Title: As funções da coluna vertebral e os princípios AO Spine

Autor | Objetivos | Índice

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AUTOR | EDITOR

- Autores: Luiz Roberto Gomes Vialle, Emiliano Vialle, Ramon Venzon Ferreira
- Editor: Néstor Fiore
- Año: 2022

OBJETIVOS

- Focar nas funções da coluna vertebral.
- Descrever os princípios AOSpine utilizados nas patologias vertebrais.

ÍNDICE

- Conceitos gerais
- Funções da coluna vertebral
- Os princípios AO Spine
- Bibliografía

Conceitos gerais

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Conceitos gerais

O estudo da biomecânica da coluna vertebral constitui uma das bases para a compreensão do tripé diagnóstico-dor-tratamento das afecções raquidianas.

A primeira descrição biomecânica da coluna é atribuída a Giovanni Alfonso Borelli no capítulo XII de sua obra “De Motu Animalium” em 1680[1], [2]. Em sua época, a biomecânica era conhecida como iatrofísica, ou seja, física aplicada à medicina e cirurgia [1], e este trabalho lhe valeu o título de “Pai da biomecânica vertebral” [1], [2].

Panjabi e White [3] postularam que a biomecânica é o nome dado às consequências da interação da anatomia com as forças e movimentos de um segmento. A coluna suporta as cargas e permite, ao mesmo tempo, liberdade de movimento dentro de limites fisiológicos [4], mantendo assim sua estabilidade.

A estabilidade de qualquer sistema de coluna depende da característica de fixação das extremidades e da forma inicial da coluna [4].

A forma das curvas fisiológicas da coluna aumenta a flexibilidade e a capacidade de absorver impacto, mantendo, ao mesmo tempo, uma estabilidade adequada nas articulações intervertebrais.

Em termos físicos, uma estrutura é instável quando não está em seu estado de equilíbrio. Na coluna, este equilíbrio é mantido pelos elementos estabilizadores (músculos, ligamentos e partes moles) e a geometria óssea. Caso estes elementos estabilizadores estejam estirados ou lesionados, a função será prejudicada.

A coluna vertebral é uma estrutura tridimensional. Desta maneira, uma força em uma direção pode levar ao desvio em outra, fazendo que um segmento seja estável em uma direção e instável em outra [5].

As funções da coluna vertebral

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As funções da coluna vertebral

As funções da coluna vertebral são essencialmente a estabilidade, a mobilidade, o alinhamento e a proteção do sistema nervoso.

Estabilidade

Interação 1

Q: De acordo com os estudos de pressão intradiscal de nachemson e morris, em qual posição a pressão intradiscal é menor?
- Sentado
- Em pé
- Em decúbito lateral (correct)

Durante a flexão, extensão e inclinação, o disco sofre alterações: forma uma protuberância no lado côncavo da curva e se estica no lado convexo. Com a coluna flexionada, o disco se estica na sua borda posterior, reduzindo um impacto potencial com a medula. Além disso, em uma posição de flexão, há um aumento nas cargas discais com uma diminuição nas cargas facetárias e um aumento no diâmetro foraminal.

As cargas de torção são as mais prejudiciais ao disco intervertebral, sendo este a primeira estrutura que falha quando este padrão de carga é aplicado.

As cargas de cisalhamento repercutem sobre os discos, mais na periferia do que em suas porções centrais. Estas forças são geradas nos discos inclinados ou flexionados quando se levanta peso. Alguns estudos [6] mostram que, clinicamente a falha do anel fibroso por forças exclusivas de cisalhamento é extremamente rara, sendo que a ruptura ocorre mais provavelmente por combinação de inclinação, torção e tensão.

Nachemson e Morris [1] determinaram as variações de pressão intradiscal lombar de acordo com a posição do indivíduo. Na posição sentada, foram observadas as pressões mais altas (10-15 kg/cm2), reduzindo aproximadamente 30% em ortostatismo e 50% em decúbito lateral. As cargas suportadas pelos discos lombares distais são de até 175 kg na posição sentada e até 120 kg em ortostatismo. As forças de tensão (6-8 kg/cm2) existem na porção posterior do anel fibroso, o que fortalece a teoria mecânica da produção de rupturas anulares posteriores.

