Abstract Ciprofloxacin was incorporated to plain bioresorbable self-reinforced polylactide/glycolyde 80/20 screws and tacks (ciprofloxacin releasing SR-PLGA). These implants were compared to otherwise similar conventional fixation devices. The effect of the ciprofloxacin addition on the pull-out force of screws and tacks was evaluated in human cadaver cranial bones. SR-PLGA tacks applied to cranial bone with a special applicator gun had a similar holding power as screws. Addition of the antibiotic compromised the strength of the screws so that ciprofloxacin-containing PLGA screws had lower pull-out strength than corresponding plain PLGA screws. Scanning electron microscopy showed that the fibrillar strip-like microstructure of plain SR-PLGA screws turned into a coarse uni-axial platelet-like pattern as a result of ciprofloxacin addition. It is concluded that this type of 4 mm long and 1.5 mm diameter ciprofloxacin-containing screws can only be used in non-load-bearing or slightly load-bearing applications. Tissue reactions elicited by plain bioresorbable self-reinforced polylactide/glycolide (SR-PLGA) 80/20 screws were compared to similar but ciprofloxacin-releasing SR-PLGA fixation devices in rabbit cranial bone. Plain and ciprofloxacin-PLGA 80/20 screws elicited only mild inflammatory reactions upon implantation in rabbit cranial bone, but they did not interfere with osteoblast activity in up to 72 week long follow-up. Release of the antibiotic from ciprofloxacin-PLGA screws was gradual and the drug concentration in bone tissues was still higher at 8 weeks than the minimal inhibitory concentration (MIC) of ciprofloxacin for S. aureus (0.1–1.0 μg/g). Ciprofloxacin-releasing SR-PLGA screws can find clinical usage in the prevention of implant-related infections in osteofixation in craniomaxillofacial bones in non-load-bearing or slightly load-bearing applications. Larger 6 mm long and 2 mm diameter ciprofloxacin-releasing tacks had a similar holding power to cranial bone as conventional tacks. Tacks can be recommended for clinical use as the application procedure saves time and costs.

Com o objetivo de avaliar a influência do processo de cicatrização óssea sobre o desempenho biomecânico de mini-parafusos utilizados como ancoragem em ortodontia, foram inseridos 60 mini-parafusos (1,6 x 6mm) auto-rosqueantes (Tomas® Dentaurum / Germany) na maxila e na mandíbula de 5 cães adultos da Raça Beagle. Os pré-molares (P1, P2, P3, P4) superiores e inferiores foram extraídos três meses antes da inserção vertical dos mini-parafusos. Os cães foram sacrificados nos dias 0, 2, 7, 15 e 30 após a instalação dos mini-parafusos. Os maxilares foram dissecados e os corpos de provas contendo os mini-parafusos foram preparados para avaliação da resistência à tração na Máquina de Ensaios Universal EMIC® 2000, utilizando uma garra desenvolvida especificamente para este estudo. Os valores e gráficos correspondentes ao desempenho mecânico foram imediatamente gerados e registrados pelo programa de aquisição Tesc 3.01®. As possíveis diferenças entre os períodos de cicatrização foram avaliadas pela análise de variância (ANOVA) e pelo teste de comparações múltiplas de Bonferroni. Os resultados demonstraram um índice de sucesso de 100% dos mini-parafusos inseridos. Após a dissecação dos segmentos ósseos, verificou-se que em alguns casos a superfície da rosca ficou parcialmente exposta, razão pela qual o cálculo da resistência à tração (média na maxila de: 141,76 ± 92,82 Ncm a 237,02 ± 78,34 Ncm e média na mandíbula de: 156,86 ± 75,55 Ncm a 328,76 ± 82,17 Ncm) foi feito em relação à área real de inserção (maxila: 24,01 ± 6,09mm2 e mandíbula: 22,88 ± 5,31mm2), observando-se um valor médio por mm2 significativamente maior na mandíbula (11,60 ± 5,22 Ncm) quando comparado à