HomeThe TreatiseChaptersChapter 80
Tratado de Cirurgia da Coluna Vertebral
SECTION 8Surgical Techniques
Chapter80

Fixation Techniques in the Osteoporotic Spine

Full reading of this chapter is available exclusively in the printed edition of the Treatise.
Sec. 8Surgical Techniques
Cap. 80Clinical Chapter
3authors
Português
Español
English
Referênciasscientific citations
📑

Chapter Summary

Context: As fraturas osteoporóticas da spine constituem uma importante causa de morbidade na população idosa, podendo evoluir com dor crônica, deformidade progressiva e severo impacto funcional. Historicamente tratadas de forma conservadora, a busca por recuperação funcional precoce e a prevenção das complicações do repouso prolongado impulsionaram a indicação de intervenções cirúrgicas. Contudo, a ancoragem de implantes em ossos com baixa densidade mineral e osteoporose avançada impõe sérios desafios biomecânicos. A reduzida resistência do osso trabecular diminui o torque de inserção e a força de arrancamento dos pedicle screws tradicionais, elevando significativamente o risco de falhas de fixação, soltura precoce, pseudartrose e kyphosis juncional. Diante disso, tornou-se fundamental desenvolver e dominar estratégias alternativas de instrumentação — como a modificação de trajetórias, a cimentação com polimetilmetacrilato (PMMA), o uso de biomateriais osteocondutores, parafusos expansíveis, ancoragens adicionais e suporte anterior — para restabelecer a estabilidade mecânica, distribuir cargas de maneira uniforme e garantir resultados clínicos satisfatórios em colunas frágeis.
Chapter Objective: Este capítulo objetiva capacitar o leitor a compreender as limitações biomecânicas do osso osteoporótico e dominar as principais técnicas de fixação e reforço vertebral. O leitor adquirirá competências para indicar e executar métodos como a trajetória para osso cortical (CBT), parafusos penetrantes de placa terminal, preenchimento com PMMA ou hidroxiapatita, parafusos expansíveis, fixação pélvica (S2AI), suporte anterior e ancoragens adjuvantes (ganchos e bandas sublaminares), prevenindo complicações graves.
Visão Geral e FundamentosDesafios Biomecânicos e Dimensões dos Parafusos A fragilidade do osso trabecular reduz a resistência à tração e o torque de inserção, favorecendo a soltura do implante e falhas mecânicas. O uso de pedicle screws mais largos amplia a ancoragem na cortical pedicular, aumentando a resistência ao arrancamento; todavia, o sobredimensionamento excessivo arrisca fraturar o pedículo osteoporótico, exigindo planejamento por computed tomography (CT) (TC) para mensurar o diâmetro pedicular ideal. Trajetórias Alternativas: CBT e Penetrante de Placa Terminal A técnica do pedicle screw com trajetória para osso cortical (Cortical Bone Trajectory - CBT) direciona parafusos de menor diâmetro e comprimento de caudal para cefálico e de medial para lateral, a partir da pars interarticularis. Essa trajetória maximiza o contato com o osso cortical, aumentando em 30% a força de arrancamento em relação à técnica tradicional, além de exigir menor dissecção muscular. Já a técnica de parafuso penetrante de placa terminal, indicada em fraturas torácicas, utiliza o groove entry point e direciona o parafuso inferiormente em direção à placa terminal inferior (vértebra superior) e superiormente rumo à placa terminal superior (vértebra inferior), permitindo fixações curtas percutâneas guiadas por fluoroscopia.
Aumentação com PMMA, Hidroxiapatita e Parafusos ExpansíveisA cimentação com PMMA em parafusos fenestrados reduz em mais de 60% as taxas de soltura ao elevar a resistência ao torque. Contudo, extravasamentos aumentam os riscos de complicações neurológicas ou embolia pulmonar. Como alternativa biológica, a cimentação ou revestimento com grânulos de hidroxiapatita promove o bone ingrowth e a integração biológica, reduzindo a soltura para 5,8% em 1 ano. Os parafusos expansíveis aumentam em até 150% a força de ancoragem por mecanismo distal expansível, podendo também ser associados à cimentação.
Ancoragem Adjuvante e Fixação LombopélvicaNas fraturas instáveis da transição lombossacra, parafusos sacrais isolados apresentam elevado risco de arrancamento. A fixação pélvica via parafusos S2-alar-ilíacos (S2AI) cruza a articulação sacroilíaca em direção ao corpo do ílio, orientada intraoperatoriamente pela imagem em "gota de lágrima". Em artrodeses longas, técnicas adjuvantes — como bandas sublaminares, ganchos laminares e ganchos no processo transverso (TPH) — utilizam a resistência do osso cortical para distribuir cargas e reduzir a sobrecarga sobre pedicle screws proximais, prevenindo a kyphosis juncional proximal (PJK).
Suporte e anterior instrumentationA abordagem anterior permite o acesso direto ao vertebral body para decompression e colocação de cages com maior área de apoio. A associação entre anterior instrumentation e posterior é amplamente recomendada em fraturas com colapso grave, pois aumenta a rigidez do constructo, previne o afundamento (subsidence) e reduz falhas mecânicas.
Clinical Application: Na tomada de decisão e surgical planning do paciente osteoporótico, a avaliação tomográfica pré-operatória é indispensável para mensurar o diâmetro pedicular, analisar a espessura laminar e mapear trajetórias complexas como S2AI ou CBT, evitando o sobredimensionamento de parafusos e fraturas iatrogênicas. Na prática operatória, ao optar por parafusos penetrantes de placa terminal ou CBT, o cirurgião reduz a morbidade cirúrgica e o tempo de dissecção de partes moles. Ao utilizar a aumentação com cimento PMMA em parafusos fenestrados, deve-se controlar rigidamente o volume (limitando a 1,5 ml a 3 ml por parafuso) e realizar injeção sob fluoroscopia contínua para evitar extravasamentos ao canal neural ou embolia pulmonar. Na presença de estenose severa do spinal canal ou lâminas delgadas, o uso de bandas sublaminares está contraindicado devido ao risco de neurological injury ou fratura laminar. Em deformidades longas, a adição de ganchos no processo transverso ou bandas na extremidade proximal (UIV) alivia o estresse nos parafusos finais, prevenindo a kyphosis juncional proximal. Por fim, o surgical treatment precisa ser integrado ao manejo farmacológico sistêmico da osteoporose para assegurar a consolidação e a longevidade dos implantes.
🏷️

