6 Lesiones por compresión axial [1.34]

Estas lesiones se pueden dar en forma pura, cuando una fuerza se ejerce en la parte superior del cráneo, en sentido axial de cefálico a caudal, en la zona medio-parietal. Lo usual es que esta carga se asocie a fuerzas de flexión o extensión y con menor frecuencia a las de rotación, cuando el efecto axial es excéntrico. Debe considerarse que la fuerza axial pura, provoca una fractura del cuerpo vertebral por estallido. Ocasionando con esto que la vértebra más frecuentemente comprometida sea la C5. Para el desarrollo del trabajo doctoral, se reprodujo el modelo de la Cervical C5, y se sometió a cargas de compresión. Los resultados y descripción del desarrollo de esto se encuentran en el capítulo 3.

El estallido vertebral produce fractura del muro anterior y del posterior, este puede presionar hacia el canal raquídeo, provocando muy probablemente una lesión medular. También se puede generar una lesión del disco intervertebral, el cual también puede presionar hacia el canal medular, sin que ello se observe en el examen radiográfico simple; no obstante, puede haber un síndrome medular anterior o central. En estos casos están indicados exámenes radiográficos especiales, como tomografía axial computada o resonancia magnética.

Es poco frecuente que se genere una lesión del arco osteoligamentoso posterior; por lo que, la lesión por estallido es inestable, ya que existe compromiso de columna media, que presiona hacia el canal vertebral (figura 1.14). En esta figura se observa una disminución de altura del cuerpo vertebral comprometido. La flecha superior muestra el sentido de la fuerza.

Fig. 1.14 Lesiones por compresión axial – Compresión axial

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1.6 CLÍNICA DE LA LESIÓN DE COLUMNA CERVICAL

Esta lesión se debe sospechar y buscar expresamente en pacientes politraumatizados y especialmente en aquellos con traumatismo encéfalo craneano y ebriedad, ya que pasa inadvertido en un 25 a 35% en los servicios de urgencia, en diferentes casos. Por lo que, se debe hacer una anamnesis dirigida a saber cómo fue el accidente, para intentar determinar el mecanismo de la lesión. El examen se hace en decúbito dorsal, en lo posible sin movilizar la cabeza del paciente. El traslado se debe realizar con un collar Filadelfia o en una tabla de traslado especial, en que se pueda fijar la cabeza; en ambos casos es necesario un estudio radiográfico simple de C1 a C7; esto no impide realizar el examen físico cervical, ni el general. De no existir un collar ni tabla de traslado, se debe inmovilizar la cabeza con una bolsa de arena a cada lado.

En la columna cervical se debe examinar la musculatura paravertebral, si está o no contracturada, equímosis en cuero cabelludo, dolor localizado o referido, limitación de la movilidad, aumento de volumen, deformidad de apófisis espinosa, desviación de la línea media y rigidez cervical.

1.7 EXAMEN NEUROLÓGICO [1.35]

Puede encontrarse desde tetraplejia a nada, pasando por lesión monoradicular, de plexo cervical o braquial, lesión medular parcial o completa, estática o progresiva. Se debe valorar el estado de la lesión neurológica; esto es fundamental para proponer el tratamiento a seguir. De esta forma, la anamnesis, el examen físico y neurológico, permiten avanzar en un diagnóstico clínico.

El estudio imagenológico sumado al diagnóstico clínico, permitirá hacerse en la mayoría de los casos un diagnóstico preciso de la lesión osteoligamentaria y plantear la hipótesis diagnóstica con fundamento, acerca de si la lesión es estable o inestable y cuál es el tratamiento que se requiere. El estudio de imagen se inicia con el examen radiológico simple, que comprende una proyección anteroposterior, una lateral de C1 a C7 con tracción de los brazos o la posición del nadador y una tercera proyección con boca abierta (transoral), que muestra C1 y C2 en anteroposterior. La proyección que da más información en la urgencia, es la lateral de C1 a C7.

La tomografía axial computarizada (TAC), la resonancia magnética y más excepcionalmente la mielografía, dan información sobre desplazamientos de fragmentos óseos o discales hacia el canal raquídeo, que puedan comprimir la médula. Es fundamental determinar el porcentaje de ocupación del canal raquídeo, ya que es un elemento vital para decidir el tipo de tratamiento a realizar. Por otra parte, la resonancia magnética se emplea especialmente para localizar elementos blandos que hayan protruido o desplazado hacia el canal raquídeo.

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1.8 TRATAMIENTO

Para diseñar el tratamiento, hay que hacer una diferencia entre aquellos casos con y sin lesión neurológica, y considerar además el grado de inestabilidad.

1.8.1 Tratamiento de lesión cervical sin lesión neurológica

Habitualmente el tratamiento es conservador y su primer objetivo es prevenir que se produzca lesión neurológica. Si la lesión es inevitable y existe un desplazamiento, se intentará reducción cerrada y estabilización externa, para evitar redesplazamientos, antes que se genere la consolidación ósea y la cicatrización de partes blandas. Esta consolidación ósea y de partes blandas evita la inestabilidad posterior secundaria que conlleva dolor residual e insuficiencia vertebrobasilar, más deformidades vertebrales, xifosantes, artrosis y pseudoartrosis post-traumática. Aquellos desplazamientos o listesis pueden ocasionar mielopatía por compresión crónica de la médula.

Cuando una lesión cervical con desplazamiento vertebral o articular es irreductible ortopédicamente, o se trata de lesiones inestables que no se estabilizan externamente (por ejemplo, lesión predominantemente ligamentosa), el procedimiento a seguir es la reducción quirúrgica, o sea, estabilización interna con asas de alambre, placas y tornillos, a lo que se agrega injerto óseo; esta artrodesis transforma una lesión inestable en estable.

El abordaje de la columna cervical puede ser anterior o posterior, dependiendo del sitio de la lesión, del tipo de lesión y la experiencia del cirujano. No hay un patrón absoluto para determinar el procedimiento por el cual se debe abordar y fijar la columna. También se debe solucionar quirúrgicamente una lesión cervical cuando, habiendo hecho tratamiento ortopédico, ésta se desplaza, no consolida o se presentan secundariamente manifestaciones neurológicas que no estaban presentes en un principio.

En ocasiones, a la fijación interna se debe agregar una inmovilización externa con collar, Minerva (Figura 1.15), halo-yeso o halo-vest (Figura 1.16), por un tiempo adecuado.

Fig. 1.15 Collar Minerva

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Fig. 1.16 Halo Vest

Con el tratamiento, sea cerrado o abierto, se pretende que el paciente se ponga rápidamente de pie, pueda moverse y rehabilitarse precozmente.

Especial atención se debe tener con los casos sin lesión neurológica, de la fractura por estallido o compresión axial, en que hay compromiso de la columna media con invasión del canal raquídeo, por fragmentos óseos del muro posterior y de la parte posterior del disco. En este caso se debe practicar tracción halo-craneana hasta la reducción del cuerpo fracturado, y liberar el canal y la médula de los fragmentos; luego de un tiempo prudente de tracción, se pasa al paciente bajo tracción a un halo-yeso, que asegure la estabilidad vertebral y la consolidación del cuerpo vertebral, como la fractura de cualquier hueso.

Cuando la tracción no es capaz de reducir el muro posterior y por lo tanto no se recupera el alineamiento posterior, se debe emplear la reducción quirúrgica, que consiste en resecar el cuerpo vertebral y los trozos óseos y de disco que están dentro del canal raquídeo; se reemplaza el cuerpo vertebral con un injerto de cresta ilíaca de tres corticales. También se puede emplear injerto de banco. Este último se puede o no asegurar con placa atornillada a los cuerpos superior e inferior del reemplazado.

1.8.2 Tratamiento de lesión cervical con lesión neurológica

Esta situación es absolutamente diferente cuando no existe lesión medular. En este caso deberá averiguarse la causa de la lesión medular. Si se tiene una respuesta afirmativa, permitiría intentar evitar las consecuencias de este grave compromiso neurológico con medidas de índole médico. En este sentido se han enumerado varias teorías acerca del daño medular, extraídas de trabajos experimentales hechos con animales (conejos - monos) [1.36], provocando daño medular con traumas de diferente magnitud de energía. Se estudia

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Este interés de investigar el trauma raquimedular se debe a su incremento en los últimos 30 años, por el gran aumento de los accidentes de tránsito, laborales, deportivos, etc., que dejan graves secuelas neurológicas. En EE.UU. por ejemplo, se producen 40 casos de traumatismo raqui-medular (TRM) por cada millón de habitantes. [2002] [1.28] Por otra parte, en la Ciudad de Santiago de Chile, se reportan de 160 a 200 casos por año; y con los actuales tratamientos, la recuperabilidad de las lesiones medulares es insatisfactoria

En relación a la Anatomía patológica, los cambios medulares ocurren después de una hora del traumatismo y pueden llegar hasta la necrosis y, por lo tanto, a la falta de conducción nerviosa y a la imposibilidad absoluta de recuperación medular. Entre el trauma medular y la necrosis, se pasa por alteraciones microvasculares de la sustancia gris, hemorragia periependimaria, necrosis y hemorrágica central (6 horas), edema de la sustancia blanca y finalmente necrosis completa (24 horas).

Desde la perspectiva fisiopatológica se observa una secuencia de cambios que se resumen en lo siguiente:

• Pérdida de conducción neuronal • Alteraciones iónicas: potasio-calcio, ATP, y metabólicas: acido láctico.

Naturalmente se genera una hiperconcentración de K+ en el espacio extracelular, lo que bloquea la conducción nerviosa y puede ocasionar necrosis celular, con lo que la célula pierde gran parte de su K+. El Ca++ por el contrario, que se encuentra mayoritariamente en el espacio extracelular (mil veces más), penetra a la célula por daño de su membrana, provocando lesión celular. En el trauma medular, se describe además, disminución del ATP y acumulación de ácido láctico rápidamente después del trauma.

Las investigaciones tienden a encontrar una terapia médica que evite estos cambios, que alteran el funcionamiento de la membrana celular y la hemorragia petequial, que llevan a la isquemia, produciendo una disminución del flujo sanguíneo medular en el sitio de la lesión.

Existen varias teorías que explican esta isquemia medular, pero ninguna de ellas ha podido ser demostrada. Sobre la base de estas teorías, se han implementado una serie de tratamientos médicos para evitar el daño medular. Se debe instalar precozmente y en forma ideal, antes de 1 hora del trauma medular.

• Corticoides no se ha demostrado, por lo menos en el hombre, un efecto significativo. • Antioxidantes. Vitaminas C y E, Selenio, Naloxeno que neutralizan los radicales libres dañinos para la membrana celular. • Antagonistas del Calcio, que evitan la entrada masiva del Calcio a la célula y, por lo tanto, evitan el daño celular y de la membrana. Se ha usado para esto Naloxeno.

Por otra parte, han sido propuestos otros agentes terapéuticos, sin resultado evidente.

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El tratamiento traumatológico del TRM debe ser realizado precozmente, ya que su pronóstico mejora sustancialmente en comparación con los tratados en forma tardía. También el pronóstico es mejor cuando el daño de la médula es parcial. En pacientes con daño medular completo que llevan más de 24 horas de evolución, las posibilidades de recuperación son mínimas, cualquiera sea el tratamiento que se realice. En este contexto, las lesiones parciales de la médula tienen grandes posibilidades de recuperación, incluso a largo plazo, cuando son debidamente descomprimidas y estabilizadas. Es fundamental para el pronóstico de los TRM, el tratamiento que se instale en las primeras horas de trauma, incluyendo lo que se haga en el lugar del accidente. Por tanto, es preciso reconocer la lesión e inmovilizar adecuadamente la cabeza del accidentado, con collar Filadelfia, tabla especial, sacos de arena etc.; esto impide que se agrave una posible lesión cervical y medular. De existir lesión medular con compromiso respiratorio grave, se deberá entubar de inmediato al paciente por vía nasal, para evitar movilizar en hiperextensión la columna cervical. Cuando existe un desplazamiento cervical especialmente con daño parcial y progresivo, se debe reducir rápidamente la luxofractura con tracción craneana, aumentando la tracción en forma progresiva y controlando el resultado con radiografías seriadas tomadas en el lecho del paciente; la tracción puede llegar hasta 20 kilos (196 N). De no lograrse la reducción con la tracción, debe procederse a la cirugía para reducir y estabilizar la lesión, por vía anterior o posterior, dependiendo del daño y del mecanismo lesional. Lo ideal será realizar la intervención antes de 10 horas de transcurrido el accidente. [1.37] El objetivo de la cirugía es descomprimir la médula y la mejor manera de lograrse es estabilizar la lesión; reduciendo los fragmentos desplazados, rara vez es necesario practicar una laminectomía, ya que esto aumenta la inestabilidad vertebral. Cuando se trata de fracturas por flexión y compresión axial que, después de ser reducidas por tracción de cráneo, dejan fragmentos intrarraquídeos que comprimen la médula, la cirugía es urgente para retirar estos fragmentos y el abordaje se hace por vía anterior. En estos casos, la reducción no es sinónimo de descompresión. En los casos de flexión disrupción con luxación articular que no se deja reducir ortopédicamente, se abordará quirúrgicamente por vía posterior, para reducir y fijar; y luego eventualmente puede ser necesario un abordaje anterior para liberar la médula y artrodesar la columna anterior. Es altamente infrecuente que se desplacen elementos óseos a la médula, por vía posterior, que requieran de laminectomía para extraerlos y descomprimir la médula, por lo tanto, la laminectomía está prácticamente contraindicada en este tipo de patología; es más, en casos de compresión axial o fracturas por compresión, la laminectomía agrava el problema, aumentando la inestabilidad. Para la indicación de descompresión anterior es fundamental el estudio radiológico (planigrafía simple, TAC o RM), que muestre presencia de fragmentos óseos o discales en el canal raquídeo, no obstante el tratamiento conservador realizado previamente. Cuando se encuentra reducido y descomprimido el TRM, se debe estabilizar la columna cervical. Por otra parte, cuando no hay daño medular, se puede lograr la estabilidad con medios externos (halo-vest, halo-yeso, minerva, collares, etc.); y en caso contrario, el tratamiento de elección deberá ser quirúrgico.

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En las lesiones medulares incompletas, es más segura la estabilización quirúrgica, ya que se garantiza que no se reproducirá el desplazamiento, eliminando los pequeños movimientos que pueden mantener el edema, la compresión y la isquemia medular. La cirugía, en las lesiones medulares completas, permite al paciente una rehabilitación precoz y a sus cuidadores una movilización rápida, evitando las complicaciones habituales del decúbito y la inmovilidad (complicaciones pulmonares - vasculares, escaras, neumonias, etc.). La elección quirúrgica puede ser por vía anterior o posterior, dependiendo de la preparación y experiencia del traumatólogo, que debe elegir los montajes quirúrgicos que permitan una fijación estable y segura.

1.8.3 Discectomia cervical anterior e implantación de prótesis total de disco [1.38]

Este procedimiento consiste en la extirpación del disco cervical y osteofitos marginales y la colocación de un disco artificial. Su implante prácticamente no prolonga el tiempo quirúrgico empleado para la cirugía clásica de discectomía cervical con fusión intersomática.

Esta modalidad quirúrgica obedece a la tendencia actual de colocar prótesis y articulaciones artificiales, como en la cadera o rodilla, y supone una alternativa segura y sencilla frente a las tradicionales soldaduras. La colocación de discos artificiales en las vértebras presenta, además, otra serie de ventajas como preservar el movimiento – que se veía afectado con la soldadura de vértebras – y prevenir lesiones en las articulaciones de la zona.

1.8.3.1 Caso Clínico

A efecto de ejemplificar esta técnica, se presenta el caso clínico de un paciente de 44 años, que ingresa para intervención quirúrgica. Este presentaba enfermedades con un antecedente de 3 meses y sin relación con traumatismo, refiriendo dificultad progresiva para la deambulación y parestesias.

La exploración neurológica arrojó Hipertonía, hiperrelexia y clonus aquíleo. Hipoestesia -hipoalgesia en borde cubital de antebrazo derecho, y sus exámenes complementarios de RX cervicales dinámicas se muestran en la figura 1.17.

Figura 1.17 Exámenes de RX cervicales

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En la figura 1.18 se observa una Resonancia Magnética (RM) cervical en la que se aprecia una hernia discal extruida C6-C7, que condiciona severa esternosis de canal a dicho nivel.

Fig. 1.18 RM cervical

Anexo a los estudios previos, se realizó una Mielopatía cervical por hernia discal C6-C7 y se pronosticó una Prótesis Total de Disco C6-C7.