Em estudos mais recentes foram confirmadas as variações nas pressões discais descritas por Nachemson, e foi demonstrado pela primeira vez que a posição sentada com extensão leve da coluna apresenta uma pressão discal menor do que em repouso de pé. Também foi demonstrado que a pressão intradiscal ao acordar pode ser até 240% maior que ao iniciar uma noite de sono, devido à hidratação do disco intervertebral durante o sono [6].

Comparação entre o estudo de Nachemson e Wilke [6].

Os ligamentos são estruturas uniaxiais que resistem às forças de tensão, porém perdem sua rigidez à compressão. Os ligamentos possuem algumas características básicas, embora muitos deles cumpram funções opostas. Devem permitir um movimento fisiológico adequado e uma atitude postural fixa entre as vértebras com um mínimo de gasto energético-muscular. Devem proteger a medula nas atividades diárias, através da restrição de movimentos dentro de limites fisiológicos bem definidos. Devem proteger a medula em situações traumáticas em que são aplicadas grandes cargas em altas velocidades. Nestas situações, o deslocamento deve ser restrito e a alta energia aplicada subitamente deve ser absorvida e dissipada.

Existem sete ligamentos que realizam estas funções: Ligamento longitudinal anterior, ligamento longitudinal posterior, ligamento intertransverso, ligamento intracapsular, ligamento interespinhoso, ligamento supraespinhoso, e ligamento amarelo.

Esquema representando as diferentes estruturas de ligamentos [3], [7].

O ligamento amarelo, por exemplo, apresenta um pré-tensionamento basal de aproximadamente 15% quando a coluna está em posição neutra. Esta característica impede que, durante uma extensão completa, quando o ligamento está relaxado e reduzido em aproximadamente 10%, haja uma protrusão do mesmo para dentro do canal. Esta pretensão varia com a idade, sendo de aproximadamente 18 N nos jovens e de 5 N nos adultos. Em uma situação de flexão completa, o ligamento amarelo aumenta sua tensão em 35%. Um aumento adicional de 20%, em uma situação de trauma, resultaria em sua ruptura.

Podem ser elaboradas algumas conclusões sobre os ligamentos e o ligamento amarelo em particular:

- Durante os movimentos fisiológicos é necessária pouca força para mover a coluna (rigidez dos ligamentos). Esta alta mobilidade encontra-se limitada pelo aumento da rigidez na medida em que se aproximam aos limites de mobilidade normais.
- Quando há cargas traumáticas, a força média, a rigidez e a energia absorvida sobre os ligamentos aumentam respectivamente 17, 75 e 7 vezes. Assim, no movimento normal, há pouca resistência com pouco gasto de energia
- Contudo, em situações traumáticas, a resistência aumenta através de mecanismos protetores da medula. A falha nos ligamentos pode ocorrer em sua substância (baixas velocidades) ou em suas inserções ósseas (altas velocidades).

A vértebra está composta por uma estrutura periférica de osso cortical com osso esponjoso em seu interior. A perda óssea é a maior causa de perda de resistência vertebral.

Porcentagem de carga que o osso esponjoso suporta de acordo com a idade.

Morbidade

Interação 2

Q: Qual o setor que apresenta mais rotação intervertebral?
- Coluna Torácica
- C1-C2 (correct)
- Coluna Lumbosacral

A unidade funcional espinhal (ou segmento móvel, como é comumente conhecida) é o menor segmento vertebral que exibe características biomecânicas semelhantes às da coluna inteira. Consiste em duas vértebras adjacentes e seus tecidos de conexão e ligamentos. No segmento torácico, estão incluídas as articulações costovertebrais.

Para entender melhor esta estrutura, é necessário considerar a localização especial e tridimensional da coluna vertebral no plano cartesiano.

Esquema corporal nas 3 dimensões [7].

O comportamento mecânico do segmento depende, entre outras coisas, das propriedades físicas dos discos intervertebrais, ligamentos e facetas articulares. A coluna é composta por múltiplos segmentos móveis em série, e o comportamento final é o resultado dos comportamentos de cada unidade.