Keywords

Preferred DeCS/MeSH Descriptors:
Coluna VertebralProcedimentos Cirúrgicos OperatóriosDiagnóstico por ImagemArtrodeseBiomecânicaQualidade de VidaReabilitação

Why this chapter matters

A manipulação da coluna com baixa densidade mineral óssea representa um dos maiores desafios da cirurgia de coluna moderna, devido às elevadas taxas de soltura de implantes, fraturas e kyphosis juncional. Este capítulo detalha soluções biomecânicas e técnicas cirúrgicas fundamentais — desde trajetórias corticais e aumentação com PMMA ou hidroxiapatita até montagens pélvicas e adjuvantes — orientando decisões seguras. Seu domínio permite prevenir erros técnicos graves, reduzir a morbidade operatória e otimizar a estabilidade dos constructos, promovendo a reabilitação funcional precoce de pacientes idosos.

O sucesso no tratamento das fraturas e deformidades na coluna osteoporótica exige superar a baixa resistência trabecular por meio do planejamento tomográfico e da aplicação de conceitos biomecânicos consolidados. A combinação individualizada de trajetórias corticais (CBT), reforço cimentício ou com biomateriais, parafusos expansíveis, fixação pélvica S2AI, suporte anterior e ancoragens adjuvantes otimiza a distribuição de cargas, minimizando taxas de soltura e falhas estruturais quando integrada ao tratamento farmacológico sistêmico.