1.8.3.2 Procedimiento Quirúrgico

Se debe tener al paciente bajo los efectos de anestesia general y en decúbito supino con la cabeza en línea media y ligera hiperextensión del cuello. (figura 1.19)

Fig. 1.19 Paciente bajo efectos de anestesia general

Se realiza una incisión transversa de piel en la región anterolateral derecha del cuello, ligeramente oblicua siguiendo las líneas de Langer con fines cosméticos, comenzando en línea media y extendiéndose aproximadamente 6 cm. (figura 1.20)

Fig. 1.20 Incisión siguiendo las líneas de Langer

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Posteriormente deberá disecarse platisma en dirección de las fibras del paciente y la fascia superficial del cuello, desarrollando un plano entre esternocleidomastoideo y carótida lateralmente, con la traquea y esófago medialmente hasta exponer fascia prevertebral y superficie anterior de los cuerpos vertebrales cervicales. Una vez logrado esto se localiza bajo control radiológico el interespacio afectado, habiendo previamente colocado en el mismo un trocar1 # 23 largo (Ver figura 1.21), para incidir la línea media entre ambos músculos largos del cuello cauterizando y liberando rostral y caudal al espacio afectado para crear una ventana de trabajo de aproximadamente 20 mm y se procede a realizar descompresión intersomática (discectomia, osteofitectomía).

Fig. 1.21 Descompresión intersomática empleando un trocar #23

Para lograr la descompresión, se colocan separadores intervertebrales, tal y como se observa en la figura 1.22.

Fig. 1.22 Separadores intervertebrales

Una vez que se coloca el separador, se realiza de forma cuidadosa bajo microscopio quirúrgico, extendiendo en sentido transverso, la descompresión hasta aproximadamente 18 – 20 mm (hasta visualizar la elevación uncuvertebral). La exéresis de los osteofitos se

1 Instrumento Quirúrgico empleado para permitir el fácil intercambio de instrumentos endoscópicos durante la operación.

DOCTORADO EN CIENCIAS JUAN ALFONSO BELTRÁN FERNÁNDEZ 53 TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL realiza con curetas, drill de alta velocidad y microkerrison. En caso de existir hipertrofia o calcificación de ligamento longitudinal posterior se realiza la exeresis del mismo.

Fig. 1.23 Exéresis del ligamento y disco dañado

Posteriormente se coloca el disco artificial, teniendo en cuenta que existen diversos tipos en el mercado y los cuales se muestran en la figura 1.24.

Bryan Flexicore

Prestige PCM

Fig. 1.24 Tipos de disco artificial para la Disectomía cervical anterior

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En la figura 1.25 se observa la prótesis de Prestige colocada.

Fig. 1.25 Prótesis Prestige colocada

En la figura 1.26 se observa la imagen intraoperatoria del disco Bryan colocado en el paciente.

Fig. 1.26 Disco Bryan colocado

Para finalizar lo anterior, se debe realizar un control radiológico para evaluar el procedimiento realizado, el cual se muestra en la figura 1.27.

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Fig. 1.27 Control Radiológico realizado

Posterior a esto, es necesario realizar una hemostasia, cierre de fase superficial del cuello y platisma, tejido celular subcutáneo y piel. Y finalmente debe inmovilizarse el cuello con un collar.

1.9 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. Para el caso de estudio por analizar, se ha propuesto por parte del Dr. Alejandro González Rebatu, médico ortopedista del Hospital 1º de Octubre y el Dr. Manuel Dufoo Olvera la evaluación de la unidad de carga C3-C5 bajo la acción de carga de compresión, desde un intervalo de 50 kg – 650 kg. La idea principal es conocer la distribución de los esfuerzos en dicha zona, y la afectación de las vértebra inferior y superior inmediatas a la vértebra dañada. Por ejemplo, en caso de que la cervical C4 sea la afectada, a través del aislamiento de ella, cual sería la afectación de las vértebras cervicales C3 y C5 al momento de instrumentarse. Para ello, se evaluará también el caso de abordaje anterior (Corpectomía) cuando el cuerpo vertebral es retirado e injertado hueso de cresta ilíaca o bien de cerámica fosfocálcica y asegurado mediante una placa cervical anterior y tornillos antideslizantes. De la misma forma, se evaluará el comportamiento mecánico de dicha instrumentación, desde la distribución de esfuerzos en las vértebras cervicales involucradas, en la placa cervical y los tornillos pediculares; y se comprobará que el desplazamiento entre el injerto y las superficies adyacentes a los cuerpos vertebrales de C3 y C5 no exceda 3.5 mm, con lo cual se garantice la estabilidad de la columna vertebral. La contribución esencial de este trabajo radica en evaluar Biomecánicamente a través del Método del Elemento Finito la intervención quirúrgica que actualmente se aplica en los hospitales del país. Es importante destacar que no existen trabajos que brinden un panorama específico sobre los niveles de esfuerzos generados en pacientes mexicanos, y sobre todo con las características geométricas y calidad ósea. El trabajo aportará por tanto,

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1.10 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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CAPÍTULO 2

ESTUDIOS RELEVANTES RELACIONADOS CON VÉRTEBRAS CERVICALES

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CAPÍTULO 2

2.0 EVOLUCIÓN DE LA BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL

En el presente capítulo se presentan los principales estudios que relacionan la Biomecánica con las vértebras cervicales, con lo cual se podrá conocer el avance médico y las aportaciones ingenieriles que hasta la fecha se han hecho. La finalidad de esto será conocer la tendencia actual y los avances que pudieran facilitar la comprensión del comportamiento de las vértebras bajo la acción de cargas, tanto de compresión, tensión, flexión y torsión, además de involucrar el fenómeno del latigazo cervical, para conocer la forma en la que diversos investigadores abordan los temas desde diversos puntos de vista.

2.1 INVESTIGACIONES QUE RELACIONAN A LA BIOMECÁNICA EN LOS PROBLEMAS DE LA COLUMNA VERTEBRAL

La primera evidencia escrita de una fractura de la columna vertebral se encuentra en el papiro de Edwin Smith, escrito 2.500 años antes de Cristo [2.1] donde se plantean algunos casos de lesiones traumáticas de columna y una descripción de signos y síntomas. Hipócrates (460-370 a.C.) fue el primero en relacionar la lesión vertebral con la parálisis de las extremidades [2.2]. Galeno (130-201) [2.3] probó experimentalmente en animales, que la interrupción de la médula espinal produce parálisis e insensibilidad por debajo del nivel de la lesión.

En la segunda mitad del siglo XVIII Geraud [2.5] y Louis efectuaron intervenciones quirúrgicas para extraer cuerpos extraños del raquis, pero en 1814 Cline [2.6], citado por Hayward, reporta un caso con resultado de muerte y que significó el descrédito de este tipo de tratamiento por muchos años. Con la adopción de los principios de Lister, de antisepsia, la morbilidad y mortalidad asociadas a la cirugía disminuyeron. En 1890 Horsley [2.7] escribió en el British Medical Journal varias indicaciones para efectuar tratamientos quirúrgicos en la columna vertebral (tumores, algunas fracturas, rizotomía para la espasticidad). A finales del siglo XIX se empieza a especular sobre la inestabilidad que generarían en la columna vertebral las laminectomías y se describen varias técnicas de laminectomías osteoplásticas [2.8]. En 1905 Cushing [2.9] formuló indicaciones y contraindicaciones para las operaciones espinales, en que destaca el beneficio de

DOCTORADO EN CIENCIAS JUAN ALFONSO BELTRÁN FERNÁNDEZ 61 TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL descomprimir los elementos nerviosos de esquirlas óseas o balas en pacientes con lesiones nerviosas incompletas.

En 1929 Alfred Taylor [2.10] describe la tracción espinal como un buen elemento de fijación y en 1933 Crutchfield [2.11] crea un aparato para efectuar tracción cráneo cervical. Posteriormente, con la aparición de la anestesia, los antibióticos, el uso de instrumental más sofisticado, la instrumentación y la mejor visualización de los elementos nerviosos con el uso del microscopio, la ecografía intraoperatoria, Rx, TAC, RNM y cirugía guiada han mejorado los resultados de ésta. Johnson [2.4] menciona que Ambroise Paré, cirujano francés, fue el primero que propuso la tracción como medio para tratar las lesiones traumáticas espinales en 1949.

Aunque Hipócrates, Aretacus y Galeno trataron de correlacionar el nivel de la lesión con el déficit neurológico del paciente, fue sólo en la segunda mitad del siglo XVIII cuando Morgagni [2.12] relacionó el lugar de la lesión con la parálisis de los miembros. En su obra, Haymaker [2.13] menciona que en 1885 Corming introduce la punción lumbar y luego Queckenstedt teoriza sobre la disminución de la presión del LCR lumbar cuando hay un elemento que obstruye el canal entre el sitio de la punción y el agujero magno.

El procesamiento y uso de las imágenes ha sido esencial para el desarrollo de la cirugía de la columna vertebral y médula espinal. Talbott [2.14] refiere en primer orden a Rontgen con los rayos X en 1891. Dandy [2.15] describió la mielografía en 1919 y Bingel [2.16] en 1921, lo que contribuyó enormemente en el diagnóstico. Lindblom [2.17] describió la discografía en 1948, de uso controvertido hoy. Pero fue el uso de la tomografía computarizada (TC) en la década de los 70’s por Oldendon, Cormack y Hounfield [2.18] y de la resonancia magnética en 1977 [2.19] lo que ha contribuido más al diagnóstico y tratamiento de las lesiones espinales por lo que significa la gran resolución sobre hueso y elementos blandos que permite la exacta ubicación aún de pequeñas lesiones, mejorando así las expectativas del uso de estas imágenes durante las operaciones, que ya está en uso en algunos países desarrollados aunque todavía con cierta incomodidad para el cirujano. La cirugía guiada con arco o sin él, con el uso de TAC y RNM (o fusión de los dos) permite ver las estructuras en tiempo real, lo que facilita la resección de grandes tumores, a veces con bordes poco precisos sin peligro de daño de las estructuras nerviosas como también la instalación de tornillos transarticulares C1-C2 y tornillos pediculares en toda la columna si es necesario, con gran seguridad y precisión [2.20, 2.21, 2.22]. Lo mejor de la imagen intraoperatoria del futuro será la localización anatómica en tiempo real con continua visión actualizada de la región de interés.

2.2 EVOLUCIÓN DE LA CIRUGÍA

Los avances en el abordaje de las hernias del núcleo pulposo cervicales y lumbares, así como de los tumores espinales y medulares han mejorado paulatinamente desde las comunicaciones de Le Cat en 1765 [2.23]. En 1888 las comunicaciones de Gower y otros [2.24] sobre remoción exitosa de tumores raquimedulares renovaron el interés en la cirugía espinal. En 1905 Cushing [2.9] reporta la realización de una mielotomía por un tumor intramedular inoperable, el cual fue seguido por la primera resección exitosa de un tumor intramedular por Von Eiselberg y Ranzi en 1907. Posteriormente diferentes autores

DOCTORADO EN CIENCIAS JUAN ALFONSO BELTRÁN FERNÁNDEZ 62 TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL describen diversos abordajes en todos los segmentos de la columna desde trans oral anterior y posterior para columna cervical dorsal y lumbar para acceder a las diferentes lesiones que se presentan [2.25, 2.26].

La instrumentación de la columna vertebral también ha crecido enormemente desde Cloward [2.27] para columna cervical, luego Harrington para columna toracolumbar en 1962 [2.28]. Las placas intercorporales, la fijación con tornillos transpediculares y transarticulares, los tornillos para fijar odontoides y las estabilizaciones occipito cervicales han progresado y lo seguirán haciendo, y en el futuro la instrumentación muy probablemente se hará con material biorreabsorbible [2.29, 2.30, 2.31]. Para lograr la fusión, el hueso autólogo usado como injerto se está reemplazando cada vez más por agentes osteoconductores de gran seguridad que garantizan rápida consolidación [2.26, 2.32]. Más recientemente se han introducido técnicas mínimamente invasivas que incluyen procedimientos videoasistidos de toracoscopía y laparoscopía en HNP, biopsias, artrodesis, etc. [2.33, 2.34]. En el futuro la inyección de agentes osteogénicos directos en vértebras osteoporóticas será una realidad especialmente como procedimiento previo para una cirugía. Finalmente la cirugía de columna probablemente implicaría pocos procedimientos abiertos en la medida que aumenten las técnicas con acceso mínimo.

2.3 DESARROLLO DE TRABAJOS SOBRE DISCO INTERVERTEBRAL

Ante la frecuencia y controversias sobre su manejo, existen trabajos que abordan la patología del disco intervertebral a partir de 1934, cuando la publicación de Mixter y Barr [2.35] atribuyeron un origen traumático y degenerativo a la HNP y lo relacionaron con la ciática. Desde entonces los aspectos técnicos han progresado y el siguiente mayor avance ocurrió a fines de los años 60 y comienzos de los 70 cuando Caspar [2.36] y Yasargyl [2.37] iniciaron el uso de la microcirugía.

Hijikata [2.38] describió en 1975 la primera disectomía percutánea. Hasta la fecha se han hecho grandes esfuerzos para mejorar dicha técnica incluyendo el uso de endoscopio y láser [2.39, 2.40], pero aún no se ha demostrado su clara utilidad. Probablemente en el curso del siglo XXI el refinamiento de esta técnica logrará su objetivo. Los métodos bioquímicos iniciados por Smith en 1963 [2.41] tampoco han demostrado utilidad. En columna cervical fueron Spurling y Segerberg [2.42] quienes desarrollaron la foraminotomía posterior para tratar hernias discales laterales. En 1955 Robinson y Smith [2.43] abordaron la columna cervical por vía anterolateral para retirar discos herniados y reemplazarlos por un autoinjerto y luego Cloward [2.27]. Desde entonces la indicación de disectomía con o sin fusión ha sido controvertida [2.44, 2.45].

Posteriormente se utilizaron placas intercorporales, primero por Orozco [2.46], luego por Caspar [2.47], entre muchos otros. Hoy las placas se usan casi rutinariamente, sin embargo en una columna estable su uso parece controvertido y están en marcha numerosos estudios aleatorios para demostrar su utilidad a largo plazo [2.44]. Otro aspecto de cierto interés es el desarrollo de discos artificiales sin que a la fecha se haya demostrado su utilidad [2.48]. Hay quienes piensan que a futuro más que el desarrollo de discos artificiales, la solución será biológica, es decir el transplante en el disco de células de la notocorda [2.49].

DOCTORADO EN CIENCIAS JUAN ALFONSO BELTRÁN FERNÁNDEZ 63 TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

2.4 DESARROLLO DE TRABAJOS QUE INVOLUCRAN A LA BIOMECÁNICA

El tratamiento racional de las lesiones inestables del raquis debe estar con base en los principios de Biomecánica establecidos para ello. Elberg [2.50, 2.51] reporta que las primeras descripciones de alteración del alineamiento espinal se encuentran en el papiro de Edwin Smith y en el Corpus Hippocraticum. Pero no fue sino en el siglo XVII que Borelli [2.52] escribió los primeros tratados de biomecánica comprensible. De acuerdo al trabajo de Rojas [2.53], en el siglo XX surgieron las publicaciones de Marshall, Petersen y Wood Jones, y el siguiente avance es la teoría de las dos columnas de Holdsworth en 1962. Este modelo prevaleció hasta la teoría de Denis de las 3 columnas en 1983 que a pesar de varias modificaciones permanece como un paradigma viable para definir la estabilidad de las fracturas espinales. Kong y Cols. han desarrollado programas computacionales para comprender la biomecánica de la columna vertebral en diferentes segmentos y ayudar a planificar una estabilización con elementos adecuados cuando se requiera.

En publicaciones mas recientes, en 1995 Ian y Cols. [2.54] realizan un modelo de cinco vértebras lumbares, el sacro/pelvis, el torax y 66 simétricos pares de multiuniones musculares con el que analiza la transmisión de carga a través de la columna lumbar. (figura 2.1)

En la figura 2.1, se observa como las vértebras y sus extensiones a los músculos adjuntos son los elementos sombreados en tono mas claro. Todo lo adjunto al torax esta hecho de un solo cuerpo en la parte superior del modelo. La Pelvis y el sacro no se representan en esta imagen.

