Investigação das características de desgaste de insertos acetabulares de UHMWPE ensaiados com cabeças femorais metálicas e cerâmicas de próteses de quadril

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Xavier, Elizangela Ballardin
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/215599
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2019.
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spelling Investigação das características de desgaste de insertos acetabulares de UHMWPE ensaiados com cabeças femorais metálicas e cerâmicas de próteses de quadrilEngenharia mecânicaArtroplastia total do quadrilPolietilenoDesgaste mecânicoDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2019.A artroplastia total do quadril (ATQ) é um procedimento cirúrgico que envolve a substituição de uma articulação danificada por um dispositivo artificial constituído por uma cabeça femoral metálica ou cerâmica, e por um inserto acetabular de UHMWPE. O UHMWPE atualmente é o material mais utilizado para fabricação de insertos acetabulares, porém, o desgaste na superfície desse componente pode causar reações celulares adversas devido a geração de partículas, as quais podem levar a osteólise e falha da prótese. Com o intuito de acompanhar as pesquisas mundiais na área implantes ortopédicos, estudou-se pela primeira vez no laboratório de engenharia biomecânica da UFSC, o par tribológico formado por um inserto acetabular de UHMWPE reticulado e uma cabeça femoral cerâmica, comparando-o com o par tribológico também formado por um inserto acetabular de UHMWPE reticulado e uma cabeça femoral de aço inoxidável. O trabalho investigou o comportamento de desgaste dos insertos acetabulares de UH-MWPE reticulados fabricados com a resina GUR 1020, ao serem submetidos ao ensaio biomecânico que simula a marcha humana (in vitro) com cabeças femorais de aço inoxidável de 32 mm de diâmetro liga 18Cr-14Ni-2,5Mo conforme a norma ASTM F138 (n=3), e cabeças cerâmicas de 36 mm de diâmetro de Al203/ZrO2 seguindo a norma ASTM F648 (n=3). O ensaio biomecânico foi realizado em um simulador ADL Hip Simulator até 8 milhões de ciclos. Antes do ensaio foram realizadas as medições de dimensional (diâmetro, desvio de esfericidade e folga articular) e rugosidade dos componentes dos pares tribológicos. Verificou-se ainda a razão de inchamento, o índice de oxidação, e o índice trans-vinileno do UHMWPE. As análises das superfícies de desgaste foram realizadas através de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (MEV). As partículas de desgaste foram analisadas via MEV, FEG e EDS. O ensaio de desgaste demonstrou que os pares de cerâmica-UHMWPE apresentaram melhor desempenho em relação ao par metal-UHMWPE, sendo que a taxa de desgaste do par tribológico de metal-UHMWPE (14,2447 mg/106 ciclos) foi 69% maior do que a taxa do par cerâmica-UHMWPE (8,4194 mg/106 ciclos). A partir do desgaste das superfícies dos insertos acetabulares de UHMWPE foram identificados na os mecanismos de desgaste por adesão, abrasão e por fadiga. Verificou-se que o tamanho e a morfologia das partículas de desgaste são semelhantes independentemente do material usado na cabeça femoral, sendo encontradas predominantemente partículas com morfologia esféricas e globulares para ambos os pares tribológicos.Abstract: Total hip arthroplasty (THA) is a surgical procedure that involves replacing a damaged joint with an artificial device consisting of a metallic or ceramic femoral head and an acetabular UHMWPE insert. UHMWPE is currently the most suitable material for acetabular insert manufacturing, but wear surface of this component can cause adverse cellular reactions due to particle generation, which may lead to osteolysis and prosthesis failure. In order to follow worldwide research in the orthopedic implants area, for the first time in the biomechanical engineering laboratory from UFSC, the tribological pair formed by a cross-linked UHMWPE acetabular liner and ceramic femoral head was compared with the tribological pair it is also made by a cross-linked UHMWPE acetabular liner and stainless steel femoral head. The present work investigated the wear behavior of crosslinked UHMWPE acetabular liners manufactured with GUR 1020 resin, when submitted to biomechanical test that simulates human gait (in vitro) with 32 mm diameter stainless steel femoral heads of 18Cr-14Ni-2,5Mo alloy to ASTM F138 (n = 3), and 36 mm diameter Al203 / ZrO2 ceramic heads to ASTM F648 (n = 3). The biomechanical test was performed using an ADL Hip Simulator up to 8 million cycles. Measurements of the dimensional (diameter, sphericity deviation and joint clearance) and roughness of the components of the tribological pairs were performed prior to simulator wear testing. It was also measured the swelling ratio, the oxidation index, and the trans-vinylene index of UHMWPE. Wear surface analyzes were performed by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). The wear particles were analyzed with SEM, FEG and EDS. The wear test showed that the ceramic-UHMWPE pair performed better than the metal-UHMWPE pair, and the wear rate of the metal-UHMWPE tribological pair (14,2447 mg/106 cycles) was 69% higher than the ceramic-UHMWPE pair (8.4194 mg/106 cycles). From the wear on the UHMWPE surfaces of the acetabular inserts it was possible identified the adhesion, abrasion and fatigue wear mechanisms. The size and morphology of the wear particles were similar nevertheless of size and material used in the femoral head, with predominantly spherical and globular particles for both tribological pairs.Salmoria, Gean VitorOrtega Cubillos, PatriciaUniversidade Federal de Santa CatarinaXavier, Elizangela Ballardin2020-10-21T21:18:22Z2020-10-21T21:18:22Z2019info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis152 p.| il., gráfs.application/pdf369257https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/215599porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-10-21T21:18:22Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/215599Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732020-10-21T21:18:22Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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