maxila (8,22 ± 5,04 Ncm). A relação entre a intensidade da força de tração (Ncm), superfície inserida (mm2) e períodos de cicatrização não apresentaram diferenças significantes (p= 0,126). Com base nestes resultados podemos concluir que os mini-parafusos avaliados demonstraram excelente desempenho biomecânico nos diferentes períodos de cicatrização analisados, apresentando maior resistência à tração no osso mandibular. / With the purpose of evaluating the influence of bone healing process on the biomechanical performance of mini-screws used as anchorage in orthodontics, 60 self-tapping (Tomas® - Dentaurum / Germany) mini-screws were inserted (1.6 x 6 mm) in the maxilla and in the mandible of 5 adult Beagle dogs. Upper and lower premolars (P1, P2, P3, P4) were extracted three months before the vertical insertion of mini-screws. The dogs were sacrified on days 0, 2, 7, 15 and 30 after the insertion of mini-screws. The jaws were dissected and the bone blocks, containing the miniscrews, were prepared to the axial pull-out strength in the Universal Testing Machine EMIC ® 2000, using a device developed specifically for this study. The values and graphics for the mechanical performance were immediately generated and recorded by the acquisition program. The clinical success rate of mini-screws was 100%. The possible differences between the healing periods were analyzed by Bonferroni´s multiple test comparisons and variance analysis (ANOVA). After the dissection of the bone segments, it was found that in some cases, the mini-screw thread was not fully inserted into the bone, reason why the pull-out strength (average of the maxilla: 141.76 ± 92.82 Ncm to 237.02 ± 78.34 Ncm and average in the mandible of 156.86 ± 75.55 Ncm to 328.76 ± 82.17 Ncm) was evaluated in relation to the real area of insertion (maxilla: 24.01 ± 6.09 mm2 and mandible: 22.88 ± 5.31 mm2). Mean value/mm2 were significantly higher in the mandible (11.60 ± 5.22 Ncm/mm2) than the maxilla (8.22 ± 5.04 Ncm/mm2). There was no statistically significant difference (p = 0126) between pull-out strength (Ncm), surface inserted (mm2) and the observed healing periods. Based on these results it can be concluded that mini-screws evaluated in this study demonstrated an excellent biomechanical behavior in all different periods of healing, showing more resistance to traction in the mandibular bone.

Made available in DSpace on 2016-12-06T17:07:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RESUMO.pdf: 26325 bytes, checksum: b3675c6043e597d4b7943a6b80a68275 (MD5) Previous issue date: 2001-12-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A variety of reconstructive surgical procedures rely on the strength improvement of tendon-to-tendon linkage. Thus, methods to improve tendon ruptures may allow earlier rehabilitation and fast return to the daily living. The purpose of this study was to evaluate the mechanical strength of aquilles tendon 2-mm defect in male rabbits. The created gap was filled with bovine collagen (biomaterial) in nine specimens and a suture with no filling in other nine specimens. The other aquilles tendons were the control group as pattern of normality. In all eighteen tendons (eighteen animals) the strength were tested in a material testing machine for a pull-out strength. Ultimate strength and dislocation were analyzed in all groups. One-way analysis of variance (ANOVA) at a p£ 0.05 was used to compare the biomechanical data in the sixth week period of time. There were no obvious slipping at the interface between the clamp and the muscle-tendon fixation. There was no significantly difference among the groups. For the strength variable p=0.0467 and for the displacement p=0.1950. The coefficient of variation of 30% for the control group, 25% for the biomaterial group and 