Retrieval analysis de insertos tibiais de próteses de joelho: fatores que influenciam o dano do poste

Abstract

Desde a década de 1960, os insertos tibiais de implantes de artroplastias totais de joelho (ATJ) são fabricados em polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM), um polímero com características mecânicas mais específicas para o bom funcionamento da articulação artificial, em conjunto com suas contrapartes tribológicas feitas de materiais metálicos ou cerâmicos. No entanto, esse componente está sujeito ao desgaste, o que pode resultar na geração e liberação de partículas causadoras de osteólise. Para minimizar o desgaste, os fabricantes utilizam diferentes desenhos, métodos de fabricação e tratamento do material. Este trabalho tem como objetivo analisar e avaliar a influência do desenho do poste nos modos de dano sofridos por 8 explantes de insertos tibiais de ATJ primárias estabilizadas posteriormente por mecanismo de poste-came. As amostras e os dados obtidos seguem as recomendações da norma técnica da ASTM F561-19 para análise de explantes, incluindo limpeza, armazenamento e métodos de análise (Retrieval Analysis). Os insertos foram agrupados por tempo de serviço, e os experimentos de análise de dano por desgaste foram realizados por meio da inspeção dos modos de danos, suas severidades e a medição do índice de oxidação por FTIR. Por fim, buscou-se correlacionar as características de projeto do poste e o tempo de serviço com os resultados experimentais, bem como os dados clínicos e demográficos dos pacientes. Como resultado, nos postes, o modo de dano por abrasão foi o que mais afetou a área superficial das 8 amostras, além de ter apresentado a maior soma de severidades por inserção. O modo de dano por delaminação esteve presente apenas nos insertos com maiores desgastes. Os índices de oxidação mantiveram uma aparência positiva e significativa com a severidade total e o tempo de serviço, com exceção de uma das amostras. Conclui-se que as características demográficas apresentaram proporções que corroboram com o que pode ser observado na literatura científica. No entanto, o número de amostras apresentou uma grande variedade de periodicidade de revisão, tornando inconclusiva a relação entre a indicação e o projeto de postagem dos encartes. As características individuais de cada paciente, a massa corporal foram mais relevantes para menores desgastes. Os métodos experimentais utilizados levaram a resultados compatíveis com outros estudos sobre modos de dano. Os modelos com postes mais constritos tiveram maior tempo de serviço e não continham o inserto com os modos de danos mais severos. Não foi possível isolar as análises de material e desenho para concluir qual influência menos com relação à ocorrência de desgaste.

Abstract: Since the 1960s, tibial inserts for total knee arthroplasty (TKA) implants have been manufactured using ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE), a polymer with mechanical properties better suited for the proper functioning of the artificial joint, in conjunction with its tribological counterparts made of metallic or ceramic materials. However, this component is susceptible to wear, which can result in the generation and release of particles that can cause osteolysis. To minimize wear, manufacturers employ different designs, manufacturing methods, and material treatments. This study aims to analyze and evaluate the influence of the post design on the modes of damage experienced by 8 explanted primary TKA tibial inserts, which were later stabilized by a post-cam mechanism. The samples and data obtained follow the recommendations of ASTM standard F561-19 for explant analysis, including cleaning, storage, and analysis methods (Retrieval Analysis). The inserts were grouped by service time, and wear damage analysis experiments were conducted through the inspection of damage modes, their severities, and the measurement of oxidation indices using FTIR. Finally, an attempt was made to correlate the post design features and service time with the experimental results, as well as with the clinical and demographic data of the patients. As a result, in the posts, abrasion damage was the most affecting mode on the surface area of the 8 samples and showed the highest sum of severities per insert. Delamination damage was only present in inserts with higher wear levels, with the exception of one of the samples. Oxidation indices maintained a positive and significant correlation with total severity and service time, except for one of the samples. It was concluded that demographic characteristics exhibited proportions that align with what can be observed in the scientific literature. However, the number of samples displayed a wide range of revision indications, making the relationship between indication and insert post design inconclusive. Among the individual patient characteristics, body mass was the most relevant factor for lower wear rates. The experimental methods used yielded results consistent with other studies on damage modes. Models with more constrained posts had longer service times and did not contain the insert with the most severe damage modes. It was not possible to isolate material and design analyses to conclude which has less influence on wear occurrence.