SciELO - Scientific Electronic Library Online

 
vol.15 número1Comportamiento al Impacto de un Recubrimiento de Caucho Reciclado para Barreras Metálicas de Contención en CarreterasSimulación de Sistemas Flexibles de Fabricación Mediante Modelos de Realidad Virtual índice de autoresíndice de materiabúsqueda de artículos
Home Pagelista alfabética de revistas  

Servicios Personalizados

Revista

Articulo

Indicadores

Links relacionados

Compartir


Información tecnológica

versión On-line ISSN 0718-0764

Inf. tecnol. v.15 n.1 La Serena  2004

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-07642004000100007 

 

Información Tecnológica - Vol. 15 N° 1 - 2004: 43-48

MATERIALES

 

Análisis de las Causas de Hernia de Disco Intervertebral

Analysis of the Causes of Intervertebral Disk Hernia

 

R.O. Ferracutti, A. Czerniecki, J. Paloto y N. Molinari

Univ. Nacional del Sur, Dpto. de Ingeniería, Avda. Alem Nº1253, (8000) Bahía Blanca-Argentina
(e-mail: rferracu@criba.edu.ar)


Resumen

El objetivo de este trabajo es comprobar la hipótesis de que la hernia de disco intervertebral, se produce por fatiga del material y no por compresión simple. Se han sometido probetas constituidas por columnas lumbares ovinas frescas a pruebas de fatiga por compresión. Los ensayos mostraron que las muestras sometidas a cargas de aplicación única, ceden en el hueso y sometidas a ensayos de fatiga, ceden en el disco intervertebral. Se concluye que la hernia de disco intervertebral es producto de esfuerzos repetidos en compresión axial y un traumatismo único no resulta en una hernia de disco.


Abstract

The objective of this work is to prove the hypothesis that intervertebral disk hernia is produced by fatigue of the material and not by simple compression. Pieces of fresh ovine lumbar columns were submitted to compression tests. The experiments showed that when the samples are submitted to charges of single application, fail in the bone and when are submitted to fatigue tests, they fail in the intervertebral disk. It is concluded that the intervertebral disk hernia is produced by repetitive charges as axial compression and that a single traumatism does not generate a disk hernia.

Keywords: disk hernia, intervertebral disk, fatigue by compression, axial compression


 

INTRODUCCIÓN

La columna vertebral es una estructura articulada de sostén constituida por: segmentos óseos, relativamente rígidos, las vértebras, unidas entre sí por tejido cartilaginoso relativamente elástico, los discos intervertebrales. El conjunto se comporta desde el punto de vista mecánico, como un composite (Callister, 1996). Frente a las cargas estáticas, ofrece resistencias que se continúan unas a las otras, de adelante hacia atrás (Denis, 1983).

En 1911 Goldthwait (De Palma, 1957) atribuye a la lesión del disco los síntomas dolorosos conocidos como ciática y lumbo-ciática. Dandy, en 1929 extirpó quirúrgicamente por primera vez un disco vertebral, pero fue recién en 1934 que Barr (Mixter y Barr, 1934) explicó y atribuyo a la hernia de disco su trascendencia en los seres humanos.

La aparición de métodos, diagnósticos por imágenes (mielografía, tomografía axial computarizada y resonancia magnética nuclear) (Mc Afee et al., 1983) facilitaron el diagnóstico y popularizaron un tratamiento médico o quirúrgico

Desde el punto de la legislación laboral, en la República Argentina, las hernias de disco eran atribuidas al último esfuerzo habitualmente laboral (Cosentino, 1986) y sujetas por lo tanto a su reparación patrimonial como accidente de trabajo. La modificación de la legislación laboral (Álvarez, 1995) cambia la concepción y considera a la hernia de disco como no laboral y por lo tanto no indemnizable. Esta modificación basada en criterios jurídicos (teoría de la indiferencia de la concausa) (Saiach, 1992) carecía de una fundamentación médica y mecánica.

Este grupo interdisciplinario en los años lectivos 1998-1999 (Ferracutti et al., 1999) ensayaron columnas vertebrales a la compresión, flexión y cizallamiento y sus combinaciones. Modificando la clasificación de Holdsworth y Hardy (1953), que se basa en la forma de aplicación de las fuerzas productoras de las fracturas. Durante los periodos 2000-2001 esa línea de investigación fue completada con ensayos de columna a la fatiga.

