Avaliação experimental dos mecanismos e partículas de desgaste de pares tribológicos metal-polietileno de próteses de quadril

Abstract

O desgaste e a sua geração de partículas são fatores críticos que diminuem o tempo de vida útil de próteses, usadas em cirurgias de artroplastia total de quadril. Um estudo mais aprofundado é essencial para um maior entendimento sobre o assunto. A inexistência de informações sobre a morfologia de partículas das diferentes próteses de quadril comercializados no Brasil, fez surgir a necessidade de estudar a morfologia das partículas geradas pelo atrito no par tribológico metal-polietileno testado em simulador de marcha humana. Portanto este estudo apresenta resultados do comportamento de desgaste de três diferentes pares tribológicos e a correlação com suas características físico-químicas, dimensionais e das embalagens dos componentes acetabulares, paralelamente foram pesquisadas as características superficiais encontradas nos componentes do par tribológico ao longo do ensaio e foi avaliado a morfologia das partículas de desgaste. Os resultados mostraram que o par tribológico formado pelo acetábulo do fabricante C apresentou melhores propriedades físico-químicas e dimensionais, além da sua embalagem ter proteção contra gases., resultando no par tribológico com a menor taxa de desgaste (61,0 mg/milhões de ciclos). Os fabricantes A e B apresentaram uma taxa de desgaste similar (78,5 e 82,1 mg/milhões de ciclos) mostrando a importância da utilização de embalagens com barreira contra gases para insertos acetabulares que utilizam radiação gama como processo de esterilização (fabricante B e C). Caso esse cuidado não seja tomado, o desgaste desse polietileno pode ser similar ao material esterilizado com óxido de etileno (fabricante A), o qual não apresenta nenhum grau de reticulação. O par tribológico do fabricante B apresentou ainda os piores resultados da análise dimensional o que também pode ter influenciado na maior taxa de desgaste. Também foram realizadas análises via microscopia ótica e microscopia eletrônica por varredura. Os resultados apontam as características superficiais dos componentes e os mecanismos de desgaste que são predominantes como sendo a adesão, fadiga e abrasão. A análise morfológica das partículas de desgaste mostrou uma predominância de partículas com morfologia fibrilar, esférica e globular com tamanhos inferiores a 10 µm. A análise via EDS possibilitou caracterizar as partículas como sendo de origem polimérica, sugerindo serem oriundas do desgaste do UHMWPE dos componentes acetabulares.<br>

Abstract : Wear and particle generation are critical factors that reduce the useful life of prostheses used in total hip arthroplasty surgeries. Further study is essential for a better understanding of the subject. The lack clear information on the particle of the different hip prostheses marketed in Brazil made it necessary to study the morphology of the particles generated by the friction in the metal-polyethylene tribological pair tested in a human simulator. Therefore, this study presents results of the wear behavior of three different tribological pairs and the correlation with their physicalchemical, dimensional and acetabular components packaging. At the same time, the surface characteristics found in the tribological pair components were investigated throughout the trial. the morphology of the wear particles was evaluated. The results showed that the tribological pair formed by the acetabulum of manufacturer C had better physico-chemical and dimensional properties, besides its packaging being protected against gases, resulting in the tribological pair with the lowest wear rate (61.0 mg / million cycles). Manufacturers A and B showed a similar ware rate (78.5 and 82.1 mg / million cycles) showing the importance of the use of gas barrier packages for acetabular inserts using gamma radiation as a sterilization process (manufacturer B and C). If this precaution haven't been taken, the wear of this polyethylene may be similar to the material sterilized with ethylene oxide (manufacturer A), which does not show any degree of crosslinking. The tribological pair of the manufacturer B presented the worst results of the dimensional analysis, which may also have influenced the higher wear rate. Analyzes were also performed through optical microscopy and scanning electron microscopy. The results indicate the superficial characteristics of the components and the mechanisms of wear that are predominant as adhesion, fatigue and abrasion. The morphological analysis of the wear particles showed a predominance of particles with fibrillar, spherical and globular morphology with sizes smaller than 10 µm. The EDS analysis made it possible to characterize the particles as being of polymer origin, suggesting that they originated from the UHMWPE wear of the acetabular components.