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    Biomateriais

    Princpios fundamentais dos biomateriais

    Defnio: Materiais usados em contacto com sistemas biolgicos, para

    diagnosticar, tratar ou substituir qualquer tecido, rgo ou funo do corpo.

    Por exemplo, os piercings no so biomateriais uma vez que a sua funo meramente esttica e no para diagnosticar, tratar ou substituir nada no corpo.les so dispens!veis em termos biolgicos.

    " introduo de um biomaterial, de um material # partida estran$o, no organismo$umano leva ao desencadeamento de uma resposta imunolgica que varia desistema imunit!rio para sistema imunit!rio. %em de ter caratersticasprprias&condi'es para que tudo funcione de forma adequada, para que no $a(aencapsulamento )desenvolvimento de uma capa *brosa # volta de todo o ob(eto+.

    No esquecer: Moncitos - Macrfagos - lulas Multinucleadas gigantes /*broblastos )colagnio+ - c!psulas *brosas

    Ineo vs Inamao: 0a in1amao $! simplesmente adeso e ativao deleuccitos e do sistema complementar. 0a infeo tambm $! in1amao. 0ainfeo $! invaso dos tecidos corporais de um organismo $ospedeiro por parte deorganismos capazes de causar doenas. 2e forma a tentar eliminar ou minimizarpelo menos a ao destes organismos $! in1amao, onde atua o sistema dedefesa, o sistema imunit!rio.

    3nfe'es envolvendo rgos arti*ciais, vasos sintticos, repara'es de ligamentos

    ou *xa'es internas de dispositivos normalmente requer uma nova operao epode resultar em amputao, osteomielite )in1amao do osso+ ou morte. 3nfe'escardacas, abdominais e locais onde a prtese extremamente vascularizadaresultam em amputao ou morte em 45 a 46 7 dos casos.

    Biomateriais podem ser de que tipo? 8 Metais e ligas9 er:micos9 ;idros9 Polmeros9 ompsitos.

    %ipo merode eletr'es nolocalizados 8 no

    ligados a nada em especial, anen$um !tomo. ?rande parte dassuas propriedades devida aos

    eletr'es.

    xcelente conduo eltrica etrmica, bril$antes, resistentes,

    deform!veis, frequentementecorrosveis em meio biolgico,

    alta densidade

    er:micos

    ompostos entre os met!licos e nomet!licos )xidos, nitretos,

    carbonetos+ 8 minerais de argila,cimentos e vidros

    @raca conduo trmica eeltrica, fr!geis, duros, mais

    resistentes #s altas temperaturase ambientes agressivos que

    polmeros e metaisPolmero

    sompostos organizados que so

    pl!sticos ou borrac$as@eitos de carbono, $idrognio, e

    outros no met!licos9

    normalmente molculas grandes9baixa densidade e muito 1exveis,ligao covalente fundamental,

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    f!cil fabricao, baixa resistAnciamec:nica, degradao com o

    tempoompsit

    osombinao de dois ou mais

    materiais diferentes

    Relembrar Diagrama de ases e!":

    "ustenite )B+C ferro principalmente9 @9 aquecido da ferrite, baixo carbono mas em

    geral maior que ferrite

    @errite )D+C ferro principalmente9 9 face macia e de densidade alta

    arboneto de ferro&ementite )@eE+C muito dura e fr!gil, resistAncia do aoaumentada devido # presena de @eE

    PerliteC D / @eE9 exibe grosC mais grossa D, cementite escura

    MartensiteC austenite resfriada muito rapidamente. strutura metaest!vel emonof!sica que pode ser produzida em aos atravs da transformao da austeniteque se processa sem difuso e quase instantaneamente. 2ura. %etragonal centrada.

    omo o arrefecimento r!pido, no existe tempo para $aver difuso atmica epara FexpulsarG !tomos de de dentro da mal$a )porque a estrutura inicial era @

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    e a *nal deveria ser , e a no consegue acomodar tantos como a @+ ouse(a no $! tempo para se formar a estrutura , ento o par:metro de mal$a alongado ao longo do eixo dos zzHs para poder acomodar os !tomos de nosinterstcios dessa mal$a 8 formase ento a tal estrutura tetragonal centrada.

    Para cada uma das estruturas e I, o escorregamento possvel em mais deuma famlia de planos. Para metais que possuem essas 4 estruturas cristalinas,frequentemente, alguns sistemas de escorregamento s podem se tornaroperativos a temperaturas elevadas. Metais com estruturas cristalinas @ e possuem um n>mero relativamente grande de sistemas de escorregamento )pelomenos J4+. sses metais so bastante d>cteis pois uma extensa deformaopl!stica normalmente possvel ao longo dos v!rios sistemas. 2e maneiracontr!ria, metais com estrutura I, com poucos sistemas de escorregamentoativos, so normalmente bastante fr!geis. 0as estruturas cristalinas, o plano deescorregamento aquele que se encontra mais densamente compacto por !tomos.Krdinariamente, existe um plano preferencial e neste plano existem dire'esespec*cas ao longo das quais ocorre o movimento de discord:ncias. K sistema de

    escorregamento )plano / direo+ depende da estrutura cristalina do metal e talque a distoro atmica que acompan$a o movimento da discord:ncia mnima.Para uma estrutura cristalina espec*ca, o plano de escorregamento aquele planoque possui empacotamento atmico mais denso, isto possui a maior densidadeplanar.

    #ue $ateriais utili%ar?

    Metais e ligasC "os inoxid!veis )@er0iMo+ "3L3 EJ= grau

    mdico=igas or=igas de %i )%i"lN; e %i"l@e+0i%i

    er:micosC bioinertes e bioativos

    ;idros

    Polmeros C $omopolmeroscopolmeros

    biodegrad!veisnaturais

    ompsitosC de matrix polimricade matrix cer:micaarbono e *bras reforadas

    Materiais $bridosC resultam da incorporao de clulas vivas e biomolculas nosbiomateriais cl!ssicos.

    Metais

    @

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    Ks metais tAm uma grandevariedade de aplica'es clnicasC

    prteses e implantes paraarticula'es )(oel$o,anca,...+, para *xao

    interna do osso e reduode fraturas, para cirurgiaoral e maxilofacial )ex.Cimplantes dent!rios, *osdent!rios, placascraniofaciais e parafusos+,para cirurgia cardiovascular)partes de cora'esarti*ciais, cateteres debalo, v!lvulas, clips paraaneurismas, etc.+ eimplantes cocleares9

    instrumentao9 acessrios do cimento

    sseo9 materiais de substituio do

    osso9

    ada dispositivo met!lico diferenos detal$es do seu fabrico.

    @igura J passos genricos doseu processamento.

    Ks metais estonaturalmente combinados comoutros elementos em minrios

    )ore+, como os xidos met!licos, dos quais tAm de ser separados para seremutilizados. Ks processos de separao, dependem do grau de pureza dese(ado.

    " transformao dos materiais em formas utiliz!veis )stock shapes+ inclui areundio, undio cont&nua por va%amento 'casting(, laminao aquente 'hot rolling(, or)amento, cold drawing atrav*s de moldes.2ependendo do metal, podem $aver tratamentos trmicos )ciclos de aquecimento earrefecimento+ para facilitar o processo de trabal$o e de dar forma ao metal, paraaliviar os efeitos de deformao pl!stica antecedente )annealing+ ou para produziruma microestrutura espec*ca. 2evido # reatividade de alguns metais a elevadastemperaturas, podem ser necess!rias condi'es de v!cuo ou atmosferas inertespara prevenir a incorporao de oxignio pelo metal.

    Para implantes met!licos em geral, os materiais so de seguida testadosqumica e metalurgicamente para assegurar que a composio e a microestruturado metal se encontram de acordo com os padr'es industriais para implantescir>rgicos )ASTM standards+.

    Ks passos seguintes conduzem # forma preliminar e # forma *nal dodispositivo, os quais dependem da geometria do implante, dos custos das tcnicasde fabrico e da empresa que o produz. Ks mtodos de fabrico incluemC undio

    de preciso )investment casting+ )"lost wax" process cera perdida+, "+D,"+$)conventional and computer-based machining+, or)amento- processos

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    metal.rgicos do p/ )hot isostatic pressing, ou I3P prensagem isost!tica aquente+, moagem e polimento. 0em todas as ligas so fazveis nemeconomicamente produzidas da mesma maneira, por isso, existe uma grandevariedade de tcnicas. Por exemplo, as ligas baseadas em o so extremamentedifceis de maquinar nas formas complicadas de alguns implantes, portanto, so

    frequentemente moldadas por fundio de preciso )usada para formas complexas+ou metalurgia do p. O! o %i relativamente difcil de moldar por fundio ) cast+,sendo ento maquinado facilmente.

    0a tcnica de fundio de preciso, a liga fundida )por ex., no caso da @6,que uma liga de o, a JE65JN65Q+ e depois derramada ou direcionada paradentro de moldes cer:micos com a forma dese(ada. Ks moldes so feitos a partir deum padro em cera com as dimens'es quase *nais que revestido ) coated+ ouenvolvido )invested+ com um cer:mico especial que permanece aps a cera serqueimada )da o nome Rcera perdidaR+. "ps a solidi*cao do metal, o moldecer:mico partido e o processo continua at ao dispositivo *nal. ste mtodopermite obter formas mais espec*cas do que, por ex., um varo, para o qual basta

    tornear.

    %ratamentos de superfcie podem incluir revestimentos 'coatings( macroou microporososnos implantes para facilitar a sua *xao )ex. I", cer:micosxidos,

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    Kutros tratamentos de superfcie incluem phisical ou chemical vapordeposition, ion implantatione nitriding. 0esta >ltima, um feixe de alta energia dei'es de azoto direcionado para o implante sob v!cuo. Ks i'es penetram a superfcie ealo(amse no substrato )T+. 0ormalmente estes tratamentos so usados para aumentara dureza da superfcie e as propriedades de abraso, pois um metal nem sempre resistente o su*ciente, da a necessidade de um cer:mico como revestimento. 0oentanto, se os implantes so permanentes ou esto su(eitos a grandes cargas, osrevestimentos laminam e sofrem desgaste, tornandose in>teis, pelo que os grandescustos na sua produo no compensam.

    " superfcie pode tambm ser texturada ver @ig. 6.

    @inalmente, os implantes met!licos sofrem processos de *nalizao, comolimpeza qumica e passivao )isto , tornar o metal inativo+ em acido, outratamentos eletrolticos )eletrlise+ controlados para remover aparas demaquinagem )machining chips! ou impurezas embebidas na superfcie. stespassos podem ser extremamente importantes no desempen$o biolgico doimplante.

    "o 3noxid!vel

    "os usados em dispositivos mdicos )grau mdico+ so puri*cados para teremconcentra'es de carbono muito baixas. Le a 7 for signi*cativamente- 5,5E5 7,

    $! um elevado risco de formao de carbonetos, como o r4E, o qual tende aprecipitar nas fronteiras de gro )defeitos super*ciais resultantes de uma m!

    o plasma muito quente e a alta velocidade carregado com o p e direcionado pararegi'es apropriadas da superfcie do

    implante9 as partculas do p so completaou parcialmente fundidas e caem sobre asuperfcie, onde solidi*cam rapidamente,formando um revestimento rugoso

    ig0 1 superfcies

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    fronteira entre dois gros+ quando a concentrao de e o $istorial trmico sofavor!veis # cintica do crescimento do carboneto. sta precipitao aumenta afragilidade do ao, reage com r e vai $aver menos r disponvel para a formaodo xido r4KEprotetor.