Existen antecedentes de trabajos similares reportados en Callaghan y McGill (2001), que utilizan columnas cervicales porcinas sometidas a carga de fatiga para producir hernias de disco experimentales.

Grauer et al. (2000) recomiendan el empleo de la columna lumbar de conejo, y Kandziora et al. (2001), aconseja, a pesar de las pequeñas diferencias existentes, el uso de columnas cervicales ovinas como modelo de investigación.

Habiendo sido definidos los accidentes de trabajo en la legislatura argentina como "hecho brusco y violento en ocasión o con motivo del trabajo", los ensayos a fatiga no cumplen esta previsión, lo que motivó a este grupo de trabajo a buscar las lesiones provocadas por fuerzas repetitivas de baja magnitud.

El propósito de este trabajo es mostrar la metodología empleada para reproducir las hernias de disco vertebral y además dar un fundamento médico y mecánico a la legislación laboral sobre este tipo de lesión.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se utilizaron segmentos articulados de columnas vertebrales frescas de origen ovino, constituidos por dos vértebras y un disco, tres vértebras y dos discos. Algunos segmentos con mayor cantidad de vértebras, no se tomaron en cuenta, por cuanto al cargarlas se producía desalineación del conjunto.

El método utilizado consistió en someter dichos segmentos articulados a cargas variables repetitivas de compresión axial entre cien y doscientos veinte daN de carga estática y treinta y doscientos ochenta daN de carga dinámica hasta producir la rotura del hueso o del disco.

Los ensayos mecánicos fueron realizados en una máquina de fatiga de alta frecuencia (vibróforo), para ensayos de tracción, compresión y flexión dinámica marca Amsler, tipo 2HFP 421, con una capacidad máxima de dos mil daN (ver figura 1a), adaptada para este tipo de ensayo (ver figura 1b).

(a)

(b)

Fig. 1: (a) Vibróforo Amsler, (b) adaptación del equipo para el ensayo.

RESULTADOS

Se realizó una primera serie de 48 ensayos que se denominó de estudio y sistematización y que sirvió para:

a) Adaptación del instrumental

Se intentó en un comienzo ensayos a fatiga en probetas fijadas con resina epoxi a los cabezales existentes de la máquina, lo que resultó en fracasos reiterados por aflojamiento y desplazamiento. Se interpusieron luego entre hueso y cabezales, láminas de metal, lo que dio también resultados negativos por desplazamientos de los especimenes. Estos sucesivos fracasos llevaron a confeccionar cabezales con huecos cilíndricos de recepción en el centro a fin de evitar los desplazamientos de las probetas, lo que resultó exitoso.

El Vibróforo carece de capacidad de adaptación con este tipo de probetas, lo que dificultó enormemente la tarea, ya que la frecuencia de ensayo no se podía variar aunque la máquina permitía esa variación.

b) Adaptación de las probetas

Si el material tenía más de 72 horas de sacrificado, aunque estuviera conservado en cámara de frío, presentaba al ser ensayado, pérdidas de carga por falta de elasticidad, debido a fenómenos de descomposición cadavérica. Esto llevó a ser rigurosos en cuanto al tiempo entre la obtención del material y el ensayo lo que dificultaba la tarea.

Cada prueba lleva un estimado de nueve horas entre preparaciones, montaje y ensayo, por lo tanto se podía obtener y ensayar una sola probeta por día. Resultó imprescindible que las dos caras de la probeta fueran perfectamente paralelas para evitar componentes tangenciales que produjeran desplazamientos. Las columnas de mayor longitud, constituidas por cuatro vértebras con los discos correspondientes, resultaban de difícil ensayo por fenómenos de pandeo, debido a la falta de tensores fisiológicos, dificultad que no se pudo superar y que llevó a eliminarlas en las series de confirmación.

c) Comprensión de las variables del fenómeno
en estudio

Las variables involucradas fueron tres:

C1 - Ciclos: La búsqueda de hernias en vértebras sometidas a pruebas de fatiga por compresión llevó a ensayar probetas con números de ciclos inferiores y superiores a 7x105 Este valor impresiona como umbral a pesar del escaso número de pruebas.

C2 - Cargas dinámicas: Con cargas entre 130 y 280 daN. se rompía el hueso. Con cargas entre 30 y 130 daN. se rompía el disco.

