Tribología y uso de prótesis de cadera de metal sobre metal: influencia de ángulo de copa y posición de cabeza

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Universidad Autónoma de Nuevo León[pic 2][pic 3]

Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Ingeniero en Mecatrónica

M.C. Yadira Moreno Vera

Biomecánica

Verano V1-V3

Actividad Fundamental 1

 Edwin Reynaldo Ontiveros Castillo

IMTC 1884340

Av. Universidad s/n, Ciudad Universitaria, 66451 San Nicolás de los Garza, N.L.

Artículo: Ángulos del inserto y cabeza cadera

Tribología y uso de prótesis de cadera de metal sobre metal: influencia de ángulo de copa y posición de cabeza.

En los reemplazos de la superficie de la cadera, se ha encontrado que los volúmenes de desgaste de las prótesis recuperadas y, más recientemente, los niveles de iones metálicos in vivo aumentan cuando aumenta el ángulo de la copa acetabular. Se cree que esto se debe al parche de desgaste que se aproxima al borde superior del inserto acetabular. En rodamientos duros de articulaciones de cerámica sobre cerámica, se ha demostrado que la microseparación y la lateralización dinámica de la posición de la cabeza durante la marcha también provocan el contacto de la cabeza en el borde superior del inserto acetabular y un mayor desgaste3-5. Clínicamente, aunque el ángulo de la copa en el plano medial-lateral se puede determinar a partir de radiografías, la dirección y la magnitud del vector de fuerza a través de la articulación varían durante el ciclo de la marcha y cambia más sustancialmente durante otras actividades, aunque la posición angular media es aproximadamente 10 media al eje vertical del cuerpo.

Quirúrgicamente, la copa se coloca de manera ideal si su centro coincide con el centro del acetábulo natural y la cabeza se coloca de tal manera que su centro coincida con el centro de la copa. Sin embargo, incluso si la copa se coloca en la posición anatómica deseada, existe la posibilidad de variabilidad en la posición anatómica de la cabeza, que depende de los cortes óseos y el desplazamiento de los componentes femorales, típicamente en el rango de ± 1 mm. La separación radial entre la cabeza y la copa en un metal sobre metal es típicamente entre 0.05 y 0.1 mm. Por lo tanto, el posicionamiento final o la restricción de la cabeza dentro de la copa se controlarán mediante una combinación de las fuerzas de los tejidos blandos y la restricción de la copa sobre la cabeza femoral. Si la posición anatómica de la cabeza se lateraliza durante la cirugía, entonces la cabeza está limitada por la superficie lateral superior y el borde de la copa, lo que podría cambiar la ubicación de la zona de contacto entre la cabeza y la copa.

La restricción de la cabeza por las partes superior y lateral de la copa alterará la mecánica de contacto y potencialmente alterar la tribología y afectar el desgaste. Cabe señalar que la mayoría de los estudios experimentales de simuladores colocan las cabezas precisamente en el centro de la copa1, 7,8. Solo en estudios aislados de rodamientos de cerámica sobre cerámica se ha introducido la micro lateralización 3-5 y se ha demostrado que aumenta sustancialmente el desgaste.

Presumimos que el ángulo de la copa y la posición lateral y / o microseparación de la cabeza contribuyen a un mayor desgaste en los cojinetes de metal sobre metal. El objetivo de este estudio fue investigar, tanto de forma independiente como en combinación, el efecto del ángulo de copa y la micro lateralización (microseparación) de la cabeza sobre el desgaste de los cojinetes de metal sobre metal en los simuladores de cadera de laboratorio.

Materiales y métodos

Se utilizaron para investigar la influencia de la posición angular de la copa en el Métodos experimentales de simulación de desgaste de laboratorio de cadera plano medial-lateral, así como la micro lateralización de la cabeza femoral con respecto a la copa y también para investigar la combinación de ambas variables en la tasa de desgaste. Se usaron cojinetes de metal sobre metal de aleación de cobalto-cromo-molibdeno (ASTM [Sociedad Americana para Pruebas y Materiales] F1537) sobre todos los estudios. Para determinar el efecto del ángulo de copa (Estudio 1; n = 8) y el efecto de la micro lateralización (Estudio 2; n = 10), se usaron cojinetes forjados de 28 mm (contenido de carbono: cabeza, 0.07%; copa, 0.2%), que se usan en reemplazos totales de cadera. Las pruebas del simulador de cadera se llevaron a cabo a 5 millones de ciclos. En el estudio 3 (n = 12), diámetro mayor, 39 mm, superficie fundida Se usaron rodamientos de repuesto (contenido de carbono de la cabeza y la copa, 0.2%) para estudiar los efectos combinados del ángulo de la copa y la micro lateralización y / o separación. En este estudio, se realizaron pruebas de simulador de cadera a 2 millones de ciclos. Todas las pruebas se llevaron a cabo en simuladores de articulación de cadera de Leeds, que combinan extensión de flexión y rotación interna-externa.

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En estos estudios, para los rodamientos de metal sobre metal (después de la observación de que la ropa cambió al estado estable de la unión en o antes de 1 millón de ciclos en la prueba de condición estándar), la tasa de desgaste entre cero y 1 millón de ciclos se definió como '' colocación en cama ''. Y la tasa de desgaste entre 1 y 5 millones de ciclos se definió como "estado estable".

Análisis estadístico Los estudios fueron diseñados para comparar una sola variable (ángulo de copa o microlateralización) en los Estudios 1 y 2 y el efecto de ambas variables en combinación en el Estudio 3. Datos (tasas de desgaste) fueron analizados por análisis de varianza dentro de un único estudio. Las diferencias significativas entre las medias de los grupos individuales se determinaron con el uso de una prueba t de Student (p <0.05 y p <0.01). Estos métodos de análisis se han utilizado ampliamente en estudios previos. Las comparaciones no fueron y no deben hacerse entre los grupos de diferentes estudios.

Resultados

En el Estudio 1 (Fig. 3, Tabla I), la tasa de desgaste de los rodamientos metal sobre metal de 28 mm fue mayor para un ángulo de copa de 55 que para un ángulo de copa de 45. La diferencia en el uso de ropa de cama en el primer millón de ciclos no fue significativa (p> 0.05). Hubo una gran variación en la tasa inicial de desgaste de la ropa de cama en ambos grupos, y esto puede haber estado asociado con variaciones en las geometrías iniciales de fabricación.

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Las diferencias en el desgaste en estado estable, en el que las pruebas del ángulo de copa de 55° tuvieron una tasa de desgaste cinco veces mayor que las pruebas del ángulo de copa de 45°, fueron altamente significativas (p <0.01). Para las copas en los 45° de posición, la tasa de desgaste en estado estable se volvió muy baja (0.22 mm 3 por millón de ciclos), que era diez veces menor que la tasa de desgaste inicial de la cama. Para las tazas en la posición de 55°, el desgaste en estado estable fue solo dos veces menor que la tasa de desgaste de la ropa de cama. Hubo evidencia al final de la prueba que, con el 55° ángulo de copa y cabeza de 28 mm, la zona de contacto alcanzó el borde de la copa, lo que podría afectar la lubricación y el desgaste.

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