    Sm ao constitudo fundamentalmente por e @e. K ao inoxid!vel tambm constitudo por crmio. K crmio presente na liga oxidase em contacto com ooxignio do ar, formando uma pelcula, muito *na e est!vel, de xido de crmio 8r4KE8 que se forma na superfcie exposta ao meio. la denominada de camadade passiva e tem como funo proteger a superfcie do ao contra processoscorrosivos. Para isto necess!rio uma quantidade mnima de cerca de JJ7 emmassa. sta pelcula aderente e imperme!vel, isolando o metal abaixo dela domeio agressivo. "ssim, devese ter cuidado para no reduzir localmente o teor decrmio de aos inoxid!veis durante o processamento. ste processo em metalurgia designado de passivao. "os normais de @e e so muito su(eitos a corroso.%ambm pode ter 0i e Mo )molibdnio+.

    camada de r4KE8 cer:mico *no, transparente e mau condutor9

    grande tendAncia para se ionizar /E ou /9

    se a liga colocada em contacto com o ambiente )corpo&sangue muitoagressivo+ vai trocando com outros i'es da rede cristalina at c$egar # superfcie ereagir com K4, formando um xido - *lme passivo.

    o l aumenta gradualmente a corroso dos metais e existe em grandequantidade no ambiente *siolgico9

    a desvantagem de adicionar r, que este tende a estabilizar a fase ferrtica,

    fase de @e e de ao, que mais fraca que a fase austentica )fase constituda pelaliga de 0quelromo@erro+, da que se(a necess!rio o 0i9

    o 0i faz aumentar a zona )de temperatura, no diagrama de fases+ desubsistAncia da austenite )ou @eU, estrutura @+9 tornase assim o ao male!vel,deve ser no mnimo de J579

    o Mo serve para estabilizar o *lme de xido )contra a corroso por picada,pitting corrosion,em !gua com sal, i.e. com cloreto+ e porque se o Mo no estiverpresente, $! formao de cementite )deposio de em certas zonas+ que propagafacilmente *ssuras )porque a forma dos depsitos *liforme+ e leva # fratura domaterial, enquanto se o Mo estiver presente formase carbonetos de Mo os quais

    so arredondados e por isso qualquer tenso aplicada igualmente distribuda pelasua superfcie, pelo que no propagam *ssuras to facilmente. Portanto, o Moaumenta a resistAncia mec:nica do ao.

    os aos so f!ceis de maquinar e produzir e tambm so baratos. "ssim aindaso muito usados apesar de apresentarem um problema )comum #s ligas de r0i+Cao longo do tempo e mesmo com *lmes protetores de corroso, estes so atacados.Ks i'es pesados )como o crmio+ no so excretados e acumulamse nos rgos. Kmesmo para o c$umbo que se acumula no L0 e pode levar # as*xia. " perceodeste problema )sintomas+ ocorre muito tarde quando (! todas as vias decomunicao alternativas #s que vo sendo afetadas so esgotadas e a

    comunicao fal$a. "ssim, aos inoxid!veis so )e devem ser+ maioritariamenteusados em aplica'es tempor!rias, como por exemplo, uma placa aparafusada a

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    um osso at ao seu restauro, que mais tarde, removida, ou em parafusos.Modi*ca'es de superfcie como anodizao, passivao, gloVdisc$arge, nitrogenimplantation, so muito usadas para mel$orar a resitAncia # corroso, ao desgastee # fadiga da liga EJ =.

    o ferro puro pouco interessante do ponto de vista das propriedadesmec:nicas porque excessivamente macio, d>ctil e com baixa resistAncia aesforos. om a adio de carbono, como estes !tomos so de menores dimens'es,ocupam os interstcios. Ks !tomos de carbono so obst!culo ao movimento dasdesloca'es. Wuantos mais !tomos de carbono, mais difcil a mobilidade dasdesloca'es e maior a tenso de cedAncia )a FresistAncia mec:nicaG+ do ao.

    =iga EJ=

    tem menos de 5,5E57 )em peso+ de , o que reduz a possibilidade de

    corroso in vivo.

    K R=R, em EJ=, denota a baixa )low+ 7.

    Predominantemente composta por @erro )567+, com quantidades

    signi*cativas de r )J457+, 0i )J4JN7+.

    ontem pequenas quantidades de "zoto, ManganAs, MolibdAnio, @osforo,

    Lilcio e nxofre.

    "3L3 )Austenitic Stainless steel+ comummente so muito usados os aosinoxid!veis austenticosC muito male!veis, f!ceis de maquinar, tAm uma esperanamdia de vida desde razo!vel a m!9 ostumam ter 0i.

    =iga de ro

    sta liga tem elevada resistAncia ao desgaste )ao contr!rio do ao inoxid!vel+ 8resistAncia tanto por abraso como atrito. Xateno # libertao de partculas porabrasoY.

    stas ligas apresentam um grave problema. Lo muito resistentes )elevadomdulo de elasticidade+ muito mais que o osso, pelo que quando usadas emprteses que encaixam no osso para suportarem cargas, as foras exercidas *camconcentradas na prtese9 o osso transfere a carga para a prtese. K osso deixa deestar sobre carga e por isso vai sendo reabsorvido, diminuindo a sua densidade edesaparecendo, e em simult:neo uma vez que as suas propriedades do osso e da

    prtese so diferentes, a interface comea tambm a quebrar e tudo isto leva aprtese a comear a soltarse.

    Podem ser aplicadas em prteses dent!rias )as c$amadas esquelticas, que sode colocar e tirar+, aplica'es de longa durao sem fraturar ou entrar em fadiga,como a prtese da anca )$aste+, especialmente quando esta para ser removidaaps algum tempo 8 porque as elevadas tens'es de fadiga e de cedAncia destasligas fazem a prtese soltarse facilmente.

    =iga de %i

    "s principais propriedades destas ligas so o facto de terem m! resistAncia ao

    desgaste )isto leva a crer que a cabea do fmur no deve ser de tit:nio, nem topouco deve ser usada em articula'es+.

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    Lo muito resistentes # corroso, mas as prteses cimentadas libertampartculas de %i devido ao microdeslocamentos de cimento9

    =eves )baixa densidade+9

    facilidade de aplicao de tcnicas de modi*cao de superfcie 8 ligas de %i

    com a superfcie devidamente tratada tAm boa resistAncia mec:nica, elevadaporosidade )crescimento do osso dentro do implante, e tambm que ocorra avascularizao+, biocompatibilidade e bioatividade )s apresentada estapropriedade se for tratado+9

    muito usados em implantes dent!rios9

    implantes no cimentados 8 so agarrados atravs de presso9

    "L%M @JE

    0a liga %i"lN; =3 )#$ - extra-low intersticial% "L%M @JE+, o "l um

    estabilizador da fase alfa )I+ enquanto o ; um estabilizador da fase beta )+,pelo que a liga alfabeta e as suas propriedades e a forma como as duasestruturas se misturam variam com os tratamentos trmicos e o trabal$o mec:nico.

    0ormalmente a liga aquecida e trabal$ada perto )abaixo+ da zona da fase e depois recozida para obter uma granulao *na de I com partculasisoladas de nas fronteiras de gro.

    =iga de memria de forma 8 0i%i

    "s ligas com memria de forma )ou =M@+ depois de terem sido deformadas, tAm

    capacidade de regressar # sua forma e taman$o anteriores # deformao, apsserem submetidos a um tratamento trmico apropriado. xistem materiais commemrias de forma simples )que memorizam apenas a forma da fase me, aaustenite+ e materiais com memria de forma dupla )que memorizam ambas asformas, a da austenite e da martensite+.

    0o caso do nitinol, o 0i e o %i esto em percentagens aproximadamente iguais." transformao de fase reversvel no estado slido con$ecida comotransformao martenstica. " elevadas temperaturas, o nitinol possui a estrutura con$ecida como austenite. " baixas temperaturas, o nitinol espontaneamentetransformase numa estrutura tetragonal de corpo centrado )martensite+. "temperatura em que a austenite se transforma em martensite c$amada de

    temperatura de transformao. Mas $! N temperaturas, quando a liga completamente austenite, com o arrefecimento a martensite comea a formarse #temperatura Ms )martensite start+ e a temperatura # qual a transformao est!completa Mf)martensite *nis$+9 quando a liga totalmente martensite e su(eita aaquecimento, a austenite comea a formarse # temperatura "s)austenite start+ etermina # temperatura "f)austenite *nis$+. K ciclo de arrefecimento&aquecimentomostra a existAncia de $isterese, e do processo de fabrico, sendo normalmente, ointervalo 4565Q.

    %ratamento trmicoC # temperatura ambiente d!se # liga a forma com que sepretende que ela *que quando for aquecida. 2e seguida aquecese at #

    temperatura de transformao. Mas, de alguma forma, *xase esse material da =M@)para que com o aquecimento ele no altere a forma que l$e foi dada+, por

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    Placas sseas so usadas placas de 0i%i para substituir ossos fraturados9 as

    placas de 0i%i so arrefecidas e colocadas na zona afetada - a temperatura docorpo aquece as placas que contraem, exercendo presso controlada9

    ateteres para diagnstico9 atravs da passagem de corrente o *o de =M@ que

    incorpora o cateter aquece e deforma9

    @iltros para a ;eia ava *os de nitinol superel!sticos que se colocam na veia cavapara *ltrar co!gulos de sangue9 os *ltros, inicialmente de forma cilndrica compactade cerca de 4.6mm, so introduzidos via cateter e quando na posio certa, abremcom uma forma semel$ante # de um guardac$uva, usada para reter os co!gulos9

    "parel$os de correo para dentes nos tradicionais aparel$os de ao inox, sempre

    que os dentes cedem # fora de correo aplicada, necess!rio rea(ustar oaparel$o9 nos aparel$os de nitinol esse rea(uste autom!tico devido #superelasticidade9

    Ltents so em =M@9 Ks stents distribuem a tenso )antes aplicada localmente

    sobre um ponto preste a ceder e rebentar+ por uma !rea maior, para o vaso noromper. K balo usado alarga o vaso, depois desfazse e aspirase a gordura e, por

    *m, o stent colocado. Ssado para prevenir ou impedir a constrio do 1uxo nolocal causado por entupimento das artrias9 \obtica as =M@ podem simular os m>sculos e tend'es $umanos9 a movimentao

    suave resultante da contrao e expanso destes materiais, atravs da passagemde corrente eltrica, permite uma aproximao quase real da movimentao$umana, inatingvel com outros sistemas9

    M>sculos arti*ciais para corao arti*cial 3nstrumentao Mdica

    er:micos

    Lo maioritariamente usados para regenerao ssea. Podem ser divididos emquatros gruposC

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    ]xidos met!licos duros )alumina, zircnia+9

    er:micos tcnicos )%i&%i0, LiE0N+ 8 caraterizados por terem grande resistAnciamec:nica9

    arbono )2=+

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    xemplos

    Para implantes permanentes, claramente importante que os materiais tAm que ser noabsorvveis. Pelo contr!rio, para a produo de sca&olds em engen$aria de tecidos emedicina regenerativa, os materiais devem ser biorreabsorvveis.

    3mplantes 2ent!rios

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    0os implantes dent!rios a parte met!lica que estabelece a ligao # gengivapropriamente dita costuma ser de r 8 o - a liga conseguida por uma fundiode preciso )mais comum com molde+ proporciona um intervalo de arrefecimentomuito bom, o que leva a ser *no e uma grande resistAncia mec:nica.