C3 - Carga estática: Con relativamente mucha carga, entre 180 y 200 daN. se rompía el hueso. Con relativamente poca carga, entre 100 y 120 daN. se rompía el disco. Esta tercera variable, debe compararse con los resultados de este trabajo, de cargas estáticas ya que de 500 pruebas realizadas, solo en una cedió el disco; no hacia el canal medular sino hacia la cara anterior de la columna.

d) Planificación de las series de comprobación

Con estas experiencias se completaron dos series de treinta ensayos cada una compuestas por: dos vértebras y un disco y tres vértebras y dos discos que se cargaron a compresión dinámica con valores de entre 180 daN. y 220 daN. de carga estática y entre120 y 280 daN. de carga dinámica; entre 7x105 y 10 x 105 ciclos. Los resultados obtenidos se muestran en las tablas 1 y 2. Por razones didácticas y de simplificación se muestran valores y resultados de cuatro de los ensayos realizados.

La aparición sistemática de hernia de disco resultó semejante a las observadas en la práctica clínica humana por radiografía (Campbell’s, 1998) (ver figura 2a y 2b) y resonancia nuclear magnética (ver figura 2c).

En la probeta de la figura 2a se muestra el núcleo pulposo del disco protruido y comprimiendo la dura madre en forma de muesca.

En el punto 1 de la resonancia nuclear magnética de la figura 2c, se observa la imagen tomada de la clínica médica. En la misma resonancia punto 2, el material ya no está protruido, sino extruido, es decir, que queda suelto en el canal medular. Fue imposible prever el punto de herniación y su volumen. Éste siempre se produjo, en esta serie, en la cara posterior de la vértebra hacia el canal medular. La cantidad de núcleo pulposo herniado de su correspondiente disco intervertebral, fue variable y apreciado a simple vista. Esta diferencia volumétrica también se corresponde con los hallazgos de la práctica clínica.

a
b

Fig. 2: (a) Probeta ensayada, (b) Radiografía de la misma probeta, mostrando el pinzamiento discal, (c) Resonancia nuclear magnética.

La figura 3a muestra una resonancia nuclear magnética, tomada de la práctica clínica en humanos donde el recuadro muestra en blanco el material hernial discado (flecha). En la figura 3b, una lapicera indica una voluminosa extrusión discal, de una probeta de la experimentacón ovina realizada en este trabajo.

a

b

Fig. 3: (a) resonancia nuclear magnética, (b) probeta ovina experimental.

DISCUSIÓN

El disco vertebral está constituido por tres estructuras:

a) Los platillos cartilaginosos.
b) El anillo fibroso constituido por capas concéntricas en forma de cebolla (Defeminis y Sazbon, 1970).
c) Por el núcleo pulposo gelatinoso (figura 4).

El material ovino que por alteración cadavérica se deshidrataba en los discos intervertebrales, sufría pérdidas de carga dinámica. Surge la pregunta entonces, si la pérdida de carga era producida por este efecto, o por el envejecimiento fisiológico, que también produce una deshidratación del material discal y éste resulta más difícil de herniar. No se pudo encontrar una respuesta certera a este interrogante.

La interpretación de la razón de la descarga parcial en las probetas ensayadas, reside en la rotura de las capas concéntricas del anillo fibroso, desde el interior, donde está el núcleo pulposo hacia la periferia, lo que aumenta su capacidad volumétrica y descarga el núcleo pulposo que por su condición de fluido gelatinoso, escurre a los espacios abiertos, lo que obligó a reacondicionar el montaje. Esto difería de la descarga completa que producía la falla del material y que marcaba el final del ensayo.

Se intentó encontrar una similitud a la curva de Wohler (Tensión-Número de Ciclos) (Cazaud, 1957) para aceros. Lamentablemente, esto no fue posible para la columna vertebral, ya que :

1) Con altas cargas rompía el hueso.

2) Con bajas cargas rompía disco. No hubo luxaciones en las probetas.

El número de ensayos realizados impidió sacar conclusiones cuantitativas. No obstante las observaciones permiten una limitación espacial que diferencia los resultados obtenidos.

Fig. 4: Estructura constitutiva del disco vertebral.

Tabla 1: Serie de Comprobación

Probeta N°

Especímenes
formados

Carga estática
daN

Carga
dinámica daN

Ciclos

Resultado

2 h/30

Dos vértebras y
un disco

180

120 - 240

1.000.000

Rotura
hueso

12 h/30

Dos vértebras y
un disco

190

130 - 260

800.000

Rotura
hueso

30 h/30

Tres vértebras y
dos discos

220

100 - 280

700.000

Rotura
hueso

Tabla 2: Serie de Comprobación

Probeta N°

Especímenes
formados

Carga estática
daN.