A flexoextensão é bem evidente na coluna cervical e lombar. A inclinação lateral apresenta sua maior amplitude na coluna cervical média, se mantém constante na coluna torácica e sofre um pequeno aumento na transição toracolombar. A rotação axial apresenta sua maior amplitude efetiva no segmento C1-C2, apresentando uma diminuição progressiva nos segmentos distais, com exceção de L5.

Esquema mostrando a amplitude dos diferentes movimentos por setores [3].

Os movimentos realizados pelas unidades vertebrais nos diferentes eixos são os seguintes:

Movimentos do segundo móvel de acordo com diferentes eixos [7].

Na coluna, o plano de rotação é definido pela posição do eixo instantâneo de rotação e pela magnitude desta rotação sobre o mesmo. Para todo movimento de um segmento corporal em um plano, existe uma linha que não sofre deslocamento no plano em questão é o denominado Eixo Instantâneo de Rotação (EIR).

Evidencia-se que o ponto não se move durante um movimento de rotação do segmento vertebral analisado. Definição do IER [4].

O acoplamento: refere-se ao movimento no qual a rotação ou translação estão fortemente associadas com a rotação ou translação em outro eixo. Os padrões de acoplamento na mecânica da coluna dependem, entre outros fatores, da forma, das orientações e da posição das facetas articulares. Estes padrões, na realidade, permitem os movimentos característicos de cada segmento da coluna vertebral.

Esquema que mostra diferentes orientações das articulações posteiores [3].

Alinhamento

Interação 3

Q: Com o envelhecimento, existe uma tendência da coluna torácica causar um desequilibrio em cifose. A compensação lombar produz:
- Anteroversão pélvica
- Retroversão pélvica (correct)

A partir do momento em que o homem evolui para o bipedismo, o esqueleto adota claramente uma postura que leva o crânio a estar alinhado com a pelve, a fim de manter tanto o equilíbrio sagital quanto coronal. Assim, a pelve se torna uma parte especial da importante evolução na aquisição da postura ereta. A partir deste ponto, diferentes modificações do corpo seguem uma após a outra, chegando à configuração final de uma coluna vertebral reta no plano coronal e com forma de S no plano sagital, com lordose cervical, cifose torácica, lordose lombar e cifose sacral. Entender o alinhamento normal da coluna é um ponto crítico no planejamento e execução de diversos procedimentos cirúrgicos. O crescente interesse no perfil sagital advém da insatisfação com os resultados no longo prazo das correções cirúrgicas, principalmente na região lombar.

Durante muitos anos, a avaliação do plano coronal era considerada como a única medida relevante no tratamento da escoliose. As implicações clínicas do desequilíbrio coronal grave, principalmente na coluna torácica, são bem conhecidas levando à redução da área para o pulmão e coração, levando tardiamente à hipertensão pulmonar; e insuficiência cardíaca e respiratória. Estes foram os principais objetivos da correção da escoliose em crianças, adolescentes e adultos. Na coluna lombar, as consequências da progressão de curvas escolióticas não são tão graves se a comparamos com a coluna torácica. Em pacientes adultos, a presença de listese lateral é um dos sinais indicadores de instabilidade e risco de progressão da deformidade.

Observada em perfil, a postura ereta é representada por um conjunto de segmentos corporais articulados: o tronco é articulado com a pélvis e esta, com os membros inferiores na região da cintura, visualizando uma postura estável com o menor gasto de energia possível.

As artrodeses de coluna e a correção de deformidades alteram significativamente a relação entre a cifose torácica e a lordose lombar fisiológica, gerando problemas antes inexistentes, como flat back (ou perda da lordose lombar); descompensações da transição toracolombar; e sobrecarga de discos intervertebrais da transição lombossacral.

A avaliação dos parâmetros espinopélvicos serve como base na compressão dos processos degenerativos lombares e na decisão terapêutica.

Com o envelhecimento, existe uma tendência da coluna torácica em causar um desequilíbrio em cifose.

Esquema mostrando a coluna vertebral normal e o efeito da degeneração do disco, compensada e não compensada.

