Modelo de lubricación para prótesis de cadera con condiciones de contorno de Sommerfeld

BRENDA WEISS; SEBASTIÁN UBAL; JOSÉ DI PAOLO

Concordia

Jornada; 6tas Jornadas de Difusión de Proyectos de Investigación, Extensión y Actividades Académicas de la UNER; 2015

Universidad Nacional de Entre Ríos

La vida media de las prótesis de cadera es de alrededor de 15 años, teniendo como consecuencia nuevas cirugías (revisiones) y padecimientos psicofísicos en pacientes jóvenes. El desgaste de las superficies protésicas es una de las principales causas de falla de los reemplazos de cadera y la lubricación es fundamental para reducir el coeficiente de fricción y consecuentemente disminuir el desgaste. Para analizar el contacto lubricado en una prótesis de cadera hipotética se utilizó un modelo de lubricación bidimensional basado en una ecuación de Reynolds modificada que contempla la exudación o absorción de líquido desde un componente poroso y deformable similar al cartílago hialino que recubre los huesos en la articulación natural. Entonces, se supone que la prótesis de cadera está compuesta por un componente metálico y un material poroso, elástico, de baja rigidez y capaz de absorber o exudar fluido. La presión en el fluido y la altura del canal de lubricación se obtuvieron simultáneamente utilizando un código computacional propio, en doble precisión, basado en el método de elementos finitos, el método de Newton y la continuación paramétrica. Además, se resolvieron las ecuaciones utilizando un software comercial debido a la necesidad de mallas con mayor número de elementos para asegurar la convergencia para cargas más elevadas.La información brindada por el modelo resuelto es extremadamente difícil de obtener con métodos experimentales. La utilización del software comercial permitió la obtención de resultados para cargas similares a las observadas en articulaciones de cadera. La mayor capacidad de deformación del material poroso, respecto al polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE), favorece la formación de un canal de lubricación más grueso y deviene en una mejor distribución de cargas, disminuyendo los esfuerzos normales causantes de la fatiga del material. Los resultados sugieren que la exudación y absorción de fluido no sólo mejoran la lubricación mediante el mecanismo de autolubricación sino que sería un responsable directo de la baja fricción en articulaciones naturales. Se obtuvo una curva que permitiría determinar el factor de exudación óptimo que minimice la fricción sobre el componente polimérico. La aparición de presiones subambientes y oscilaciones en la desembocadura del canal muestra la necesidad de imponer condiciones de contorno más realistas, lo cual motiva futuros trabajos.