The Role of Pedicle Screw Surface on Insertion Torque and Pullout Strength.

Objective  Compare by mechanical tests the pullout resistance and the insertion torque of rough and smooth pedicle screws. Methods  Pedicle screws with rough surface and smooth surface, with diameters of 4.8; 5.5 and 6.5 mm, were inserted in polyurethane blocks with density of 10 PCF (0.16 g/cm3). Insertion torque and pullout strength were assessed. Results  The pullout strength of the rough surface and smooth surface screws did not differ, except in the group of 4.8 mm diameter screws. In this group, the rough surface screws showed greater resistance to pullout. Conclusion  Pedicle screws with a rough surface did not show increased pullout resistance in the acute phase of their insertion in polyurethane blocks compared to smooth surface screws. The rough surface screws had a higher insertion torque than the smooth surface screws, depending on the diameter of the screw and the preparation of the pilot hole. Sociedade Brasileira de Ortopedia e Traumatologia. This is an open access article published by Thieme under the terms of the Creative Commons Attribution-NonDerivative-NonCommercial License, permitting copying and reproduction so long as the original work is given appropriate credit. Contents may not be used for commercial purposes, or adapted, remixed, transformed or built upon. ( https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ ).

Introduction

Spinal fixation systems using pedicle screws are currently the most used in spinal surgery. 1 Although this fixation modality has mechanical advantages over other spinal fixation systems, loosening of pedicle screws remains a frequent complication. 2 The mechanical resistance of this type of fixing system is related to the intrinsic properties of the components of the fixing system (diameter, type of material, design), the type and quality of bone tissue (spongy, cortical, bone density), the way of preparing the pilot hole and the interface between the anchoring component of the fixation system and the bone tissue. 3 Osteointegration at the implant and bone tissue interface promotes increased stability of the fixation system and a consequent reduction in the percentage of loosening of the implants. 4 5

Changes in the implant thread design and surface are made to improve the anchoring of the implants in bone tissue. 6 The alteration of the screw surface in contact with bone tissue has been one of the strategies developed to improve the fixation of the implant by increasing the connection of the bone tissue with the implant. 7 The resistance of the implant to pullout is proportional to the contact surface of the thread with the bone tissue, which prevents loosening and classifies it as a stability property of the screw. 8 9 Alteration of the implant surface has been carried out by coating the implant surface or altering the surface roughness, which can stimulate bone growth and osteointegration, with the consequent increase in implant fixation. 5 10 11 It was observed in histological studies that implants with a rough and porous surface have an effective surface area increased up to 12 times in relation to the same smooth surface area, which produces an osteoinductive effect, and increases the anchoring of the implant in the bone. 12 Implants with textured surfaces are indicated for low bone quality, grafted areas, immediate implant installation protocols and immediate loading. The influence of the implant surface on osteointegration has induced the production of implants with a rough surface, which can be obtained by different processes. 6

Considering reports of the influence of the implant surface on anchoring in bone tissue, 6 9 the objective of the present study was to compare the insertion torque and the pullout resistance of the screws of the vertebral fixation system with rough or smooth surface, in the acute phase of its placement.

Material and Methods

Polyurethane blocks with density of 10 PCF or 0.16 g/cm 3 were used, with a dimension of 5cmx8cmx5cm (Nacional Ltda, São Paulo, SP, Brazil). The pilot hole was drilled in the center of the upper face of each polyurethane block with a 2.7 mm drill. The 40 mm long screws and 4.8 mm, 5.5 mm and 6.5 mm outside diameter of the pedicular fixation system (SAFE Víncula, Rio Claro, SP, Brazil), which have a rough surface, and the screws of the pedicular fixation system Pedicol Plus (Víncula, Rio Claro, SP, Brasil), which present a smooth surface, were used in the study ( Figures 1 and 2 ). The screws of both systems are made of Titanium F136 and have a conical internal diameter. The rough surface screws (SAFE) are produced by means of mechanical blasting. Smooth surface screws (Pedicol Plus) are produced using the tumble finishing technique.

Fig. 1

5,5 mm SAFE Screw ( A ) and Pedicol Screw ( B ).

Fig. 2

5, 0 mm Pedicol Tap ( A ) and SAFE Tap( B ).

The experimental groups were formed according to the screw type (rough or smooth surface), screw diameter and pilot hole preparation. Each experimental group consisted of five blocks of polyurethane, in which the screws were inserted to measure the insertion torque and pullout resistance, after the pilot hole was prepared. In the 4.8 mm group of rough surface screws (SAFE), the screws were at first inserted into the polyurethane blocks without tapping the pilot hole, and after tapping the pilot hole, with 4.3 mm taps. The 5.5 mm screws were at first inserted without tapping the pilot hole, and after the tapping, with 4.3 mm and 5.0 mm in diameter. The 6.5 mm diameter screws were inserted without tapping the pilot hole, and after the tapping with diameters of 4.3 mm, 5.0 mm and 6.0 mm. The taps used had a thread design similar to the pedicle screws of the fixation system.