Yoganandan [2.55] en 1996 desarrolla un modelo de Elementos Finitos de las cervicales C4 – C6 empleando tomografías computarizadas con la finalidad de determinar la respuesta fuerza – desplazamiento bajo el efecto axial de compresión y obtener con ello el comportamiento mecánico interno de varios componentes de dicho modelo. De acuerdo al autor, los esfuerzos en la columna anterior fueron mas altos comparados con los Fig. 2.1 Perspectiva (Antero –lateral) vista de la de la columna posterior a niveles geometría del modelo de Ian en el cual los inferiores. Con dicho modelo músculos se muestran como cilindros con radio tridimensional se pudieron entender de proporcional al área fisiológica de la sección mejor forma la biomecánica de la transversal columna vertebral en el rango cervical del humano.

DOCTORADO EN CIENCIAS JUAN ALFONSO BELTRÁN FERNÁNDEZ 64 TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

Fig. 2.2 Modelo de Elementos Finitos del segmento de vértebra cervical (C4-C5-C6).

En la figura 2.2 se observa que los discos vertebrales de las secciones C4-5 y C5-6 son completamente adyacentes. Vista lateral: Tornillos pediculares CD instrumentados 7.0 mm X 40.0 mm

Avance de hilos En 1997 Yerby y cols. [2.56]Ca, rpgar esAxenial tan un estudio experimental sobre el efecto de las cargas en los tornillos pediculares dentro de la vértebra, empleando para ello cadáveres humanos a través de un modelo de corpectomía. De acuerdo a Yerby, los momentos flexionantes existentes en los tornillos pediMocurdlarazaes de podían ser caracterizados Bemarrenpo dleean la barrda o un modelo Aluminio matemTornátilloi cPo,ed ictualla ry como se observa en las figuras 2.3 y 2.4. CD 7.0 x 40 mm Segmento en movimiento Barra de fijación 7.0 mm Mordaza de Aluminio

Todas las unidades en milímetros

Fig. 2.3 Arreglo experimental del segmento de vértebra Fig. 2.4 Los tres tipos de tornillo CD empleados durante la L3-L4 estabDiOliCzadTORoA DcoOn E Nto CrInEiNllCoIsA Sy b ar r as , y c ar g ad o en l a JUAN ALFONSO BELTRÁN FERNÁNDEZ prueba. Se observa la longitud total de la sección65 roscada. parte superior por una prensa Instron. TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

En el mismo año, Maurel [2.57] muestra un estudio sobre un modelo geométrico tridimensional de Elementos Finitos parametrizado de la sección cervical baja (C4-C5) y un modelo completo de la sección cervical, sometido a distintas cargas de tensión, flexión y torsión. En la figura 2.5 se ilustra dicho modelo, cuya finalidad fue la de observar la influencia de las facetas posteriores articulares, la variación de su geometría a medida que se cambia de nivel cervical.

Para 1998, Wu [2.58] presenta el estudio de la resistencia entre diferentes direcciones de tornillos transpediculares y vértebras. El objetivo de este trabajo fue el de evaluar la variación de la densidad del hueso al interior del cuerpo vertebral y con ello determinar la resistencia biomecánica de la interface hueso – tornillo para diferentes orientaciones tanto superiores como inferiores del tornillo transpedicular en el cuerpo vertebral. (figura 2.6)

Fig. 2.5 A) Modelo tridiMTmSen-8s10ional de Elementos Finitos de la columna cervical baja. B) Modelo MTS-810 completo de la columna cervical completa

ROTACIÒN DEL HUSILLO PARA ROTACIÒN FLEXIÓN LATERAL ARREGLO SUPERIOR ARREGLO SUPERIOR DEL HUSILLO

CELDA DE CARGA INFERIOR CELDA DE CARGA INFERIOR (MEDICIÓN DEL MOMENTO FLECTOR) (MEDICIÓN DEL MOMENTO FLECTOR)

DFOigC.T 2.6ORA MétDO EoNd CoI EpNarCaIA lSa ap l i c ac i ó n d e c ar g a p ar a l as p r u eb JUasA Nd AeL rFesONisSOten BcEiLaT tRanÁNt oF Ea)R NlatÁNerDalEZ como b) 66flexión empleando el control de la torsión de entrada de un equipo MTS-810 (Material Testing Machine) TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

Lin Liu [2.59] en 1998 evalúa Biomecánicamente la construcción de un nuevo implante anterior espinal para pacientes con osteoporosis. En su propuesta (figuras 2.7 y 2.8), realiza distintas pruebas mecánicas de compresión, flexión, torsión y análisis por Elemento Finito con la finalidad de evaluar el implante espinal, usando seis especimenes de vértebras porcinas frescas de la región torácica. De igual forma, desarrolla un modelo de Elementos finitos tridimensional con el cual se analiza el cuerpo vertebral con osteoporosis en interacción con el implante propuesto.

Fig. 2.7 Representación cinemática Fig. 2.8 Representación cinemática del montaje del nuevo del nuevo implante espinal implante espinal propuesto por Wu en 1998 propuesto por Wu en 1998

En 1999, Kumaresan [2.60] realiza un estudio con el cual determina el efecto de las variaciones de las propiedades del material para los componentes de la columna cervical apoyado en el Método del Elemento Finito bajo cargas fisiológicas. En la figura 2.9 se observa la realización de un modelo tridimensional de las cervicales C4-C5-C6, el cual fue llamado unidad C4-C6, y en el cual se incluyen tres vértebras cervicales, dos discos intervertebrales conectados y los ligamentos anterior y posterior.

X POSITIVO: Dirección Anterior a Posterior Y POSITIVO: Dirección Izquierda a Derecha Z POSITIVO: Dirección Inferior a Superior

DOCTORADO EFNi gC.I E2.9NC IMoAS d el o d e E l em en t o s F i n i t o s d e l a JUunAiNd AadLF OCN4-SO C B5-ELCT6.RÁ LNo FsE dRNisÁcNoDsE sZe 67 muestran sombreados y se observa el sistema de coordenadas cartesianas de la mano derecha como referencia. TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

Durante el mismo año, nuevamente Kumaresan [2.61] presenta el estudio del rol del disco intervertebral bajo la acción de cargas axiales y excéntricas empleando un modelo de elementos finitos tridimensional de la columna cervical desarrollado mediante el uso de imágenes topográficas computarizadas y secciones de criomicrotomas. Dicho modelo incluye hueso cortical, poroso, pedículos, procesos transversal y espinoso, láminas y vértebras. (Figuras 2.10 y 2.11)

Fig. 2.10 Izq.: Cinemática de la sección sagital del disco Fig. 2.11 Detalle de una intervertebral en donde se muestra el núcleo pulposo y criomicrotoma de la sección de el anillo fibroso. Der.: Vista ampliada de los arreglos cervical humana (C2 – C6), en de fibras en el anillo fibroso donde se observan las uniones intervertebrales

Feipel [2.62] en 2000 presenta un estudio sobre el movimiento global normal de la columna cervical empleando un electrogoniómetro. El objetivo de su trabajo fue establecer una base de datos y referencia clínica de los rangos de movimiento tridimensional de la columna cervical global activa. (fig. 2.12).

DOCTORADO EN CIENCIAS JUAN ALFONSO BELTRÁN FERNÁNDEZ 68

Fig. 2.12 a) Electrogoniómetro CA 6000 b) Instalación del sistema CA 6000 empleando un fijador torácico TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

Nightingale [2.63] en el 2000 demuestra la importancia de las propiedades de inercia de la columna cervical en su comportamiento en el modo de falla durante cargas de impacto (figura 2.13). En este estudio se emplea un modelo computacional para examinar los factores mecánicos que influyen en la falla de la nuca durante la aplicación de cargas de impacto. (Figura 2.14)

Fig. 2.13 Falla de segundo orden en la columna cervical cargada dinámicamente. Las imágenes fueron tomadas a 0, 3 y 7 ms después del impacto.

Fig. 2.14 La fuerza de reacción vertical de la unión C7-T1 en respuesta a una carga de 4000 N.

En el 2001 Ramakrishna [2.64] realiza una investigación entorno a las aplicaciones biomédicas que tienen los materiales polímeros - compuestos en el cuerpo humano a lo largo de los últimos 30 años (figura 2.15). Todo esto con la finalidad de documentar a los lectores e investigadores del área de Biomecánica y Biomedicina en las posibles alternativas en cuanto a materiales que pueden usarse en las diversas intervenciones quirúrgicas y

DOCTORADO EN CIENCIAS JUAN ALFONSO BELTRÁN FERNÁNDEZ 69 TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL terapias relativas a fracturas en la columna vertebral. El trabajo de Ramakrishna permite conocer tanto las propiedades mecánicas y los tipos de implantes médicos y los cambios científicos que estos han tenido, así como su crecimiento y aceptación por la industria biomédica.

Fig. 2.15 Aplicaciones diversas de Biomateriales polímeros compuestos en el cuerpo humano

DOCTORADO EN CIENCIAS JUAN ALFONSO BELTRÁN FERNÁNDEZ 70 TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

McLain [2.65] en el 2001 refiere en un estudio relacionado con la instrumentación segmental para fracturas torácicas y toracolumbares un seguimiento terapéutico en pacientes hasta por cinco años a partir de la intervención quirúrgica, argumentando la sustitución de los sistemas de instrumentación no segmentales por las segmentales (figura 2.16). En su investigación justifica el uso de dichos sistemas a través de la instrumentación de 75 pacientes desde 1987 hasta 1993.

Fig. 2.16 Alineamiento Sagital (Izquierda) Fractura Bursa de L2 tratada con una instrumentación segmental con tornillos pediculares. La alineación sagital fue corregida a 5º. (Derecha) Seis meses después de la fijación, la fractura se ha colapsado a 17º y la falla de los tornillos por flexión es evidente.

Por su parte, Van Dieën [2.66] describe en el 2001 el patrón de distribución de esfuerzos en el cuerpo vertebral justo detrás de las placas terminales debido a cargas de compresión constantes al 50% del esfuerzo de compresión estimado en 12 especimenes bovinos. En sus resultados se encuentran distribuciones uniformes, y a valores bajos de carga, los valores máximos se localizaron en el centro las placas terminales. Por lo que plantea la hipótesis de que las fuerzas de compresión inducen fracturas en las placas terminales de las vértebras lumbares, lo que constituye un factor importante para la generación de dolores de espalda a la altura de la zona lumbar.

Fig. 2.17DOC TIOluRsAtDracO EióNn C IcEiNnCemIASát i c a d el ar r eg l o em p l ead o p ar a as JUegAuNr AarL FlOa NapSOl iBcEacLTióRnÁN d FeE cRarNÁgNaD axiEZ al y su 71 medición (Izquierda), así como la optimización para la medición (Derecha). 1= 5 cm PMMA; 2= Tornillos; 3=Espécimen; 4= 6 cm PMMA; 5 = Placa de vidrio; 6 = Película sensitiva de presión. TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

En el 2001 Teo [2.67] desarrolla un modelo de elementos finitos tridimensional de la columna cervical que contiene 11187 nodos y 7730 elementos (figura 2.18). Dicho modelo contiene las facetas articulares, vértebras, disco intervertebral y ligamentos asociados. En dicha investigación se somete el modelo a tres diferentes cargas: Compresión Axial, Flexión y tensión (Figura 2.19). La finalidad del presente estudio es predecir las respuestas de la columna cervical a la acción de dichas cargas y evaluar los desplazamientos generados para rangos de carga altos.

Fig. 2.18 Vista Isométrica posterior de: a) Modelo de elementos Finitos de la sección cervical C4-C6 b) Disco Intervertebral y superficies de contacto articulares.

DOCTORADO EN CIENCIAS JUAN ALFONSO BELTRÁN FERNÁNDEZ 72 Fig. 2.19 Ilustración cinemática de las condiciones de carga y frontera de C5 – C6: (a) Intacta; y (b) Con disco segmentado del Modelo de Elementos Finitos bajo momentos sagitales TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

Uno de los estudios que aporta información muy valiosa sobre los daños menores en la Columba cervical generados por la acción del Latigazo Cervical se muestra en la investigación que Bogduk [2.68] en el 2001. Él refiere que dichos daños no involucran necesariamente una fractura, sin embargo, el factor primordial de la generación de estos es la lesión por latigazo cervical. De acuerdo a Bogduk, los críticos no dan crédito a que un daño al cuello ocurra después de un latigazo cervical. Ante esto, los Bioingenieros han empleado modelos matemáticos, estudios en cadáveres y voluntarios humanos para estudiar la cinemática del cuello bajo condiciones de latigazo cervical. Dichos estudios demuestran que externamente, la cabeza y el cuello no exceden los límites normales fisiológicos.

Fig. 2.20 Movimientos del cuello y la cabeza después de un impacto automovilístico. Basados en McConnell et. al. [2.69]. Los símbolos representan los puntos de referencia para la cabeza (Cuadrado), Tronco superior (Círculo vacío), y tronco bajo (Círculo lleno). Los números indican el tiempo transcurrido, en milisegundos, después del impacto. Para 100 ms el tronco se eleva y comprime el cuello desde abajo. A los 120 ms la cabeza rota hacia atrás. Para los 200 ms la elevación es completa y la rotación de la cabeza máxima. Después de 250 ms la cabeza y el tronco descienden. Para los 300 ms la cabeza rota hacia delante, y alarga una excursión máxima para los 400 ms, después de los cuales, ocurre una restitución.

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Fig. 2.21 Trazado de radiografías en serie de un individuo sometido a un impacto vehicular frontal a 4 Km/h, sin descansanucas. Basado en Kaneoka et. Al. [2.70, 2.71]. A 44 ms después del impacto la columna vertebral se endereza y se mete arriba del tronco creciente. A los 110 ms comienza a ciclar en una configuración de perfil S, en el cual los segmentos de las cervicales bajas se extienden, mientras que los altos se flexionan. En este momento los elementos anteriores de las vértebras cervicales bajas se separan, mientras que los procesos articulares son impactados (flecha). Subsecuentemente, los segmentos cervicales superiores se extienden, mientras que la columna cervical asume una forma en C.

En relación a los materiales empleados en los implantes de columna vertebral, Gaggl [2.72] en el 2001 presenta un estudio sobre el nuevo tipo de implantes con elementos que absorben impactos y por tanto libres de mantenimiento y sus propiedades biomecánicas (figura 2.22). Gaggl menciona que el implante móvil SIS es un implante que usa tornillos cónicos auto cortantes con un elemento biocinético. La inclusión del titanio como material constitutivo influye de manera importante en la absorción de los golpes (figura 2.23).

Fig. 2.22 Sección transversal del implante móvil Fig. 2.23 Figura de una digitalización electrónica microscópica del implante de cuello con anillos de titanio y dos líneas soldadas.

Yoganandan [2.73] presenta para el 2002 un Análisis Biomecánico del efecto de latigazo cervical y los daños que se generan empleando un modelo experimental. La hipótesis presentada establece que el dolor se origina de los movimientos excesivos en los segmentos cervicales superiores e inferiores. El diseño de la investigación usa un modelo de un cadáver humano intacto de la cabeza y cuello como modelo experimental. Mediante el uso de seis celdas de carga y un acelerómetro se lograron establecer las etapas correspondientes del latigazo cervical. Así también, mediante el uso de cámaras videográficas de alta velocidad se obtuvieron los datos cinemáticas correspondientes.

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Fig. 2.24 Arreglo experimental para un espécimen de cadáver humano intacto. Se emplearon tarjetas para las facetas de las uniones para obtener el deslizamiento relativo.

Fig. 2.25 Proceso de la cinemática del segmento de cabeza – cuello. Izquierda: Se muestra la vista pre- impacto. Al centro: Se muestra la cinemática lateral durante la etapa intermedia en donde la región superior de la cabeza – cuello está en flexión (flechas contrapuestas una a otra), mientras que la región baja se encuentra en extensión (Flechas encontradas una a otra). Estos resultados ilustran la formación de una curva S trascendental – reversible. A la derecha: Se muestra la cinemática en la etapa final cuando el espécimen entero se encuentra en extensión.

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Sobre la misma línea de investigación en Biomecánica de la columna vertebral, Nabhani [2.74], en el 2002 presenta un estudio para realizar el análisis de esfuerzos en la espina lumbar desarrollando para esto un modelo computacional creado con el Software I-DEAS Master Series TM. Sus resultados muestran grandes concentraciones de esfuerzos en las regiones superior e inferior de las facetas y superficies centrales del cuerpo vertebral. Gran parte de estas concentraciones se localizan incluso en la región cortical de las vértebras.