    Ks dentes postios, a parte propriamente visvel so feitos de alumina. %em de seter cuidado e acertar a tonalidade. %ambm se pode usar compsitos de uma basepolimrica com um cer:mico para dar resistAncia mec:nica e no levar aodesgaste. _ uma soluo barata. Ks polmeros, por vezes, podem saltar oufragilizarse )comprimirse ou distenderse+. %ambm so f!ceis de fazer e desubstituir.

    0o fundo um implante dent!rio um parafuso que tem que aguentar um torquemuito elevado, ligar ao osso, ser biocompatvel e bioativo, aguentar foras de 1exoe tem que ter a carga distribuda $omogeneamente. %em de ser coberto pelagengiva e sem in1ama'es.

    0a verdade temse um parafuso dentro de um parafuso que tem um espigoligado ao dente cer:mico9

    K processo de cicatrizao demorado, p'ese um parafuso dentro de outroapenas para fec$ar o buraco e d!se um ponto, pondose um dente por cimaprovisrio. Wuando comea a cicatrizar, substituise o parafuso dentro pelo suposto.

    Kutro mtodoC press*t )zona de contacto menor+, parafuso entra # presso.

    "s ligas de memria de forma so usadas para os aparel$os ortod[nticos. "sestruturas met!licas so su*cientemente 1exveis e resistentes para formar *osortod[nticos que podem puxar um dente para o stio, por exemplo. )suporte

    mec:nico+ " liga, superel!stica, aplica uma carga muito forte e depois volta aonormal. =iga de nitinol permite *os mais *nos que ao inoxid!vel.

    Mel$oramento da superfcie de contactoC aumentar a zona de contacto entre aprtese e o osso atravs de (atos de quartzo ou slica - superfcie mais rugosa9 ourecobrir a superfcie )revestimento+ com $idroxiapatite por cima do tit:nio - maisaceite pelo organismo - garantir que no se parte devido # fragilidade.

    Kcorrem fal$as de `7, a liga de de tit:nio, alumnio e van!dio. xistem rea'esnefastas e alguns i'es de "l, ;. onas cinzentas 8 desaparece o osso 8 o implante*ca # vista )tit:nio+, e este pode cair.

    "lternativas ao tit:nioT Sm cer:mio su*cientemente resistente mecanicamente,darl$e forma e no ser escuro - zircnia. Problema o facto de no ser bioativo.

    "parel$os ocleares Kuvido

    I! substituio do martelo com tit:nio revestido por $idroxiapatite.

    K implante coclear um dispositivo eletrnico que proporciona uma sensaoauditiva prxima do *siolgico a portadores de surdez severa a profunda, incapazesde comunicar social e pro*ssionalmente.

    K 3 possui uma parte externa e outra interna. " parte externa constituda por um

    microfone, um microprocessador de fala e um transmissor. " parte interna possuium recetor e estimulador, um eltrodo de referAncia e um con(unto de eltrodos

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    que so inseridos dentro da cclea. sse dispositivo eletr[nico tem por ob(etivoestimular, atravs desses eltrodos implantados dentro da cclea, o nervo auditivoque, por sua vez leva os sinais para o encfalo onde sero decodi*cados einterpretados como sons. Ks cabos so de ouro normalmente. "s caractersticasexigidas para os materiais no so so*sticadasC apenas necess!rio que no se

    degradem.

    Materiais para contacto com o sangue

    "lguns problemas associadosC alterao da 1uidez do sangue9 transporte e acumulaode massa gorda9 formao de co!gulos.

    " superfcie do polmero no pode permitir agregao de plaquetas )coagulao+.\evestimento por albumina por dentro.

    P"M"\Sm pacemaer um gerador de pulsos com um *o condutor e 4 eltrodosespetados no corao, que so revestidos a ouro para no oxidarem. " capa queenvolve pacemaers muitas vezes em %i de grau J porque no provoca reaoin1amatria signi*cativa. K gerador de pulsos contm uma bateria e um mduloeletrnico para gerar o sinal. K pacemaer implantado debaixo da pele. Ks

    eltrodos so de platina, prata, %i, ao inox ou de uma liga de o.

    Prteses vasculares

    Wuando $! um bloqueio de um vaso ou at da aorta com gordura fazse um clamp)bloqueio dessa parte da aorta+ e fazse um desvio na circulao do sangue, comum tubo com material de paraquedas que uma rede que faz com que asplaquetas se agarrem # parede o sangue no sai. Ks enxertos vasculares podem sersintticos ou biolgicos. Ks enxertos so normalmente para substituir uma artriaocluda ou constrita. Ks biolgicos so mais dur!veis e acarretam menoscomplica'es. stes so obtidos da veia safena do prprio paciente. K

    desenvolvimento de enxertos vasculares sintticos surgiu da necessidade desubstituir&fazer o bypass de grandes vasos como a aorta, e tambm pelodesempen$o insatisfatrio dos enxertos biolgicos e indisponibilidade de veias dopaciente adequadas para artrias coron!rias e outras de pequeno taman$o. KeP%@ temse mostrado adequado em termos de resistAncia # trao e de efeitostrombticos com a ocluso dos vasos.

    ;!lvulas cardacas

    JZ abordagemC aro met!lico )liga de roMo+, com 4 ganc$os de ro soldados,um bordo de te1on )para poder ser cosido+ e uma paleta de carbono obtido&fundido

    e depositado a alta temperatura )piroltico+. 2! uma superfcie leve, resistente e

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    polida. " paleta movese consoante o 1uxo de sangue )abrindo ou fec$ando+. ste tambm muito resistente # oxidao provocada pelo sangue.

    4Z abordagemC retirando as clulas de peric!rdio do corao do boi *camos com ocolagnio )base+ que pode ser moldado ao formato que parecido com as nossasv!lvulas naturais )tambm com te1on+

    K tecido das v!lvulas naturais $umanas um tecido conetivo, denso e novascularizado, decolagnio e elastina ligadas a proteoglicanos e glicosaminoglicanos. Sma das propriedades daspartes mveis das v!lvulas )as valvas+ que tAm o mesmo peso espec*co que o sangue, pelo quepequeno 1uxo de sangue consegue fazer com que estes se movam )embora apenas num >nicosentido, devido # geometria da v!lvula, o que previne o re1uxo de sangue quando o coraocontrai+. Para alm disso, as v!lvulas tAm queC abrir e fec$ar mil$ares de vezes por dia, suportarpress'es vari!veis e bili'es de ciclos de 1exo. Ku se(a tAm que ser resistentes # fadiga.

    "ssim, para proporcionar ao paciente uma vida quase normal, os requisitos de uma prtesevalvular cardaca soC

    boas caractersticas $emodin:micas,

    dur!veis )resistentes # 1exo, # fadiga+, biocompatveis, f!ceis de manipular pelos cirurgi'es, facilmente esteriliz!veis, estar disponveis em v!rios taman$os, no serem demasiado caras.

    ;!lvulas )lado esquerdo+C tric>spide, pulmonar9 )lado direito+ mitral, artica9 em cada lado s est!aberta uma de cada vez.

    Mitral tem espessura menor que a tric>spide e s tem um fol$eto. "s v!lvulas auriculoventriculares Cligadas aos m>sculos papilares atravs de cordas tendinosas )impedem que a v!lvulaabra para o interior da aurcula quando o ventrculo est! a contrair+.

    " estentose )constrio da bioprtese+ leva a um aumento da espessura do fol$eto e a umadiminuio da sua 1exibilidade.

    om regurgitao entra sangue no ventrculo antes do tempo adequado. \etrocede quando est! noventrculo no caso da estenose.

    "s doenas valvulares mais comuns so de origem congnita ou adquiridas )por febre reum!tica,endocardite, ...+ e obrigam a uma interveno cir>rgica para a sua substituioC

    45lvulas card&acas artifciais 'mec6nicas( Podem ser de carbono, metal, elastmeros, tecido9

    ig0 0000000orte da seco transversal de um fol$eto dav!lvula artica.

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    tAm uma longa durabilidade )- 46 anos+9 mas existe o risco de ocluso trombtica )sendo necess!rio fazer terapia de anticoagulao

    para o resto da vida+ uma vez que din:micas de 1uxo so diferentes das v!lvulas nativas.

    45lvulas card&acas naturais,biol/gicas)tecido deC por ex. v!lvula artica de porco ou peric!rdio

    de boi, ou avestruz+ so tratadas para reduzir a reatividade imunolgica e terem maiordurabilidadeC so descelularizadas )utilizase apenas o que restaC a matriz extracelular decolagnio+, cultivadas por clulas do indivduo )e moldadas de acordo com a pessoa+ e s depoisimplantadas no paciente.

    $emodin:micas aproximadas ao tecido no tratado9

    no requerem terapia com anticoagulantes9

    mas so citotxicas e ocorre calci*cao9

    e so necess!rios tratamentos de reticulao )?a+ paraC aumentar a resistAncia #

    degradao qumica&enzim!tica9 suprimir a resposta imunit!ria9 esterilizar o tecido9 reforaras propriedades mec:nicas9 e preservar a 1exibilidade9 mas este tratamento pode no serbem aceite pelo organismo devido a uma possvel citotoxicidade do glutaraldedo.

    0K%"C na v!lvula arti*cial mec:nica de

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    estenose&constrio+ quer o fec$o da v!lvula )em que ocorre regurgitao&re1uxo do sangue+ nose(am completas9 e tambm fragmenta os fol$etos, provocando rasg'es.

    L%0%s coron!rios met!licos

    %ambm $! polimricos com memrias de forma, cu(a vantagem carregar umf!rmaco que vai sendo libertado ao longo do tempo para o vaso voltar ao normal)este pode perder elasticidade devido # carga cclica a que est! su(eito+.

    Ks stents so dispositivos feitos de materiais inertes que so usados como sca&olds

    tempor!rias ou permanentes para manter ou aumentar o l>men de uma veia.xistem N tipos de stentsC

    )J+ os que expandem para um taman$o determinado aps remoo de umconstritor9

    )4+ os que so ligas de memria de forma trmica )0itinol+ e mudam a forma poraquecimento9

    )E+ os expandidos por balo )que opera sobre o princpio da deformao pl!stica deum metal acima do seu limite el!stico+9

    )N+ os que so feitos de polmeros biodegrad!veis )uso tempor!rio e adicionalmentecomo sistemas de entrega de f!rmacos+.

    4J

    ig0 0000;!lvulas arti*ciais biolgicas calci*cadas9 ;!vula natural bic>spide calci*cada e fragmentada9;!lvula artica calci*cada9 stenose )J+ e regurgitao )4+ em v!lvulas calci*cadas.

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    Ks stents devem ser biocompatveis, ter 1exibilidade radial e torsional eexpansibilidade, e serem visveis por raios. "ntes de serem colocados os stents, agordura acumulada no vaso desfeita e aspirada.

    "lguns problemas associados so o ferimento da parede do vaso durante ainsero do stent e a formao de trombos levando a restenose. Mas estudosdemonstram que a incidAncia de trombos e restenose menor nos stents do que naangioplastias )feitas com balo para abrir o vaso na zona com estenose+.

    orao arti*cial

    _ um sistema de muito insucesso, muito caro. 0ormalmente utilizado empaciente com esperana de vida m!xima de J mAs que precisam de umtransplante.

    " indisponibilidade numrica de cora'es para transplante levou aodesenvolvimento de sistemas arti*ciais. Ks cora'es arti*ciais totais )%"Is+ e osdispositivos de assistAncia ventricular );"2s+ so usados para substituir a funomec:nica total ou parcial do corao quando a sua fal$a irreversvel ou quandono possvel realizar um transplante.