In the group of smooth surface screws (PedicolPlus) with 4.8 mm, the screws were inserted without the pilot hole tapping, and after the tapping with 4.0 mm in diameter. The 5.5 mm screws were inserted without tapping the pilot hole, and after tapping, with 4.3 mm and 5.0 mm in diameter. The 6.5 mm screws were inserted without tapping the pilot hole, and after tapping, with 4.3 mm, 5.0 mm and 6.0 mm in diameter. The taps used had a thread design similar to the pedicle screw of the fixation system. During the insertion of the screws in the polyurethane blocks, the insertion torque was measured by means of a switch coupled to the digital electronic torque wrench TL-500/MKT-1 (Mackena Corporation, São Paulo, SP, Brazil) the highest value of the insertion torque measured during the insertion of the screw in the polyurethane block was registered.

The pullout resistance of the screws was assessed by means of mechanical tests using anEMIC universal testing machine ( Figure 3 ) (DL 10000; EMIC, São José dos Pinhais, PR, Brazil), Tesc 3.13 software for analysis of the results, load cell with 2000N capacity and speed of application of the force of 2 mm/min. A 50N preload and a 10 second accommodation time were used. A rod was attached to the screw head and the pullout force was applied vertically. The maximum pullout force was the property evaluated in the tests. The comparison of the values of insertion torque and pullout force was performed by means of statistical analysis using the nonparametric Mood test, in which the comparison between the medians was performed, having been established p < 0.05 as statistical significance.

Fig. 3

Universal testing machine.

Results

The values of the insertion torque and pullout resistance of the screws with rough surface (SAFE) and smooth surface (Pedicol Plus) are presented in Tables 1 and 2 . The comparison of the insertion torque of the rough and smooth surface screws is shown in Table 3 . The 4.8 mm rough surface screws showed greater insertion torque with the pilot hole tapping, with a smaller diameter than the outer diameter of the screw (nonparametric Mood test [ p  = 0.002]). The 5.5 mm rough surface screws showed higher insertion torque compared with the smooth surface screws in all tapping modes (nonparametric Mood test [ p  = 0.002]). The 6.5 mm rough surface screws showed higher insertion torque when compared to the smooth surface screws and the experimental group where was done the 5.0 mm tapping (non parametric Mood Test [ p  = 0.002]) ( Table 3 ).

Table 1

Insertion torque values

INSERTION TORQUE
GROUP	Screw Diameter	Pilot hole tapping	n	Mean	Standard Deviation	Minimum	Median	Maximum
Smooth surface (Pedicol)	4.8 mm	4,0 mm	5	0.16	0.03	0.11	0.16	0.20
		Without tapping	5	0.32	0.04	0.27	0.32	0.37
	5.5 mm	4,0 mm	5	0.20	0.05	0.14	0.20	0.28
		5,0 mm	5	0.14	0.01	0.13	0.14	0.16
		Without tapping	5	0.23	0.05	0.15	0.24	0.26
	6.5 mm	4,0 mm	5	0.38	0.09	0.28	0.39	0.48
		5,0 mm	5	0.41	0.05	0.33	0.40	0.48
		6,0 mm	5	0.29	0.04	0.25	0.29	0.33
		Without tapping	5	0.39	0.03	0.37	0.37	0.44
Rough surface (SAFE)	4.8 mm	4,3 mm	5	0.30	0.04	0.27	0.29	0.36
		Without tapping	5	0.30	0.05	0.24	0.28	0.37
	5.5 mm	4,3 mm	5	0.43	0.02	0.40	0.42	0.45
		5,0 mm	5	0.34	0.07	0.24	0.34	0.41
		Without tapping	5	0.35	0.12	0.15	0.37	0.47
	6.5 mm	4,3 mm	5	0.56	0.11	0.44	0.54	0.73
		5,0 mm	5	0.60	0.06	0.50	0.63	0.64
		6,0 mm	5	0.35	0.06	0.28	0.33	0.42
		Without tapping	5	0.62	0.02	0.59	0.63	0.65

