fusión espinal

Introducción

Los dispositivos de fijación espinal posterior, particularmente las varillas, son esenciales para garantizar estabilidad mecánica en cirugías de columna. Tradicionalmente, las varillas de aleación de titanio o cobalto-cromo ofrecen alta rigidez, biocompatibilidad y bajo costo, pero presentan limitaciones significativas: fatiga metálica, fracturas del implante y artefactos radiológicos que dificultan la evaluación postoperatoria.
El polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) se ha introducido como alternativa por su radiolucidez y resistencia a la corrosión. Sin embargo, los diseños previos de tipo fibra corta no alcanzaban la resistencia de los metales. Este estudio propone una nueva varilla de CFRP de fibra larga, con orientación controlada de fibras y técnicas avanzadas de moldeo, evaluando su resistencia, durabilidad, biocompatibilidad y seguridad en resonancia magnética frente a las varillas metálicas convencionales.

Métodos

Se fabricaron varillas de 5.5 mm de diámetro utilizando CFRP de fibra larga en matriz de PEEK, con alineación unidireccional de las fibras bajo presión y temperatura optimizadas. Se compararon con varillas de titanio, cobalto-cromo, CFRP de fibra corta y PEEK puro.

Los ensayos siguieron los estándares ASTM F2193:

• Pruebas mecánicas: flexión a 4 puntos (76 mm entre apoyos) para medir resistencia y rigidez.
• Pruebas de fatiga: ciclos repetidos de carga (5 Hz, hasta 2.5 × 10⁶ repeticiones).
• Artefactos de imagen: evaluados en TAC de haz cónico (en modelo porcino) y RM 3T/1.5T con fantasmas salinos según ASTM F2119.
• Seguridad biológica y de RM: se realizaron pruebas ISO 10993 (citotoxicidad, pirogenicidad, mutagenicidad, implantación en 24 sem.) y normas ASTM F2052/F2213/F2182 para desplazamiento, torque e inducción térmica.

Resultados

• Resistencia y rigidez:
  La varilla de CFRP de fibra larga alcanzó 762.8 ± 54.8 N, un 120 % de la resistencia del titanio (637 ± 43 N) y 102 % del cobalto-cromo (745 ± 27 N). Su rigidez fue similar a la de los metales (~33.8 kN/m), y 20 veces superior al PEEK o CFRP de fibra corta.
  La diferencia con titanio fue estadísticamente significativa (p < 0.01).
• Durabilidad (fatiga):
  Las varillas de titanio fallaron antes del millón de ciclos a 460 N, mientras que las CFRP soportaron 2.5 millones de ciclos a 600–675 N sin fractura, fallando solo a 700 N. Esto demuestra una superior resistencia a la fatiga y vibración atribuida a la absorción de microvibraciones del compuesto.
• Artefactos de imagen:
  En TAC y RM, las varillas de CFRP generaron artefactos mínimos, limitados al marcador de tantalio insertado, mientras que las de titanio mostraron halos extensos que dificultaban la evaluación ósea y del canal raquídeo.
• Biosafety:
  No se detectó toxicidad ni sensibilización en las pruebas ISO 10993. En RM, las varillas CFRP mostraron torque, desplazamiento e inducción térmica menores o equivalentes al titanio, confirmando su seguridad clínica.

Discusión

El desarrollo del CFRP de fibra larga representa un avance sobre los materiales previos al combinar alta resistencia, rigidez clínica adecuada y mínima interferencia en imagen. La durabilidad superior puede reducir la incidencia de fractura de varilla postoperatoria, un problema frecuente en fusiones vertebrales, evitando reintervenciones y mejorando los resultados funcionales.
Además, la radiolucidez del material permite una evaluación más precisa de la fusión ósea y tejidos adyacentes, facilitando el seguimiento clínico.
Las varillas de CFRP pueden moldearse térmicamente intraoperatoriamente, aunque con límites de curvatura. Se planea ofrecer una gama de longitudes y curvaturas preformadas para uso clínico.

Conclusión

Las varillas de CFRP de fibra larga superan a las metálicas en resistencia (120 %), durabilidad (hasta 20×) y radiolucidez, manteniendo seguridad biológica y compatibilidad con RM. Constituyen una alternativa viable y económica para la fijación espinal, con potencial para reemplazar las varillas de titanio en la práctica clínica futura.

🔑 Palabras clave

Carbon fiber-reinforced plastic · Varilla espinal · Durabilidad · Fatiga metálica · Biocompatibilidad · Imagenología · PEEK · Fusión espinal · Implantes ortopédicos · Innovación en materiales biomédicos

💬 Frase clave

Las varillas de CFRP de fibra larga ofrecen mayor resistencia, durabilidad y menor artefacto radiológico que el titanio, prometiendo reemplazar los metales en la fijación espinal segura y duradera.

Enhanced strength and durability of long fiber type carbon fiber reinforced plastic rods over titanium alloy rods for spinal fixation – PubMed

Enhanced strength and durability of long fiber type carbon fiber reinforced plastic rods over titanium alloy rods for spinal fixation – PMC

Enhanced strength and durability of long fiber type carbon fiber reinforced plastic rods over titanium alloy rods for spinal fixation – North American Spine Society Journal (NASSJ)

Morita K, Ohashi H, Oikawa K, Tani S, Karagiozov K, Murayama Y. Enhanced strength and durability of long fiber type carbon fiber reinforced plastic rods over titanium alloy rods for spinal fixation. N Am Spine Soc J. 2025 Mar 27;22:100608. doi: 10.1016/j.xnsj.2025.100608. PMID: 40351304; PMCID: PMC12063120.