    Pacientes aos quais foi implantado totalmente um corao arti*cialsobreviveram durante alguns meses mas depois sucumbiam devido # formao detrombos e infe'es no interior e ao redor do dispositivo, e devido # fal$a de outrosrgos. "ssim, a soluo atual passa por um implante tempor!rio de %"I ou ;"2at que este(a disponvel um corao para transplante. %erapia antitrombtica e

    antibacteriana permitem que estes dispositivos se(am usados por mais tempo.

    Ks componentes so feitos de diversos polmeros e metais.

    "lguns problemas associadosC eroso devido a movimentos e vibra'es9in1amao do tecido ao redor e formao de uma c!psula *brosa espessa em redordo implante9 consequentes infe'es.

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    xistem dois grandes grupos de implantes mam!rios, consoante a subst:ncia usadapara o seu preenc$imentoC os de gel de siliconee os de soluo salinaesterili%ada.

    K implante de soluo salina )hsoro *siolgico+ mais barato e pode ser

    preenc$ido na sala de opera'es at ao volume pretendido, contendo umav!lvula para o efeito9 mas a consistAncia deste implante no tosemel$ante # da mama9

    K implante de gel de silicone tem uma consistAncia mais parecida com

    os tecidos mam!rios e gordura $umana.

    7egurana dos implantes mam5rios

    Ks implantes de soluo salina foram aprovados pela @2" '(ood and)rug Administration! para a mamoplastia de aumento em mul$eres com idade

    superior a J` anos e mamoplastia reconstrutiva em mul$eres de qualquer idade.

    Ks estudos que tAm vindo a ser efetuados para estudar a sua segurana notAm mostrado evidAncia de aumento da incidAncia de doenas autoimunes dotecido con(untivo )=upus, "rtrite \eumatoide+, nem aumento de incidAncia deneoplasia mam!ria ou problemas a nvel reprodutivo.

    Ks implantes de gel de silicone foram aprovados pela @2" para

    mamoplastia de aumento em mul$eres com idade superior a 44 anos ou paramamoplastia reconstrutiva em mul$eres de qualquer idade. xistem alguns estudosque referem que a taxa de rutura dos implantes de silicone ronda os 5,67 por ano,enquanto os implantes de soluo salina sofrem rutura numa taxa de J7 por ano. _importante referir que a rutura dos implantes de silicone di*cilmente detetada,reduzindo a sua taxa de diagnstico. Por esta razo a @2" recomenda amonitorizao da rutura FsilenciosaG dos implantes atravs de resson:nciamagntica )\M+, E anos aps a mamoplastia e 4 anos aps a primeira \M.

    0os implantes de silicone, o invlucro era feito de silicone crosslinked e osilicone interior monomrico, logo, 1uido, $avendo, por isso, fugas do silicone

    monomrico para a corrente sangunea e in1ama'es nas articula'es. "tualmente,o silicone interior no totalmente monomrico, parcialmente crosslinked.

    \ecentemente surgiram implantes com uma consistAncia mais *rme que osde silicone, c$amados implantes mam5rios 8Gummy bear9, minimizando arutura do implante, a sua deformao e o extravasamento do seu conte>do. 0oentanto, a sua colocao requer uma inciso maiordo que para os implantescl!ssicos.

    http://www.fda.gov/http://www.fda.gov/http://www.fda.gov/http://www.fda.gov/
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    ormas dos implantes mam5rios

    Ks implantespodem ser redondos ou em forma anatmica )tipo gota+0

    Ks implantes redondostendencialmente fazem com que o peito aparente mais

    volume e pro)eo. Le ocorrer deslocao do mesmo, a forma do peitopermanece sensivelmente a mesma.

    Ks implantes tipo gota, desen$ados para um eeito mais anat/mico, colocados

    sob o m>sculo peitoral podem adquirir uma forma mais arredondada.

    aman;os das pr/teses mam5rias

    "s prteses mam!rias podem ter v!rios taman$os, vulgarmente, medidosem )centmetros c>bicos 8 unidade de volume+, consoante os laboratrios

    fornecedores, mas geralmente comeam em pouco mais de J55 , podendo ir ataos `55 .

    Sm estudo recente apontou os implantes com mais de

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    Mel$or soluoC regenerao de tecidos.

    \econstruo facial

    3n(eo de colagnio ou !cido $ialurnico que se dissolve lentamente.

    sculos.

    \econstruo maxilofacial

    Placas de tit:nio )reconstruo mec:nica+ e c$apos perfurados de tit:nio parasegurar.

    Kl$os

    Lo feitas de polietilmetacrilato. m algumas colocado um antiin1amatrio na face interior.

    0otaC lente intraocularC para o substituir o cristalino )o cristalino destrudopor um vibrador de ultrassons e depois colocada a lente+.

    "nticonceptivos

    K principal ob(etivo dos ov!rios libertar o ocito 33. Muco cervical viscoso impedefacilmente a esperma de c$egar ao ocito 33. \evestimento do >tero *ca mais *noque o normal para $aver di*culdade de alo(amento do vulo fertilizado.

    Ks medicantes de inibio de gravidez so # base de estrognio para controlar ociclo da mul$er, no permitindo que $a(a ovulao. %odos os dias administradauma certa quantidade de estrognio.

    23SC %em a forma de %, normalmente feita de cobre que citotxico e mata osespermatozoides9 implantado e abre como um guardac$uva no fundo do >tero,

    uma barreira fsica e qumica, os mais recentes so feitos de polmero com umaespon(a que produz uma espuma que impede a esperma de passa e tambm mata)droga+.

    3mplante do pnisC para disfuno ertil, polmero que muda de dureza.

    @ixadores externos do esqueleto

    "plicam tenso no osso, o que faz com que este cresa. Lo usados nos casos maisgraves de fraturas ou deslocamentos sseos. Ks *xadores apenas servem paramanter os ossos nas posi'es corretas e permitir que a regenerao natural do ossoocorra. %ambm so usados em casos de crescimento assimtrico dos membros.

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    Podem ser lineares ou circulares. 0o entanto como uma estrutura externa, omovimento no f!cil e prprio $aver infe'es devido aos buracos que tAm deser feitos )infe'es nos osso um problema grave+.

    Prtese externa dos membrosLo feitas de *bras de carbono. quipamentos mais complexos tAm sensores depresso que permitem movimento )da mo, dedos, etc.+. _ preciso aprender acontrolar a prtese com o crebro. Para cobrir a prtese e dar um aspeto normal usado silicone.

    0o caso das mos, como estas so muito complexas, tAm imensos graus deliberdade, permitem a execuo de variadssimos movimentos de rotao, 1exo eextenso global, de dedos, etc. Por isso, estas prteses so muito difceis depro(etar.

    Placas e parafusos de osteosntese

    Lo *xadores internos met!licos aparafusados ao osso, feitos emC

    "o inox se for tempor!ria )que o seu propsito+ no acarreta problemas9 masquando usada por longo tempo, *ca su(eita # degradao por corroso e o 0iprovoca alergias e o r acumulase em certos rgos como o fgado, por exemplo.

    %i 8 cerca de N a 6 vezes mais caro que o inox e por isso usado para longoprazo.

    3mplantes articulados

    "s prteses articulares so as mais comercializadas. stes implantes esto su(eitos a muitodesgaste entre as duas superfcies de contacto, uma vez que a principal funo dasarticula'es proporcionar movimento. Por isso, o principal problema mec:nico a fadiga, odesgaste )wear+. %entouse criar um dispositivo que no implicasse ter duas partes a roarconstantemente, teria de ser resistente e no originar fadiga, polmeros e compsitos )pea>nica+.

    Kmbro

    Lemel$ante a noo de um implante articulado. om o envel$ecimento ocorrecalci*cao )acumulao gradual de a+ da articulao do ombro, levando a umagrande di*culdade em mover a articulao. " calci*cao tambm pode ser partede uma natural reao in1amatria devido a uma infeo, ou a um traumatismo oua sobrecarga das articula'es, devido ao tipo de trabal$o ou desporto praticado. 0ocaso de fratura, a produo e deposio de c!lcio a resposta natural do organismopara a reparao dos ossos.

    stes casos de calci*cao, de fratura do colo do >mero )devido, por exemplo, auma queda+, de necrose vascular da cabea umeral )por ex, em alcoolismo crnico+

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    ou de artrose do ombro so as causas mais frequentes para a necessidade de umaprtese do ombro.

    " artroplastia do ombro )cirurgia de substituio parcial do ombro+ consiste emsubstituir uma das superfcies da articulao ou mesmo as duas. Podem ser usados4 tipos de prtesesC $emiprteses )s substituem a extremidade superior do brao,

    a cabea do >mero+9 prteses totais 8 substituem tambm a zona articular daomoplata, alm da cabea umeral+. " escol$a entre os 4 tipos de prtese dependede m>ltiplos fatores, como o grau de degradao da articulao e a sua causa. Kinternamento aps a cirurgia $abitualmente curto, entre E e 6 dias e as suturas dapele sero retiradas ao J6Q dia.

    sta prtese em %i ou ao inox e poucoe*caz, provocando problemas comoin1amao, por isso s colocada em caso extremo de

    necessidade. =igamentos e

    tend'es arti*ciais

    Ks ligamentos e tend'es so muito difceis dereplicarC so 1exveis, mas quando exercida tensosobre eles, rapidamente se tornam ri(os.

    3mplantes de porco, vaca ou de outra pessoa poderiam ser uma soluo no fosse apossibilidade de transmisso de doenas

    %ambm se pode furar o osso, podendo colocar uma pregar adicional para a(udar nomovimento da articulao.

    oluna

    om o envel$ecimento, $! perda de massa ssea, osteoporose, colapso de vrtebras, perdade !gua nos discos, roturas dos discos, que conduzem # diminuio da estatura. Wuandoocorre a rotura de discos, existem algumas solu'es incompletasC substituio por umaprtese )as existentes ainda so pouco funcionais+ ou so removidos e realizada umacorpectomia anterior. Prtese de disco intervertebral, parafusos estratgicos colocados na

    coluna vertebral para auxlio.

    Ooel$o

    K SIMP usado para substituir a cartilagem, pois esta tem uma superfcie lisa,macia e tem que absorver energia facilmente. %Am de ser materiais resistentes eque transmitam fora. Ks componentes met!licos so de or ou %i, mas o %i tempiores caractersticas de resistAncia ao desgaste. Ks principais problemas so entoo desgaste e o movimento relativo constante que est! su(eito.

    Pun$o

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    " reconstruo feita com roldana.

    Prtese da anca

    "tualmente, devido ao aumento da esperana mdia de vida e ao facto de $avercada vez mais pessoas com excesso de peso, aumentou o n>mero de casos em queas articula'es tAm de ser substitudas por implantes arti*ciais, principalmente naanca e no (oel$o e menos frequentemente nos discos vertebrais. "dicionalmente,doenas como a artrite reumatoide e a osteoartrite podem tambm levar #substituio das articula'es, bem como a ocorrAncia de fratura )ver *gura nofundo da p!gina+. " artroplastia da anca atualmente a mais frequente.

    " articulao natural da anca muito forte, podendo suportar at oito vezes o pesodo corpo, e permite movimentos com uma velocidade de 5N5 mm&s, possuindouma baixa frico entre os 4 principais componentes devido #s superfcies serembastante polidas )pela existAncia da cartilagem+ e devido # presena do lquidosinovial que um excelente lubri*cante, pelo que se torna muito complicada a

    escol$a dos materiais certos para a substituir. K lquido sinovial permite omovimento e no permite que os tecidos devido # frico ati(am temperaturaselevadas )que dani*cam os tecidos+. _ um removedor de calor.