Table 2

Values of the mechanical pullout resistance test

PULLOUT STRENGTH
GROUP	Screw Diameter	Pilot hole tapping	n	Mean	Standard Deviation	Minimum	Median	Maximum
Smooth surface (Pedicol)	4.8 mm	4,0 mm	5	262.13	35.72	235.73	251.10	322.90
		Without tapping	5	456.17	19.71	429.44	454.94	483.83
	5.5 mm	4,0 mm	5	525.47	35.16	489.89	522.25	575.42
		5,0 mm	5	384.39	22.19	362.13	382.59	420.26
		Without tapping	5	524.36	14.87	505.80	532.18	537.21
	6.5 mm	4,0 mm	5	685.39	32.05	642.60	678.09	729.08
		5,0 mm	5	653.99	60.10	591.74	648.58	742.48
		6,0 mm	5	451.65	45.41	402.72	445.83	513.00
		Without tapping	5	622.73	29.40	582.42	617.10	657.01
Rough surface (SAFE)	4.8 mm	4,3 mm	5	427.51	29.99	396.33	429.98	466.29
		Without tapping	5	434.70	25.29	401.70	433.25	465.48
	5.5 mm	4,3 mm	5	486.46	13.09	468.88	490.63	498.72
		5,0 mm	5	476.81	46.80	408.77	474.54	534.22
		Without tapping	5	536.35	48.56	468.67	538.09	602.41
	6.5 mm	4,3 mm	5	648.15	38.56	600.92	671.02	679.38
		5,0 mm	5	625.84	19.62	598.54	626.01	653.88
		6,0 mm	5	518.33	49.86	439.37	528.98	576.58
		Without tapping	5	599.44	17.31	581.34	600.71	624.92

Table 3

Comparison of insertion torque values

Screw Diameter	Pilot hole tapping	Type of surface	Median	95% CI	p -value
4,8 mm	Without tapping	Smooth (Pedicol)	0,323	−0,103; 0,130	0,527
4,8 mm	Without tapping	Rough (SAFE)	0,284
4,8 mm	4,0 mm Pedicol	Smooth (Pedicol)	0,160	−0,244; −0,071	∗0,002
4,8 mm	4,3 mm (SAFE)	Rough (SAFE)	0,289
5,5 mm	Without tapping	Smooth (Pedicol)	0,240	−0,262; 0,103	0,099
5,5 mm	Without tapping	Rough (SAFE)	0,370
5,5 mm	4,0 mm Pedicol	Smooth (Pedicol)	0,204	−0,309; −0,116	∗0,002
5,5 mm	4,3 mm (SAFE)	Rough (SAFE)	0,422
5,5 mm	5,0 mm Pedicol	Smooth (Pedicol)	0,136	−0,278; −0,085	∗0,002
5,5 mm	5,0 mm (SAFE)	Rough (SAFE)	0,338
6,5 mm	Without tapping	Smooth (Pedicol)	0,372	−0,287; −0,151	∗0,002
6,5 mm	Without tapping	Rough (SAFE)	0,626
6,5 mm	4,0 mm Pedicol	Smooth (Pedicol)	0,392	−0,444; 0,045	0,058
6,5 mm	4,3 mm(SAFE)	Rough (SAFE)	0,536
6,5 mm	5,0 mm Pedicol	Smooth (Pedicol)	0,403	−0,305; −0,018	∗0,002
6,5 mm	5,0 mm (SAFE)	Rough (SAFE)	0,626
6,5 mm	6,0 mm Pedicol	Smooth (Pedicol)	0,290	−0,173; 0,054	0,058
6,5 mm	6,0 mm (SAFE)	Rough (SAFE)	0,327

Abbreviation: CI, confidence interval.

The asterisk (∗) indicates statistical difference (non-parametric Mood test [ p  < 0.05]).

The comparison of the pullout resistance values of the screws is illustrated in Table 4 . Only 4.8 mm rough surface screws with a pilot hole of smaller diameter than the outer diameter of the screw showed greater pullout resistance compared to smooth surface screws (nonparametric Mood test [ p  = 0.002]) ( Table 4 ).

Table 4

Comparison of the resistance force to pullout

Screw Diameter	Pilot hole tapping	Type of surface	Median	95% CI	p -Value
4,8 mm	Without tapping	Smooth (Pedicol)	454,90	−36,0; 82,1	0,527
4,8 mm	Without tapping	Rough (SAFE)	433,30
4,8 mm	4,0 mm (Pedicol)	Smooth (Pedicol)	251,0	−231,0; −73,0	∗0,002
4,8 mm	4,3 mm (SAFE)	Rough (SAFE)	430,0
5,5 mm	Without tapping	Smooth (Pedicol)	532,0	−97,0; 69,0	0,527
5,5 mm	Without tapping	Rough (SAFE)	538,0
5,5 mm	4,5 mm (Pedicol)	Smooth (Pedicol)	522,0	−9,0; 107,0	0,527
5,5 mm	4,5 mm (SAFE)	Rough (SAFE)	491,0
5,5 mm	5,0 mm (Pedicol)	Smooth (Pedicol)	383,0	−172,0; 11,0	0,058
5,5 mm	5,0 mm (SAFE)	Rough (SAFE)	475,0
6,5 mm	Without tapping	Smooth (Pedicol)	617,1	−42,5; 75,7	0,058
6,5 mm	Without tapping	Rough (SAFE)	600,7
6,5 mm	4,5 mm (Pedicol)	Smooth (Pedicol)	678,0	−37,0; 128,0	0,527
6,5 mm	4,5 mm (SAFE)	Rough (SAFE)	671,0
6,5 mm	5,0 mm (Pedicol)	Smooth (Pedicol)	649,0	−62,0; 144,0	0,527
6,5 mm	5,0 mm (SAFE)	Rough (SAFE)	626,0
6,5 mm	6,0 mm (Pedicol)	Smooth (Pedicol)	446,0	−174,0; 74,0	0,058
6,5 mm	6,0 mm (SAFE)	Rough (SAFE)	529,0

Abbreviations: CI, confidence interval.