Carga
Dinámica daN.

Ciclos

Resultado

2 d/30

Dos vértebras y
un disco

100

30 - 130

4.200.000

Rotura disco

11 d/30

Tres vértebras y
dos discos

100

40 - 130

1.300.000

Rotura disco

23 d/30

Dos vértebras y
un disco

120

40 - 130

1.100.000

Rotura disco

30 d/30

Tres vértebras y
dos discos

120

60 - 130

1.300.000

Rotura disco

CONCLUSIONES

A partir de los resultados obtenidos se concluye que:

a) El cartílago es más resistente que el hueso a las cargas estáticas (ya sean de compresión; de tracción; de flexión o de cizallamiento) que superen la resistencia del conjunto.
b) La hernia de disco es producto de esfuerzos repetidos en compresión axial.
c) Un traumatismo único no resulta en hernia de disco.
d) Las múltiples capas del anillo fibroso ceden por partes y en sucesión. El esfuerzo que inicia la sintomatología clínica en una hernia de disco es el último y desencadenante.
e) El hallazgo confirma la idea de que la hernia del núcleo pulposo no encaja en lo definido por la legislación laboral argentina (Ley 24.557, artículo 6), como accidente de trabajo.

Esto aporta elementos experimentales biomecánicos que avalan el criterio jurídico.

REFERENCIAS

Álvarez Chávez, V.H., Nueva ley sobre riesgos de trabajo. Ley 24557. 1ª edición. Ed. La Rocca (1995).        [ Links ]

Callaghan, J.P., McGill S.M., Intervertebral disc herniation: studies on a porcine model exposed to highly repetitive flexion/extension motion with compressive force. Clin Biomech, 16 (1): 28-37 (2001).        [ Links ]

Callister W. Introducción a la ciencia e Ingeniería de los Materiales. 3ª edición. Ed. Reverte (1996).        [ Links ]

Campbell´s, J., Operative Orthopedics. 9a Edición. Ed. Mosby (1998).        [ Links ]

Cazaud, R., Fatiga de los Metales. 3ª edición. Ed. Aguilar, Madrid-España (1957).        [ Links ]

Cosentino Rodolfo, Raquis, Ed. Ateneo (1986).        [ Links ]

Defeminis. Rospide H, Sazbon L. Tajch M., Lumbociáticas. Ed. Oficina del Libro (1970).        [ Links ]

Denis, F., The three column spine and it significance in the classification of acute thoraco lumbar spine. Injuries. Spine 8: 817 (1983).        [ Links ]

De Palma. Dolor de Espalda. Ed. Interamericana (1957).        [ Links ]

Ferracutti, R., Czerniecki, A., Paloto, J.C., Molinari, N., Fractura Experimental de Columna. V Congreso Interamericano de Ingeniería Mecánica, Mérida-Venezuela, Octubre (1999).        [ Links ]

Grauer. J.N., Erulkar J.S., Patel T.C., Panjabi M.M., Biomechanical evaluation of the New Zealand white rabit lumbar spine: a physiologic characterization. European Spine Journal, 9(3), 250-5 (2000).        [ Links ]

Holdsworth, F., Hardy, A., Early treatment of paraplegia from fractures of the thoraco lumbar spine. Journal Bone Joint Surgerty, 35B, 540 (1953).        [ Links ]

Kandziora F., Pflugmacher R., Shcolz, M., Schnake, K., Lucke, M., Schroder, R., Mittlmeier T., Comparison between sheep and human cervical spines: an anatomic, radiographic bone mineral density, and biomechanincal study. Spine, 26(23), 2640-1 (2001).        [ Links ]

Mc Afee. P.C., Yuan H.A., Frederickson B.E., Lubiky J.R., The value of computed tomography in thoracolumbar fractures. Journal Bone Joint Surgery, 64A, 461 (1983).        [ Links ]

Mixter, W, Barr Js., Rupture of the intervertebral disc with involvement of the spinal canal. Ed. New England J. Med. 211-210 (1934).        [ Links ]

Saiach Rodríguez, L.A., Tratado de los accidentes y enfermedades del Trabajo. 2ª edición. Ed. Círculo Carpetas. (1992).         [ Links ]

Creative Commons License Todo el contenido de esta revista, excepto dónde está identificado, está bajo una Licencia Creative Commons