Análise da transferência de carga na componente acetabular da anca

Abstract

A artroplastia da anca é um procedimento frequente em ortopedia com mais de um milhão de pacientes submetidos a este tipo de cirurgia por ano e a tendência é para o seu aumento. Apesar de ser um dos procedimentos com maior sucesso na ortopedia, apresenta algumas problemáticas em particular o deslocamento assético acetabular. Esta falha ocorre quando a osteointegração é afetada, podendo levar a uma remodelação óssea insuficiente, que promove a perda óssea, e consequentemente, o deslocamento assético acetabular. A principal causa associada a esta falha é o stress-shielding que origina reabsorção óssea, uma vez que a colocação de um implante altera a distribuição de cargas existentes na articulação intacta. Muitos avanços têm sido feitos para que ocorra uma melhor osteointegração, nomeadamente a mudança de materiais e seus revestimentos. No âmbito desta dissertação foi feito um estudo dos vários tipos de componentes acetabulares não cimentadas tendo sido escolhida a componente acetabular Tritanium, classificada pela ODEP com 10A, relativamente ao qual são conhecidas evidências clínicas, particularmente as suas falhas. Os principais objetivos desta dissertação são: estudar a transferência de carga da componente acetabular, avaliar as suas consequências quando as cargas exercidas na articulação protésica são desadequadas e analisar a correlação entre os dados clínicos da componente, os estudos de perda óssea e suas classificações. Para o cumprimento dos objetivos foram desenvolvidos dois tipos de estudos, os numéricos e os experimentais. Para o caso dos estudos numéricos foram desenvolvidos quatro modelos. O primeiro modelo representa o caso da artroplastia total primária da anca e os restantes modelos reproduzem a perda óssea observada em cada simulação efetuada através das deformações principais quando apresentavam valores inferiores a |200| µstrain, em combinação com os dados adquiridos em termos de classificação de perda óssea na cavidade acetabular e ainda dos registos clínicos associados à casca Tritanium. Com este estudo obtiveram-se os valores de deformações no osso e os micromovimentos entre o osso e a componente acetabular. De forma complementar, foram desenvolvidos seis modelos experimentais, um intacto e os restantes protésicos. Os resultados obtidos em ambos os estudos, evidenciam que a transferência de carga é mais significativa nas regiões anterior e anterior-inferior do que nas restantes. A perda óssea visualizada, no modelo numérico em combinação com a classificação e registos clínicos, demonstra que a perda é mais significativa no bordo acetabular (osso cortical) e fossa acetabular, com perda óssea do tipo 1. Apesar destas considerações a perda óssea ao longo do avanço dos modelos foi moderada, tal como nos registos clínicos. A validação dos modelos numéricos foi conseguida através dos modelos experimentais. Conclui-se que a componente Tritanium apresenta evidências clínicas, numéricas e experimentais, que provoca alterações na transferência de carga fisiológica, implicando perda óssea e migração da componente, podendo levar ao deslocamento assético, principal falha para a revisão artroplástica na anca.

Hip arthroplasty is a common procedure in orthopedics, with more than a million patients having undergone this surgery each year and the tendency is to continue to grow. Despite being one of the most successful orthopedics treatments, it faces some challenges such as acetabular aseptic displacement/loosening. This failure occurs when osteointegration is affected, leading to insufficient bone remodeling, which promotes bone loss and, consequently, acetabular aseptic loosening. The leading cause associated with this failure is the stress-shielding that results in bone resorption as the installation of an implant changes the distribution of loads on the intact joint. Many advances have been made towards better osteointegration, such as changing materials and their coatings. This dissertation analyzes different types of acetabular components, press-fit/non-cemented, among which the acetabular Tritanium component, classified by ODEP as 10A, was chosen, for which clinical evidence exists, namely with regard to its flaws. The main objectives of this dissertation are to study the load transfer on the acetabular component; evaluate the consequences when the loads exerted on the prosthetic joint are unsuitable; and study the correlation with the component’s clinical data, the studies of the bone loss, and their classifications. To achieve these objectives, two types of studies were carried out, numerical and experimental. For the numerical case, four models were developed. The first model represents the case of total hip arthroplasty. The others reproduce the evolution of the bone loss observed at each simulation using the main deformations when they presented values below the |200| µstrain in combination with the data acquired in terms of classification of the bone loss in the acetabular cavity, as well as the clinical records associated with the Tritanium shell. The numerical study obtained the values of deformations in the bone and the micro-movements between the bone and the acetabular component. In addition, experimental models were developed, six models, one intact and the other prosthetics. The results of both models show that the load transfer is more significant in the anterior region and the anterior-inferior region than in the other regions. The bone loss visualized from the numerical model, combined with the classification and clinical records, shows that it is more significant in the acetabular border (cortical bone) and acetabular fossa, type 1 bone loss. Despite this conclusion, the bone loss along the advance of the models is moderate as in clinical records. The validation for the numerical model was obtained through the experimental models. It is concluded that the studied component presents clinical, numerical, and experimental evidence that it can cause a disorder in the physiological load transfer, implying bone loss and component migration, leading to aseptic loosening, the main failure for review.