The asterisk (*) indicates statistical difference (non-parametric Mood test [ p  < 0.05]).

Discussion

In the tests performed, no statistically significant differences were observed in the biomechanical properties of smooth or rough pedicle screws. With the exception of the insertion torque of most of the rough surface screws used in the present study, and the pullout resistance of the rough surface screws of 4.8 mm, there was no statistical difference in the comparison of the other mechanical tests performed. The increase in the insertion torque during the insertion of the rough surface screws can be explained by the greater friction of the rough surface of the implant with the specimen interface, although it was not observed in all tests. The insertion torque does not correlate with the pullout resistance of the pedicle screws, 6 and the results observed in the trials of the present study corroborate these reports.

The pullout resistance of the rough surface screws was not superior to the smooth surface screws in the mechanical tests performed in our study, except for the 4.8 mm screws inserted after tapping using the taps of the referred fixation systems. Probably other factors, with emphasis on the smaller diameter of the pilot hole tapping, participated in this isolated result of the tests. 1

Loosening of pedicle screws is an “in vivo” indicator of failure of implant fixation and has been observed in ∼ 0.6 to 11% of patients. 13 In order to increase the anchorage of the implants and reduce the index of loosening of the pedicle screws, some strategies have been applied to the implants, the surface treatment of the implants has been one of the alternatives presented with good clinical and experimental results. 14 Increased implant surface roughness stimulates bone growth, increases the rate of osteointegration and reduces implant failure. 5 The beneficial effects of implant surface roughness on osteointegration have been experimentally observed. 11

The greater resistance to pull-out of screws with a rough surface compared to screws with a smooth surface was observed in the acute and chronic phase, after insertion in sheep's vertebrae. 7 The results of the present study do not corroborate these reports, but the experimental model used should be taken into account. In our study, the tests were performed with screws inserted in polyurethane, which despite being widely used in this type of mechanical test, should be recognized as a limitation. The real benefits and limitations can only be noticed through clinical observation. However, the performance of mechanical tests is the initial step for investigating the biomechanical properties of implants. This test modality, using synthetic materials and pullout tests, is easy to perform, reproducible, and represents the initial stage of this experimental investigation modality.

The rough surface screws were not superior to the smooth surface screws in the pullout tests carried out in the acute phase of screw insertion. However, it must be considered that the increased resistance to the pullout of the implants is related to the osteointegration that occurs at the interface between the implant and the bone. The effect of osteointegration cannot be observed in the experimental model used due to the use of a synthetic specimen and the realization of the experiment in the acute phase of implant insertion. Additional “in vivo” studies should be performed, allowing osteointegration to occur so that its effect can be observed on the pullout resistance of the implants, since in our experimental observation the rough surface of the implant alone did not increase its resistance to pullout.

Conclusion

Pedicle screws with a rough surface did not show increased pullout resistance in the acute phase of their insertion in polyurethane blocks, when compared with smooth surface screws. The screws with a rough surface showed higher insertion torque compared to the smooth surface screws, depending on the diameter of the screw and on the preparation of the pilot hole.

Introdução

Os sistemas de fixação vertebral que utilizam os parafusos pediculares são atualmente os mais utilizados no âmbito da cirurgia da coluna vertebral. 1 Embora essa modalidade de fixação apresente vantagens mecânicas em relação aos demais sistemas de fixação vertebral, a soltura dos parafusos pediculares permanece sendo uma complicação frequente. 2 A resistência mecânica dessa modalidade de sistema de fixação está relacionada com as propriedades intrínsecas dos componentes do sistema de fixação (diâmetro, tipo de material, desenho), do tipo e qualidade do tecido ósseo (esponjoso, cortical, densidade óssea), do modo de preparo do orifício piloto e da interface entre o componente de ancoragem do sistema de fixação e o tecido ósseo. 3 A osteointegração na interface do implante e do tecido ósseo promove o aumento da estabilidade do sistema de fixação e consequente redução da porcentagem de soltura dos implantes. 4 5