18% for the suture group when analyzing the tendon strength. In the displacement data, the control group presented a coefficient of variation of 37%, biomaterial group of 25% and the 42% for the control group. The presented data have not shown any improvement using biomaterial. However, the collagen group has shown similar curves compared to the control group. / O presente estudo teve como objetivo avaliar o comportamento biomecânico do tendão calcaneano de coelhos, quando utilizado um componente biológico para o preenchimento de uma falha. Os biomateriais são substâncias biologicamente ativas, que apresentam efeito osteogênico e formador de partes moles, isto é, ativam a formação de osso e colágeno novos nos organismos vivos. Neste estudo o biomaterial foi o colágeno bovino. A amostra foi caracterizada por dezoito coelhos da raça Nova Zelândia, adultos, machos em que foi criada uma falha cirúrgica de 2 mm no tendão calcaneano de todos os animais. Em nove animais foi realizada simples sutura sem biomaterial, nos restantes nove animais foi realizada a implantação dos biomateriais nas falhas criadas. No período de seis semanas estes animais foram sacrificados e os tendões submetidos ao teste de tração. A comparação foi utilizada pelo tendão não operado, como forma de obter-se o padrão de normalidade da resistência dos tendões. Foram utilizadas as garras para o ensaio de tração, próprias da máquina de ensaios biomecânicos. Os resultados da carga máxima aplicada para a ruptura destes espécimes e o deslocamento, a partir da curva carga-deslocamento foram registrados e avaliados o comportamento biomecânico destes espécimes. Utilizando-se a análise da variância (ANOVA) com um p£ 0,05 não foram observados diferenças estatisticamente significantes entre os grupos de estudo e o grupo controle. O coeficiente de variação (CV%) em relação à variável carga máxima à falência no grupo controle foi de 30%, no grupo biomaterial 25% e no grupo sutura 18%. Na análise do grau de deslocamento, o grupo controle apresentou um CV de 37%, o biomaterial de 25% e 42% para o grupo controle. Em análise do coeficiente de variação acumulado, houve uma tendência para estabilização da curva nos grupos apresentados. Os dados acima apresentados não demonstraram um efeito benéfico na adição do colágeno bovino nestes grupos estudados. Ainda assim, em observação qualitativa, as curvas do grupo biomaterial apresentaram um traçado semelhante aos da normalidade.

Com o objetivo de avaliar a influência do processo de cicatrização óssea sobre o desempenho biomecânico de mini-parafusos utilizados como ancoragem em ortodontia, foram inseridos 60 mini-parafusos (1,6 x 6mm) auto-rosqueantes (Tomas® Dentaurum / Germany) na maxila e na mandíbula de 5 cães adultos da Raça Beagle. Os pré-molares (P1, P2, P3, P4) superiores e inferiores foram extraídos três meses antes da inserção vertical dos mini-parafusos. Os cães foram sacrificados nos dias 0, 2, 7, 15 e 30 após a instalação dos mini-parafusos. Os maxilares foram dissecados e os corpos de provas contendo os mini-parafusos foram preparados para avaliação da resistência à tração na Máquina de Ensaios Universal EMIC® 2000, utilizando uma garra desenvolvida especificamente para este estudo. Os valores e gráficos correspondentes ao desempenho mecânico foram imediatamente gerados e registrados pelo programa de aquisição Tesc 3.01®. As possíveis diferenças entre os períodos de cicatrização foram avaliadas pela análise de variância (ANOVA) e pelo teste de comparações múltiplas de Bonferroni. Os resultados demonstraram um índice de sucesso de 100% dos mini-parafusos inseridos. Após a dissecação dos segmentos ósseos, verificou-se que em alguns casos a superfície da rosca ficou parcialmente exposta, razão pela qual o cálculo da resistência à tração (média na maxila de: 141,76 ± 92,82 Ncm a 237,02 ± 78,34 Ncm e média na mandíbula de: 156,86 ± 75,55 Ncm a 328,76 ± 82,17 Ncm) foi feito em relação à área real de inserção (maxila: 24,01 ± 6,09mm2 e mandíbula: 22,88 ± 5,31mm2), observando-se um valor médio por mm2 significativamente maior na mandíbula (11,60 ± 5,22 Ncm) quando comparado à maxila (8,22 ± 5,04 Ncm). A relação entre a intensidade da força de tração (Ncm), superfície inserida (mm2) e períodos de cicatrização não apresentaram diferenças significantes (p= 0,126). Com base nestes resultados podemos concluir que os mini-parafusos avaliados demonstraram excelente desempenho biomecânico nos diferentes períodos de cicatrização analisados, apresentando maior resistência à tração no osso mandibular. / With the purpose of evaluating the influence of bone healing process on the biomechanical performance of mini-screws used as anchorage in orthodontics, 60 self-tapping (Tomas® - Dentaurum / Germany) mini-screws were inserted (1.6 x 6 mm) in the maxilla and in the mandible of 5 adult Beagle dogs. Upper and lower premolars (P1, P2, P3, P4) were extracted three months before the vertical insertion of mini-screws. The dogs were sacrified on days 0, 2, 7, 15 and 30 after the insertion of mini-screws. The jaws were dissected and the bone blocks, containing the miniscrews, were prepared to the axial pull-out strength in the Universal Testing Machine EMIC ® 2000, using a device developed specifically for this study. The values and graphics for the mechanical performance were immediately generated and recorded by the acquisition program. The clinical success rate of mini-screws was 100%. The possible differences between the healing periods were analyzed by Bonferroni´s multiple test comparisons and variance analysis (ANOVA). After the dissection of the bone segments, it was found that in some cases, the mini-screw thread was not fully inserted into the bone, reason why the pull-out strength (average of the maxilla: 141.76 ± 92.82 Ncm to 237.02 ± 78.34 Ncm and average in the mandible of 156.86 ± 75.55 Ncm to 328.76 ± 82.17 Ncm) was evaluated in relation to the real area of insertion (maxilla: 24.01 ± 6.09 mm2 and mandible: 22.88 ± 5.31 mm2). Mean value/mm2 were significantly higher in the mandible (11.60 ± 5.22 Ncm/mm2) than the maxilla (8.22 ± 5.04 Ncm/mm2). There was no statistically significant difference (p = 0126) between pull-out strength (Ncm), surface inserted (mm2) and the observed healing periods. Based on these results it can be concluded that mini-screws evaluated in this study demonstrated an excellent biomechanical behavior in all different periods of healing, showing more resistance to traction in the mandibular bone.

O parafuso como elemento de ancoragem de sistemas de fixação vertebral já é há muito utilizado. Porém a forma de distribuição da tensão gerada por ele na região de ancoragem não está ainda bem clara. O método de elementos finitos (MEF) é um método matemático desenvolvido no século passado e permite, quando em um estudo estático, avaliar reações internas de estruturas ao se aplicar uma força. Este estudo teve por objetivo analisar as tensões e deformações internas geradas por parafusos do sistema de fixação vertebral por meio do MEF. Os Parafusos USS1 de 5, 6 e 7 mm de diâmetro e 45 mm de comprimento (Grupo 1 G1, Grupo 2 G2 e Grupo 3 - G3) e os parafusos USS2 anterior, USS2 posterior de 6,2mm de diâmetro e USS1 de 6 mm de diâmetro e 30 mm de comprimento (Grupo 4 G4, Grupo 5 G5 e Grupo 6 - G6) foram utilizados neste estudo. Para validação dos modelos foram utilizados: ensaio mecânico de arrancamento do parafuso em corpos de prova de poliuretana com densidade de 0,16 g/cm3 e resultados de ensaios de arrancamento encontrados na literatura. Foi confeccionado um modelo