Fig. 2.26 Presiones aplicadas en la Fig. 2.27 Distribución de esfuerzos en la vértebra L5 vértebra de hueso sólido cortical

Como elemento fundamental en el proceso de generación e interpretación de los modelos de elementos finitos, las tomografías computarizadas (TC) cobran un papel importante en la obtención de las propiedades mecánicas del hueso, a través de la densidad. Kopperdahl [2.75] presenta un estudio cuyo objetivo es reportar precisamente las propiedades mecánicas en el hueso trabecular a través del uso de las TC, con la finalidad de emplear dichos datos en el modelado Biomecánico de la columna vertebral humana (figura 2.28).

Fig. 2.28 Módulo Elástico obtenido a partir de la densidad y el uso de Tomografías Computarizadas.

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El término Whiplash, o mejor conocido como Latigazo cervical es uno de los principales generadores de lesiones en vértebras cervicales, y es en el 2003 en que Stewart [2.76] presenta un protocolo de estudio para proponer un diseño racional de control para examinar los efectos de un programa de terapia en pacientes que sufren de la lesión de latigazo cervical. En su trabajo, menciona el índice de accidentes por latigazo cervical en Australia durante 1998, sus costos y repercusiones.

En el mismo 2003, Verver [2.77] describe una forma de predecir las fuerzas que se generan en la columna vertebral de los ocupantes de un automóvil durante la existencia de vibraciones verticales empleando un modelo numérico multicorporal (Figura 2.29). En esta investigación se incluyen tanto el asiento del vehículo, la pelvis humana y la región espinal hasta T1.

Fig. 2.29 Máxima carga cortante en la columna vertebral para simulación del asiento (a) rígido (b) estandar de automóvil (Derecha) con la posición de la vértebra en el modelo de humano con relación al asiento (Izquierda)

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Por su parte, Adam [2.78] en el 2003 realiza una investigación sobre los tipos de sistemas de fusión vertebral bajo cargas de compresión. Dicho estudio emplea el Método del Elemento Finito para el análisis de los esfuerzos generados (figuras 2.30 y 2.31). El objetivo principal de este trabajo está enfocado a estudiar las placas terminales del cuerpo vertebral. Por otra parte, una hipótesis interesante en este trabajo es que la reducción del módulo de elasticidad en el hueso trabecular para simular el hueso con osteoporosis influye significativamente en el incremento de los esfuerzos en las placas terminales por un orden de hasta tres veces más alto que los valores para un hueso sano sin osteoporosis.

Fig. 2.30 Modelo de elementos finitos en donde se Fig. 2.31 Esfuerzos de Von Mises (Pa) muestran las cargas aplicadas y las condiciones de frontera

Cauthen [2.79] realiza en el 2003 mediante un estudio la comparación de resultados entre las técnicas de fusión cervical del cuerpo intervertebral empleando dos sistemas, el BAK/C (Spine – Tech, Minneapolis, MN) y el ACDF (Anterior Cervical Discectomy and Fusion). En dicho trabajo se demuestra que la técnica BAK/C evita una mayor pérdida de sangre y reduce significativamente los tiempos de terapia y permanencia del paciente en el hospital después de la intervención.

Fig. 2.32 Implante BAK/C (Centerpulse Fig. 2.33 Cálculo de la subsidencia para el Spine – Tech Inc. Minneapolis, MN) en implante empleado. donde se muestra la fusión exitosa.

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En el mismo año, Chosa [2.80] realiza un estudio en donde evalúa la influencia de la masa de la cabeza en la aceleración de la misma y cuello en una colisión de un automóvil, a través de un modelo de elementos finitos (figura 2.34). La geometría de dicho modelo emplea el segmento cervical C2 – C7 de un paciente varonil de 20 años de edad, el cual proporcionó las tomografías computacionales. Dicho estudio propone cuatro tipos de modelo en los cuales se varían el valor de la masa para observar su efecto.

Fig. 2.34 Modelo de elementos finitos tridimensional de Chosa.

En el 2004, Denozière [2.81] realiza una comparación biomecánica entre la fusión de dos vértebras y un implante de un disco intervertebral artificial. Para realizar esto se empleó un modelo tridimensional de elementos finitos (figura 2.35), de un segmento lumbar desarrollado mediante el Software ABAQUS TM, y al cual se le aplicaron análisis estáticos. A dicho modelo se le aplicaron cargas de flexión, torsión y compresión en las facetas, tensión en los ligamentos buscando la generación de los niveles de carga para lograr la inestabilidad en la columna vertebral.

DOCTORADO EN CIENCIAS JUAN ALFONSO BELTRÁN FERNÁNDEZ 79 Fig. 2.35 Ilustración de la flexión lateral, extensión y compresión en los modelos movibles, incluyendo los ligamentos, los cuales no se ilustran en la figura. TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

En el mismo año, Chosa [2.82] estudia el efecto de la espondilosis lumbar empleando un modelo de elementos finitos tridimensional (figuras 2.36 y 2.37). Basado en la sección L4- L5, dicho modelo fue construido considerando las no linealidades del material y de la misma forma los ligamentos y fibras anulares para reproducir el efecto del contacto en las uniones de las facetas. Se emplearon cargas de compresión, flexión lateral, rotación y extensión como modos de prueba.

Fig. 2.36 Modelo de Elementos Finitos tridimensional detallado del segmento L4 – L5 considerando los ligamentos en sus direcciones anatómicas, así como los discos intervertebrales, los cuales fueron empleados como un material compuesto de fibras inmersas en una sustancia gelatinosa. (A) Vista Dorsal, (B) Vista posterior-lateral derecha, (C) Vista Superior.

Fig. 2.37DO CVTOisRtAa DdOe E lNo Cs InENoCdIoAsS em p l ead o s p ar a el c ál c u l o d e l o s JU esAfNu AerLzoFOsN SOde BVELoTnR ÁMiN FsesER.N Á(NAD) EVZista dors80al, nodos elegidos para la faceta inferior en el nivel de L5. (B) Vista lateral, nodos elegidos desde la unión del pedículo y la faceta al nivel L5. TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

Viceconti [2.83] por su parte en el 2004 propone una metodología representativa para la generación de modelos de elemento finito de huesos humanos a partir de registro de datos en vivo. En el estudio se muestran entre varios casos de práctica, el procesamiento de un fémur, un íleum y la reconstrucción de un fémur proximal, así como la micro Tomografía Computarizada de un hueso poroso. (Figuras 2.38 y 2.39)

Fig. 2.39 Mallados de los cuatro modelos de elemento finito, con lo que se demuestra la flexibilidad del algoritmo. De izquierda a derecha: Un hueso corto (Falange), un hueso plano (Ileum), un fémur de un infante Fig. 2.38 Modelos de elemento finito. Para después de su reconstrucción con injertos cada fémur la malla fue generada con el más óseos, así como el ejemplo de hueso poroso, alto refinamiento. escaneado con una escaner para micro Inceoglu [2.84] en el 2004 estudia la influencia de la rTelomajoacgriafónías d Ce oesmfupuertarzosizad enas (elT Ch)u. eso en el comportamiento de los tornillos pediculares. Dicho estudio está con base en la determinación de los efectos de las propiedades de los esfuerzos de relajación en la interfaz entre el hueso y el tornillo pedicular en la zona de las vértebras lumbares. Para los ensayos experimentales se usaron tasas de carga del orden de 1, 5 y 25 mm/min.

DOCTORADO EN CIENCIAS JUAN ALFONSO BELTRÁN FERNÁNDEZ 81 TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

En el mismo año, Chen [2.85] estudia en ocho especimenes porcinos frescos de la región lumbar L2 – L4 instrumentados con tres diferentes posiciones sagitales los efectos sobre dicha sección (figura 2.42). Las posiciones empleadas fueron, para el Grupo A, una lordosis de 20º, Grupo B, lordosis 0º y Grupo C, alineamiento kiposis 20º. Para los ensayos fue Femig. 2.40plead Espaéc uimnaen m (Sáqe oubisnerav ad ceo mprou sebe emasp omtrecó enán iucnasa hidráulica, con la cual se generaron los alieacncriemón ende tosmet dale menom la ensectosció n en s uflpexeriioónr –y iexzqtueniersdia)ón paraF icgad. 2.41a es Cpuécrvimas enrep (Fresigenurtata i2.43).vas de Carga – montado en la máquina de ensayos de materiales. Se Desplazamiento de (a) Espécimen salido y (b) muestra en la sección inferior - izquierda como se El modelo de esfuerzo – relajación. El escalón emplearon dispositivos de aseguramiento para el de la línea punteada conecta con los valores espécimen. pico empleados para el cálculo de la rigidez para el modelo de esfuerzo – relajación.

Ezquerro [2.86] por su parte, en el 2004 analiza la combinación del modelado de elementos finitos y su optimización biomecánica de la columna lumbar considerando la orientación del tórax en 3D. Dicho modelo es capaz de reproducir los efectos de las cargas reales derivadas de la actividad humana, por lo que en este estudio se tienen las mismas condiciones que ocurrirían en un modelo en vivo. Fig. 2.42 Ocho especimenes porcinos para la instrumentación de L2-L4 con barras y tornillos. Fig. 2.43 Arreglo experimental, empleando un equipo MTS. El momento máximo generado fue de 7200 N-mm. a través del movimiento axial del actuador y directamente sobre el espécimen.

Fig. 2.44 DMoOCTdOelRoA DdOe EENl emCIEenNCtIoAsS F i n i t o s d e l a c o l u m n a l u m b ar en t JUeraA N(L A1L F–O SN)SO. S BeE oLbTsRerÁNv FanER lNoÁsN sDeiEsZ nodos do82nde se aplicaron las condiciones de frontera en L1, en particular en la superficie exterior. TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

2.5 SUMARIO

Las diversas aportaciones que la ciencia ha hecho al área de Biomecánica hacen cada vez más factible la resolución de los problemas que día a día se suscitan en el intenso actual del ser humano. Trabajos presentados como el de Rojas [2.53] brindan el conocimiento de las primeras aportaciones que la Biomecánica ha hecho en materia de la Columna Vertebral. Sin embargo, el presente capítulo deja bien sustentado que para resolver cada una de las investigaciones que se mencionan, es estrictamente necesario, en primer instancia, la interacción de diversas áreas de ingeniería, medicina y genética; en segundo lugar, la necesidad por interactuar con métodos computacionales y teorías como la del Método del Elemento Finito, los cuales puedan facilitar la resolución de los modelos matemáticos que como se han visto, son complejos y demandan de una gran capacidad de cómputo. Tal y como se muestra en los trabajos presentados por Ian [2.54], Yoganandan [2.55], entre otros. En tercer lugar, que muchos de estos trabajos estén soportados por experimentos, empleando equipo especializado, el cual incluye desde Prensas Instron, equipo de extensometría, médico ortopédico, los cuales aportan información importante en la búsqueda por obtener en algunos casos, métodos que mejoren los actuales, soluciones a problemas que dañen zonas no consideradas en el proceso de recuperación de un paciente. Esto puede verse en los trabajos de artrodesis, en los cuales, se aísla una de las vértebras dañadas, pero las adyacentes que sirven para soportar las placas o sistemas de fijación, sufren daños reportados, en los cuales, se modifica el estado de integridad de los elementos de estudio o recuperación. Sin embargo, para este trabajo, se pretende obtener el comportamiento de una región de estudio empleando ambos métodos, con la idea de validar el modelo matemático y con esto se pueda variar tanto las condiciones de carga como de frontera y soportar el interés médico por conocer el comportamiento mecánico en menor tiempo del que se requiere en un paciente de forma progresiva.

De los trabajos revisados, se encuentran distintos enfoques, en los cuales por una parte, se estudian los comportamientos a distintos niveles de carga, y por supuesto, tipos de carga. Existen estudios para determinar los efectos de implantes de disco, de cuerpo vertebral y de elementos auxiliares externos para corregir la postura de la columna vertebral. Sin embargo, es importante mencionar que todas las referencias son internacionales y que en el país no se han encontrado reportes que brinden información alusiva a investigación con pacientes mexicanos, por lo que la información generada en este reporte predoctoral y en la tesis predoctoral pretende arrojar resultados que sirvan como marco de referencia en futuros trabajos involucrados con el área.

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CAPÍTULO 3

ANÁLISIS NUMÉRICO

CAPÍTULO 3

3.0 METODOLOGÍA PARA LA OBTENCIÓN DEL MODELO DE ELEMENTOS FINITOS

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Como parte fundamental del trabajo doctoral, se generaron modelos tridimensionales representativos de cada uno de los elementos del presente estudio, los cuales se mencionan a continuación:

• Vértebra Cervical C3 • Vértebra Cervical C4 • Vértebra Cervical C5 • Placa cervical anterior • Tornillos pediculares • Injerto de cresta ilíaca.

Cada uno de los elementos arriba mencionados contribuirán a la formación de la denominada: Unidad de carga C3-C5, la cual servirá para representar el espécimen cervical necesario para simular el arreglo estático de una Corporectomía cervical anterior representada en la figura 3.1, en la cual se retira el cuerpo vertebral de la cervical C4 dañada, y se injerta un material óseo proveniente de la cresta ilíaca. Todo esto con el objetivo de crear un cayo óseo y fusionar los huesos, mediante el aseguramiento vía placa cervical anterior y tornillos pediculares, y contribuir con ello a la estabilidad de la columna vertebral.

Fig. 3.1 Caso típico de Corpectomía Cervical Anterior

El procedimiento empleado para la elaboración de los elementos antes mencionados fue el siguiente:

• Generación del modelo de CAD • Exportación del modelo de CAD a modelo SAT • Importación del modelo SAT en el programa de Elementos Finitos ANSYS • Generación del modelo volumétrico de Elementos Finitos • Mallado • Aplicación de las propiedades mecánicas • Aplicación de Condiciones de Frontera (Carga y Restricciones) • Solución del problema • Ploteo de Resultados

3.1GENERACIÓN DEL MODELO DE CAD

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3.1.1 VÉRTEBRA CERVICAL C5

Para la fase inicial del presente trabajo fue necesario el empleo de un digitalizador de cama plana y programas de CAD tal y como: AutoCAD y Mechanical Desktop. El equipo de cómputo usado corresponde a una PC, Intel Pentium 4 HT, con 500 MB de memoria RAM DDR-266, 40 GB de espacio en disco duro y una tarjeta de video de 32 MB; el cual permite realizar una geometría detallada del modelo tridimensional.

En el caso de las cervicales, su forma caprichosa dificulta la generación de dicho modelo, por tanto, se necesitan obtener cortes tomográficos, los cuales son proporcionados por los médicos ortopedistas. Para el caso en particular, se han tomado las tomografías de un paciente de 55 años, con un peso de 65 kg. y estatura de 1.60 m en aparente estado sano.

Dichas tomografías son digitalizadas y exportadas a un programa de CAD para obtener el perfil base, tal y como se observa en las figuras 3.1 y 3.2. De esta forma se obtienen igual número de perfiles como tomografías existentes.

Fig. 3.1 Tomografías muestra del paciente. Fig. 3.2 Dibujo del perfil a partir de la Tomografía.

Posteriormente, en la figura 3.3 se observa la forma en como se superponen cada uno de los perfiles empleando una altura de 2 mm., correspondiendo a la distancia de separación de cada plano tomográfico, y se localizan los principales nodos o puntos de coincidencia de cada perfil.

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Fig. 3.3 Superposición de los perfiles dibujados.

En la figura 3.3 se observa la forma en la que los perfiles quedan conformados para buscar los nodos en común y para obtener con esto el diagrama de hilos representativo de la cervical.

Fig. 3.4 Extrusión de los perfiles de la tomografía.

En su proceso de generación, fue necesario emplear comandos como sweep, extrude y hole, característicos de los programas de CAD. Por tanto, una vez que se tiene el volumen simplificado, se deberá exportar de AutoCAD a Mechanical Desktop, para realizar tareas de modelaje.

Fig. 3.5 Diagrama de hilos de la cervical simplificada.

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Fig. 3.6 Creación del modelo de cervical.

Una vez que se obtiene el modelo parametrizado, se exporta como archivo SAT hacia un programa de análisis de elemento finito, en este caso ANSYS.

Fig. 3.7 Cervical definitiva.

En el caso del modelo exportado en ANSYS, el proceso de transformación en volumen implica una labor minuciosa, ya que la transferencia del modelo de CAD hacia el programa de Elementos Finitos, en muchas ocasiones es ineficiente, ya que existe una descomposición del modelo y este debe corregirse mediante herramientas que el mismo programa contiene.

Fig. 3.8 Creación del modelo volumétrico de cervical en ANSYS.

De manera secuencial las vértebras C4 y C5 emplearon el mismo criterio de elaboración.

