Análise numérica de diferentes técnicas de cimentação utilizadas na fixação de próteses de quadril

Abstract

Diversos fatores podem influenciar no sucesso de uma artroplastia de quadril. Para artroplastias cimentadas, o melhor conceito de cimentação a ser empregado ainda permanece sob debate. Tradicionalmente, é sugerida a utilização de uma camada de cimento uniforme e maior que 2 mm. Porém, um outro conceito, iniciado na França, conhecido por utilizar próteses mais robustas e mantas de cimento não uniformes com espessuras menores que 1 mm em alguns pontos, atingiu grandes taxas de sucesso, dando origem ao termo "paradoxo francês". Apesar de ambas as técnicas conduzirem a bons resultados clínicos, variações no tamanho do implante e tipo de suporte ósseo da manta de cimento são apontados como fatores que podem influenciar a estabilidade da prótese e o aparecimento de trincas no cimento. Dentro desse contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência dessas duas técnicas de cimentação na resposta mecânica da camada de cimento ósseo. A avaliação proposta foi realizada por meio de análises numéricas do sistema prótese-cimento-tecido ósseo empregando-se o método dos elementos finitos. Foram utilizados dois tamanhos de um mesmo tipo de prótese para produzir três modelos tridimensionais, sendo um representativo da técnica francesa, outro da tradicional e um terceiro modelo utilizando a menor prótese, porém, considerando a manta sendo suportada em sua maior parte por osso cortical. Para aproximar a demanda mecânica do sistema, foi aplicado um carregamento estático referente à solicitação máxima durante a marcha humana. Com base no uso da tensão máxima principal para calcular o acúmulo de dano na manta de cimento, os resultados indicam que os locais mais propensos à formação de trincas são as regiões lateral, distal em torno da extremidade da prótese e a região proximal-medial. A região proximal, onde puderam ser observadas trincas em estudos clínicos, mostrou-se mais crítica para a técnica tradicional. Na região distal, o pior cenário encontrado foi para o modelo francês. Uma espessura fina da manta de cimento na região lateral não pareceu influenciar os valores de tensão no local. Em conjunto, os resultados indicam que não há diferenças significativas decorrentes do tipo de suporte ósseo da manta.

Abstract : The long-term success of a hip arthroplasty depends on many factors. For cemented hip arthroplasties, two contradictory cementing concepts have been object of discussion. Traditionally, it has been suggested that the cement mantles should be complete and have a minimal thickness of 2 mm. However, another concept, introduced in France, which employs a canal-filling stem associated with a non-uniform cement mantle, thinner than 1 mm, resulted in excellent survival rates. This phenomenon has been referred to as the "French paradox". Although both techniques seem to lead to good clinical results, variations in the implant size and the type of bone surrounding the cement mantle seem to cause differences in the implant stability and crack growth in the cement. In this context, the aim of this study is to evaluate the consequences of these two different cementing techniques on the mechanical response ofthe bone cement mantle. The proposed evaluation was performed using numerical analysis of the prosthesis-cement-bone system using the finite element method. Two different sizes of the same prosthesis were used to generate three three-dimensional models, one to represent the French technique, another for the standard technique and a third model using the smaller stem considering the cement mantle being supported mostly by cortical bone. To approximate the mechanical demand of the system, the models were subjected to a static load equivalent tothe peak load during normal walking activity. Based on the use of the maximum principal stresses to calculate the accumulation of damage in the cement mantle, the results have indicated that the lateral and distal regions around the prosthesis and the proximal-medial region are more susceptible to the crack formation. The proximal region, where cracks were observed by clinical studies, was more critical for the standard technique. In the distal region, the worst-case scenario was found for the French technique. A thin cement mantle in the lateral region does not appear to influence the local stress values. The results also indicate that there are no significant differences due to the type of bone support of the cement mantle.