tridimensional para cada conjunto parafuso e poliuretana estudado no programa SolidWorks®2006. Foram confeccionados 30 corpos de prova em poliuretana para validação de G1, G2 e G3, sendo 10 corpos de prova para cada grupo. O orifício piloto foi realizado por broca de 3,8 mm para G1 e 4,8 mm para G2 e G3. Os modelos dos grupos G4, G5 e G6 foram validados por resultados encontrados na literatura de ensaios em poliuretana de mesma densidade e orifício piloto realizados por sonda de 3,8 mm para G4 e G5 e 4,8mm para G6. A análise pelo método de elementos finitos, foi realizada no programa ANSYS®Workbench 10.0. A validação foi obtida pela comparação da rigidez relativa obtida no ensaio mecânico e o resultado da simulação pelo MEF. Foram encontradas divergências de 8,3% para G1, 3,1% para G2, 0,5% para G3, 14,4% para G4, 9,5% para G5 e 10,3% para G6, sendo todas consideradas aceitáveis. Validados os modelos, os grupos G4 e G6, utilizados na fixação anterior, foram submetidos à força de compressão, tração e dobramento lateral. Os grupos G5 e G6, empregados na fixação posterior, foram submetidos à força de compressão, tração, flexão e extensão. Na fixação anterior as menores tensões foram encontradas para G4 e as maiores para G6 para todas as forças aplicadas. Na fixação posterior as menores tensões foram encontradas para G5 e as maiores para G6 para todas as forças aplicadas. As maiores tensões foram geradas ao se realizar o dobramento lateral na fixação anterior e a extensão na fixação posterior. / Screws have been used to stabilize spine fixation systems. However, stress distribution around them is not clear yet. The finite element method (FEM) is a mathematic model developed in the last century and allows evaluating internal reactions of the structure submitted to a load in a static analysis. The present study aimed to evaluate stress and internal deformation caused by screws of the spine fixation system using FEM. USS1 screws measuring 5, 6 and 7 mm in diameter and 45 mm in length (Group 1 G1, Group 2 G2 and Group 3 G3) and the screws USS2 anterior, USS2 posterior measuring 6.2 mm in diameter and USS1 measuring 6 mm in diameter and 30 mm in length (Group 4 G4, Group 5 G5 and Group 6 G6) were used in the present study. For validation models, mechanical tests evaluating pull-out strength in polyurethane samples presenting density of 0.16 g/cm3, and results of pull-out tests related in the literature were used. Threedimensional (3D) models were built for each screw-polyurethane sample set using SolidWorks® 2006 software. Thirty polyurethane samples were made for G1, G2 and G3 validation, 10 for each group. The pilot hole was made using a 3.8 mm drew for G1, and 4.8 mm for G2 and G3. The G4, G5 and G6 models were validated based on literature results that used polyurethane of same density and pilot hole made using 3.8 mm probe for G4 and G5, and 4.8 mm for G6. The FEM analysis was performed using ANSYS®Workbench 10.0 software. Validation was reached by comparing relative stiffness obtained in mechanical tests and results of FEM simulation. Differences of 8.3% for G1, 3.1% for G2, 0.5% for G3, 14.4% for G4, 9.5% for G5, and 10.3% for G6 were found, but all values were considered acceptable. Validated the models, G4 and G6 groups, used for anterior fixation, were submitted to compression, traction and lateral bending load. The G5 and G6 groups, used for posterior fixation, were submitted to compression, traction, flexion and extension force. In the anterior fixation, lower stress were found for G4, and greater for G6 at all applied forces. In the posterior fixation, lower stress were found for G5 and greater for G6 at all applied forces. Greater stress were caused simulating lateral bending in the anterior fixation, and extension in the posterior fixation.