    $aste da prteseC liga de %i ou or, cimentada ou colocada por press*t

    cabea esfricaC ao inoxid!vel EJ=, ou cer:mica )de zircnia ou alumina+, ou de%i"lN;, ou de or.

    " cabea articula com uma capa de revestimento )o acet!bulo da prtese+ de or, cer:mica ou SIMP, que cimentada, ou aparafusada ou colocada por press*t no acet!bulo do osso ilaco. K SIMP, apesar de ser relativamente inerte,

    macio e tem um baixo coe*ciente de atrito, e suporta bem vibra'es e carga, sendomuito usado desde o incio e atualmente usado com um grau de linkingmaior. "parte do acet!bulo coberta por uma parte met!lica que encaixa no osso ilaco ou)caso o osso este(a fraco e tenda a partir com a presso durante o encaixe+ usamseparafusos para *xar o acet!bulo.

    m pacientes mais (ovens o design prefervel o cer:micoemcer:mico ou o metalemmetal )MoM+ devido # sua grande longevidade. )Ks (ovens so mais ativos ecolocam as estruturas da articulao da anca sob maior tens'es, as quais levam aodesgaste&destruio da *xao da prtese e libertam partculas das superfcies, queconduzem # ocorrAncia de ostelise e $! laxao da prtese. 3sto ocorre muito

    frequentemente e muito cedo.+ Ks implantes met!licos mais usados so os de roMo e 0iroMo, depois os de ligas de %i e recentemente novas ligas dezircnia e t:ntalo.

    Polimetilmetacrilato cola ao osso no acet!bulo. " $aste tambm colada. ProblemaCalguns mnomoros podem *car soltos e provocar rea'es in1amatrias. " reao decrosslining muito exotrmica )6Q 8 o corpo s aguenta NEQ + e o tecidoenvolvente dani*cado )as clulas morrem e os macrfagos so c$amados -encapsulamento+. " resposta in1amatria faz com que a prtese *que encapsuladapor um tecido *broso soft e comea a moverse em vez de *car presa. "lternativa #cola colocar a $aste sob presso, porque o tit:nio biocompatvel )prtese nocimentada+. %ambm se pode usar um cer:mico para imitar o osso 8 $idroxiapatite,que faz com que o osso cresa nos poros )prtese cimentada+.

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    2oenas na cartilagemC artrite )mais comum+ e fratura com necrose.

    ;antagens da prteseC recuperao r!pida )o paciente anda no dia a seguir+ etambm uma tcnica pouco so*sticada. _ barata pois os materiais tambm noso muito so*sticados )principalmente se o paciente for idoso+.

    2esvantagens da prteseC a reao de crosslining como exotrmica vai gerarmuito calor que as clulas no conseguem suportar e morrem. " reaoin1amatria gerada devido #s clulas mortas vai fazer com que os macrfagosse(am atrados para o local e fagocitam essas clulas. Porm o calor no bemaceite e gera um fenmeno de encapsulamento )formao de uma capa *brosa+.2esta forma, esta zona tornase baixa em termos de resistAncia mec:nica e aprtese em vez de *xa, gan$a movimento.

    sta prtese no tem lubri*cante e portanto como so duas superfcies lisasqueremos que $a(a movimento mas com o mnimo de frico possvel.

    _ usado polietilenoC relativamente inerte, f!cil de utilizar )polietileno de muito altopeso molecular, na parte interior do acet!bulo+.

    I! problemas associados )polietileno / cer:mico liberta partculas+

    Ks cer:micos so bons sob presso e so lisos. omeou a usarse alumina )"l4KE+.er:mico )esfera+ contra cer:mico )acet!bulo+ no $! problema )mel$ora odesgaste+.

    Lo muito caros em termos de manuseamento e f!ceis de fraturar )no deformamfacilmente+. " parte de tr!s do acet!bulo met!lica )tit:nio 8 %i"lN;+ revestido a

    $idroxiapatite )muito parecido com o osso 8 ligamento natural+ - Prtesecimentada.

    L uma pequena parte que respons!vel pela *xao do osso em termosmec:nicos )porosa+.

    Maior cabea do fmur implica uma mel$or distribuio de carga. L uma pequenaparte respons!vel pela *xao do osso em termos mec:nicos )porosa+.

    a $aste no poderia ser cer:mica )fr!gil+, tem que ser dura, da que se use ummetal9 no entanto, o elevado mdulo de elasticidade e rigidez dos metais faz comque ocorra a transferAncia de carga do osso para a $aste e, consequentemente,pela falta de carga sobre o osso, $! reabsoro ssea9 o te1on, P%@, ... tAm propriedades autolubri*cantes um con(unto esfera&acet!bulo em cer:mica&cer:mica no sofre problemas dedesgaste mas sim de fragilidade )uma fratura propagase rapidamente+, e tambm difcil de maquinar9 o suporte met!lico )ver imagem acima+ necess!rio porque a o acet!bulo e ocimento no estabelecem uma ligao qumica muito e*caz9 o material usado na c!psula )acet!bulo da prtese+ tem que ser denso, comelevada resistAncia ao desgaste e baixo coe*ciente de atrito )caractersticas doSIMP+.

    " causa mais comum de fal$a e diminuio do tempo de vida das prteses aformao de partculas provenientes do desgaste do SIMP do acet!bulo, quando

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    este desliza contra a bola met!lica ou cer:mica que substitui a cabea do fmur. Ksprincipais mecanismos de desgaste presentes so o desgaste adesivo e o desgasteabrasivo, sendo este >ltimo o que causa mais danos.

    " taxa mdia anual de desgaste do polmero ronda os 455 mmE&ano,principalmente sob a forma de micropartculas que se libertam. Por ano geramse$! volta de J5J5J5JJ partculas de polietileno, o que corresponde a 65555partculas por cada passo dado, diminuindo signi*cativamente o tempo de vida dosimplantes. K elevado n>mero destas partculas, o seu taman$o e a sua capacidadede adsorver endotoxinas, podem induzir rea'es in1amatrias provocando areabsoro ssea )ostelise+, o que pode levar # laxao assptica do implante.)\eao in1amatria - enzimas - ambiente muito !cido - dissoluo do osso+

    Wuando se utiliza uma cabea de fmur cer:mica, o desgaste do SIMP pode serreduzido em 657, o que ainda assim implica um grande n>mero de partculaslibertadas. "o utilizarse metal com contraface de metal nas prteses de anca, as

    taxas de desgaste passam para a gama dos J6 mm

    E

    &ano, originandose partculascom um taman$o de J5 m. 0este caso existe ainda um problema adicional, (! queaumenta a quantidade de i'es met!licos no sangue, o que pode causar uma$ipersensibilidade ao metal em causa. "s prteses de cer:mica com contraface decer:mica mostraram ter o desgaste mais baixo, na ordem dos 5,56 mmE&ano. 0oentanto, este tipo de prteses pode lascar, sendo libertados para o organismomil$'es de detritos que no podem ser removidos cirurgicamente. Para alm disso,uma fratura propagase rapidamente neste formato, uma vez que os cer:micos somais fr!geis.

    Para evitar estes problemas da libertao de partculas pelos implantes arti*ciais,

    conveniente optarse pelo uso de materiais de revestimento duros, que ten$am umatrito e desgaste muito baixos e se(am biocompatveis.

    4olume de part&culas resultantes do desgaste em dierentes combina=esde materiais em esera!acet5bulo: um cer:mico bastante duro e, por isso, desgastase muito pouco, especialmentese ambas as superfcies em contacto forem cer:micas9 os metais tambm so bastante resistentes e duros mas no tanto quanto oscer:micos, os metais so mais d>cteis, pelo que embora o seu desgaste se(a baixodevido # sua dureza, este ligeiramente maior do que em cer:micos9 Sm polmero mais d>ctil que um metal e que um cer:mico, por isso, quando a

    sua superfcie desliza sobre um desses materiais o polmero desgastase maisrapidamente do que um metal ou cer:mico9 assim quer a combinao metalpolietileno quer a polietilenocer:mico sofrem um grande desgaste9 mas aspartculas libertadas no so apenas as do polmero )embora essas se(am amaioria+ ento, pelas raz'es referidas no ponto anterior, o segundo caso desgastase menos.K trauma cir>rgico e mec:nico durante a cirurgia podero provocar no organismouma resposta in1amatria aguda. " ocorrAncia de in1amao crnica est!associada a formao de uma c!psula *brosa em redor do implante. 3sto acontececomo resultado da reao do organismo #s partculas de desgaste, ao efeito stress-shielding )diferentes mdulos de elasticidade do osso e da prtese levam #

    transferAncia de carga do osso para a prtese+, aos deslocamentos relativos entre aprtese e o osso, entre outros, que conduzem # ostelise periprosttica )reabsoro

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    ssea ao redor da prtese+ e eventualmente # laxao do implante. 3sto porque aspartculas ativam macrfagos que, por sua vez, desencadeiam a atividade dososteoclastos, atravs de fatores prin1amatrios )citoquininas, %0@,prostaglandinas+. " laxao )loosening+ assptica )a causa mais frequente dereviso da prtese da anca+ um fenmeno progressivo e a consequAncia deste

    fenmeno a gradual instabilidade da prtese. " laxao sptica tambm resultanuma artroplastia de reviso precoce, mas desta vez associada a infe'es, quenuma fase inicial so sobretudo devido a fal$as da assepsia, e numa fase maistardia e mais difcil de controlar, devido a infe'es oportunistas. Problemas comoinfe'es e laxao )sptica ou assptica+ ocorrem levando gradualmente aoinsucesso do implante e consequentemente a uma cirurgia de reviso. " prpriainstabilidade, devido # laxao da prtese, aumenta a ostelise uma vez quebombeia lquido sinovial para os tecidos circundantes a alta presso. tambm oefeito stress-shielding aumenta o espao da articulao efetivo )por ocorrerreabsoro ssea e diminuio da densidade, i.e. osteopenia9 ver *gura abaixo+ eassim permitir acesso das partculas e do 1uido pressurizado a !reas maiores nainterface ossoimplante. K desgaste e, consequentemente, a ostelise, depende daintensidade e frequAncia com que se usa a prtese, que varia com a idade, gnero,ndice de massa corporal e atividade fsica. Kutro fator so as varia'es genticas eindividuais na resposta imunit!ria #s partculas.

    0o que diz respeito # prtese cimentada, a geometria da $aste e a textura dasuperfcie so fatores cruciais que afetam sobremaneira o seu desempen$o clnico." falAncia das prteses cimentadas tem um signi*cado clnico importante,especulandose que a rotura da *xao de $astes cimentadas se(a devida,principalmente, a fatores mec:nicos. " rotura iniciase no descolamento da $astedo cimento, provocando a fratura do manto de cimento. "lgumas tentativas tAmsido levadas a cabo para reduzir o risco de laxao da prtese por mel$oramentosda interface cimentoimplante atravs da utilizao de $astes prrevestidas decimento, superfcies da $aste texturadas e $astes completamente porosas. xistealguma controvrsia no que diz respeito ao pro(eto timo da prtese cimentada)acabamento da superfcie e tipo de geometria+.K cimento sseo usado para *xar&colar a prtese ao osso, e feito de PMM")polimetilmetacrilato+, sendo inicialmente monmeros e, por reao )exotrmica+ocorre polimerizao )linking+ no momento da cirurgia )em que feita a mistura doscomponentes, uma vez que o cimento seca rapidamente+, sendo colocada deimediato a prtese. K cimento no uma cola nem se liga ao osso quimicamente, uma *xao puramente mec:nica, atravs da interdigitao do cimento no

    interior dos espaos do osso no limite entre este e o cimento. Problema associadoCalguns monmeros permanecem livres )porque no se garante reao completa+em circulao pelo organismo levando a in1ama'es nos tecidos em redor. "ssim, acola provoca o encapsulamento da prtese com tecido *broso. " prtese comea a*car solta e aps algum tempo tem que ser removida. "lm disso, oencapsulamento provoca dor )nervos perto da prtese+. "lm disso, a libertao deenergia durante a reao de polimerizao do cimento na cirurgia tambm provocain1amao porque a temperatura atingida muito superior # suportada pelasclulas e estas morrem.K cimento envel$ece, parte e perde a capacidade de *xao. Por isso, em (ovens, ocimento um fraca forma de *xao.