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3.1.2 PLACA CERVICAL ANTERIOR

Como parte de la simulación de la Corporectomía, se eligió el modelo 4774/08 (60 mm) [3.1] de placa cervical anterior de la empresa brasileña OrtoSintese para la realización del modelo de elementos finitos, siguiendo la metodología propuesta.

Dicha generación requirió de un número mayor de comandos auxiliares para su modelación, por lo que se muestran algunas de las imágenes más representativas con fines ilustrativos.

Fig. 3.9 Modelo lineal de placa cervical anterior.

En la figura 3.9 se observa el primer modelo de placa, la cual no tiene ninguna clase de flexión.

Por otra parte, en la figura 3.10 se observa la placa flexionada, la cual incluye una angulación de 35º y diversas perspectivas, en las cuales se incluyen los tornillos pediculares.

35 º

Fig. 3.10 Placa cervical anterior angulada y sus perspectivas.

La curvatura que se presenta en la placa cervical corresponde a la curvatura propia de la columna vertebral y se realiza mediante un triscador durante la operación de Corporectomía.

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3.1.3 TORNILLOS PEDICULARES EXPANSIVOS

Estos corresponden al modelo 3317/02 (∅ 4.0 x 16 mm) de la empresa brasileña OrtoSintese. [3.1]

Fig. 3.11 Modelo de tornillo pedicular expansivo.

Las características técnicas del tornillo fueron asignadas directamente en el programa Mechanical Desktop, por lo que en el anexo se muestra el catálogo con mayor detalle.

3.1.4 INJERTO ÓSEO

El elemento que reemplaza el cuerpo vertebral dañado y retirado en una Corporectomía es el denominado: injerto. Este puede ser extraído de la cresta ilíaca o bien fabricado a partir de un bloque de cerámica fosfocálcica para fusión cervical Smith – Robinson, el cual puede soportar carga de compresión, y se encuentra libre de cartílago epifisial y hueso cortical.

La generación del modelo de elementos finitos sigue la metodología antes propuesta, por lo que se muestran en la figura 3.12 los perfiles base a partir de los cuales se construyó.

Fig. 3.12 Generación del modelo de injerto.

En la figura 3.13 se muestra el modelo final obtenido para el análisis por elemento finito.

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Fig. 3.13 Modelo de injerto definitivo.

Cabe hacer mención que el injerto incluye una angulación de 11º propuesta por el médico ortopedista, con lo cual se pretende compensar la función de la vértebra retirada y corregir la postura de la región de columna vertebral.

3.1.5 MODELO DE UNIDAD DE CARGA C3 – C5

Una vez que se tienen todos los elementos geométricos de CAD y de elementos finitos, el ensamble y obtención del modelo de la unidad de carga C3 – C5 requiere del uso de las herramientas de ensamblaje del programa Mechanical Desktop, además se sigue el mismo procedimiento propuesto desde el inicio del presente capítulo.

Fig. 3.14 Angulación de las vértebras cervicales C3, C4 y C5.

En la figura 3.14 se observa la colocación de las vértebras cervicales, respetando la angulación de 11º propuesta para la corporectomía a representar, y con esto acoplar tanto la vértebra C3, el injerto y la vértebra C5.

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Fig. 3.15 Angulación de las vértebras cervicales C3, C4 y C5.

En la figura 3.15 se observa la inclusión del injerto y su alineación tanto en el plano lateral, como el posterior.

Fig. 3.16 Modelo de CAD final

3.2 ENSAYOS PRELIMINARES

Para conocer el comportamiento general de la estructura ósea bajo la acción de cargas, se han propuesto tres casos distintos en los cuales, la vértebra cervical C5 se somete en puntos críticos a la acción de la carga mencionada.

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3.2.1 CONDICIONES DE FRONTERA PARA LOS ENSAYOS PRELIMINARES

Según se observa en la figura 3.17, los experimentos 1, 2 y 3 permiten obtener comportamientos distintos para la cervical C5.

W3 W1 W2

EXPERIMENTO 1 EXPERIMENTO 2 EXPERIMENTO 3

Fig. 3.17 Condiciones de frontera aplicadas al modelo de cervical en ANSYS para los tres casos de experimentación.

Para el desarrollo del estudio numérico, será necesario restringir los movimientos de la cervical en su base, y aplicar cada una de las cargas de compresión de manera distribuida para cada caso de estudio sobre el cuerpo vertebral, tal y como se observa en la figura 3.18.

Fig. 3.18 Condiciones de frontera aplicadas al modelo de cervical

La idea de restringir los movimientos en la base de dicha vértebra, representa la forma en la que sería sujetada en la mordaza de una prensa para el ensayo de compresión correspondiente.

En este caso se tiene el estudio de distintos niveles de carga de compresión en el cuerpo vertebral de una cervical, C5, como la más representativa de las de su categoría. Se consideran tres casos de estudio, W1, W2 y W3, con pesos de 80, 637.5 y 6374.5 N, respectivamente, correspondientes al peso de la cabeza humana, el peso del paciente y la carga máxima que una vértebra soporta. Los resultados permitirán conocer la orientación de los efectos sobre el modelo numérico para asociarse a las intervenciones quirurgicas de artrodesis y corporectomía y lograr una optimización tanto de la técnica como de la geometría de los injertos óseos.

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Las características del modelo de Elementos finitos mallado a ensayar son las siguientes: a) Elementos tipo Solid 92 para el mallado. b) 3552 elementos c) 7057 nodos d) Propiedades isotrópicas y homogeneas [3.2]

3.2.2 RESULTADOS DE LOS EXPERIMENTOS REALIZADOS

3.2.3 EXPERIMENTO 1 (VERTEBRA SOMETIDA A CARGA FLEXIONANTE EN EL EXTREMO CRÍTICO)

CONDICIONES DE CARGA:

CARGA TOTAL DISTRIBUIDA = 300 N N = 3 NODOS ELEMENTO: SOLID 92

TABLA 3.1. RESULTADOS DE LOS ESFUERZOS OBTENIDOS POR SOLUCION NODAL PARA EL CASO 1(3 CARGAS C/U 100 N)

VALORES MINIMOS S1 S2 S3 S INT SEQV # NODO 762 762 762 708 708 VALOR -2.6554 -2.9914 -5.35 2.25E-07 1.99E-07 MPa

VALORES MAXIMOS # NODO 781 781 814 525 525 VALOR 2.4721 0.71297 0.19526 4.0946 3.8643 MPa DONDE: S1, S2, S3: REPRESENTAN LOS ESFUERZOS PRINCIPALES. SEQV: REPRESENTA EL ESFUERZO EQUIVALENTE DE VON MISES

Fig. 3.18-a Perspectiva 1 del mallado de la solución al experimento1.

En las figuras 3.18 b y c se observan dos perspectivas de la malla del modelo de cervical C5, bajo la cual se aplicarán las condiciones de frontera y de carga correspondientes.

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Fig.3.18 b Perspectiva 2 del mallado de la solución al Fig. 3.18 c Perspectiva 3 del mallado de la experimento1. Solución al experimento1.

En las figuras 3.19 y 3.19-a se observan las condiciones de frontera y las cargas aplicadas para el extremo crítico de la cervical, en este caso la apófisis espinosa.

Fig. 3.19 Condiciones de frontera aplicadas a la cervical Fig. 3.19-a Cargas aplicadas y reacciones de la del experimento1. Solución al experimento1.

En las figuras 3.20 y 3.21 se observa que la zona donde se concentran los principales esfuerzos en este primer experimento corresponde al punto de aplicación de la carga. Por otra parte, se estima que la condición más critica para un elemento estructural, es aquella en la cual se tiene una condición de empotramiento y carga en el extremo opuesto.

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Fig. 3.20 Resultados finales y zonas de concentración de esfuerzos del experimento1.

Fig. 3.21 Principales zonas de concentración de esfuerzos del experimento1.

Los resultados gráficos denotan como zonas de mayor incidencia de esfuerzos los colores rojos, y los azules como zonas de menor deformación.

Por otra parte, se han graficado los valores máximo, mínimo y el promedio, con objeto de analizar posteriormente las diferencias con futuros experimentos y considerar una posible tendencia a zonas de concentración de esfuerzos.

3.2.4 EXPERIMENTO 2 (CARGA DE COMPRESIÓN APLICADA AL CUERPO VERTEBRAL DEL MODELO DE CERVICAL DISTRIBUIDA EN 30 NODOS)

CONDICIONES DE CARGA: CARGA TOTAL DISTRIBUIDA = 588.6 N N = 30 NODOS ELEMENTO: SOLID 92

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TABLA 3.2. RESULTADOS DE LOS ESFUERZOS OBTENIDOS POR SOLUCION NODAL PARA EL CASO 2(CARGA DISTRIBUIDA)

VALORES MINIMOS S1 S2 S3 S INT SEQC # NODO 3470 248 3470 537 537 VALOR -2.3354 -58.498 -228.86 2.12E-06 1.94E-06 MPa

VALORES MÁXIMOS # NODO 244 3469 3468 3470 3470 VALOR 24.393 8.4387 4.7485 226.53 205.24 MPa

Donde: S1, S2, S3: Representan los esfuerzos principales. SEQV: Representa el Esfuerzo Equivalente de von Misses

Fig. 3.22 Nodos elegidos para aplicar cargas.

Fig. 3.23 Aplicación de las fuerzas en los nodos elegidos del experimento 2

De manera análoga al análisis del experimento 1, se observan en las figuras 3.22 y 3.23 se observan los nodos donde se distribuyó la carga del experimento 2.

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Fig. 3.24 Resultados obtenidos para los esfuerzos Fig. 3.25 Detalle 1 de la zona de concentración de del experimento 2. esfuerzos del experimento 2.

Fig. 3.26 Detalle 2 de la zona de concentración de esfuerzos del experimento 2.

En las figuras 3.24 a la 3.26 se observan los principales resultados, en los cuales se observa una distribución uniforme de los esfuerzos en la vértebra cervical y una concentración en la zona cercana al canal medular, consecuencia de la geometría del modelo de elementos finitos correspondiente a la tomografía de paciente en estudio. No se observan zonas mayores donde los esfuerzos incidan de manera considerable, por lo que se estima que el comportamiento estructural del elemento óseo corresponde al efecto de la carga de compresión sobre el cuerpo vertebral.

3.2.5 EXPERIMENTO 3 (CARGA DE COMPRESIÓN APLICADA AL CUERPO VERTEBRAL DEL MODELO DE CERVICAL DISTRIBUIDA EN 4 NODOS)

CONDICIONES DE CARGA: CARGA TOTAL DISTRIBUIDA = 588.6 N N = 4 NODOS ELEMENTO: SOLID 92

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TABLA 3.3. RESULTADOS DE LOS ESFUERZOS OBTENIDOS POR SOLUCION NODAL PARA EL CASO 3 (CARGA DISTRIBUIDA)

VALORES MINIMOS S1 S2 S3 S INT SEQV # NODO 3466 3466 3466 537 537 VALOR MPa -4.5673 -5.8879 -8.7493 2.41E-06 2.27E-06

VALORES MAXIMOS # NODO 684 684 3479 3467 3467 VALOR MPa 4.3919 1.6092 0.27626 4.6246 4.1229 DONDE: S1, S2, S3: REPRESENTAN LOS ESFUERZOS PRINCIPALES. SEQV: REPRESENTA EL ESFUERZO EQUIVALENTE DE VON MISSES.

Fig. 3.28 Perspectiva de los resultados del experimento 3.

En la figura 3.28 se observa una variante del experimento 2, donde se distribuye la carga en un menor número de nodos, en este caso 4, y el resultado de la distribución de los esfuerzos sobre el cuerpo vertebral. Sin duda alguna, el efecto gráfico indica que la inclusión de una carga en puntos clave y de manera aislada, producen un efecto mayor, por lo que se debe abarcar un elemento geométrico que abarque la superficie completamente para evitar una concentración de esfuerzos que provoquen daños estructurales para la vértebra del paciente.

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Fig. 3.29 Vista anterior de la zona de concentración de esfuerzos del experimento 3.

3.3 DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Se observa en los resultados que el cuerpo intervertebral tiene un comportamiento estructural relativo al punto de aplicación de la carga. Es decir, tanto las formas caprichosas como el punto de aplicación de carga, son factores que influyen en la distribución de los esfuerzos, siendo evidente que a mayor cantidad de irregularidades del cuerpo intervertebral, los esfuerzos tienden a concentrarse en dichas zonas.

Por otra parte, al distribuir la carga en un mayor número de nodos, la disipación de los esfuerzos se hace más evidente, ya que, como se observa en el experimento 2, en donde la carga se distribuye de manera distinta, la vértebra distribuyó uniformemente los esfuerzos; mientras que en los casos 1 y 3, la distribución es menor y por ende, las cargas son mas concentradas y puntuales, por lo que el modelo arroja resultados distintos. De aquí que para esta primera parte numérica, pueda concluirse que el modelo sufre mayores perturbaciones al tener cargas puntuales, en comparación con las cargas distribuidas.

Por otra parte, se deduce de estos resultados que es importante preparar las superficies de los cuerpos vertebrales adyacentes al injerto óseo, para evitar estados de esfuerzos elevados como ocurrió en el caso del experimento 3.

3.4 PRUEBAS PRELIMINARES A LA PLACA CERVICAL

Debido a que el funcionamiento de estas placas está referido a la interacción conjunta con los cuerpos vertebrales, se ha estimado una condición inicial para el caso de los tornillos pediculares, simulando un empotramiento en la base de estos, tal y como idealmente deberían funcionar teniendo un hueso sano (Entendiéndose por esto un hueso libre de osteoporosis y con la resistencia máxima).

De la misma forma, la placa recibe una flexión a 35 º, para reproducir la condición real al momento de instrumentarse en el paciente; de forma tal que las condiciones geométricas iniciales de la placa se pueden observar en las figuras 3.30 y 3.31

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Fig. 3.30: Diversas perspectivas de la angulación de la placa cervical anterior.

35 º

Fig. 3.31: Ángulo definitivo de la placa cervical anterior flexionada

La creación de los modelos de volumétricos de la placa fue mediante el Software Mechanical Desktop 6.0 para su posterior exportación como archivo SAT al programa de análisis por Elemento Finito ANSYS 9.0.

La importancia de crear un modelo paramétrico en Mechanical Desktop permite precisamente modificar las dimensiones de manera inmediata, lo que representa una ventaja en caso de solicitarse un análisis similar en el caso de placas de dimensiones distintas.

3.4.1 CONDICIONES DE FRONTERA

Para el modelo de placa cervical anterior de 55 mm. se aplicaron las condiciones de frontera iniciales siguientes:

TABLA 3.4: CONDICIONES DE FRONTERA APLICADAS AL MODELO DE PLACA CERVICAL ANTERIOR

Simbo Término Valor Referencia logía Fuerza de F 80 N [3.3] compresión Empotramiento x

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Módulo de E 102 GPa Elasticidad Esfuerzo de [3.4] σ 827 MPa Cedencia y Relación de Poisson ν 0.3

35 º

X Fig. 3.32 Restricciones y fuerzas aplicadas al modelo de placa cervical anterior.

3.4.2 RESULTADOS OBTENIDOS

Mediante la generación de un modelo con 42778 elementos y 76765 nodos, se realizó la solución del sistema, empleando el enfoque de von Mises. En la figura 3.33 se observa la distribución de los esfuerzos en la placa anterior cervical el cual se presenta en forma uniforme en la parte central de la placa, pero en valor mayor a la zona próxima a la zona de los barrenos.

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Fig. 3.33 Comportamiento mecánico de la placa cervical anterior.

El estudio de elementos finitos arroja un valor de 70.26 Pa para la sección central de la placa, muy por debajo del punto de cedencia del material y debido al bajo peso que representa la cabeza humana el cual representa solo el 6.9 % del peso del cuerpo humano. [3.5]

Fig. 3.34: Detalle de la zona de mayor esfuerzo

Sin embargo, en la figura 3.34 se observa la tendencia por concentrarse significativamente los esfuerzos en la parte inicial de los tornillos pediculares. Se determinó un valor de 316.2 Pa, el cual, aunque sigue estando muy por debajo de los valores reportados por los fabricantes del Titanio Ti-6A1-4V, brinda la oportunidad de estimar posibles zonas de afectación por niveles de carga distintos a los habituales durante la cirugía.