A coluna lombar, por meio dos seus parâmetros espinopélvicos, deve ter a capacidade de compensar este desequilíbrio e manter a coluna em um eixo correto. Esta capacidade é representada pelos seguintes índices:

- A inclinação sacral (SS, devido às suas siglas em inglês, Sacral Slope) com relação ao eixo horizontal.
- Inclinação pélvica (PT, devido às suas siglas em inglês, Pelvic Tilt) com relação ao eixo vertical.
- Lordose lombar.
- Incidência pélvica (PI, devido às suas siglas em inglês, Pelvic Incidence).

Relações lombopélvicas no plano sacral. A PI é um parâmetro fixo que obedece a relação PI = SS + PT.

À medida que a cifose torácica avança, a compensação lombar produz uma retroversão pélvica: Rotação posterior da pelve sobre as cabeças femorais (aumento do PT).

- Verticalização do sacro (diminuição do SS);
- Retificação da lordose lombar.

Esquema mostrando a compensação lombossacropélvica.

A relação da cifose torácica com a lordose lombar permite uma classificação em quatro tipos, segundo Roussouly [8]:

Nos tipos 1 e 2 as curvas são mais retificadas, gerando maior transmissão de cargas sobre os discos intervertebrais lombares. A curva tipo 4 apresenta uma transmissão de cargas mais importante sobre os elementos posteriores da coluna lombar O tipo 3 apresenta uma distribuição mais homogênea das cargas sobre os elementos da unidade vertebral funcional.

Tipos de alinhamento no plano sagital segundo Roussoly [8].

O conceito de equilíbrio da coluna deve ser considerado sobre os pontos de vista estático e dinâmico, nos planos sagital e coronal. Este equilíbrio está relacionado ao consumo de energia necessário para manter a coluna ereta.

O alinhamento ideal no plano coronal ocorre quando o centro de gravidade está situado entre o centro de ambas as cinturas. No plano sagital, ocorre quando está alinhado verticalmente com o centro das cinturas

A capacidade do corpo humano de manter uma posição ereta com um gasto mínimo de energia levou Dubousset a popularizar a teoria do "cone de economia" onde se pode entender que se o corpo permanece equilibrado com um alinhamento adequado, ele o faz com um esforço mínimo do aparelho muscular. [9].

Esquema mostrando o cone invertido de Dubbouset [9]. Caso apresente uma perda de eixo em qualquer direção, o gasto energético será muito maior para manter o equilíbrio.

Proteção do sistema nervoso

Interação 4

Q: Qual é a estrutura que mantém a medula suspensa dentro do saco dural?
- O filo terminal
- Os ligamentos denticulados (correct)
- A dura máter

Embora a proteção da medula espinhal e raízes nervosas seja crucial para a sobrevivência, pouco se sabe sobre suas propriedades físicas e biomecânicas. As estruturas nervosas estão dentro de um estojo rígido proporcionado pela coluna vertebral: o canal raquidiano e os orifícios de conjugação.

A medula está protegida e estabilizada por diferentes estruturas moles como a pia-máter, ligamento denticulado, espaços sub-meníngeos com líquido cefalorraquidiano e dura-máter.

A curva de carga e deslizamento da medula possui duas fases: uma inicial em que se atinge um grande deslizamento com pequenas forças, e uma segunda fase em que grandes forças são necessárias para produzir pequenas deformações. Existe uma mudança abrupta de uma fase para a outra. Este comportamento é qualitativamente análogo ao dos ligamentos.

A mobilidade extrema da medula na fase inicial é atingida por mecanismos de flexão e extensão, muito parecidos ao fole de uma sanfona.

À medida que o movimento da medula vai em direção a uma de suas posições extremas (flexão ou extensão), as dobras vão se desfazendo, sem alterar o comprimento total da medula.

Quando a capacidade de extensão medular é excedida, entra-se na segunda fase da curva de deslizamento medular, na qual existem deformação e extensão global da medula.

Esquema de platicidade da medula espinhal segundo os movimentos [3].