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    Sma alternativa ao cimento sseo *xar a prtese por press-fte, para tal, omaterial tem que ser muito biocompatvel, como o %i. cobrese o %i com umcoatingde um cer:mico )por exemplo $idroxiapatite+ compatvel com o osso.

    Kutras alternativas so os revestimentos bioativos. 0o entanto, existem diversasexperiAncias com diferentes abordagens que conduzem a resultados incompar!veis.m diferentes locais do mundo fazem diferentes escol$as entre usar prtesecimentada ou no.

    Revestimentos bioativosPrs Lo biointegrados9 Kcorre dissoluo 3nicial c!lcio e fosfatos libertados para os tecidos vizin$os,conduzindo aos processos de formao do osso9 Promovem a regenerao ssea9 I! crescimento 3ntersticial.

    ontras \emoo problem!tica o osso dani*cado9 " velocidade de dissoluo no pode exceder a de crescimento sseo )exC + por plasma 7pra em pr/teses da anca)ver @ig. 4 em RMetaisR+Sm spra de i'es que tem exatamente a mesma carga. 2esta forma, vose repeliruns aos outros, originando mil$ares de colis'es que leva # formao de uma c$ama

    devido # temperatura atingida )prxima da temperatura do sol+.2evido a esta c$ama possvel a partir de partculas cer:micas postas nestac$ama, a fuso destas partculas. 2estas partculas saem lquidos at # prtese 8fria, formando uma camada porosa )e espessa jJ55km+.ste processo muito caro, logo s se reveste parte da $aste e no totalmente.\evestimentos de J55m de espessura problema encontrado em alguns casosCtens'es de corte levam a que o revestimento quebre e a prtese se desligue doosso.\evestimento de *lmes *nos Jm de espessuraC so produzidos por P;2 )*hysical+apor )eposition+, que demora muito tempo e difcil de operar. caros. Lousados para aguentar foras de corte que provocam *ssuras.

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    Desgaste nos dierentes contactos na articulao:K desgaste no contacto esferacapa devido a deslizamento )sliding wear+, enquantoo desgaste na $aste da prtese devido a frico ) retting wear provocado pormovimentos muito pequenos entre 4 superfcies mas com uma elevada frequAncia+,uma vez que o movimento de muito baixa amplitude )J55m em comparao

    com N5mm no primeiro+, e entre o cimento e entre o cimento e o osso.

    0o muito comum, mas por vezes o desgaste tanto que acabea do femoral da prtese penetra na componenteacetabular at # parte met!lica e, menos frequentemente,atravessandoa.K SIMP crosslinked tem propriedades mec:nicas piores,mas ele sofre um tratamento trmico )annealing+ que elimina

    os radicais livres e o torna mais resistente # oxidao. ste polietileno mostramenor taxa de penetrao da cabea femoral no acet!bulo do que o polietilenoconvencional.

    @NAC7 D C7#@CEC

    suporte do peso do corpo9

    proteo de rgos internos )rgos da caixa tor!cica, encfalo, espinal medula L0+9

    acumulao de minerais e gordura alguns minerais presentes no sangue so captados pelosossos e a armazenados9 se o nvel desses minerais no sangue diminuir, estes so libertados dosossos para o sangue9 os principais so o a e o P9 a gordura )tecido adiposo+ igualmentearmazenada nas cavidades sseas e se necess!ria libertada para a corrente sangunea e usada

    por outros tecidos como fonte de energia9

    produo de movimento )andar, gestos, ...+ os m>sculos esquelticos inseremse nos ossosatravs dos tend'es )bandas resistentes de tecido con(untivo+ e a sua contrao faz mover osossos, produzindo o movimento9 os ligamentos )bandas resistentes de tecido con(untivo *broso+inseremse nos ossos e mantAmnos unidos e limitam os movimentos excessivos9

    produo de clulas sanguneas a partir de clulas estaminais na medula ssea )clulas dosistema imunit!rio, eritrcitos e plaquetas+.

    C7R@@R+ F77C+

    Ks ossos so um tecido vivo e em constante alterao )crescimento e destruio+,

    constitudos por uma componente celular e pela matriz extracelular )uma partemineral e uma parte org:nica, osteoide+ M.

    " M possui 457 de !gua, 457 de protenas e 57 de sais minerais9

    Principal protena dos ossosC colagnio tipo 3 componente org:nico da matriz )(untamente com os proteoglicanos e asglicoprotenas+9

    leve, 1exvel9

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    polimrico *bras entrelaadas - diferentes estruturas9 oferece boaspropriedades mec:nicas capacidade de suportar tens'es de trao e algumatoro.

    Principal componente mineralC cristais de Iidroxiapatite )fosfato de a+,

    aJ5)PKN+)KI+4 cer:mico com estrutura porosa9 alm da I", o osso tambm tem a E)PKN+4 )trifosfato de a+ e aK9 alguns i'es de a4/so substitudos por outros i'es )o osso est! em contacto comos 1uidos corporais+9 duro, fr!gil a dureza permite suportar cargas )suportar tens'es de compresso+,proteger os rgos e de*nir a estrutura corporal9 a somar a isto, os ligamentos)bandas resistentes de tecido con(untivo *broso+ inseremse nos ossos e mantAmnos unidos9 h 57 do peso dos ossos.

    %ecido sseoC Ksteoblastos a ossi*cao ou osteognese a formao de osso pelososteoblastos, que produzem a M, isto , o colagnio e a parte mineral dos ossos,induzindo o crescimento sseo9 os prolongamentos celulares alongados dososteoblastos unemse aos prolongamentos de outros osteoblastos atravs de(un'es comunicantes )gap unctions+ e de seguida formam a M que envolve asclulas e os prolongamentos9 Kstecitos a partir do momento em que um osteoblasto *ca rodeado por matrizossea, tornase uma clula madura, um ostecito9 estes so relativamente maisinativos que os osteoblastos, mas l$es possvel produzir a matriz ssea9 clulas estaminais mesenquimais algumas clulas do mesAnquima tornamse

    clulas estaminais9 as clulas progenitoras osteocondrais so clulas estaminaiscapazes de se diferenciar em osteoblastos )osso+ ou condroblastos )cartilagem+9 ososteoclastos no derivam destas clulas mas sim de clulas estaminais da medulassea vermel$a9 por serem polinucleados, provavelmente os osteoclastos resultamda fuso de muitos descendentes dessas clulas estaminais9 osteoclastos respons!veis pela reabsoro do osso9 grandes clulasmultinucleadas que produzem um ambiente fortemente !cido )que provoca adescalci*cao da matriz+ com enzimas )que digerem os componentes proteicos damatriz+ de modo a destrurem osso vel$o, proporcionando as condi'es para seformar novo osso9 estas clulas procuram osso vel$o ou dani*cado, isolam a zona ea dissolvem e degradam o osso.

    Listema vascular

    Ks ossos, ao contr!rio da cartilagem, so vascularizados, uma vez que os ossostAm uma componente celular que precisa de ser alimentada. )mas a cartilagem tbtem clulas, como que elas so alimentadasTTT+ - so alimentadas pelosnutrientes do lquido sinovial..

    Listema nervoso

    Ks ossos tambm doem porque o L0 tambm alcana os ossos9

    _ necess!rio porque o L0 providencia informao qumica )fatores+ para que oosso cresa ou se(a destrudo.

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    "lm das pequenas cavidades no interior do

    osso, a di!*se dos ossos longos pode conteruma grande cavidade )canal medular+ onde seencontra a medula ssea )tambm naspequenas cavidades dos ossos espon(osos+C

    medula vermel$a local de formao dasclulas sanguneas9 medula amarela constituda,maioritariamente, por tecido adiposo9 nas crianas, os pequenos espaos sopreenc$idos por medula vermel$a que, com ocrescimento, vai sendo substituda pelaamarela no cr:nio e nos membros9 nosadultos, o cr:nio e os membros, # exceodas ep*ses proximais, contAm medulaamarela, e o resto do esqueleto contm medula vermel$a.

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    RC$DCE+AG

    F77C+

    K tecido sseo classi*case emosso reticular ou lamelar de acordo com

    a organizao das *bras de colagnio no seio da matriz ssea.

    osso

    reticular)neoformado, no lamelar ou imaturo, woven bone+ *bras de colagnioorientadas aleatoriamente em muitas dire'es9 o primeiro a ser formado, no

    decurso do desenvolvimento fetal ou da reparao de uma fratura9 uma vez queeste(a formado, os osteoclastos degradam o osso reticular e os osteoblastosconstroem uma nova matriz remodelao.

    osso lamelar osso maduro que se organiza em *nas camadas de cerca de Em

    de espessura )lamelas+9 geralmente, as *bras de colagnio de cada lameladisp'emse paralelamente umas #s outras, mas encontramse anguladasrelativamente #s *bras de colagnio das lamelas ad(acentes9 os ostecitos, nointerior das suas lacunas, disp'emse em camadas Rensanduic$adasR entre aslamelas.

    Wuer o osso reticular quer o lamelar podem ser classi*cados de acordo coma relao entre a quantidade de matriz ssea e de espaos no osso.

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    osso espon)oso,trabecular contm menos matriz e mais

    espao, sendo poroso9 constitudo por bastonetes ouplacas sseas interligadas )trabculas+9 as trabculas so constitudas por v!rias lamelas, e osostecitos esto entre essas lamelas9

    as superfcies das trabculas esto revestidas por uma >nicacamada de clulas )principalmente osteoblastos e algunsosteoclastos+9 as liga'es entre os ostecitos )pelos prolongamentoscelulares+ permite a passagem de nutrientes e gases, peloque os vasos sanguneos no penetram nas trabculas9entre as trabculas existem espaos que, no ossovivo, so ocupados por medula ssea e vasossanguneos9 as trabculas encontramse orientadas ao longo daslin$as de stress mec:nico )lin$as de tenso+ no interior

    do osso9 se a direo do stress de compresso sealterar ligeiramente )ex., porque uma fratura seconsolidou numa posio inadequada+, o padro detrabculas realin$ase.

    osso compacto,cortical contm mais matriz

    e menos espaos, sendo mais denso9 os vasos sanguneos penetram no osso e osostecitos e as lamelas do osso compacto vo orientarse predominantemente emtorno desses vasos formando lamelas concAntricas9 os vasos paralelos ao eixo longo do osso encontramse dentro dos canais centrais

    ou de Iavers9 o steon ou sistema de Iavers o con(unto formado por um canal central e o vasono interior, e pelas lamelas concAntricas com os ostecitos que rodeiam o vaso9 as superfcies exteriores do osso compacto so formadas por lamelascircunferenciais, que so placas ac$atadas ao redor do osso )quando o osso muito*no, no existem steons mas apenas lamelas circunferenciais+.