3.5 ENSAYOS NUMÉRICOS APLICADOS A LA UNIDAD CERVICAL C3 –C5.

3.5.1 PRELIMINARES

Diversos estudios sobre columna vertebral y en particular sobre la sección cervical denotan consecuencias importantes por fracturas del cuerpo intervertebral, de modo que cada uno de los pacientes involucrados se ve inmerso en un proceso de rehabilitación por 3 y 6 meses en el mejor de los casos, buscando con ello sanar y reincorporarse a la vida laboral de manera casi normal. [3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 3.10] Sin embargo, cuando el cuerpo intervertebral sufre daños irreversibles, como son: Estallamientos producidos por cargas superiores a 650 Kg, derivados de diversas situaciones como caídas de pie de niveles importantes, accidentes automovilísticos donde existe latigazo cervical, entre otras mas; la atención médica

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Aunado a esto, el paciente sufre de abordajes por la vía anterior y posterior para asegurar que dicho injerto permanecerá estable hasta el momento de fusionarse con las vértebras adyacentes y finalmente brindar nuevamente estabilidad a la columna vertebral para garantizar con ello una reincorporación a la vida casi normal para el afectado.

Sin embargo, en la búsqueda por minimizar los abordajes e intervenciones realizadas actualmente, se han realizado diversos estudios sobre la región cervical C3 – C7 desde los cuales se conoce el comportamiento de las vértebras ante la acción de cargas de compresión, variando los niveles de carga y observando los efectos estructurales sobre ellas. [3.12] Aunado a lo anterior, se tienen estudios sobre el comportamiento de las placas cervicales empleadas en la corporectomía para asegurar un aislamiento del injerto óseo en el proceso de fusión bajo la acción de cargas de compresión, en los cuales se observa claramente la influencia de estas sobre la zona instrumentada. [3.13]

Por tanto, es importante conocer el comportamiento del injerto óseo ante la acción de las mismas cargas, obteniendo los principales esfuerzos generados en diversas zonas, y en particular en las superficies del injerto óseo y los cuerpos vertebrales adyacentes. Aunado a esto, se obtienen los desplazamientos existentes en la misma zona, y se compara contra el criterio establecido por Muller [3.14], para saber si existe una inestabilidad de la columna vertebral haciendo uso únicamente de un abordaje por la vía anterior, y evidentemente prescindiendo del abordaje por la vía posterior, el cual tal y como se ha descrito en el inicio del presente trabajo, actualmente se realiza.

Como resultado de los análisis efectuados, se puede conocer con mayor detalle el efecto sobre la zona de interés, y con ello determinar variantes tanto en la técnica de Corporectomía, como en los instrumentos empleados para la rehabilitación del paciente, tal y como collarines Filadelfia, halo-vest, halo-yeso, minerva, entre otros. Consecuentemente, los tiempos de recuperación del paciente se verían modificados ante la consecuencia que esto último acarrea. Columna Vertebral Vista Anterior Vista lateral izquierda Vista Posterior Atlas C1 Para la obtención de los resultados se reproduAjtlaso C 1un modelo de elementos finitos Axis C2 Axis C2 conformado por las cervicales C3, C4 y C5, la inclusión de un injerto óseo en la región del cuerpo vertebral de la cervical C4, y asegurado mediante una placa cervical modelo 3317/04 del catálogo OS (Ortosintese). Haciendo uso del programa ANSYS, dicho modelo de elementos finitos, fue sometido a la acción de cargas de compresión, para los casos mencionados anteriormente y los resultados analizados en conjunto con el Dr. Alejandro González Rebatu, médico cirujano de columna vertebral del Hospital 1º de Octubre.

La importancia existente entre las superficies del cuerpo vertebral y el injerto empleado para el caso de una Corporectomía es trascendental en la estabilidad de la columna vertebral y en el proceso de rehabilitación del paciente afectado.

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Fig. 3.35 Perfiles de la columna vertebral.

Las técnicas actuales demandan un abordaje de paciente por la vía anterior, mediante el cual se retira el cuerpo vertebral dañado, se preparan las superficies adyacentes y se coloca el injerto previamente preparado. Aunado a esto, se requiere asegurar dicha instrumentación con una placa cervical (figura 3.36). Finalmente, por la vía posterior (figura 3.37), se emplea alambre para conservar la posición del injerto el injerto y las cervicales implicadas y obtener una fusión de estos elementos en el tiempo necesario.

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Fig. 3.36 Uso de placa cervical por la vía anterior.

Ante esto, el paciente requiere del uso de un collarín con lo cual reposará durante el tiempo de fusión de los elementos involucrados.

Durante las revisiones periódicas se requiere conocer la posición del injerto contra las superficies de los cuerpos vertebrales, esto se verifica mediante rayos X y en caso de ser necesario, realizar nuevas intervenciones quirúrgicas para ajustar tanto los tornillos pediculares como de los alambres a bien de evitar desplazamientos que afecten a la estabilidad de la columna vertebral.

Vía Anterior Vía Posterior

Fig. 3.37 Vía anterior y posterior en un paciente.

La propuesta que se realiza en este estudio, es prescindir del empleo de los alambres, incluyendo un injerto de forma trapezoidal asegurado únicamente con la placa de cervicales y verificando que no exista un desplazamiento del injerto por mas de 3.5 mm. Ante esto, se requiere de un modelo de elementos finitos que permita variar las condiciones de carga en un rango de 35.31 N hasta el valor del entallamiento del cuerpo vertebral, el cual aproximadamente ocurre a 6376.5 N.

Fig. 3.38 Uso de los rayos X para evaluar la posición de las placas empleadas en operaciones diversas.

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Por tanto, en el presente estudio, se muestran los resultados de las corridas de elementos finitos para los casos propuestos y se verifica además el valor del desplazamiento, con la idea de establecer un procedimiento de análisis que pueda brindar información para el médico cirujano y se conozca el comportamiento del elemento estructural afectado, la intervención quirúrgica realizada, y se pueda tener un elemento auxiliar de estudio para optimizar cada uno de los elementos involucrados, llámense: Injerto óseo, placa cervical, posición de los tornillos pediculares, por mencionar alguno de ellos.

3.5.2 MODELO DE ELEMENTOS FINITOS

El análisis numérico se realizó con el programa ANSYS. En este caso, se empleó el elemento tetraédrico SOLID 95 para la malla de elementos finitos del modelo tridimensional de CAD (figura 3.39), obteniéndose con esto 95782 elementos y 157633 nodos, tal y como se observa en la figura 3.40.

Fig. 3.39 Modelo 3-D de las cervicales C3-C5 injerto y placa cervical del presente trabajo.

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Fig. 3.40 Modelo de elementos finitos mallado.

Para restringir el modelo, se ha previsto realizar un empotramiento en la base de la cervical C5 y la aplicación de cargas axiales de compresión sobre el cuerpo vertebral de C3 (figura 3.41), a los niveles propuestos al principio del artículo.

Cargas de compresión axial sobre C3.

Placa cervical

Empotramiento en C5

Fig. 3.41 Modelo de Elementos Finitos de las cervicales C3-C5 injerto y placa cervical.

Las propiedades empleadas para el estudio son las siguientes:

TABLA 3.5. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS ELEMENTOS DE ESTUDIO

PROPIEDAD VALOR UNIDADES REFERENCIA Módulo de 12 GPa Young HUESO CORTICAL [3.15] Relación de 0.2 Poisson Resistencia INJERTO OSEO en 5 -15 MPa [3.16] compresión Módulo de 102 GPa Young PLACA CERVICAL Y TONILLOS Relación de 3317/04 OS (Ortosintese Titanio 0.3 [3.17] Poisson Ti6A14V Esfuerzo de 827 MPa cedencia

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Los resultados para los esfuerzos, deformaciones y desplazamientos se obtienen mediante el Software ANSYS, empleando el criterio de von Mises. En el caso en particular, se observará que realizadas las corridas, los valores de desplazamiento existentes entre el injerto y las superficies de los cuerpos vertebrales no exceden a 3.5 mm, con lo cual se estima tener una estabilidad en la columna instrumentada.

En la tabla 3.6 se arrojan los principales valores de esfuerzos y deformaciones generados del presente estudio.

TABLA 3.6. RESULTADOS OBTENIDOS PARA LAS TRES CORRIDAS DE ELEMENTOS FINITOS.

CARGA ESFUERZO CASOS EN N MÁXIMO DESPLAZAMIENTO PROPUESTOS KG N vON MISSES MÁXIMO (mm) (MPa) CABEZA HUMANA 3,6 35,32 0,05458708 0,0003024 CASO DE LA PLACA CERVICAL 8,15495 80,00 0,124 0,0006857 [3.5] W1 50 490,50 0,75815385 0,0042 PESO DEL 65 637,65 0,986 0,0054 PACIENTE W2 100 981,00 1,51630769 0,0084 W3 150 1471,50 2,27446154 0,0126 W4 200 1962,00 3,03261538 0,0168 W5 250 2452,50 3,79076923 0,021 W6 300 2943,00 4,54892308 0,0252 W7 350 3433,50 5,30707692 0,0294 W8 400 3924,00 6,06523077 0,0336 W9 450 4414,50 6,82338462 0,0378 W10 500 4905,00 7,58153846 0,042 W11 550 5395,50 8,33969231 0,0462 W12 600 VARIA5886,00CION DE CARGAS 9,09784615 0,0504 W13 650 6376,50 9,856 0,0546

7000,00

6000,00

5000,00

S 4000,00 N O T

W 6376,50 E 3000,00 5886,00 N 5395,50 4905,00 4414,50 2000,00 3924,00 3433,50 2943,00 2452,50 1000,00 1962,00 1471,50 981,00 490,50 637,65 0,00 35,32 80,00

A A 1 E 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 N C W T W W W W W W W W 1 1 1 1 A A N W W W W M L IE U P C H A A A L P Z A L E E B W D CASOS PROPUESTOS DAOCTORADO EN CIOENCIAS JUAN ALFONSO BELTRÁN FERNÁNDEZ C S E 114 P TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

Fig. 3.42 Gráfica de los casos de estudio propuestos.

ESFUERZOS GENERADOS EN EL ENSAYO NUMÉRICO

12 ) a

P 10 9,856 M

( 9,097846154

s 8,339692308 e 8

s 7,581538462 s i 6,823384615 M 6 6,065230769 n 5,307076923 o v

4,548923077 s 4 3,790769231 o

z 3,032615385 r e 2,274461538 u

f 2 1,516307692 s 0,986 E 0,758153846 0 0,0545870770,124

CARGAS PROPUESTAS

DESPLAZAMIENTOS EGSEFNUERZAOD MOASX EIMNO E ML pEaNSAYO NUMÉRICO

Fig. 3.43 Gráfica de esfuerzos obtenidos para los casos reportados. 0,06

) 0,0546

m 0,05 0,0504

m 0,0462 (

0,042 s 0,04 o 0,0378 t

n 0,0336 e

i 0,03 0,0294

m 0,0252 a 0,021 z 0,02 a

l 0,0168 p 0,0126 s 0,01

e 0,0084

D 0,0054 0,0042

0 0,0003024 0,0006857

CARGAS PROPUESTAS

DOCTORADO EN CIENCIAS JUAN ALFONSO BELTRÁN FERNÁNDEZ 115 DESPLAZAMIENTO. MAXIMO mm TESIS DOCTORAL BIOMECÁNICA DE LA COLUMNA VERTEBRAL ANÁLISIS NUMÉRICO DE LAS CERVICALES C3-C7 ASOCIADO AL PROBLEMA LATIGAZO CERVICAL

Fig. 3.44 Gráfica de desplazamientos obtenidos para los casos reportados.

En la figura 3.45 se observan las principales zonas donde existen concentraciones de esfuerzos importantes de alguno de los casos reportados, como lo son las zonas cercanas al contacto entre las superficies del injerto con los cuerpos vertebrales adyacentes. Se observan valores por debajo de los límites de resistencia en compresión para el injerto y la placa cervical de material Ti6A14V, reportándose el mayor valor para el caso W13.

Fig. 3.45 Detalle de la zona de concentración de esfuerzos.

Por otra parte, la inclusión de la placa cervical es importante, ya que se tiene un elemento que aísla al injerto de la carga directa aplicada a la cervical C3, con lo cual se tiene oportunidad de fusionar a los elementos involucrados.

Las zonas de concentración de esfuerzos deben su valor a la presión que se ejerce entre las paredes de los cuerpos vertebrales de C3, C4 y C5 y en gran medida a la geometría del injerto, ya que al tener un efecto de acuñamiento, el injerto no se desplaza linealmente hacia la parte anterior y busca encajar en mayor medida la zona posterior.

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Fig. 3.46 Detalle general de los esfuerzos del modelo de Elementos Finitos.

Fig. 3.47 Desplazamientos obtenidos para el ensayo del modelo de Elementos Finitos.

3.5.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Los valores reportados para las deformaciones muestran un desplazamiento muy bajo en relación al injerto y las superficies de los cuerpos vertebrales adyacentes (figura 3.43). Por lo que, de acuerdo al criterio de Müller, si el desplazamiento entre dichos elementos supera los 3.5 mm se tiene una inestabilidad en la sección instrumentada y por lo tanto no se logra una correcta fusión entre los elementos. De aquí que el presente trabajo proporcione un modelo preliminar que permita evaluar situaciones diversas de carga propuestas por los médicos cirujanos con la idea de conocer el comportamiento de los elementos y determinar previa intervención la geometría adecuada del injerto óseo.

Evidentemente esto debe ser corroborado con un análisis experimental, a bien de obtener los resultados y comprobar la tendencia entre ambos métodos. Sin embargo, la optimización de recursos a través de los equipos de simulación numérica permite planificar

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El modelo representa una antesala a la evaluación de la Corporectomía y en conocimiento práctico de los elementos involucrados, llámense: Placa cervical, injerto óseo o cervicales involucradas.

3.6 SUMARIO

Hasta el momento se ha mencionado el procedimiento y secuencia necesaria para la realización del modelado numérico, el cual sin duda demanda una cantidad considerable de tiempo. También se desarrollaron ensayos necesarios en elementos que conforman la unidad de carga C3-C5, lo cual representa una parte importante en el entendimiento del comportamiento estructural de este tipo de elementos. Por otra parte se han relacionado los elementos en conjunto y determinado los desplazamientos existentes entre el injerto óseo y las bases de los cuerpos vertebrales de C3 y C5, con la finalidad de validar la configuración propuesta en este capítulo. Es importante hacer mención que los resultados mostrados en esta sección corroboran que no existen desplazamientos entre las superficies de los cuerpos vertebrales y el injerto óseo mayores a los establecidos por Muller dentro del criterio de estabilidad de la columna vertebral.

Corresponde ahora en el capítulo 4 validar dichos resultados mediante la instrumentación de especímenes porcinos, con lo cual, se obtendrán argumentos suficientes para obviar el alambrado actual que se le practica a cada paciente que requiere de este tipo de intervención.

3.7 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[3.1] ORTOSINTESE (2006), CATÁLOGO DE PRODUCTOS 2006, RUA FRIEDRICH VON VOITH, 896 – JARAGUA, BRASIL.

[3.2] RINCÓN, E., (2004), “CARACTERIZACIÓN MECÁNICA DEL MATERIAL ÓSEO”, ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR, ESPAÑA: REVISTA TECNOLOGÍA Y DESARROLLO, VOL. 2.

[3.3] SCIERT, J. L., ET AL., “ANTERIOR PLATE AND BONE GRAFT LOAD SHARING IN THE CERVICAL SPINE – A RD FINITE ELEMENT INVESTIGATION”, 23 ANNUAL MEETING OF THE AMERICAN SOCIETY OF BIOMECHANIC, 1999.

[3.4] DEPUY ACROMED, INC., “SLIM LOC, ANTERIOR CERVICAL PLATE SYSTEM”, RAYNHAM, MA, 2002.

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[3.5] SCIERT, J. L., ET AL., “ANTERIOR PLATE AND BONE GRAFT LOAD SHARING IN THE CERVICAL SPINE – A RD FINITE ELEMENT INVESTIGATION”, 23 ANNUAL MEETING OF THE AMERICAN SOCIETY OF BIOMECHANIC, 1999.

[3.6] YOGANANDAN, N. & ET. AL. (1989), EPIDEMIOLOGY AND INJURY BIOMECHANICS IN MOTOR VEHICLE RELATED TRAUMA TO THE HUMAN CERVICAL SPINE, SAE 892438, P. 223-241

[3.7] HUELKE, D. & ET. AL. (1981), CERVICAL INJURIES SUFFERED IN AUTOMOTIVE CRASHES, J. NEUROSURGERY, 54: 316-322.