Alterações no desenho da rosca dos implantes e da sua superfície são realizadas para aprimorar a ancoragem dos implantes no tecido ósseo. 6 A alteração da superfície do parafuso em contato com o tecido ósseo tem sido uma das estratégias desenvolvidas para aprimorar a fixação do implante por meio do aumento da conexão do tecido ósseo com o implante. 7 A resistência do implante ao arrancamento é proporcional à superfície de contato da rosca com o tecido ósseo, o que evita a soltura e a classifica como uma propriedade de estabilidade do parafuso. 8 9 A alteração da superfície dos implantes tem sido realizada por meio do revestimento da superfície do implante ou da alteração da rugosidade da superfície, que pode estimular o crescimento ósseo e a osteointegração, com o consequente aumento da fixação do implante. 5 10 11 Foi observado em estudos histológicos que implantes com superfície áspera e porosa têm a área de superfície efetiva aumentada em até 12 vezes em relação à mesma área de superfície lisa, o que confere um efeito osteoindutivo e aumenta a ancoragem do implante no osso. 12 Implantes com superfícies texturizadas são indicados para baixa qualidade óssea, áreas enxertadas, protocolos de instalação de implante imediato e carga imediata. A influência da superfície dos implantes na osteointegração tem induzido a produção de implantes com superfície áspera, que pode ser obtida por diferentes processos. 6

Considerando os relatos da influência da superfície dos implantes na ancoragem no tecido ósseo, 6 9 o objetivo do presente estudo foi comparar o torque de inserção e a resistência ao arrancamento dos parafusos do sistema de fixação vertebral com superfície áspera ou lisa, na fase aguda da sua colocação.

Material e Métodos

Foram utilizados blocos de poliuterano com densidade de 10 PCF ou 0,16 g/cm3 e dimensão de 5cmx8cmx5cm (Nacional Ltda, São Paulo, SP, Brasil). No centro da face superior de cada bloco de poliuretano foi realizada a perfuração do orifício piloto com broca de 2,7mm. Os parafusos de 40mm de comprimento e diâmetro externo de 4,8mm, 5,5mm e 6,5mm do sistema de fixação pedicular (SAFE Víncula, Rio Claro, SP, Brasil) que apresentam superfície áspera, e os parafusos do sistema de fixação pedicular Pedicol Plus (Víncula, Rio Claro, SP, Brasil) que apresentam superfície lisa foram utilizados no estudo ( Figuras 1 e 2 ). Os parafusos de ambos os sistemas são de Titânio F-136 e possuem diâmetro interno cônico. Os parafusos de superfície áspera (SAFE) são produzidos por meio de jateamento mecânico. Os parafusos de superfície lisa (Pedicol Plus) são produzidos por meio da técnica de tamboreamento.

Fig. 1

Parafuso 5,5mm SAFE ( A ) e Pedicol ( B ).

Fig. 2

Macho 5, 0 mm Pedicol ( A ) e SAFE ( B ).

Os grupos experimentais foram formados de acordo com o tipo do parafuso (superfície áspera ou lisa), diâmetro do parafuso e preparo do orifício piloto. Cada grupo experimental foi composto por cinco blocos de poliuretano, no qual os parafusos foram inseridos para a mensuração do torque de inserção e resistência ao arrancamento, após o preparado do orifício piloto. No grupo dos parafusos de superfície áspera (SAFE) 4,8mm, os parafusos foram inseridos nos blocos de poliuretano sem macheamento do orifício piloto, e após macheamento do orifício piloto com machos de 4,3mm. Os parafusos de 5,5mm foram inseridos sem o macheamento do orifício piloto, e após macheamento com 4,3mm e 5,0mm de diâmetro. Os parafusos de 6,5mm de diâmetro foram inseridos sem o macheamento do orifício piloto, e após o macheamento com diâmetros de 4,3mm, 5,0mm e 6,0mm. Os machos utilizados possuíam desenho de rosca semelhante aos parafusos pediculares do sistema de fixação.

No grupo dos parafusos de superfície lisa (Pedicol Plus) de 4,8mm, os parafusos foram inseridos sem o macheamentodo orifício piloto, e após o macheamento com 4,0mm de diâmetro. Os parafusos de 5,5mm foram inseridos sem o macheamento do orifício piloto, e após macheamento com 4,3mm e 5,0mm de diâmetro. Os parafusos de 6,5mm foram inseridos sem o macheamento do orifício piloto, e após o macheamento com 4,3mm, 5,0mm e 6,0mm de diâmetro. Os machos utilizados possuíam desenho de rosca semelhante ao parafuso pedicular do sistema de fixação. Durante a inserção dos parafusos nos blocos de poliuretano, o torque de inserção foi mensurado por meio de chave acoplada ao torquímetro eletrônico digital TL-500/MKT-1 (Mackena Corporation, São Paulo, SP, Brasil) e registrou-se o maior valor do torque de inserção mensurado durante a inserção do parafuso no bloco de poliuretano.