A variação no comprimento da medula ocorre acompanhada de variações na área de sua seção transversal, a qual aumenta sobre compressão e diminui em extensão

O canal vertebral em todos os segmentos é alongado durante a flexão e encurtado em extensão, em função da posição anterior do eixo de rotação instantâneo da coluna vertebral. As mudanças no canal ósseo são acompanhadas por mudanças semelhantes na medula.

O mecanismo de flexão-extensão medular é responsável por 70% a 75% da variação do espaço ocupado pela medula no canal vertebral. O restante da variação atingida na mobilidade fisiológica extrema é conseguido pela deformação elástica da medula. Estas dobras da medula podem ser vistas como uma série de protuberâncias nos exames radiológicos contrastados. A medula está suspensa dentro de seu saco dural pelos ligamentos denticulados, com algum suporte adicional das raízes nervosas.

Esquema da relação entre a medula espinhal e os ligamento denticulados [3].

Durante a flexão completa, estas estruturas estão sob tensão fisiológica, pois estes ligamentos estão inclinados caudolateralmente com relação ao eixo da medula. O componente de ligamento axial faz o balanceamento da tensão na medula, reduzindo sua dimensão. Por outro lado, o componente transversal faz o balanceamento de uns para os outros em pares para posicionar e ancorar a medula próxima ao centro do canal. Esta posição central no canal proporciona máxima proteção contra o impacto ósseo ou o choque em situações de trauma.

Em caso de compressão medular anterior, é possível realizar uma laminectomia com o objetivo de permitir que a medula se mova livremente na direção posterior, aliviando a pressão anterior. As chances de sucesso são poucas porque os ligamentos denticulados íntegros são limitantes ao desvio posterior da medula, e por outro lado, a medula está sob tensão na flexão da coluna e é empurrada anteriormente contra a borda anterior do canal vertebral. Isso é um ponto clínico importante, pois é necessário descomprimir a medula no lugar da compressão caso a intenção seja aliviar a fonte de pressão.

Os princípios AOSpine

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Os princípios AO Spine

O conceito dos princípios AOSpine (AO) vem de uma evolução e adaptação natural dos princípios AO desenvolvidos para o tratamento das fraturas. Seu objetivo é servir como pilar para o raciocínio com relação ao estudo e tratamento adequado a ser seguido nas diferentes patologias raquidianas.

Os princípios são estabilidade, alinhamento, biologia e função.

A estabilidade é a interação anatômica e fisiológica correta dos segmentos móveis vertebrais.

Qualquer desequilíbrio anatômico ou funcional em articulações, discos ou ligamentos causará uma falha no sistema, provocando instabilidade no segmento envolvido e repercussões nos segmentos adjacentes. A estabilização de um ou mais segmentos vertebrais possibilita atingir um resultado terapêutico específico.

A necessidade de uma fiel avaliação do alinhamento vertebral é fundamental para a compressão e planejamento das patologias e seus tratamentos. Procura-se manter o balanço congruente da coluna nas três dimensões. Os parâmetros do balanço coronal e sagital proporcionam a informação correta, permitindo uma análise direta da biomecânica vertebral em condições patológicas e pós-cirúrgicas.

A biologia refere-se ao conhecimento profundo sobre etiologia, patogênese, reparo tissular e proteção neural. Tanto o alinhamento como a estabilidade contribuem para o reparo funcional correto. Diante da ausência de uma ou outra, torna-se inviável o sucesso no processo de reparo tissular. A proteção neural estática ocorre pela estrutura óssea das vértebras em torno da medula. A proteção neural dinâmica depende de conservar as propriedades biomecânicas da medula e seu continente. Especialmente, a pré-tensão do ligamento amarelo e a propriedade biomecânica da medula semelhante ao fole de uma sanfona. O objetivo principal é aplicar os conceitos de etiopatogenia, reparação de tecidos e proteção do neuroeixo nas diferentes situações patológicas.

O restabelecimento da função deve ser preservado para evitar incapacidade residual e funcional. A interação fisiológica de todos os elementos permite que a coluna vertebral exerça com sucesso suas funções de sustentação, mobilidade e proteção, de forma efetiva nas condições normais, e ainda em situações extremas. O objetivo é preservar ou melhorar a mobilidade vertebral assim como a função neural.