[3.8] THORSON, J., (1972), NECK INJURIES IN ROAD ACCIDENTS, SCAND. J. REHABILITATION MED, 4: 110- 113.

[3.9] HOLLY, L. & ET. AL.(2002), CERVICAL SPINE TRAUMA ASSOCIATED WITH MODERATE AND SEVERE HEAD INJURY: INCIDENCE, RISK FACTORS, AND INJURY CHARACTERISTICS.

[3.10] LOWERY, D, & ET. AL. (2001), EPIDEMIOLOGY OF CERVICAL SPINE INJURY IN VICTIMS, ANN. EMERGENCY MEDICINE, 38 (1) 12-16

[3.11] MATTAR, S. (2005), CIRUGÍA DE LA COLUMNA VERTEBRAL, CIRUJANO DE LA COLUMNA, CENTRO MÉDICO VITAL, CARRERA 51 B NO. 94 – 334, BARRANQUILLA – COLOMBIA.

[3.12] BELTRÁN, J. (2005), DISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS POR LA ACCIÓN DE CARGAS DE COMPRESIÓN EN LA VÉRTEBRA CERVICAL C5, EMPLEANDO EL MÉTODO DEL ELEMENTO FINITO, CIENTÍFICA, VOL. 9, NUM 3, JULIO – SEPTIEMBRE, ISSN 1665-0654., P.P.135-142, MÉXICO.

[3.13] BELTRÁN, J. (2006), COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE UNA PLACA CERVICAL ANTERIOR CURVADA BAJO LA ACCIÓN DE CARGAS DE COMPRESIÓN, EMPLEANDO EL MÉTODO DEL ELEMENTO FINITO, PONENCIA DENTRO DEL 1ER. CONGRESO DE INGENIERÍAS CIMEEM 2006, UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA AZCAPOTZALCO, MÉXICO.

[3.14] MÜLLER, W. (1992), MANUAL OF INTERNAL FIXATION. 3ª EDICIÓN. EDITORIAL CIENTÍFICO -MÉDICA.

[3.15] CARBAJAL, M. (2005), “BIOMECÁNICA DE UN DISPOSITIVO DE FIJACIÓN INTERNA PARA EL TRATAMIENTO, MEDIANTE EL SISTEMA “DUFOO” DE PADECIMIENTOS QUE AFECTAN A LOS CUERPOS VERTEBRALES”, TESIS DE DOCTORADO, SEPI - ESIME ZACATENCO, MÉXICO.

[3.16] ORTOSINTESE (2006), CATÁLOGO DE PRODUCTOS 2006, RUA FRIEDRICH VON VOITH, 896 – JARAGUA, BRASIL.

[3.17] MOORE, CH. & ET. AL. (1987), THE EVALUATION OF A BHIPHASIC CALCIUM PHOSPHATE CERAMIC FOR USE IN GRAFTING LONG-BONE DIAPHYSEAL DEFECTS, J. ORTHOP RES, 5:356-365.

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CAPÍTULO 4

ANÁLISIS EXPERIMENTAL

CAPÍTULO 4

4.0 METODOLOGÍA PARA LA INSTRUMENTACIÓN DEL ESPÉCIMEN DE PRUEBA DENOMINADO “UNIDAD DE CARGA” C3 – C5, A TRAVÉS DE LA TÉCNICA DE CORPORECTOMÍA

Con la idea de validar el modelo de elementos finitos de la unidad de carga C3-C5, se ha previsto reproducir el experimento en especimenes porcinos, toda vez que los humanos no son fáciles de conseguir por la vía legal, y los tiempos de requisición rebasan los límites de los estudios doctorales.

Por tanto, la idea principal será someter distintos especimenes porcinos, instrumentados a través de una corporectomía cervical mediante el apoyo del Dr. Alejandro González Rebatu, Cirujano de Columna Vertebral de Hospital 1 de Octubre y Ricardo Rentería, del Grupo Distribuidor Ortopédico.

Por tanto, dicha Corporectomía cervical, requirió de cuatro especimenes preparados preliminarmente de la siguiente forma:

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4.1 PRELIMINARES PARA LAS PRUEBAS EXPERIMENTALES

De manera alterna a la creación del modelo numérico de elementos finitos, es necesario planificar las pruebas experimentales a realizar, empleando especimenes porcinos, con la finalidad de someterlos a las mismas condiciones de carga que en el caso numérico.

Para esto se debe emplear un espécimen de la sección cervical C0 (Atlas) – C7 y hervirse con cal por un lapso de 3 hrs., con la finalidad de remover los ligamentos, músculos y facilitar la limpieza de las vértebras de interés, así como disminuir la cantidad de gases producto del secado de la sangre.

Fig. 4.1 Lavado previo de la porción C0 –C7 porcina Fig. 4.2 Hervido del espécimen

Fig. 4.3 Agregado de Cal Fig. 4.4 Retiro de músculos

Por último, una vez que se retiran los excedentes de músculos y ligamentos, así como la médula espinal, se requiere sumergir y dejar reposar dicha vértebra en alcohol etílico por

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Fig 4.5 Vértebra Cervical limpia y conservada en Alcohol para su posterior secado.

4.2 METODOLOGÍA PARA LA REALIZACIÓN DE LA CORPORECTOMÍA

Partiendo del espécimen previamente limpio, para efectuar la Corporectomía se hizo uso de la siguiente metodología:

- Uso del drill para delimitar el área de trabajo - Retiro del cuerpo vertebral dañado empleando un osteotomo. - Preparación de la superficie de contacto usando el drill con punta de pera. - Corte del injerto óseo - Flexionado de la placa cervical mediante el uso de triscadores - Realización de los barrenos guía sobre la pared del cuerpo vertebral - Machueleado de los barrenos guía. - Fijación del injerto mediante la placa cervical, tornillos pediculares y seguros.

Una vez hecho esto, se someterá cada uno de los modelos a carga de compresión haciendo uso de medidores de desplazamiento (LVDT’s) para la medición de desplazamientos del injerto y las superficies de los cuerpos vertebrales.

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A continuación se muestra el proceso seguido para la instrumentación del modelo de unidad de carga C3 – C5 instrumentado con placa anterior e injerto óseo.

4.2.1 PROCEDIMIENTO EMPLEADO PARA LA REALIZACIÓN DE LA CORPORECTOMÍA CERVICAL

Las imágenes que se muestran a continuación representan las operaciones generales empleadas para instrumentar cada uno de los tres especimenes porcinos.

Fig. 4.6 Instrumental quirúrgico empleado para la corporectomia cervical.

En la figura 4.6 se observa el instrumental necesario, y la gama de placas anteriores, empleadas en operaciones de Corporectomía.

Por otra parte, en la figura 4.7, se observa la examinación realizada al espécimen, con la finalidad de identificar la cervical dañada, o bien el cuerpo vertebral que se retirará para dar espacio al injerto óseo.

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Fig. 4.7 Examinación del área de corte para la corporectomía cervical.

Una vez identificada, se procede a utilizar el Drill, el cual tiene semejanza con un mototool, y trabaja a menores revoluciones por minuto (3500 en este caso), esto último para evitar quemar el hueso.

Fig. 4.8 Corte del cuerpo vertebral mediante el Drill.

En la figura 4.8 se observa la manera como el corte debe ser preciso, marcando en primer instancia el contorno del cuerpo por retirar, y avanzando poco a poco, para acercarse cuidadosamente al canal medular. En una operación normal en pacientes humanos, esta operación es sumamente complicada, debido a que se puede tocar la medula espinal y generar con esto problemáticas diversas sobre movilidad en extremidades distintas, por tanto, la habilidad y experiencia del médico debe ser un factor importante al momento de instrumentar al paciente.

Fig. 4.9 Extracción del cuerpo vertebral mediante un osteotomo.

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Una vez delimitada la zona, en la figura 4.9 se observa el uso de la herramienta auxiliar denominada: Osteotomo, el cual permite extraer el cuerpo vertebral de manera sencilla y sin dañar las paredes laterales de la vértebra en estudio.

Fig. 4.10 Preparación de las superficies del cuerpo vertebral con la punta de pera del Drill.

En la figura 4.10, por tanto, se observa que la preparación de las superficies de la vértebra es realizada mediante una punta en forma de pera y el Drill. La finalidad de esta operación es obtener una superficie adecuada para lograr un acoplamiento entre el injerto y los cuerpos vertebrales.

Fig. 4.11 Corte del injerto óseo y adecuación a la zona de instrumentación.

Una vez que se tiene una zona preparada, se realiza una adecuación del injerto en la zona de interés (Figura 4.11), y se corta con el Drill y un disco abrasivo el injerto, para darle la forma trapezoidal necesaria para la zona en donde se implantará.

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Fig. 4.12 Doblado o flexionado de la placa cervical mediante el uso de un triscador.

En la figura 4.12 se observa el uso de un triscador, el cual permite flexionar la placa cervical para ajustarse a la curvatura normal de la columna vertebral. En este caso, se prevé una angulación de placa de 11º.

Fig. 4.13 Localización de la posición de los barrenos.

En la figura 4.13 se procede a localizar la posición de los barrenos en los cuales habrán de colocarse los tornillos que asegurarán la placa cervical.

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Fig. 4.14 Taladrado guía de los barrenos.

En la figura 4.14, se observa la forma en la que se realizan los barrenos guía sobre el cuerpo vertebral, auxiliándose del Drill.

Fig. 4.15 Preparación y localización de la guía de taladrado y broca para los barrenos.

La siguiente operación radica en realizar barrenos para alojar los tornillos de ∅ = 4 mm. (Modelo 3317/04 del catálogo OS (Ortosintese)) [4.2] a través de una broca y su guía correspondiente, tal y como se observa en las figuras 4.15 y 4.16.

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Fig. 4.16 Barrenado del cuerpo vertebral.

La colocación de los tornillos se observa en la figura 4.17, así como su aseguramiento mediante el uso de seguros. En este caso correspondientes al modelo 3318 del catálogo de OS (Ortosintese) [4.2].

Fig. 4.17 Fijación de los tornillos y seguros.

La placa cervical empleada para este espécimen corresponde al modelo 4774/07 del Catálogo OS (Ortosintese) [4.2], debido a las dimensiones requeridas por el tamaño del espécimen. Esta se observa en las figuras 4.17 y 4.18.

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Fig. 4.18 Espécimen instrumentado final.

En la figura 4.18 se observa el espécimen instrumentado, el cual se someterá a cargas de compresión a niveles de 50 – 650 Kg. Tal y como se ha venido mencionado en capítulos anteriores al presente.

El equipo de trabajo que ha brindado el apoyo en la realización de la instrumentación de los especimenes y el uso del instrumental se observa en la figura 4.19.

A B Fig. 4.19 Equipo de trabajo: A: Dr. Alejandro González Rebatu B: Ricardo Rentería Hospital 1º de Octubre Grupo Distribuidor Ortopédico

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4.3 COMPARACIÓN ENTRE EL MODELO NUMÉRICO Y EL EXPERIMENTAL

Resulta de gran interés comparar los modelos tanto numérico como experimental, a bien de obtener un criterio bajo el cual pueda estimarse el resultado esperado (Figura 4.20). También para evaluar la complejidad del problema por resolver.

La hipótesis planteada intenta demostrar que los efectos producidos en el modelo experimental correspondan al modelo numérico, y con esto validar los resultados que en un futuro se generen. De generarse lo anterior, se podrían por tanto tener pruebas numéricas distintas solicitadas por los cirujanos de columna vertebral haciendo uso del modelo de elementos finitos que se presenta, logrando optimizar tanto recursos materiales, como el empleo de especimenes animales o humanos en su caso, ya que es importante mencionar que el costo de las placas cervicales de Titanio Ti6Al 4V, asciende a $10600 pesos mexicanos cada una.

Por otra parte, se estima también la posibilidad de reducir significativamente los tiempos de recuperación para los pacientes que requieren de una instrumentación de este tipo, ya que las distintas pruebas numéricas darían la posibilidad de mejorar aspectos de la técnica de abordaje, o bien, la detección de los puntos que se afecten de la menor manera a niveles de esfuerzos a través del uso de los elementos necesarios en la corporectomía cervical.

Fig. 4.20 Comparación de los modelos numérico y experimental.

4.4 INSTRUMENTACIÓN DE LOS ESPECÍMENES DE PRUEBA

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Se ha previsto el diseño de un dispositivo de sujeción para realizar las pruebas de compresión experimentales a los especímenes que hasta el momento se tienen preparados e instrumentados. Dicho diseño obedece a un dispositivo manufacturado en Aluminio y Acero Inoxidable AISI-306L y especialmente adaptado para una prensa MTS con capacidad de 1 Tonelada.

De tal forma que en la figura 4.21 se muestra la configuración geométrica del dispositivo previsto. 2 PIEZAS ∅140 ∅115 ∅100

Fig. 4.21 Vista frontal del dispositivo de sujeción previsto para la prueba experimental [4.3] ∅140 ∅115 ∅100

Fig. 4.22 Vista superior del dispositivo de sujeción previsto para la prueba experimental [4.3]

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4 PIEZAS

Fig. 4.23 Especificaciones de los pernos y guias cilíndricas para la prueba experimental [4.3] Por otra parte, se hará uso de un sensor de desplazamiento vertical LVDT modelo SDP-50C, con el cual se obtendrá el valor de los desplazamientos laterales entre las superficies de los cuerpos vertebrales C3 y C5 y las del injerto óseo.

Las especificaciones del sensor se anexan al final del presente reporte.

Fig. 4.23 Sensor de desplazamiento SDP-50C.

Así mismo, se hará uso de dicho sensor en coordinación con el sistema de adquisición de datos RS-6000 y el software Smart-strain con lo cual se obtendrá el rango de

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4.5 SUMARIO

Hasta el momento se han reportado los valores obtenidos para las pruebas experimentales de acuerdo a la metodología empleada para la instrumentación de los especímenes porcinos, los cuales fueron sometidos a distintas cargas de compresión y strain-rate en la prensa universal MTS empleando para esto el equipo necesario para obtener el desplazamiento del injerto óseo. La obtención de los resultados valida la hipótesis planteada y el modelo numérico descrito en el capítulo 3. Es importante recalcar, que el uso de especímenes porcinos y no humanos corresponde a la disponibilidad y problemática legal que existe en el país para el uso de estos. Sin embargo, las tendencias que se obtuvieron sobre los comportamientos mecánicos de cada uno de los especímenes brindan certidumbre y lógica sobre lo ocurrido a nivel estructural. Por tanto, el análisis de resultados del capítulo siguiente permitirá asociar los resultados numérico – experimentales con el criterio medico que beneficie al paciente.

4.6 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[4.1] MÜLLER, W. (1992), MANUAL OF INTERNAL FIXATION. 3ª EDICIÓN. EDITORIAL CIENTÍFICO-MÉDICA. [4.2] ORTOSINTESE (2006), CATÁLOGO DE PRODUCTOS 2006, RUA FRIEDRICH VON VOITH, 896 – JARAGUA, BRASIL. [4.3] RODRÍGUEZ, R. (2006), “CONTRIBUCIÓN DEL DISCO INTERVERTEBRAL A LA INESTABILIDAD DE LA COLUMNA VERTEBRAL”, REPORTE DE TESIS PREDOCTORAL, SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN, IPN-ESIME ZACATENCO, MÉXICO.

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CONCLUSIONES

Una vez que se han realizado las pruebas numéricas y experimentales correspondientes, y de observar los resultados obtenidos, se puede concluir lo siguiente:

- Que los desplazamientos lineales obtenidos para el ensamble del segmento de cervical C3-C5 con el injerto óseo no superan el límite permisible de 3.5 mm. - Lo anterior es importante, ya que valida la instrumentación de espécimen y el modelo numérico en relación con las referencias bibliográficas. - Coadyuva también a la estabilidad de la columna vertebral, a pesar de haber suprimido un elemento (C4) y haber injertado uno ajeno, en este caso el injerto óseo. - Que la distribución uniforme de la carga sobre el cuerpo vertebral de C3 beneficia en la distribución de los esfuerzos sobre las caras del injerto. - Mientras que una superficie no paralela genera elevaciones en los casos reportados para la vértebra C5. - Que serán vitales las pruebas experimentales para validar lo obtenido en los ensayos numéricos, a bien de corroborar que los desplazamientos de injerto óseo no superen los 3.5 mm.