A resistência dos parafusos ao arrancamento foi avaliada por meio de ensaios mecânicos utilizando máquina universal de testes ( Figura 3 ) EMIC(DL 10000; EMIC, São José dos Pinhais, PR, Brasil), Software Tesc 3.13 para análise dos resultados, célula de carga com capacidade de 2.000N e velocidade de aplicação da força de 2mm/min. Utilizou-se a pré-carga de 50N e tempo de acomodação de 10 segundos. Uma haste foi acoplada àcabeça do parafuso e a força de arrancamento foi aplicada verticalmente. A força máxima de arrancamento foi a propriedade avaliada nos testes. A comparação dos valores do torque de inserção e da força de arrancamento foi realizada por meio da análise estatística utilizando o teste não paramétrico de Mood, no qual foi realizada a comparação entre as medianas, tendo sido estabelecido como significância estatística p < 0,05.

Fig. 3

Maquina universal de testes.

Resultados

Os valores do torque de inserção e resistência ao arrancamento dos parafusos com superfície áspera e de superfície lisa estão representados nas Tabelas 1 e 2 . A comparação do torque de inserção dos parafusos de superfície áspera (SAFE) e de superfície lisa (Pedicol Plus) está representada na Tabela 1 . Os parafusos de superfície áspera de 4,8mm apresentaram maior torque de inserção com o macheamento do orifício piloto, com diâmetro menor que o diâmetro externo do parafuso (teste não paramétrico de Mood[ p  = 0,002]). Os parafusos de superfície áspera de 5,5mm apresentaram maior torque de inserção em relação aos parafusos de superfície lisa em todas as modalidades de macheamento (teste não paramétrico de Mood[ p  = 0,002]). Os parafusos de superfície áspera de 6,5mm apresentaram maior torque de inserção, quando comparados aos parafusos de superfície lisa no grupo experimental em que o macheamento não foi realizado e no grupo experimental em que foi realizado o macheamento com macho de 5,0mm (teste não paramétrico de Mood [ p  = 0,002]) ( Tabela 3 ).

Tabela 1

Valores do torque de inserção

TORQUE DE INSERÇÃO
GRUPO	Diâmetro do parafuso	Macheamento do orifício piloto	n	Média	Desvio Padrão	Mínimo	Mediana	Máximo
Superfície lisa (Pedicol)	4.8 mm	4,0 mm	5	0.16	0.03	0.11	0.16	0.20
		Sem macheamento	5	0.32	0.04	0.27	0.32	0.37
	5.5 mm	4,0 mm	5	0.20	0.05	0.14	0.20	0.28
		5,0 mm	5	0.14	0.01	0.13	0.14	0.16
		Sem macheamento	5	0.23	0.05	0.15	0.24	0.26
	6.5 mm	4,0 mm	5	0.38	0.09	0.28	0.39	0.48
		5,0 mm	5	0.41	0.05	0.33	0.40	0.48
		6,0 mm	5	0.29	0.04	0.25	0.29	0.33
		Sem macheamento	5	0.39	0.03	0.37	0.37	0.44
Superfície áspera (SAFE)	4.8 mm	4,3 mm	5	0.30	0.04	0.27	0.29	0.36
		Sem macheamento	5	0.30	0.05	0.24	0.28	0.37
	5.5 mm	4,3 mm	5	0.43	0.02	0.40	0.42	0.45
		5,0 mm	5	0.34	0.07	0.24	0.34	0.41
		Sem macheamento	5	0.35	0.12	0.15	0.37	0.47
	6.5 mm	4,3 mm	5	0.56	0.11	0.44	0.54	0.73
		5,0 mm	5	0.60	0.06	0.50	0.63	0.64
		6,0 mm	5	0.35	0.06	0.28	0.33	0.42
		Sem macheamento	5	0.62	0.02	0.59	0.63	0.65

Tabela 2

Valores dos ensaios mecânicos de resistência ao arrancamento

FORÇA DE ARRANCAMENTO
GRUPO	Diâmetro do parafuso	Macheamento do orifício piloto	n	Média	Desvio Padrão	Mínimo	Mediana	Máximo
Superfície Lisa (PEDICOL)	4.8 mm	4,0 mm	5	262.13	35.72	235.73	251.10	322.90
		Sem macheamento	5	456.17	19.71	429.44	454.94	483.83
	5.5 mm	4,0 mm	5	525.47	35.16	489.89	522.25	575.42
		5,0 mm	5	384.39	22.19	362.13	382.59	420.26
		Sem macheamento	5	524.36	14.87	505.80	532.18	537.21
	6.5 mm	4,0 mm	5	685.39	32.05	642.60	678.09	729.08
		5,0 mm	5	653.99	60.10	591.74	648.58	742.48
		6,0 mm	5	451.65	45.41	402.72	445.83	513.00
		Sem macheamento	5	622.73	29.40	582.42	617.10	657.01
Superfície áspera (SAFE)	4.8 mm	4,3 mm	5	427.51	29.99	396.33	429.98	466.29
		Sem macheamento	5	434.70	25.29	401.70	433.25	465.48
	5.5 mm	4,3 mm	5	486.46	13.09	468.88	490.63	498.72
		5,0 mm	5	476.81	46.80	408.77	474.54	534.22
		Sem macheamento	5	536.35	48.56	468.67	538.09	602.41
	6.5 mm	4,3 mm	5	648.15	38.56	600.92	671.02	679.38
		5,0 mm	5	625.84	19.62	598.54	626.01	653.88
		6,0 mm	5	518.33	49.86	439.37	528.98	576.58
		Sem machemanto	5	599.44	17.31	581.34	600.71	624.92