Chapter Highlights

🌐
Card 1 — Conceito essencial Trajetória para osso cortical (CBT) A técnica CBT utiliza parafusos direcionados de caudal para cefálico e de medial para lateral a partir da pars interarticularis. Essa trajetória maximiza o contato com o osso cortical de alta densidade, promovendo um ganho de 30% na força de arrancamento em relação ao trajeto pedicular tradicional, sendo ideal para a coluna osteoporótica e permitindo menor dissecção muscular.

🩺
Card 2 — Decisão clínica
Aumentação com cimento e limites

O reforço de parafusos fenestrados com PMMA reduz em mais de 60% as taxas de soltura do implante em ossos osteoporóticos. No entanto, a aplicação deve ser rigorosamente controlada sob fluoroscopia e limitar volumes (geralmente até 1,5 a 3 ml por parafuso), evitando o extravasamento para o canal neural, forames ou circulação venosa.

📐
Card 3 — Pérola ou alerta
Risco no sobredimensionamento do parafuso

Embora parafusos de maior diâmetro ofereçam maior ancoragem na cortical do pedículo, a escolha excessiva de diâmetro em osso frágil pode fraturar o pedículo e inviabilizar a fixação naquele nível. O planejamento pré-operatório minucioso por computed tomography (CT) é obrigatório para selecionar a dimensão segura e exata do implante.