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- Que la forma de cuña del injerto óseo influye en la disminución de los desplazamientos que se generan y por otra parte coadyuva en la corrección de la curvatura de la sección cervical instrumentada, así como de la columna vertebral en general. - Que los resultados obtenidos aportan información adicional en estudios de cervicales, en cuanto al comportamiento del injerto y sus desplazamientos con relación a las vértebras adyacentes. Y que de acuerdo al estado del arte, no existen estudios similares. - Que la validación tanto de modelo numérico como del experimental desencadenarán una serie de modificaciones a la terapia de los pacientes, así como disminuirán el uso del collarín Filadelfia como medio de rigidización y aislamiento de la zona de instrumentación, ya que no se tienen desplazamientos significativos del injerto hacia las vértebras afectadas. - Que la placa cervical permite disminuir esfuerzos al injerto óseo en su proceso de fusión con las vértebras adyacentes, y por tanto, los desplazamientos se ven disminuidos. - Que el uso de especímenes porcinos y no humanos corresponde a la disponibilidad y problemática legal que existe en el país para el uso de estos. Sin embargo, las tendencias que se obtengan sobre los comportamientos mecánicos de cada uno de los especímenes brindarán un panorama lógico sobre lo ocurrido a nivel estructural. - Que a pesar de ser biológicamente distintos el origen de las vértebras porcinas en relación a las de humano, y que la disposición de un cerdo es en cuatro patas contra la posición humana sobre dos pies, la curvatura o lordosis que el cerdo describe cuando levanta la cabeza, permite tener una adecuada relación contra las de humano en un movimiento de flexión – compresión. - Por otra parte, en la planeación de la experimentación con el Dr. Alejandro González Rebatu, se determinó que la configuración geométrica de las vértebras cervicales porcinas, de cordero o de un babuino en cuanto a las articulaciones, carillas, arco neural, cuerpo vertebral y apófisis laterales permiten ser relacionadas con las de un humano a nivel experimental.

TRABAJO FUTURO

En virtud de concluir el presente trabajo, se propone el siguiente listado de actividades pendientes:

- Realización de un mayor número de ensayos experimentales sobre especímenes de cordero, con la finalidad de obtener diferencias contra los empleados en el caso de los porcinos.

- Validar los resultados numéricos de un nuevo modelo de elementos finitos con las propiedades mecánicas del hueso de cordero, mediante dichas pruebas experimentales.

- Revisión del modelo de Elementos finitos, para modificar los valores de las propiedades mecánicas de humano por las de cerdo y valorar la solución al

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problema para los casos planteados. A partir de ello emitir conclusiones correspondientes.

- Discutir y proyectar las repercusiones de los resultados del presente trabajo hacia la técnica actual de corporectomía y la terapia de rehabilitación de los pacientes.

- Contribuir con un mayor número de artículos internacionales en revistas considerados en el ISI data base, con la idea de profundizar el tema en revistas.

- Continuar con la divulgación del trabajo de investigación en congresos nacionales e internacionales, así como publicar también en revistas de circulación nacional, tal y como: Científica, Acta Ortopédica, Revista Mexicana de Física.

- Trabajar de manera estrecha con el sector médico para generar soluciones inmediatas que mejoren la calidad de vida de los pacientes con diversos problemas de columna vertebral.

- Ingresar al SNI y enaltecer al Instituto Politécnico Nacional en tareas de investigación, formación de recursos humanos y dignificación del trabajo docente.

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ANEXOS

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OTRAS PUBLICACIONES

• Beltrán, J. (2004), Líneas de Investigación en Biomecánica”, EX-INTERNOS POLITECNICOS, A.C, XI Comité Directivo Nacional, Julio, México. • Beltrán, J. (2004), Análisis de Esfuerzos en el Área Biomédica, ASOCIACIÓN MEXICANA DE EXDIRECTORES DE ESCUELAS, CENTROS Y UNIDADES DEL I.P.N, A.C, Junio, México. • Beltrán, J. (2004), Analysis of the cervical vertebra C5 under loads of compression using the Method of the Finite Element, CONGRESO CANCUN 2004, Agosto, México. • Beltrán, J. (2004), Biomecánica de C5 a compresión mediante el Método del Elemento Finito, GRUPO SSC – IV CONFERENCA DE DISEÑO E INGENIERIA POR COMPUTADORA, Guanajuato, Octubre, México. • Beltrán, J. (2005), Analysis of the Stress State in a C3 – C5 load unit of a cervical section under compression loading using the Finite Element Method, CONGRESO CANCUN 2005, Agosto, México. • Beltrán, J. (2004), Efecto de las cargas de compresión en la vértebra cervical C5, empleando el método del Elemento Finito, 8º CONGRESO NAL. DE INGENIERIA ELECTROMECANICA Y DE SISTEMAS, Noviembre, México. • Beltrán, J. (2005), Distribución de esfuerzos por la acción de cargas de compresión en la vértebra cervical C5, empleando el método del elemento finito, Científica, Vol. 9, Num 3, Julio – Septiembre, issn 1665-0654., p.p.135-142, México. • Beltrán, J.,(2005), Algunos resultados preliminares de Investigación en Biomecánica en la ESIME, ACADEMIA DE INGENIERIA, A.C., Agosto, México. • Radio Con Ciencia, Grupo Fórmula, CONACYT, Tema: BIOMECÁNICA., Integrante del grupo de trabajo, Octubre (2005) • Beltrán, J. (2006), Comportamiento mecánico de una placa cervical anterior curvada bajo la acción de cargas de compresión, empleando el método del elemento finito, Ponencia dentro del 1er. congreso de ingenierías CIMEEM 2006, Universidad Autónoma Metropolitana Azcapotzalco, México. • Artículo periodístico, Periódico REFORMA, Sección Cultura, Enero 12, 2006, Tema: Crean prótesis virtual • Participación en el 1er. Foro empresarial Unidad UPDCE, IPN. • Participación en el primer foro de discapacidad, UPDCE, IPN, ESIME Allende. • Entrevista de radio, LA PIRINOLA, Grupo IMER, Abril, 2006. • Beltrán, J. (2006), Comportamiento mecánico estructural del injerto óseo en la unidad de carga, bajo la acción de cargas de compresión empleando el método del elemento finito, CONGRESO CANCUN 2006, Agosto, México

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- PUBLICACIÓN INTERNACIONAL:

o “MECHANICAL BEHAVIOR OF A CALCIUM PHOSPHATE CERAMIC BONE GRAFT USED IN THE REHABILITATION OF A C4 HUMAN VERTEBRA” publicada en TRANSTECH PUBLICATIONS, APPLIED MECHANICS AND MATERIALS VOLS. 7 – 8”, dentro del marco de la 5th BSSM Internacional Conference on Advances in Experimental Mechanics del 4-6 de Septiembre de 2007, en Schuster Building, Machester University, United Kingdom. Esta revista se puede encontrar en la base de datos de http://www.scientific.net como AUTOR.

- Artículo “Análisis de fatiga térmica en una boquilla de enfriamiento de un reactor BWR, por el método del Elemento Finito” en coautoría en la Revista CIENTIFICA, Vol. 11 Número 3, correspondiente a Julio – Septiembre de 2007. Indexada al listado de revistas consideradas dentro del padrón de excelencia de CONACYT.

- Segundo Congreso Científico Tecnológico IME, FES Cuautitlán, UNAM. (3 trabajos como ponente)

- Beltrán, J. (2007), XVI Internacional Materials Research Congreso/ VI Nacional Engineers Nace Internacional Section Mexico, 30 de Octubre de 2007.

FORMACIÓN DE RECURSOS HUMANOS

TITULO O SUSTENTANTE FECHA NIVEL PARTICIPACION SINODAL Y Tesis Colectiva – Enrique Alejandro Hernández SEGUNDO VOCAL Rosas y Cols. 15-12-2003 LICENCIATURA EN JURADO Tesis Individual - Diseño y Construcción de Mástil DIRECTOR DE para operaciones de Registro en Plataformas LICENCIATURA TESIS Y marinas deshabitadas validado por el Método del 24-06-2004 PRESIDENTE DE Elemento Finito – Moisés Jiménez Martínez JURADO DIRECTOR DE TESIS Tesis Colectiva - Diseño de una incubadora híbrida- Y PRIMER VOCAL solar-eléctrica. – Alfredo Soto Romero y Cols. 14-01-2005 LICENCIATURA DE JURADO Tesis colectiva - Análisis numérico - experimental del brazo Pitman del sistema de suspensión del DIRECTOR DE TESIS Volkswagen sedan usando el método del elemento LICENCIATURA Y SECRETARIO EN finito y la técnica de fotoelasticidad reflectiva – 31-01-2006 JURADO Rafael Berver Ríos, César Eduardo Félix Heredia, Oscar Damian Ruíz Muñoz. Tesis individual – Estudio numérico de la DIRECTOR DE herramienta para el control del efecto de pozo en TESIS Y PRIMER pruebas de inyección para su optimización – 19-04-2006 LICENCIATURA VOCAL EN JURADO Rodolfo Solorio Aguilar

CONGRESOS Y PONENCIAS

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NOMBRE FECHA INSTITUCIÓN PARTICIPACION TIPO 7º Congreso Nacional de Ingeniería 3-Nov-2003 7º CONGRESO NAL. DE ASISTENTE NAL Electromecánica y de Sistemas INGENIERIA ELECTROMECANICA Y DE SISTEMAS Análisis de Esfuerzos en el Área Médica 03-Jun-2004 AMEECUIPN EXPOSITOR NAL Líneas de Investigación en Biomecánica 03 – Jul - 2004 EX –INTERNOS EXPOSITOR NAL POLITECNICOS, A.C - EIPAC V Semana Técnica de Ingeniería Mecánica 19-Ago-2004 SCHNEIDER Electric – IPN EXPOSITOR NAL de la ESIME Unidad Culhuacán ESIME UC Analysis of the cervical vertebra C5 under 22-26 Ago - 2004 ACADEMIA MEXICANA DE SPEAKER INT loads of compression using the Method of CIENCIA DE MATERIALES – the Finite Element IMRC 2004 Biomecánica de C5 a compresión 27 – 29 Oct - GRUPO SSC – IV PONENTE NAL mediante el Método del Elemento Finito 2004 CONFERENCA DE DISEÑO E INGENIERIA POR COMPUTADORA Esfuerzos Analizados mediante el Método 27 – 29 Oct - GRUPO SSC – IV PONENTE NAL del Elemento Finito de un Fijador Interno 2004 CONFERENCA DE DISEÑO E para columna INGENIERIA POR COMPUTADORA Análisis de Esfuerzos mediante el Método 27 – 29 Oct - GRUPO SSC – IV PONENTE NAL del Elemento Finito de un engrane recto 2004 CONFERENCA DE DISEÑO E sometido a cargas puntuales y de INGENIERIA POR superfice COMPUTADORA Efecto de las cargas de compresión en la 15-19-Nov-2004 8º CONGRESO NAL. DE PONENTE NAL vértebra cervical C5, empleando el INGENIERIA método del Elemento Finito ELECTROMECANICA Y DE SISTEMAS Análisis Biomecánico de esfuerzos en la 15-19-Nov-2004 8º CONGRESO NAL. DE PONENTE NAL región acetabular de una pelvis humana INGENIERIA mediante el método del Elemento Finito ELECTROMECANICA Y DE SISTEMAS Implementación del control PID para un 15-19-Nov-2004 8º CONGRESO NAL. DE PONENTE NAL grado de libertad de un manipulador INGENIERIA robótico ELECTROMECANICA Y DE SISTEMAS Determinación de esfuerzos a flexión en 15-19-Nov-2004 8º CONGRESO NAL. DE PONENTE NAL dientes de engrane recto sometidos a INGENIERIA cargas puntuales y uniformemente ELECTROMECANICA Y DE repartidas SISTEMAS Análisis de esfuerzos de un sistema fijador 15-19-Nov-2004 8º CONGRESO NAL. DE PONENTE NAL de cuerpos de Nylacero para vértebras INGENIERIA lumbares ELECTROMECANICA Y DE SISTEMAS Contribución del disco intervertebral en la 15-19-Nov-2004 8º CONGRESO NAL. DE PONENTE NAL inestabilidad de la columna vertebral, INGENIERIA análisis experimental ELECTROMECANICA Y DE SISTEMAS Analysis of the Stress State in a C3 – C5 21-25 Ago - 2005 ACADEMIA MEXICANA DE SPEAKER INT load unit of a cervical section under CIENCIA DE MATERIALES – compression loading using the Finite IMRC 2005 Element Method. Contribución del disco intervertebral a la 21-25 Ago - 2005 ACADEMIA MEXICANA DE SPEAKER INT inestabilidad de las fracturas CIENCIA DE MATERIALES – IMRC 2005 Algunos resultados preliminares de 18-Ago-2005 ACADEMIA DE INGENIERIA, PONENTE NAL. Investigación en Biomecánica en la ESIME A.C. Evaluación de la calidad docente para la 21-Febrero-2005 PONENTE NAL implementación del Nuevo Modelo al 01-Julio - 2005 IPN - ESIQIE Educativo en escuelas del Instituto Análisis de esfuerzos estáticos (numérico- 12 al 14 de 7° CONGRESO PONENTE INT experimental) en un chasis de un auto Octubre del IBEROAMERICANO DE SAE Mini-Baja. 2005 INGENIERÍA MECÁNICA ORGANIZADO POR EL IPN Y AMIME De los grippers de pinzas a las manos 14 al 18 de 4° CONGRESO PONENTE INT robóticas multiarticuladas: La evolución Noviembre del INTERNACIONAL DE de los efectores finales 2005 INGENIERÍA

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ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS Análisis cinemática del dedo índice de la 14 al 18 de 4° CONGRESO PONENTE INT mano: Estudio preliminar Noviembre del INTERNACIONAL DE 2005 INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA Y DE SISTEMAS Comportamiento mecánico de una placa 27 de Abril del 1° CONGRESO DE PONENTE NAL cervical anterior curvada bajo la acción de 2006 INGENIERÍA MECÁNICA, cargas de compresión, empleando el ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y Método del Elemento Finito MECATRÓNICA (CIMEEM) 2006 UAM AZCAPOTZALCO Comportamiento mecánico estructural de 20 al 24 de XV INTERNATIONAL PONENTE INT un injerto óseo en una unidad de carga Agosto del 2006 MATERIALS RESEARCH para la sección cervical C3-C5 bajo la CONGRESS 2006, SYMPOSIUM acción de cargas de compresión, 14 MECÁNICA DE FRACTURA, empleando el Método del Elemento Finito ACADEMIA MEXICANA DE CIENCIA DE MATERIALES, CANCÚN, QUINTANA ROO Estudio numérico-experimental del disco 20 al 24 de XV INTERNATIONAL PONENTE INT intervertebral para establecer su Agosto del 2006 MATERIALS RESEARCH contribución en la inestabilidad de la CONGRESS 2006, SYMPOSIUM columna vértebra 14 MECÁNICA DE FRACTURA, ACADEMIA MEXICANA DE CIENCIA DE MATERIALES, CANCÚN, QUINTANA ROO Estudio numérico-experimental del disco 20 al 24 de XV INTERNATIONAL PONENTE INT intervertebral para establecer su Agosto del 2006 MATERIALS RESEARCH contribución en la inestabilidad de la CONGRESS 2006, SYMPOSIUM columna vértebra 14 MECÁNICA DE FRACTURA, ACADEMIA MEXICANA DE CIENCIA DE MATERIALES, CANCÚN, QUINTANA ROO Estudio numérico-experimental del disco 20 al 24 de XV INTERNATIONAL PONENTE INT intervertebral para establecer su Agosto del 2006 MATERIALS RESEARCH contribución en la inestabilidad de la CONGRESS 2006, SYMPOSIUM columna vértebra 14 MECÁNICA DE FRACTURA, ACADEMIA MEXICANA DE CIENCIA DE MATERIALES, CANCÚN, QUINTANA ROO Comportamiento mecánico estructural de 19-20 de Abril PRIMER FORO NACIONAL DE PONENTE NAL cervicales C3-C5 bajo cargas de del 2007 BIOMECÁNICA, compresión. ORGANIZADO POR CIATEC- CONACYT, LEÓN, GTO. ABRIL 2007

DIVULGACION EN MEDIOS INFORMATIVOS - Artículo periodístico, Periódico REFORMA, Sección Cultura, Enero 12, 2006, Tema: Crean prótesis virtual - Participación en el 1er. Foro empresarial Unidad UPDCE, IPN. - Participación en el primer foro de discapacidad, UPDCE, IPN, ESIME Allende. - Entrevista de radio, LA PIRINOLA, Grupo IMER, Abril, 2006. - Entrevista de radio, LA PIRINOLA, Grupo IMER, Febrero, 2007.

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