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jueves, 10 de marzo de 2016

Actualidad de Implantes de Cadera


Actualidad de Implantes de Cadera 

1.1.Introducción.

La aplicación de las prótesis femorales se encuentra muy extendida a nivel mundial, ya que es la solución más eficaz para el reemplazo de la articulación en la cadera dañada, mejorando así el estilo de vida de las personas, pudiendo recuperar de manera eficiente la movilidad de dicha articulación.
A lo largo de los años se han venido generando mejoras en los diseños de las prótesis intramedulares, desde el punto de vista del diseño y de los materiales para, así, llegar a obtener un modelo que proporcione al paciente un tiempo de vida útil adecuado.
Lo relativo de este tiempo de vida útil adecuado, es que no es muy apto para adultos jóvenes, los cuales se deben de someter a una  segunda operación para un cambio de prótesis, debido a que su edad conlleva a una mayor actividad física.
Es por esto que se propondrá un diseño extramedular, el cual al no ser completamente invasivo podrá tener un tiempo de vida mucho más elevado, beneficiando a los usuarios adultos jóvenes (14)
Complementando el estudio de los diseños y la fabricación con métodos nuevos, aplicando tratamiento de imágenes tomográficas y aplicación de Softwares CAD/CAM/CAE para la optimización de este proceso.

1.2.Historia de las prótesis femorales.
El primer gran avance ocurre cuando Smith-Petersen, en 1923(1), proponiendo una alternativa para solucionar el desgaste de la cabeza femoral, diseñó una cúpula como recubrimiento a la cabeza del fémur reemplazando la superficie dañada.

Para la fabricación de dicha cúpula probó con una variedad de materiales, tales como: la celulosa, pirex y baquelita, los cuales tuvieron diversas complicaciones de biocompatibilidad y fragilidad, por lo que fueron descartados. No  fue hasta el desarrollo del vitalium(2) en 1938 cuando se llegó a un material con el cual los implantes ofrecían una duración suficiente.

Gracias al aporte este material, fue que en 1938  Philip  Wiles(3) realizó  del  primer  reemplazo  de  cadera donde utilizó una prótesis con cúpula acetabular  y componente femoral sujetados con tornillos, siendo estala primera prótesis no cementada, es decir que no necesitaba de un aditamento para adherirse al fémur.


 Figura 01, Cúpula de Vitalium Smith-Petersen[1]
Figura 02, Diseño de prótesis de Philip  Wiles [3]
Luego del punto de referencia de Philip Wiles, los hermanos Judet, en 1952 desarrollaron un nuevo implante de cabeza femoral que contaba con un vástago dentro del cuello femoral, el problema que se tuvo fue que se utilizó material acrílico (metilmetacrilato termofraguado), lo cual evidenció que se generaba la fragmentación del material acrílico con el desgaste resultante lo que condujo a unas reacciones perjudiciales en los tejidos, incluyendo destrucción ósea.
Figura 03. Prótesis original de los hermanos Judet de material Acrílico.[1]
El siguiente adelanto en el desarrollo de prótesis femorales fue el diseño de prótesis metálicas con vástagos medulares (intramedulares) de fijación esquelética. Los dos modelos más populares fueron desarrollados en Estados Unidos por Fred Thompson en 1950 y A.T. Moore en 1952.(1)

Este aumento del vástago fue diseñado para que la fuerza en la prótesis se transmita a lo largo del eje del fémur, a comparación con la prótesis desarrollada por los hermanos Judet la cual generaba fuerzas de cizallamiento en el cuello femoral.
Fig. 04. Comparación entre los implantes de (a) acrílicos de los hermanos Judey y (b) metálicas con vástagos medulares para la fijación esquelética [1]

 Estos nuevos dispositivos intramedulares y a la vez no cementados basaron su fijación en la presión generada en el canal medular. Otra característica fue que el diseño del vástago femoral de Moore presentaba unos agujeros en la parte superior para permitir el crecimiento óseo en su interior aumentando así su fijación ósea.
Figura 05. Prótesis de (a) Fred Thompson y (b) A.T. Moore [1]
Basándose en los diseños de Thompson y Moore;  G.K. McKee -  Farrar y Ring mejoraron sus diseños. En 1953 McKee se sorprendió del diseño que Thompson propuso lo cual, llevándolo a su país, desarrolló un diseño de cotilo sin cementar con superficie articular metálica adaptado al sistema del vástago de Thompson(1) hechas de acero. Farrar en 1965 investigo a cerca del vástago de la prótesis haciéndolo más delgado, fue lanzando al mercado como la prótesis de McKee-Farrar.
Seguido a este avance, Ring en 1964 presentó un nuevo diseño el cual tenía un cotilo sin cementar y atornillado a la cadera y se basó en el diseño ce Moore presentando su prótesis unos agujeros propicios para el crecimiento de tejido óseo.
 Figura 06. Prótesis McKee-Farrar. [1]

Figura 07. Prótesis Ring. [1]
Estos avances en los diseños de las prótesis fueron muy fructíferos ya que llevaron a que en los años sesenta, Sir Jhon Charnley demostrara que era posible colocar implantes metálicos fijados con polímeros acrílicos creando así la generación de las prótesis cementadas.  La aplicación en su diseño del Polimetilmetacrilaro o PMMA, fue un logro muy bueno ya que este sistema de fijación fue adoptado desde entonces por casi todos los cirujanos como método de fijación de los componentes protésicos.