Tabela 3

Comparação dos valores do torque de inserção

Diâmetro do parafuso	Macheamento do orifício piloto	Tipo da superfície do parafuso	Mediana	IC (95%)	p-valor
4,8 mm	Sem Macho	Lisa (Pedicol)	0,323	−0,103; 0,130	0,527
4,8 mm	Sem Macho	Áspera (SAFE)	0,284
4,8 mm	4,0 mm Pedicol	Lisa (Pedicol)	0,160	−0,244; −0,071	∗0,002
4,8 mm	4,3 mm SAFE	Áspera (SAFE)	0,289
5,5 mm	Sem macho	Lisa (Pedicol)	0,240	−0,262; 0,103	0,099
5,5 mm	Sem macho	Áspera (SAFE)	0,370
5,5 mm	4,0 mm Pedicol	Lisa (Pedicol)	0,204	−0,309; −0,116	∗0,002
5,5 mm	4,3 mm SAFE	Áspera (SAFE)	0,422
5,5 mm	5,0 mm Pedicol	Lisa (Pedicol)	0,136	−0,278; −0,085	∗0,002
5,5 mm	5,0 mm SAFE	Áspera (SAFE)	0,338
6,5 mm	Sem macho	Lisa (Pedicol)	0,372	−0,287; −0,151	∗0,002
6,5 mm	Sem macho	Áspera (SAFE)	0,626
6,5 mm	4,0 mm Pedicol	Lisa (Pedicol)	0,392	−0,444; 0,045	0,058
6,5 mm	4,3 mm SAFE	Áspera (SAFE)	0,536
6,5 mm	5,0 mm Pedicol	Lisa (Pedicol)	0,403	−0,305; −0,018	∗0,002
6,5 mm	5,0 mm SAFE	Áspera (SAFE)	0,626
6,5 mm	6,0 mm Pedicol	Lisa (Pedicol)	0,290	−0,173; 0,054	0,058
6,5 mm	6,0 mm SAFE	Áspera (SAFE)	0,327

Abreviações: IC, índice de confiança; P, Macho Pedicol; S, Macho SAFE; SM, Sem macho.

O asterisco (∗) indica diferença estatística (teste não paramétrico de Mood— p  < 0,05).

A comparação dos valores da resistência ao arrancamento dos parafusos está ilustrada na Tabela 4 . Somente os parafusos de superfície áspera de 4,8mm e com o orifício piloto de menor diâmetro que o diâmetro externo do parafuso apresentaram maior resistência ao arrancamento em relação aos parafusos de superfície lisa (teste não paramétrico de Mood[ p  = 0,002]) ( Tabela 4 ).

Tabela 4

Comparação da força de resistência ao arrancamento

Diâmetro do parafuso	Macheamento do orifício piloto	Tipo de superfície	Mediana	IC (95%)	p-valor
4,8 mm	Sem Macho	Lisa (Pedicol)	454,90	−36,0; 82,1	0,527
4,8 mm	Sem Macho	Áspera (SAFE)	433,30
4,8 mm	4,0 mm Pedicol	Lisa (Pedicol)	251,0	−231,0; −73,0	∗0,002
4,8 mm	4,3 mm SAFE	Áspera (SAFE)	430,0
5,5 mm	Sem Macho	Lisa (Pedicol)	532,0	−97,0; 69,0	0,527
5,5 mm	Sem Macho	Áspera (SAFE)	538,0
5,5 mm	4,5 mm Pedicol	Lisa (Pedicol)	522,0	−9,0; 107,0	0,527
5,5 mm	4,5 mm SAFE	Áspera (SAFE)	491,0
5,5 mm	5,0 mm Pedicol	Lisa (Pedicol)	383,0	−172,0; 11,0	0,058
5,5 mm	5,0 mm SAFE	Áspera (SAFE)	475,0
6,5 mm	Sem Macho	Lisa (Pedicol)	617,1	−42,5; 75,7	0,058
6,5 mm	Sem Macho	Áspera (SAFE)	600,7
6,5 mm	4,5 mm Pedicol	Lisa (Pedicol)	678,0	−37,0; 128,0	0,527
6,5 mm	4,5 mm SAFE	Áspera (SAFE)	671,0
6,5 mm	5,0 mm Pedicol	Lisa (Pedicol)	649,0	−62,0; 144,0	0,527
6,5 mm	5,0 mm SAFE	Áspera (SAFE)	626,0
6,5 mm	6,0 mm Pedicol	Lisa (Pedicol)	446,0	−174,0; 74,0	0,058
6,5 mm	6,0 mm SAFE	Áspera (SAFE)	529,0

Abreviações: IC, índice de confiança; P, Macho Pedicol; S, Macho SAFE; SM, Sem macho.

