Les vis pédiculaires à double pas et revêtement de titane améliorent la fixation initiale et précoce dans les systèmes semi-rigides à tiges en polyétheréthercétone

Introduction
Les maladies dégénératives lombaires altèrent considérablement la qualité de vie. La fusion vertébrale avec instrumentation rigide est un traitement courant. Cependant, les problèmes liés à la dégénérescence des segments adjacents et à la défaillance des implants ont suscité un intérêt pour les systèmes de stabilisation dynamique ou semi-rigide. Les tiges en polyétheréthercétone (PEEK), dont la rigidité est intermédiaire entre celle de l’os cortical et de l’os spongieux, offrent une alternative semi-rigide qui réduit la pression sur les implants tout en préservant le mouvement physiologique. Malgré ces avancées, le desserrage des vis pédiculaires reste un défi majeur dans les systèmes non fusionnants. Les modifications de la conception des vis, comme les revêtements de surface et la géométrie des filets, visent à améliorer la fixation. Cette étude évalue la performance biomécanique et histologique des vis pédiculaires à double pas et revêtement de titane (DPTCPS) dans un système semi-rigide à tiges en PEEK, en se concentrant sur la fixation initiale et précoce dans un modèle de mouton.

Matériels et méthodes
Conception des implants
Quatre types de vis pédiculaires en Ti-6Al-4V ont été testés :

Vis pédiculaire à pas standard (SPPS) : Conception à double filetage avec un pas de 3,0 mm dans la région pédiculaire.
Vis pédiculaire à double pas (DPPS) : Conception à filetage unique avec un pas de 6,0 mm dans la région pédiculaire.
Vis pédiculaire à pas standard revêtue de titane (SPTCPS) : SPPS avec un revêtement de titane appliqué par projection plasma (rugosité Ra = 4,54 µm, épaisseur = 386,6 µm, porosité = 29 %).
Vis pédiculaire à double pas revêtue de titane (DPTCPS) : DPPS avec le même revêtement de titane.
Toutes les vis avaient un diamètre de 4,5 mm, une longueur de 25,0 mm et un pas de 3,0 mm dans la région du corps vertébral. Les tiges en PEEK (diamètre de 6,35 mm, longueur de 55,0 mm) ont été utilisées pour la fixation semi-rigide.

Modèle animal

Fixation initiale (0 semaine) : Cinquante-quatre échantillons de colonne vertébrale de mouton frais (L2–L5) ont été instrumentés avec quatre vis et deux tiges.
Fixation précoce (6 mois) : Soixante-quatre moutons ont subi une implantation de vis au niveau L3–L4. La densité minérale osseuse (DMO) a été mesurée par absorptiométrie à rayons X à double énergie pour assurer l’uniformité.

Tests biomécaniques

Test d’arrachement axial : Les vis ont été soumises à une tension de 5 mm/min à l’aide d’un système de test de matériaux (Instron 3367) pour déterminer la force maximale d’arrachement.
Test de bascule : Une charge de ±200 N a été appliquée de manière progressive (25 N tous les 20 cycles) jusqu’à ce qu’un déplacement de 2 mm se produise.
Chargement cyclique : Un moment de flexion de 6 Nm (charge de 20–100 N) suivi de 12 Nm (charge de 20–200 N) a été appliqué pendant 1 000 cycles chacun. Le déplacement maximal a été enregistré.

Analyse histologique
Après 6 mois, les interfaces os-vis ont été colorées avec le Van-Gieson pour quantifier le contact os-implant (%) et évaluer l’ostéointégration.

Résultats
Performance biomécanique à 0 semaine (fixation initiale)

Résistance à l’arrachement axial : Les DPTCPS (557,0 ± 25,2 N) et les SPTCPS (622,6 ± 25,2 N) ont surpassé les SPPS (459,1 ± 19,1 N) (P < 0,05).
Résistance au basculement : Les DPTCPS ont supporté des charges plus élevées (343,4 ± 16,5 N contre SPPS : 237,5 ± 12,9 N) et plus de cycles (124,7 ± 13,5 contre SPPS : 41,9 ± 4,3) (P < 0,05). Les SPTCPS ont montré des résultats intermédiaires (289,9 ± 12,8 N ; 79,5 ± 11,8 cycles).
Chargement cyclique : Les DPTCPS ont montré un déplacement minimal (1,80 ± 0,13 mm) par rapport aux SPPS (3,76 ± 0,19 mm) et aux SPTCPS (2,46 ± 0,20 mm) (P < 0,05).