Otro alcance de su diseño fue que dejo de usar la Junta metal – metal ya que introdujo materiales plásticos en la parte acetabular reduciendo la fricción y acercándola más a la existente entre las articulaciones normales.
Figura 08. Prótesis Sir Jhon Charnley. [1]
En la Actualidad se han venido innovando en los diseños, por ejemplo, las prótesis no cementadas se  recubren con  hidroxiapatita,  que estimula  el crecimiento de tejido óseo, generando una  fijación  a  largo  plazo por el proceso de osteointegración. A la vez con diseños con superficies porosas las cuales ayudan a la fijación de las prótesis pudiendo crecer tejido óseo  en dichas porosidades En las prótesis sementadas la mejora del “cemento” para mejorar la fijación y el tiempo de vida útil.
Se han venido generando diversos diseños por medio de herramientas CAD/CAM/CAE por las cuales se pueden realizar mejoras a los diseños. Dichas mejoras van desde el ámbito de dimensionamiento y estructura, hasta el diseño de prótesis personalizadas, diseñadas para pacientes específicos, haciendo diversos análisis para mejorar la durabilidad de la prótesis.
Figura 09. Aplicación de CAD/CAMC/CAE en diseños de prótesis de cadera.[9]
Otra innovación en la actualidad viene representada por la implantación de células madre(6) en la estructura de la prótesis, la cual por medio de la diferenciación celular se puede generar tejido óseo, pudiendo mejorar la vida útil de las prótesis, llegando a preservarla por toda la vida del paciente.

Ahora la aplicación de las prótesis extramedulares es otro tipo de innovación la cual puede permitir, según el estudio de este trabajo, una mejor adaptación al paciente ya que es mucho menos invasiva al fémur, lo contradictorio de este tipo de prótesis es su baja difusión y su muy poco estudio.

1.3.Problemática.
La decisión de llegar a la implantación de una prótesis de cadera, viene determinada por el caso del paciente, en las cuales las razones más representativas son: la artrosis degenerativa en la cabeza femoral, que normalmente afecta a personas mayores de edad. Y la fractura del cuello femoral, que  afecta a personas de diversas edades; es decir que no está predispuesto a solo un grupo de personas de una edad definida, sino que cualquier persona está propensa a sufrirlas. Las mencionadas causas generan un dolor intenso al paciente, Por lo tanto llegar a realizar una artroplastia total, mejora su calidad de vida.
Figura 10. (a) Artrosis en cabeza Femoral, (b) Fractura del cuello femoral.
Conociéndose los factores principales para realizar una artoplastoplastía total de cadera, se considera que el caso más perjudicial es el de los adultos jóvenes a los cuales el tiempo de vida útil de la prótesis no es el suficiente para el resto de su vida, enfrentándose a una futura segunda operación para  una renovación de la prótesis. Además del ritmo de vida de los mencionados pacientes, la cual requiere una actividad física mucho más activa hace que la probabilidad de falla de la prótesis sea mayor. ´
Otra gran problemática es la remodelación ósea, un problema biológico  que genera a lo largo del tiempo  que la pared del hueso disminuya, lo cual perjudica en la fijación de la prótesis, Pudiendo llegar a generar la fractura del fémur.
Otro problema muy importante es que el fémur está diseñado  naturalmente a trabajar  bajo compresión. Mientras que al momento de la colocación de una prótesis de cadera, la que soporta la carga es la prótesis, por lo cual se generan pequeños desplazamientos y una presión interna en el hueso, lo cual al realizar las cargas cíclicas del caminar, puede llegar a realizar fatiga del hueso, lo cual va perjudicándolo poco a poco.
Figura 11. Distribución de carga en un fémur y una prótesis. [14]
1.1.1.      Artroplastia total de cadera.
Es la cirugía que consiste en reemplazar los dos componentes que conforman la articulación de la cadera (acetábulo y cabeza femoral). Para dicha cirugía se utiliza la prótesis total de cadera, que está conformada por tres partes:

1.      Componente Acetabular: que es la componente que va asegurada por medio de presión, de pernos o cementada a la cavidad de la cadera (acetábulo), cuenta con un forro de plástico que suele ser de Polietileno, donde encajará la cabeza metálica de la prótesis.
2.      Cabeza Metálica de Fémur: Es el componente que reemplaza la cabeza femoral la cual va insertada en la componente acetabular haciendo juego y permitiendo el movimiento en la nueva articulación, Normalmente está hecho de Titanio o de Acero Quirúrgico.
3.      Vástago Femoral: Es una estructura en forma de cuña alargada que va implantada en la parte del eje del fémur para una mejor fijación y estabilidad. Generalmente está hecha de Titanio, o de Cromo – Níquel – Molibdeno.
 Fig. 12. Artoplastía Total de Cadera.
1.4.Influencia de la ingeniería en los implantes femorales

El  diseño  y  fabricación  de  implantes, punto clave de la investigación, ha  mejorado  mucho  gracias  al avance en el desarrollo  en  las tecnologías de procesamiento  de imágenes,  la aplicación de los softwares CAD/CAM/CAE para la optimización de los diseño y  la  investigación sobre  materiales  biocompatibles.
1.5 Impacto Social
En el Perú, un gran porcentaje de personas mayores de edad son afectadas por fractura de cadera, las estadísticas nos dicen que, en mujeres es 77.6% y en varones es 22.4%. Siendo las más afectadas las mujeres  debido a factores como la menopausia y la deficiencia en contenido de calcio en la alimentación.

Pero el tiempo de vida útil de una prótesis de cadera comercial (cementada o no cementada) es de 15 a 20años por lo cual para este tipo de pacientes, es adecuado.
Figura 16. Variación de la probabilidad de supervivencia a lo largo de los años de los pacientes jóvenes que se les realizó una artoplastía total,  

Pero el impacto en los pacientes jóvenes, debido al tiempo de vida útil de la prótesis, es el más perjudicial, debido a que deben ser sometidos en un futuro a una nueva operación en la cual se les tendrá que hacer un cambio de prótesis, volviendo a tener un procedimiento quirúrgico, además después de cada procedimiento quirúrgico se les recomienda cambiar  a una ocupación más sedentaria. Sin embargo esto no siempre es fácil ya que conlleva consecuencias sociales, a sus familias y profundas consecuencias económicas para el país.
Además a los pacientes se les aconseja tomar medicamentos antiinflamatorios para tratar de aliviar el dolor. Estos medicamentos cuestan dinero y pueden llegar a tener una serie de efectos secundarios. Como por ejemplo  las complicaciones gastrointestinales, que van desde la indigestión hasta úlceras, sangrado, perforación del estómago o del duodeno y estenosis del intestino delgado.
Es por esto que los cirujanos e ingenieros de diseño han tratado de mejorar el reemplazo de cadera convencional especialmente para su uso en los pacientes más jóvenes, debido a su alto nivel de actividad.













1.7. Bibliografía.

 [1]  Historia De La Prótesis Total De Cadera / Dr. Gaspar de la Herrán -sendagroup medicos asociados/ http://www.sendagrup.com/historia-de-la-protesis-total-de-cadera/

[2]  Vitallium, marca comercial para una aleación de 65 % de cobalto, 30 % de cromo, 5 % de molibdeno, y otras sustancias. La aleación se utiliza en las articulaciones de odontología y artificiales, debido a su resistencia a la corrosión. Desarrollada por Albert W. Merrick para los Laboratorios Austenal en 1932

[3] Ojeda Díaz Carlos. 2009 Tesis Doctoral, Estudio de la influencia de estabilidad primaria en el diseño de vástagos de prótesis femorales personalizadas: aplicación a paciente específico

[4] Revista Chilena de Cirujia Jun 1997, Historia y estado actual de la prótesis total de cadera en Chile 25 años de evolución.

[5] Proyecto Fin de Carrera: Biomateriales. Aplicación a cirugía ortopédica y traumatológica - Universidad Carlos III de Madrid/ Departamento de Mecánica - Beatriz Pérez Rojo y José Luis San Román García
[8] El futuro de los dispositivos médicos/ IBM Global Business Services.
[9] Finite element modelling and analysis of a new cemented hip prosthesis/ Oguz Kayabasi, Fehmi Erzincanli*/ Department of Design and Manufacturing Engineering, Gebze Institute of Technology, PK. 141, 41400 Gebze, Kocaeli, Turkey / Received 4 January 2005; received in revised form 6 September 2005; accepted 6 September 2005
[10] Diseño, Análisis Por Ct Y Construccion Por Cad/Cam De Endoprótesis Femoral Personalizada: Caso De Una Paciente Con Subluxacion Congénita - 8º Congreso Iberoamericano De Ingenieria Mecanica - Cusco, 23 al 25 de Octubre de 2007



 by Carlos Alfaro



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