O asterisco (∗) indica diferença estatística (teste não paramétrico de Mood— p  < 0,05).

Discussão

Nos ensaios realizados, não foram observadas diferenças estatísticas significativas nas propriedades biomecânicas dos parafusos pediculares de superfície lisa ou áspera. Com exceção do torque de inserção da maioria dos parafusos de superfície áspera utilizados no presente estudo, e a resistência ao arrancamento dos parafusos de superfície áspera de 4,8mm, não houve diferença estatística na comparação dos demais ensaios mecânicos realizados. O aumento do torque de inserção durante a inserção dos parafusos de superfície áspera pode ser explicado pelo maior atrito da superfície rugosa do implante com a interface do corpo de prova, embora não tenha sido observada em todos os ensaios. O torque de inserção não apresenta correlação com a resistência ao arrancamento dos parafusos pediculares, 6 e os resultados observados nos ensaios do presente estudo corroboram esses relatos.

A resistência ao arrancamento dos parafusos de superfície áspera não foi superior aos parafusos de superfície lisa nos ensaios mecânicos realizados em nosso estudo, com exceção dos parafusos de 4,8mm inseridos após o macheamento utilizando os machos dos referidos sistemas de fixação. Provavelmente outros fatores, com destaque para o menor diâmetro do macheamento do orifício piloto, participaram desse resultado isolado dos ensaios. 1

A soltura dos parafusos pediculares é um indicador “ïn vivo” da falha da fixação dos implantes e tem sido observado em ∼ 0,6 a 11% dos pacientes. 13 No sentido de aumentar a ancoragem dos implantes e reduzir o índice de soltura dos parafusos pediculares, algumas estratégias têm sido aplicadas sobre os implantes; o tratamento da superfície dos implantes tem sido uma das alternativas relatadas com bons resultados clínicos e experimentais. 14 O aumento da rugosidade da superfície dos implantes estimula o crescimento ósseo, aumenta a taxa de osteointegração e reduz a falha dos implantes. 5 Os efeitos benéficos da rugosidade da superfície dos implantes sobre a osteointegração têm sido experimentalmente observados. 11

A maior resistência ao arrancamento dos parafusos com superfície áspera comparado com os parafusos de superfície lisa foi observada na fase aguda e crônica, após a inserção em vértebras de ovelhas. 7 Os resultados do presente estudo não corroboram com esses relatos, mas deve ser considerado o modelo experimental utilizado. Em nosso estudo, os ensaios foram realizados com os parafusos inseridos no poliuretano, que apesar de ser amplamente utilizado nessa modalidade de ensaio mecânico deve ser reconhecido como uma limitação. Os benefícios e as limitações reais podem somente ser notados por meio da observação clínica. No entanto, a realização de ensaios mecânicos é o passo inicial para a investigação das propriedades biomecânicas dos implantes. Essa modalidade de teste, utilizando materiais sintéticos e ensaios de arrancamento é de fácil execução e reprodutibilidade e representam a etapa inicial dessa modalidade de investigação experimental.

Os parafusos de superfície áspera não apresentaram superioridade em relação aos parafusos de superfície lisa nos ensaios de arrancamento realizados na fase aguda da inserção dos parafusos. No entanto, deve ser considerado que o aumento da resistência ao arrancamento dos implantes está relacionado com a osteointegração que ocorre na interface entre o implante e o osso. O efeito da osteointegração não pode ser observado no modelo experimental utilizado devido à utilização de corpo de prova sintético e realização do experimento na fase aguda da inserção dos implantes. Estudos adicionais “in vivo” devem ser realizados, permitindo a ocorrência da osteointegração para que o seu efeito possa ser observado sobre a resistência ao arrancamento dos implantes, uma vez que em nossa observação experimental a superfície áspera do implante isoladamente não aumentou a sua resistência ao arrancamento.

Conclusão

Os parafusos pediculares de superfície áspera não apresentaram aumento da resistência ao arrancamento na fase aguda da sua inserção em blocos de poliuretano, quando comparados aos parafusos de superfície lisa. Os parafusos com superfície áspera apresentaram maior torque de inserção em relação aos parafusos de superfície lisa, dependendo do diâmetro do parafuso e do preparo do orifício piloto.