📚

Bibliographic References

1. Ensrud KE. Epidemiology of fracture risk with advancing age. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2013;68(10):1236–42.
2. Kanis JA. Assessment of osteoporosis at the primary health care level. Sheffield: WHO Collaborating Centre for Metabolic Bone Diseases, University of Sheffield; 2007.
3. Hoppe S, Keel MJB. Pedicle screw augmentation in osteoporotic spine: indications, limitations and technical aspects. Eur J Trauma Emerg Surg. 2017;43(1):3–8.
4. Vaccaro AR, Oner C, Kepler CK, et al. AOSpine thoracolumbar spine injury classification system. Spine. 2013;38(23):2028–37.
5. Santoni BG, Hynes RA, McGilvray KC, et al. Cortical bone trajectory for lumbar pedicle screws. Spine J. 2009;9(5):366–73.
6. Matsukawa K, Yato Y, Nemoto O, et al. Morphometric measurement of cortical bone trajectory for lumbar pedicle screw insertion using CT. J Spinal Disord Tech. 2013;26(6):E248–53.
7. Ishii K, Shiono Y, Funao H, et al. A novel groove-entry technique for inserting thoracic percutaneous pedicle screws. Clin Spine Surg. 2017;30(2):57–64.
8. Fujii K, Setojima Y, Ogawa K, et al. Short fixation using penetrating endplate screws and percutaneous vertebral augmentation. Spine Surg Relat Res. 2024;8(6):600–7.
9. Kanno H, Onoda Y, Hashimoto K, et al. Innovation of surgical techniques for screw fixation in osteoporotic spine. J Clin Med. 2022;11(9):2577.
10. Kanno H, Aizawa T, Hashimoto K, Itoi E. Enhancing percutaneous pedicle screw fixation with hydroxyapatite granules. PLoS One. 2019;14(9):e0223106.
11. Kanno H, Onoda Y, Hashimoto K, et al. Reinforcement of percutaneous pedicle screw fixation with hydroxyapatite granules. Medicina. 2022;58(5):579.
12. Hasegawa T, Inufusa A, Imai Y, et al. Hydroxyapatite coating improves pedicle screw pull-out strength. Spine J. 2005;5(3):239–43.
13. Fini M, Giavaresi G, Greggi T, et al. Biological assessment of bone–screw interface with HA coating. J Biomed Mater Res A. 2003;66A(1):176–83.
14. Ohtori S, Inoue G, Orita S, et al. Comparison of teriparatide and bisphosphonate to reduce pedicle screw loosening. Spine. 2013;38(8):E487–92.
15. Ohba T, Ebata S, Oba H, et al. Risk factors for clinically relevant loosening of percutaneous pedicle screws. Spine Surg Relat Res. 2019;3(1):79–85.
16. El Dafrawy MH, Raad M, Okafor L, Kebaish KM. Sacropelvic fixation: a comprehensive review. Spine Deform. 2019;7(4):509–16.
17. Park JH, Hyun SJ, Kim KJ, Jahng TA. Free-hand insertion technique of S2 alar-iliac screws. J Korean Neurosurg Soc. 2015;58(6):578–81.
18. Shillingford JN, Laratta JL, Tan LA, et al. Free-hand technique for S2-alar-iliac screw placement. J Bone Joint Surg Am. 2018;100(4):334–42.
19. Sullivan MH, Carlson BC, Milbrandt TA, et al. Sacropelvic fixation with S2AI screws via CT-guided navigation. JPOSNA. 2024;5(1):609.
20. Nowak S, Müller J, Weidemeier ME, et al. Tear-drop technique in iliac screw placement. Acta Neurochir. 2021;163(6):1577–81.
21. Kozaki T, Kimura H, Shimizu K, et al. Effect of hook and sublaminar band placement at UIV. J Orthop Sci. 2024;29(1):187–94.
22. Viswanathan VK, Kukreja S, Minnema AJ, Farhadi HF. Sublaminar band placement for PJK prevention. J Neurosurg Spine. 2018;28(5):520–31.
23. Patil SS, Bin Abd Razak HR, Dhillon MK, et al. Spinal loop rectangle and sublaminar wires. Asian J Neurosurg. 2017;12(3):399–404.
24. Rathod T, et al. Revision spine surgery with Hartshill-sublaminar wiring. J Orthop Allied Sci. 2020.
25. Winter RB, McClung A, Koenig D, Johnson C. Use of hooks to improve deformity correction. JPOSNA. 2021;3(1):1–7.
26. Lenke LG, Bridwell KH, O’Brien MF, Baldus C. Offset laminar hooks and bending moments. Scoliosis Research Society Meeting; 1996.
27. Lee CH, et al. Transverse process hooks at UIV. Spine. 2014;39(10):E587–92.
28. Lee S, et al. Application of transverse process hooks in ASD surgery. Neurospine. 2024.
29. Takahashi S, et al. Transverse process hooks and PJK prevention. Global Spine J. 2025.
30. Chen Y, et al. Biomechanical properties of cement-augmented pedicle screws. Front Surg. 2022;9:890764.
31. Frankel BM, et al. Pedicle screw augmentation with different PMMA volumes. J Neurosurg Spine. 2016;25(4):450–7.
32. Moon BJ, et al. Materials used for revision pedicle screw augmentation. Neurospine. 2023;20(1):276–85.
33. Zhang Q, et al. Cement-injectable cannulated pedicle screws. Sci Rep. 2020;10:6098.
34. Huang Y, et al. Fenestrated versus conventional pedicle screws with PMMA. J Orthop Sci. 2024;29(2):123–9.
35. Kim J, et al. Expandable screws and cement: biomechanical comparison. Neurospine. 2023;20(4):877–85.
36. Hekimoglu M, et al. Two-stage lumbar dynamic stabilization in osteoporotic patients. Diagnostics. 2024;14:1505.
37. Li J, et al. Biomechanical impact of screw turnback in osteoporotic bone. Front Bioeng Biotechnol. 2023;11:1151627.
38. Zhang Q, et al. Cement volume and filling pattern in expandable screws. Sci Rep. 2025;15:690.
39. Smith T, et al. Advancements in osteoporotic spine fixation. Global Spine J. 2023.
40. Machado RS, et al. Anterolateral vertebral screw fixation biomechanics. J Orthop Surg Res. 2025;20:31.
41. Al-Najjar YA, et al. Bone health optimization in adult spinal deformity. J Clin Med. 2024;13(16):4891.
Videocast SBC
Watch Videocast
Treatise in Debate

Official videocast derived from the treatise chapters.

Episode 1 – Chapter 8: Sagittal Plane Spinal Alignment

Discussion with the authors on fundamental concepts of sagittal alignment, radiographic parameters, and clinical significance.

Watch episode