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 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.
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
No hay comentarios:
Publicar un comentario