    2urante a remodelao /ssea, os osteoclastos removem o osso vel$o e ososteoblastos depositam osso novo. " remodelao ssea converte o osso reticularem osso lamelar e est! envolvida no crescimento sseo, na modi*cao dacon*gurao ssea, na adaptao dos ossos ao stress mec:nico, na reparaossea e na regulao dos i'es a no organismo.

    K osso est! constantemente a ser removido e formado, contudo esseprocesso deixa *car para tr!s por'es do osso antigo, denominadas lamelasintersticiais)sistemas intermedi!rios+.

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    INE@HN"I+ D7RC77

    $C"NI"N+

    RC$DCE+AGF77C+

    " resistAncia ssea face # tenso que l$e aplicada depende daremodelao, da formao de

    tecido sseo adicional e da alterao noalin$amento das trabculas para reforar a estrutura.

    K aumento da tenso mec:nica aplicada ao osso aumenta a atividade dososteoblastos e diminui a atividade dos osteoclastos. Lob condi'es de tensoreduzida, tais como quando uma pessoa se encontra acamada ou paralisada, ososteoclastos os osteoclastos continuam a trabal$ar # sua velocidade quase normal,

    mas a atividade dos osteoclastos reduzida, resultando numa diminuio dadensidade ssea.

    "lm disso, a presso nos ossos causa uma alterao eltrica que aumenta aatividade dos osteoblastos. 2esta forma, aplicando um peso )presso+ num ossofraturado, acelerase o processo da cura. linicamente, aplicamse por vezesimpulsos eltricos fracos a um osso para acelerar o processo de cura.

    Por outro lado, por isso que a falta de presso sobre a mandbula por faltade dentes leva # perda de massa ssea, ou nas prteses da anca quando estas somais resistentes que o osso.

  • 7/26/2019 Anotaes Biomateriais

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    RCJ+R+AG F77C+

    K osso um tecido vivo que pode ser reparado aps uma leso. " reparaotem N passosC

    @ormao do $ematoma )massa localizada de sangue extravasada dos vasossanguneos mas con*nada dentro de um rgo ou espao+, devido # leso dosvasos na zona da fratura9 isto tem como consequAncia um aporte sanguneoinsu*ciente aos ostecitos, pelo que o tecido ad(acente # fratura morre9$abitualmente, o sangue do $ematoma forma um co!gulo9

    @ormao do calo sseoC calo /sseo massa de tecido que une os topos sseos fraturados9 formase um calo interno)entre as extremidades fraturadas e o canal medular+ eum calo eKterno)em torno dos topos dos fragmentos sseos+C v!rios dias aps afratura, crescem vasos para o interior do co!gulo, o qual vai sendo dissolvido, e osmacrfagos removem os restos celulares, os osteoclastos destroem tecido sseo

    morto e os *broblastos produzem *bras de colagnio e outros materiais para formartecido de granulao9 isso vai constituindo uma rede *brosa mais densa que a(udaa manter o osso unido9 as clulas progenitoras osteocondrais originamcondroblastos, que comeam a produzir cartilagem nessa rede *brosa, eosteoblastos que comeam a produzir osso reticular9 a produo de cartilagem mais r!pida que a de osso, preenc$endo a maioria docalo9 o calo interno substitui o $ematoma9 o calo externo confere suporte e estabilidade9 clinicamente, a estabilizao do osso auxiliada pela utilizao de um aparel$o deimobilizao exterior, ou pela implantao cir>rgica de suportes met!licos9

    Kssi*cao do calo a cartilagem *nalmente substituda por osso

    espon(oso reticular, *cando o calo mais forte9 \emodelao ssea o osso reticular no to forte como o lamelar, pelo

    que este e o osso morto ad(acente # fratura so substitudos por ossocompacto9

    este processo leva tempo e pode no estar completo mesmo ao *m de um ano9 a atividade con(unta dos osteoclastos e dos osteoblastos restaura a forma do osso,por vez sem deixar marcas, mas normalmente a zona reparada *ca mais espessaque o osso ad(acente.

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    " formao de osso compacto requer um

    substrato )normalmente o osso espon(oso

    reticular+. Le a formao do calo interno for impedida por infeo, por movimentosdas extremidades fraturadas, ou pela prpria natureza da leso, no ocorre uniossea. sta situao pode ser travada por implante cir>rgico de um substrato, comoosso vivo )enxerto+ col$ido noutra parte do corpo ou )no caso em que o enxertopode ser danoso, como em idosos+ osso morto de cad!veres )que acarreta oproblema da possibilidade de re(eio+. omo alternativa, tem sido usado ossosinttico biocompatvel e bioativoC sca&olds. Por exemplo, o fosfato de a de umdeterminado coral marin$o convertido numa biomatriz com predomin:ncia de$idroxiapatite muito semel$ante # do osso espon(oso. ssas sca&olds tAmmacroporos )h455m de di:metro+ para vascularizao e deslocao das clulas, emicroporos para as clulas se *xarem.

    CCI7 D CN4CE>C"I$CN N 7I7C$+ C7#@CELI"

    om o envel$ecimento, a quantidade de matriz ssea diminui porque a taxade formao da matriz pelos osteoblastos tornase mais lenta do que a taxa dedestruio pelos osteoclastos.

    Para alm disso, a matriz tornase mais rica na componente mineral, umavez que a formao de colagnio diminui, o que faz com que o osso se(a maisquebradio.

    " massa ssea atinge o seu m!ximo aos E5 anos e os $omens tAmgeralmente ossos mais densos do que as mul$eres por causa dos efeitos datestosterona e do seu maior peso corporal. " partir dos E6 anos, comeam a perdermassa ssea e nas mul$eres essa perda pode aumentar J5 vezes depois damenopausa.

    K osso espon(oso o que se perde primeiro, # medida que as trabculas setornam mais *nas e fr!geis e que perdem contacto umas com as outras, diminuindoa sua capacidade de suporte. " perda maior nas trabculas su(eitas a um stressmec:nico menor.

    " perda lenta de osso compacto tem origem cerca dos N5 anos e vaiaumentando, mas a uma taxa menor que a taxa de perda de osso espon(oso.

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    " perda ssea signi*cativa aumenta a probabilidade de fraturas, pode causardeformidade, diminuio de estatura, dor e rigidez. Por exemplo, o corpo dasvrtebras constitudo essencialmente por osso espon(oso, pelo que a perda detrabculas aumenta muito o risco de fraturas por compresso, podendo causar umacurvatura exagerada da coluna vertebral )corcovada+. " perda ssea nas

    mandbulas pode tambm causar a perda de dentes.

    Ksteoporose diminuio global da quantidade de tecido sseo9 ocorre quando avelocidade de reabsoro ssea supera a da formao ssea9 aumenta com a idadee 4,6 vezes mais frequente na mul$er do que no $omem.

    Ks estrognios e a testosterona estimulam o incio do crescimento sseo, o que

    contribui para o grande salto de crescimento na puberdade, quando a produodestas $ormonas aumenta9 mas estas tambm estimulam a ossi*cao das placasepi*s!riasJ, cessando o crescimento do osso, que mais precoce com osestrognios do que com a testosterona )sendo por isso que as mul$eres tAmnormalmente uma estatura menor que a dos $omens+.

    0as mul$eres, os estrognios inibem o efeito de estimulao da atividade

    osteocl!stica pela P%I, contribuindo para manter a massa ssea dentro dos valoresnormais9

    " diminuio da secreo dos estrognios pelos ov!rios, depois da menopausa,

    resulta na degenerao do osso espon(oso, especialmente nos ossos da colunavertebral e do antebrao, podendo originar osteoporose9

    " diminuio da testosterona nos $omens pode causar a perda de tecido sseo mas

    um problema menor do que nas mul$eres por 4 raz'esC os ossos so mais densosnos $omens pelo que a diminuio da massa ssea tem menor impacto9 os nveisde testosterona geralmente no descem signi*cativamente at aos 6 anos e ataxa de reduo , com frequAncia, lenta.

    " produo exagerada de P%I )maior estimulao da atividade dos osteoclastos+

    tambm pode causar osteoporose9 assim como uma inadequada ingesto&absorode a )a absoro de ca no intestino delgado diminui com a idade+ ou tambm afalta de exerccio fsico ou a imobilizao.

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    ;rtebra osteoporose

    J )cartilagens nas extremidades dos ossos longos, existentes emcrianas e adolescentes+

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    Kxnio

    Kxnio )Roxidi.ed .irconiumR+ uma liga met!lica ircnio0ibio, r0b)principalmente ircnio @ig. JJ+. sta liga no se autopassiva facilmente. 0oentanto, a sua superfcie est! oxidada, porque a camada de cer6mico protetor *indu%ida atrav*s de um tratamento t*rmico de oKidao )@ig. J4+C

    J+ K material for(ado da liga de ircnio aquecido )h55Q+ ao ar, permitindo a

    RaberturaR da mal$a9

  • 7/26/2019 Anotaes Biomateriais

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    4+ Preenc$ese&nriquecese o ar da c:mara com oxignio, que penetra na rede de r,oxidandoo, formando ircnia )xido de r cer:mico+9

    E+ K oxignio vaise difundindo pela rede met!lica, vindo de cima )donde ele fornecido+ e, por isso, formase um gradiente de oxignio e de zircnia e no umacamada de xido por cima de uma de metal. Portanto, o cer:mico protetor no

    um *lme&revestimento, mas encontrase intercalado com o metal, estando maisconcentrado # medida que se aproxima da superfcie. "ssim, no $! o problema dapossibilidade de noaderAncia )e de laminao+ do xido ao metal. "lm disso,assim $! tambm um gradiente de propriedadesC quanto mais prximo dasuperfcie, mais rgida&dura a estrutura.

    " espessura desta camada h6m )enquanto a da liga de or, porexemplo, de 5,5J m+.

    2e facto, os cristais de xido formamse na vertical, de acordo com a direode entrada de oxignio na rede met!lica, pois isto visvel em imagens demicroscopia )@ig. JE+.

    K Kxnio une as mel$ores caractersticas de um cer:mico #s mel$orescaractersticas de um metalC

    \esistente a arran$'es e mais lubri*canteC tem um menor desgaste abrasivo e

    adesivo do P )polietileno+, isto , um menor coe*ciente de frico,comparativamente #s ligas de or, considerando um mesmo 1uido )por ex., soro,!gua+9 por isso, adequado para articula'es9

    Mdulo de elasticidade muito menor que o da liga de or )semel$ante # de %i+C

    menor rigidez e menor stress shielding8 reduo de massa ssea9 0oalergnico.

    2esgaste

    " tribologia o estudo do atrito, desgaste e lubri*cao de superfcies ainteragir em movimento. " biotribologia abrange todos os aspetos de tribologiarelacionados com os sistemas biolgicos e um dos seus ob(etos de estudo maisimportantes a lubri*cao natural das articula'es e o design, manufatura eperformance das v!rias formas de prteses que substituem articula'es.

    K movimento relativo de duas superfcies em contacto pode seracompan$ado por dois fenmenos dissipativosC dissipao de energia e dissipao

    de massa. K primeiro fenmeno devese ao atrito que se pode de*nir como sendo aresistAncia ao movimento relativo de dois corpos, causada pelas intera'es na zonade contacto. K segundo fenmeno corresponde ao desgaste. K atrito e o desgaste

    ig0 2

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    esto relacionados (! que a presena de desgaste implica atrito, mas o facto de$aver atrito no implica necessariamente desgaste.

    Sm mtodo para reduzir o atrito, e frequentemente tambm o desgaste, alubri*cao das superfcies.