O parafuso como elemento de ancoragem de sistemas de fixação vertebral já é há muito utilizado. Porém a forma de distribuição da tensão gerada por ele na região de ancoragem não está ainda bem clara. O método de elementos finitos (MEF) é um método matemático desenvolvido no século passado e permite, quando em um estudo estático, avaliar reações internas de estruturas ao se aplicar uma força. Este estudo teve por objetivo analisar as tensões e deformações internas geradas por parafusos do sistema de fixação vertebral por meio do MEF. Os Parafusos USS1 de 5, 6 e 7 mm de diâmetro e 45 mm de comprimento (Grupo 1 G1, Grupo 2 G2 e Grupo 3 - G3) e os parafusos USS2 anterior, USS2 posterior de 6,2mm de diâmetro e USS1 de 6 mm de diâmetro e 30 mm de comprimento (Grupo 4 G4, Grupo 5 G5 e Grupo 6 - G6) foram utilizados neste estudo. Para validação dos modelos foram utilizados: ensaio mecânico de arrancamento do parafuso em corpos de prova de poliuretana com densidade de 0,16 g/cm3 e resultados de ensaios de arrancamento encontrados na literatura. Foi confeccionado um modelo tridimensional para cada conjunto parafuso e poliuretana estudado no programa SolidWorks®2006. Foram confeccionados 30 corpos de prova em poliuretana para validação de G1, G2 e G3, sendo 10 corpos de prova para cada grupo. O orifício piloto foi realizado por broca de 3,8 mm para G1 e 4,8 mm para G2 e G3. Os modelos dos grupos G4, G5 e G6 foram validados por resultados encontrados na literatura de ensaios em poliuretana de mesma densidade e orifício piloto realizados por sonda de 3,8 mm para G4 e G5 e 4,8mm para G6. A análise pelo método de elementos finitos, foi realizada no programa ANSYS®Workbench 10.0. A validação foi obtida pela comparação da rigidez relativa obtida no ensaio mecânico e o resultado da simulação pelo MEF. Foram encontradas divergências de 8,3% para G1, 3,1% para G2, 0,5% para G3, 14,4% para G4, 9,5% para G5 e 10,3% para G6, sendo todas consideradas aceitáveis. Validados os modelos, os grupos G4 e G6, utilizados na fixação anterior, foram submetidos à força de compressão, tração e dobramento lateral. Os grupos G5 e G6, empregados na fixação posterior, foram submetidos à força de compressão, tração, flexão e extensão. Na fixação anterior as menores tensões foram encontradas para G4 e as maiores para G6 para todas as forças aplicadas. Na fixação posterior as menores tensões foram encontradas para G5 e as maiores para G6 para todas as forças aplicadas. As maiores tensões foram geradas ao se realizar o dobramento lateral na fixação anterior e a extensão na fixação posterior. / Screws have been used to stabilize spine fixation systems. However, stress distribution around them is not clear yet. The finite element method (FEM) is a mathematic model developed in the last century and allows evaluating internal reactions of the structure submitted to a load in a static analysis. The present study aimed to evaluate stress and internal deformation caused by screws of the spine fixation system using FEM. USS1 screws measuring 5, 6 and 7 mm in diameter and 45 mm in length (Group 1 G1, Group 2 G2 and Group 3 G3) and the screws USS2 anterior, USS2 posterior measuring 6.2 mm in diameter and USS1 measuring 6 mm in diameter and 30 mm in length (Group 4 G4, Group 5 G5 and Group 6 G6) were used in the present study. For validation models, mechanical tests evaluating pull-out strength in polyurethane samples presenting density of 0.16 g/cm3, and results of pull-out tests related in the literature were used. Threedimensional (3D) models were built for each screw-polyurethane sample set using SolidWorks® 2006 software. Thirty polyurethane samples were made for G1, G2 and G3 validation, 10 for each group. The pilot hole was made using a 3.8 mm drew for G1, and 4.8 mm for G2 and G3. The G4, G5 and G6 models were validated based on literature results that used polyurethane of same density and pilot hole made using 3.8 mm probe for G4 and G5, and 4.8 mm for G6. The FEM analysis was performed using ANSYS®Workbench 10.0 software. Validation was reached by comparing relative stiffness obtained in mechanical tests and results of FEM simulation. Differences of 8.3% for G1, 3.1% for G2, 0.5% for G3, 14.4% for G4, 9.5% for G5, and 10.3% for G6 were found, but all values were considered acceptable. Validated the models, G4 and G6 groups, used for anterior fixation, were submitted to compression, traction and lateral bending load. The G5 and G6 groups, used for posterior fixation, were submitted to compression, traction, flexion and extension force. In the anterior fixation, lower stress were found for G4, and greater for G6 at all applied forces. In the posterior fixation, lower stress were found for G5 and greater for G6 at all applied forces. Greater stress were caused simulating lateral bending in the anterior fixation, and extension in the posterior fixation.