Performance biomécanique à 6 mois (fixation précoce)

Résistance à l’arrachement axial : Les DPTCPS (908,4 ± 33,6 N) et les SPTCPS (925,9 ± 53,9 N) ont dépassé les SPPS (646,5 ± 59,4 N) (P < 0,05). Aucune différence n’a été observée entre les DPTCPS et les SPTCPS (P > 0,05).
Résistance au basculement : Les DPTCPS ont démontré une résistance supérieure à la charge (496,9 ± 17,9 N contre SPPS : 370,3 ± 16,4 N) et une tolérance aux cycles (249,1 ± 11,0 contre SPPS : 149,9 ± 11,1) (P < 0,05). Les SPTCPS ont moins bien performé que les DPTCPS (414,1 ± 12,8 N ; 199,8 ± 7,2 cycles).
Chargement cyclique : Les DPTCPS ont maintenu leur stabilité (0,96 ± 0,11 mm de déplacement), significativement inférieur à celui des SPPS (2,39 ± 0,14 mm) et des SPTCPS (1,82 ± 0,12 mm) (P < 0,05).

Résultats histologiques
Après 6 mois, les DPTCPS ont montré une ostéointégration robuste avec 58,3 % ± 7,0 % de contact os-implant, contre 36,5 % ± 4,4 % pour les SPPS (P < 0,05). Le nouvel os a infiltré le revêtement de titane sans inflammation ni dégradation des particules. Les interfaces des SPPS ont montré du tissu fibreux et des espaces.

Discussion
La conception des 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 la région pédiculaire réduit la densité des filets, minimisant la compaction de l’os spongieux et préservant l’intégrité trabéculaire, tandis que le revêtement de titane améliore la rugosité de surface pour la croissance osseuse.

À la fixation initiale, le revêtement de titane a augmenté la résistance à l’arrachement de 21,3 % (DPTCPS contre SPPS), soulignant son rôle dans la stabilité immédiate. Cependant, les SPTCPS ont surpassé les DPTCPS en arrachement axial (622,6 N contre 557,0 N), suggérant que le filetage standard peut offrir une résistance supérieure à court terme dans des conditions non chargées. À 6 mois, cette différence a disparu (DPTCPS : 908,4 N contre SPTCPS : 925,9 N ; P > 0,05), indiquant que la conception à double pas et l’ostéointégration compensent avec le temps.

Les données de basculement et de chargement cyclique soulignent la supériorité des DPTCPS dans la résistance aux forces de cisaillement répétitives, cruciales pour la préservation du mouvement spinal. Le déplacement de 1,80 mm pour les DPTCPS à 0 semaine et de 0,96 mm à 6 mois reflète une stabilité soutenue sous des charges dynamiques, réduisant les risques de desserrage induit par le micromouvement.

Histologiquement, le revêtement de titane a facilité la liaison directe de l’os, éliminant les interfaces fibreuses courantes dans les vis non revêtues. L’absence de réponses inflammatoires confirme la biocompatibilité du revêtement, répondant aux préoccupations associées aux revêtements en hydroxyapatite, qui peuvent se dégrader ou provoquer une ostéolyse.

Conclusion
Les DPTCPS combinent un filetage à double pas et un revêtement de titane pour améliorer la fixation initiale et précoce dans les systèmes semi-rigides à tiges en PEEK. Les tests biomécaniques confirment une résistance supérieure à l’arrachement, au basculement et aux forces cycliques, tandis que l’histologie valide une ostéointégration améliorée. Ces résultats soutiennent les DPTCPS comme une solution prometteuse pour réduire le desserrage des vis dans la stabilisation spinale dynamique.

For educational purposes only.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000000335