    K desgaste de*nido como a perda progressiva de massa de umasubst:ncia que ocorre devido ao movimento relativo da superfcie e # existAncia defrico. " import:ncia do desgaste no est! apenas relacionada com umadiminuio das fun'es e com o custo da substituio de um componente, mastambm com os efeitos adversos das partculas resultantes. 0o caso das prteses,estes efeitos no esto apenas relacionados com a diminuio do desempen$otribolgico, mas tambm com os efeitos adversos que as partculas libertadasprovocam na sa>de do doente.

    Lo con$ecidos cinco tipos de desgasteC

    J. "brasivo 8 K desgaste dos materiais devido a partculas duras foradascontra uma superfcie mais macia.

    4. "desivo 8 Ks materiais do par tribolgico apresentam dureza semel$ante ealguma a*nidade qumica, pelo que quando as asperezas contactam, ocorremmicrouni'es que podem ser su*cientemente fortes para que, quando as superfciesse movem, a separao no ocorra pelas interfaces originais, resultando datransferAncia de matria de um corpo para o outro, ou perda de matria de ambos.

    E. @adiga 8 \emoo de materiais )como a laminao devido a propagaode fraturas+, resultante de varia'es cclicas de tenso.

    N. rosivo 8 " perda de material de uma superfcie slida resultante domovimento relativo em contacto com um 1uido que contm partculas slidas.

    6. orrosivo 8 Processo em que ocorrem rea'es qumicas ou eletroqumicascomo o desgaste oxidativo.

    stes tipos de desgaste podem ocorrer simultaneamente ousequencialmente. Por exemplo, as partculas que podem ser produzidas comoresultado do desgaste adesivo, podem atuar como terceiros corpos e causardesgaste abrasivo. + c;ave para minimi%ar o desgaste adesivo *- regrageral- a lubrifcao )que (! existe naturalmente, com o 1uido lubri*cante nas

    articula'es, o 1uido sinovial, mas que, em situa'es patolgicas, pode deixar deexistir+e para o desgaste abrasivo * a utili%ao de materiais resistentes aarran;=es e com baiKo coefciente de rico )como, por exemplo, o Kxnio9esta soluo importanteprincipalmente quando o 1uido sinovial est! em falta+.

    " existAncia do uido sinovial nas articula=es)e o facto de ser viscoso+faz com que se forme um *lme de 1uido entre as duas superfcies, impedindo o seucontacto e consequente desgaste. K lquido sinovial formado por um ultra*ltradodo plasma atravs da membrana sinovial, cu(as clulas secretam um mucopolissacardeo contendo cido Iialurnico e uma pequena quantidade de protenasde alto peso molecular )tais como *brinognio e globulinas+, a qual se soma a esseultra*ltrado. omo essa *ltrao plasm!tica no seletiva )exceto no que dizrespeito a essas protenas de alto peso molecular+, o lquido sinovial normal tem,

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    essencialmente, a mesma composio bioqumica do plasma. "lm de atuar comolubri*cante das faces articulares mveis, fornece nutrientes para as cartilagens.

    xistem trAs leis fundamentais para o desgasteC

    J. K volume desgastado aumenta quando a fora normal aumenta9

    4. K desgaste aumenta quando a dist:ncia de deslizamento aumenta9

    E.K desgaste diminui quando a dureza do componente mais macio aumenta.

    stas leis devem ser levadas em conta na escol$a de materiais para asprteses que suportam cargas elevadas como o caso das prteses de anca, deforma a evitar o desgaste das mesmas.

    xemplo de desgasteC

    @ontes de partculas que causam arran$'es nos c[ndilos do fmurC

    osso9

    PMM" )cimento sseo+9

    produtos de corroso e abraso de (un'es modulares9

    revestimentos prostticos )por ex.,plasma sprayed%i+.

    oe*ciente de frico )+ coe*ciente adimensional que mede a frico )odesgaste+ que um material " exerce sobre < quando deslizam um sobre o outro. Kseu valor caracterstico de cada par de materiais, e no uma propriedade

    intrnseca de um material. 2epende de muitos fatores tais como o acabamento dassuperfcies em contato, a velocidade relativa entre as superfcies, a temperatura,etc.

    =foralateral

    fora normal

    \esposta celular a partculas biolgicas

    Ks principais produtos de degradao de metaisso /Kidos met5licos)i.e.oK+ e ;idr/KidosXi.e. r)KI+EY que podem ser encontrados dentro do ambientesinovial, e fosfatos de metais )i.e. rPKN+ que so geralmente depositados nostecidos extrasinoviais. m comparao com os detritos de polietileno, as partculasde metal so marcadamente menores )65nm vs. -5,J mm+ e mais numerosas )atJE.655 vezes mais em artroplastias de quadril, com Rmetal-on-metalR MoM+. "lmdisso, o taman$o e forma da partcula mudam com a gravidade do desgaste e coma passagem do tempo, uma vez que a corroso um processo contnuo.

    2evido ao seu pequeno taman$o, as nanopart&culasso ingeridas pelos

    macr/agosou disseminadas sistemicamente atravs do sistema lin5ticoparandulos linf!ticos, medula ssea, fgado e bao.

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    "lm disso, a corroso provoca a libertao de i=esmet!licos que entramna corrente sangunea e tornamse concentrado nos eritrcitos. "ssim, os i'esmet!licos podem entrar nas clulas e permanecer nos tecidos locais ou podem sertransportados para todo o corpo, o que pode causar efeitos citotxicos, genotxicose imunolgicos, quer localmente, quer a longa dist:ncia do implante.

    "s nanopartculas met!licas podem passar atravs da membrana plasm!ticada clula, principalmente por difuso ou endocitose, mas tambm via pinocitose.@ragmentos maiores so fagocitados por macrfagos. 2entro das clulas, aspartculas so expostas a ataques oxidativos que se destinam a destruir o corpoestran$o, mas que resultam na gerao de i=es met5licos e radicais livres)principalmente de oxignio e espcies reativas de azoto+. K efeito citotxico exercido por meio de stress oxidativo e les'es cromossmicas. spcies reativas deoxignio derivadas de r, 0i, o e %i podem causar danos oxidativos para o n>cleo,protenas e lipdios. om a maioria dos agentes citotxicos, tais como %i, o e ;,ocorre apoptose ou necrose em algumas clulas.

    2e facto, muitos estudos relatam nveis elevados de i'es de r e o nosangue e na urina em pacientes com artroplastias de quadril MoM. "ssim, a taxa dedesgaste da prtese pode ser avaliada pelos nveis desses i'es nos eritrcitos dosangue, embora o soro dA uma mel$or estimativa dos verdadeiros nveis sistmicos." excreo renal de i'es met!licos parece equilibrar sua formao a partir doimplante, em pacientes com artroplastias de quadril MoM, embora os nveis de i'esde o e r circulantes permaneam v!rias vezes acima dos nveis normais. mboraelevadas, estas concentra'es so bem abaixo dos limites considerados perigosospara a sa>de em trabal$adores expostos a produtos qumicos industriais, e tambmmenor do que os nveis encontrados para causar toxicidade celular in vitro.

    " maioria dos estudos in vitro e in vivorelatam os efeitos do r e do o.Kutros i'es potencialmente txicos libertados por implantes so os de %i, "l, ; e 0i.o, r, 0i e ; so componentes naturais das enzimas e devem existir na dieta, masem concentra'es elevadas tornamse txicos.

    K o afeta muitos rgos )sistema nervoso, cardiovascular, endcrino,...+. Kr demonstra ser menos citotxico mas mais genotxico que o o. " acumulao de"l no sistema nervos tem sido associada a doenas como Parinson, "lz$eimer eoutros problemas neurolgicos.

    o e r inibem a libertao de osteocalcina na matriz ssea, contribuindopara o atraso na mineralizao do tecido sseo. %ambm se veri*ca umadiminuio da atividade da fosfatase alcalina, da sntese de colagnio tipo 3 e dasntese de protenas, 20" e \0", nos osteoblastos. "lm disso, os i'es met!licosso capazes de libertar citoquinas proinflamatrias para o ambiente )como %?@J,%0@D, 3=J e 3=+, as quais ativam a diferenciao de preosteoclastos em clulasmaturas de reabsoro ssea e alteram a remodelao ssea.

    "lassifcao de metais t/Kicos- baseada na reduo da viabilidadede osteoblastos em 13: Na O "r O $g O $o O +l O a O "o O Ni O e O "uO $n O 40 ' i- o Nb e o P tamb*m s/ so tolerados em concentra=esmuito baiKas(

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    %ambm se veri*ca que o P?/4e outros fatores de reabsoro ssea, comoa colagenase, podem ser produzidos em grande quantidade pelas clulas nainterface osso&implante em pacientes com o implante RsoltoR.

    Por *m, o problema da desintegrao do implante met!lico um problemade toxicidade pelos produtos resultantes da corroso e desgaste, mas tambm umproblema de enfraquecimento e consequente perda da funcionalidade do implante.

    er:micos

    Lo maioritariamente usados para regenerao ssea. Podem ser divididos emquatros gruposC

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    3n1uAncia da densidade mineral ssea e da idade na incidAncia de fraturaC

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    "er6micos Bioativos

    riao de I" sinttico em laboratrioC

    Ca(OH)2+H3PO4precipitao HA+H2O,HA=Ca10 (PO4 )6(OH)2

    " I" precipita em p, sendo este pressionado, sinterizado, originando os corpos cer:micos. "sinterizao d! resistAncia ao material. 2urante a sinterizao, a J455Q, $! transformao de fasesC

    HA perde o grupo OH

    TCP+CaO

    %ransformao de fases

    I" sinttica

    I! muitos biocer:micos que so misturas de %P eI", porque estes tAm diferentes solubilidadesno meio biolgico. " I" menos sol>vel que o %P, por isso, deve usarseC

    em (ovens, misturas mais ricas em %P, porque a atividade ssea maior nestes

    pacientes e por isso, a taxa de dissoluo do implante deve ser maior para acompan$ar a

    taxa de crescimento sseo9

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    em idosos, misturas mais ricas em I", pois a regenerao ssea mais lenta nestes casos

    e, caso a velocidade de absoro do cer:mico ultrapassasse a da regenerao ssea, serianecess!rio voltar a colocar novo cer:mico mais tarde.

    "ctifuse )silicon-substituted apatite+ produto cer:mico desenvolvido para ser utilizado na fuso de4 vrtebras, em que o Li substitui o P na apatite )PKN- LiKN+. Wuando o LiKN incorporado emvez de PKN, apesar de terem ambos a mesma estrutura tetradrica, como o P forma 6 liga'es e oLi forma apenas N, ento para compensar a diferena de cargas, 4 KI saem da estrutura por cadaLiK4incorporado.

    "er6micos Jorosos

    PreparaoC podem ser usadas por ex., esferas polimricas )polmeros que no libertem produtostxicos+, de celulose por ex., como agentes porognicos9 estas so usadas dentro do cer:mico,quando este sintetisado, e volatizam durante a sinterizao, deixando poros nos seus lugares.

    K taman$o dos poros determinado pelo taman$o do agente porognico. macroporosC J55655m microporosC J5mm poros menores do que J5m as clulas no conseguem penetrar, enquanto com poros acima

    de 655m, o cer:mico *ca muito fr!gil.Para obter microporos, podem ser usadas esferas pequenas ou uma sinterizao incompleta, i.e., asinterizao terminada a uma temperatura mais baixa do que a *nal, o que deixa partes docer:mico por unir.

    ;antagens dos cer:micos porososC providenciam uma *xao mec:nica os tecidos penetram no prprio material e por isso a !reade contacto maior9

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    tem locais da superfcie que permitem uma ligao qumica entre o biomaterial e o osso,$avendo, assim, um ancoramento da prtese em