Paciente de 21 anos de idade, sem quadro neurológico, atendido em outra unidade, com uma lesão traumática toracolombar causada por acidente automobilístico. Foi realizada nesse momento uma cirurgia por abordagem posterior com uma fixação curta de T12 a L2 sem suporte anterior. Para solucionar sua situação, foi decidido realizar uma nova abordagem posterior, durante a qual foi extraído material de osteossíntese. Foi realizada também osteotomia de subtração pedicular em L1, para corrigir a cifose, e uma fixação longa de T11 a L3 com artrodese.

Nas radiografias à esquerda observam-se as falhas da osteossíntese inicial. À direita observa-se a reparação realizada.

Paciente de 37 anos de idade, com paresia direita nos territórios C4 e C5, com antecedente de câncer de mama. Nas radiografias, tomografia computadorizada e ressonância magnética (RM), observa-se uma lesão destrutiva em múltiplas vértebras cervicais, compatível com metástase, mostrando instabilidade e compressão do neuroeixo. Foi realizado como tratamento uma estabilização occipitotorácica.

A esquerda observa-se na RM e TC lesões líticas em várias vertebras. À direita pode-se observar a reconstrução alcançada com a estabilização occiptotorácica.

Paciente de 14 anos com escoliose idiopática do adolescente. As fotos clínicas pré-tratamento mostram um desequilíbrio do tronco com uma giba torácica direita importante na manobra de Adams. Lenke 1 A N, Risser IV. Foi realizada uma correção por abordagem posterior com uma fixação com parafusos pediculares entre T4 e L1, conseguindo aspecto cosmético e radiográfico pós-operatório corretos.

À esquerda observa-se a paciente com radiografias pré-operatórias. À direita as imagens pós-operatórias.

Paciente de 76 anos de idade, com uma sintomatologia clara de claudicação neurogênica e ciatalgia bilateral. Nas radiografias e RM observa-se uma severa estenose L3-L4. Foi realizada liberação e artrodese curta com fixação pedicular L3-L4. Os controles radiográficos pós-operatórios demonstram a fixação L3-L4 com parafusos pediculares e enxerto intertransverso.

À esqueda nas radiografias dinâmicas e na RM. À direita as imagens pós-operatórias.

Paciente de 74 anos de idade com dor dorsolombar com dois meses de evolução e exame neurológico normal. A paciente apresentava Mal de Parkinson como doença concomitante. Nos estudos de imagens (radiografias, tomografia computadorizada e RM) foi observada uma lesão destrutiva no nível T10-T11. Uma biópsia por punção detectou tuberculose. Decidiu-se realizar liberação, reconstrução e síntese anterior (T9 a L1), associadas à artrodese instrumentada posterior desde T8 até L1.

À esquerda observa-se na RM destruição de T10 e T11 com compressão medular. À direita os controles radiográficos pós-operatórios.

Paciente de 64 anos de idade entrou no pronto-socorro com forte dor lombar que não respondia ao uso de medicamentos. Foi confirmado o esmagamento por insuficiência em T7 e T11. Foi realizada uma vertebroplastia de ambas as vértebras. Houve uma boa evolução durante somente dois dias, quando então o paciente começou a apresentar novamente dores mecânicas importantes que não podiam ser controladas com medicamentos. Este fato foi interpretado como uma falha mecânica na lesão inferior, razão pela qual foi realizada uma artrodese posterior com fixação com parafusos pediculares de T9 a L1. Houve boa evolução imediata, porém, em pouco tempo, o paciente voltou a consultar devido a dor intensa na parte alta da ferida operatória e deformidade em cifose no mesmo nível. As radiografias e a RM mostraram uma deformidade grave em cifose sobre a zona instrumentada. Optou-se por realizar um prolongamento para cima com parafusos pediculares, finalizando com ganchos supralaminares de proteção.

À esquerda observa-se na RM esmagamento de aspectos osteoporótico em T7 e T11. Na TC um controle logo após a vertebroplastia. Ao centro observa-se a radiografia e RM mostrando a falha da fixação proximal. À direita na radiografia observa-se a reparação alcançada.

Bibliografía

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