Les vis pédiculaires à double pas revêtues de titane améliorent la fixation initiale et précoce dans un système de fixation semi-rigide à barres de polyétheréthercétone chez le mouton
Introduction
Les maladies dégénératives lombaires altèrent significativement la qualité de vie, l’arthrodèse vertébrale avec instrumentation rigide étant le traitement conventionnel. Cependant, les risques de dégénérescence du segment adjacent et de défaillance des implants ont stimulé l’intérêt pour les systèmes de stabilisation dynamique ou semi-rigide. Les barres en polyétheréthercétone (PEEK), dont le module d’élasticité se situe entre ceux de l’os cortical et trabéculaire, offrent une alternative semi-rigide réduisant les contraintes mécaniques tout en préservant la mobilité physiologique. Néanmoins, le descellement des vis pédiculaires reste un défi majeur dans les systèmes non fusionnants. Des modifications de la géométrie des filetages et des revêtements de surface visent à améliorer la fixation. Cette étude évalue la performance biomécanique et histologique des vis pédiculaires à double pas revêtues de titane (DPTCPS) dans un système semi-rigide à barres PEEK, en se concentrant sur la fixation initiale et précoce dans un modèle ovin.
Matériaux et méthodes
Conception des implants
Quatre types de vis pédiculaires en Ti-6Al-4V ont été testés :
- Vis standard à double filetage (SPPS) : Pas de 3,0 mm dans la région pédiculaire.
- Vis à double pas (DPPS) : Filetage unique avec un pas de 6,0 mm dans le pédicule.
- Vis standard revêtues de titane (SPTCPS) : SPPS avec revêtement par projection plasma de titane (rugosité Ra = 4,54 µm ; épaisseur = 386,6 µm ; porosité = 29 %).
- DPTCPS : DPPS avec le même revêtement.
Toutes les vis avaient un diamètre de 4,5 mm, une longueur de 25,0 mm et un pas de 3,0 mm dans le corps vertébral. Des barres PEEK (diamètre 6,35 mm ; longueur 55,0 mm) ont été utilisées.
Modèle animal
- Fixation initiale (semaine 0) : Cinquante-quatre vertèbres lombaires ovines (L2–L5) instrumentées avec quatre vis et deux barres.
- Fixation précoce (6 mois) : Soixante-quatre moutons implantés aux niveaux L3–L4. La densité minérale osseuse (DMO) a été mesurée par absorptiométrie biphotonique pour homogénéiser les groupes.
Tests biomécaniques
- Test d’arrachement axial : Appliqué à 5 mm/min (système Instron 3367) pour mesurer la force maximale d’arrachement.
- Test de basculement : Charge craniocaudale cyclique ±200 N incrémentée par paliers de 25 N toutes les 20 cycles jusqu’à 2 mm de déplacement.
- Charge cyclique en flexion : Moment de 6 Nm (charge 20–100 N) puis 12 Nm (20–200 N) appliqués sur 1 000 cycles chacun, avec enregistrement du déplacement maximal.
Analyse histologique
Après 6 mois, les interfaces os-vis ont été colorées au Van-Gieson pour quantifier le contact os-implant (%) et évaluer l’ostéointégration.
Résultats
Performance biomécanique à la semaine 0
- Résistance à l’arrachement axial : Les DPTCPS (557,0 ± 25,2 N) et SPTCPS (622,6 ± 25,2 N) surpassent les SPPS (459,1 ± 19,1 N) (P < 0,05).
- Résistance au basculement : Les DPTCPS supportent des charges plus élevées (343,4 ± 16,5 N vs SPPS : 237,5 ± 12,9 N) et plus de cycles (124,7 ± 13,5 vs 41,9 ± 4,3) (P < 0,05). Les SPTCPS montrent des résultats intermédiaires (289,9 ± 12,8 N ; 79,5 ± 11,8 cycles).
- Charge cyclique : Déplacement minimal pour les DPTCPS (1,80 ± 0,13 mm) vs SPPS (3,76 ± 0,19 mm) et SPTCPS (2,46 ± 0,20 mm) (P < 0,05).
Performance biomécanique à 6 mois
- Résistance à l’arrachement axial : DPTCPS (908,4 ± 33,6 N) et SPTCPS (925,9 ± 53,9 N) surpassent les SPPS (646,5 ± 59,4 N) (P < 0,05). Aucune différence entre DPTCPS et SPTCPS (P > 0,05).
- Résistance au basculement : Les DPTCPS démontrent une meilleure tolérance (496,9 ± 17,9 N vs 370,3 ± 16,4 N pour SPPS) et plus de cycles (249,1 ± 11,0 vs 149,9 ± 11,1) (P < 0,05). Les SPTCPS sont moins performants que les DPTCPS (414,1 ± 12,8 N ; 199,8 ± 7,2 cycles).
- Charge cyclique : Déplacement réduit pour les DPTCPS (0,96 ± 0,11 mm) vs SPPS (2,39 ± 0,14 mm) et SPTCPS (1,82 ± 0,12 mm) (P < 0,05).
Résultats histologiques
Après 6 mois, les DPTCPS présentent 58,3 % ± 7,0 % de contact os-implant contre 36,5 % ± 4,4 % pour les SPPS (P < 0,05). Une néo-formation osseuse infiltrant le revêtement de titane est observée, sans réaction inflammatoire. Les interfaces SPPS montrent du tissu fibreux et des espaces.
Discussion
Le design DPTCPS combine un filetage à double pas et un revêtement de titane pour optimiser la stabilité mécanique et l’intégration biologique. Le pas de 6,0 mm dans le pédicule réduit la compaction osseuse, préservant l’intégrité trabéculaire, tandis que le revêtement améliore la rugosité superficielle pour l’ancrage osseux.
À la fixation initiale, le revêtement augmente la résistance à l’arrachement de 21,3 % (DPTCPS vs SPPS). Cependant, les SPTCPS surpassent les DPTCPS en arrachement axial (622,6 N vs 557,0 N), suggérant un avantage temporaire du filetage standard. À 6 mois, cette différence disparaît, indiquant une compensation par l’ostéointégration.
Les tests de basculement et de charge cyclique soulignent la supériorité des DPTCPS face aux forces de cisaillement répétées, cruciales pour les systèmes dynamiques. Le déplacement réduit (0,96 mm à 6 mois) reflète une stabilité durable, limitant les micromouvements responsables du descellement.
Histologiquement, le titane favorise une intégration osseuse directe, évitant les interfaces fibreuses des vis non revêtues. L’absence de réaction inflammatoire confirme la biocompatibilité du revêtement.
Conclusion
Les DPTCPS améliorent significativement la fixation initiale et précoce dans les systèmes semi-rigides à barres PEEK. Leur résistance supérieure aux charges dynamiques et leur ostéointégration robuste en font une solution prometteuse pour réduire le descellement des vis en stabilisation vertébrale dynamique.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000000335