Modelado y simulación del contacto lubricado en una prótesis total de rodilla: metal-metal o cerámica-cerámica

JOSÉ DI PAOLO; MARCELO E. BERLI; DIEGO M. CAMPANA; SEBASTIÁN UBAL

Florianópolis, Brasil

Congreso; 2º Encontro Nacional de Engenharia Biomcânica (ENEBI 2009); 2009

Universidade Federal de Santa Catarina

La performance mecánica de las prótesis respecto a la rodilla natural es muy baja, siendo el desgaste y la consecuente liberación de partículas de polietileno la causa más frecuente para su remoción. El desgaste puede ser disminuido modificando las propiedades mecánicas de los materiales, la geometría del implante y la velocidad de deslizamiento, aspectos que influyen fuertemente sobre la formación de la película de fluido lubricante que evita el contacto sólido ? sólido (Di Paolo, 2006).Con este fin y alternativamente, se están estudiando y desarrollando prótesis totalmente rígidas y de gran dureza, las cuales podrían tener una mayor duración una vez implantadas (Hutchings, 2003; Udofia, 2003)El acabado superficial de los materiales empleados en prótesis también influencia el desgaste y el régimen de lubricación desarrollado (Hutchings, 2003; Berli, 2008), pudiendo éste ser de película completa, mixta o de frontera. Los estudios sobre prótesis construidas con metal sobre metal (MOM) o cerámica sobre cerámica (COC), han sido inspirados en la reducción de las tasas de desgaste, evitando la osteólisis y el aflojamiento aséptico producto de las partículas de polietileno de las prótesis convencionales, como también por presentar menores rugosidades superficiales (Hutchings, 2003).Adicionalmente, un factor importante en la reducción del desgaste es el régimen de lubricación que en una prótesis -como en la rodilla natural- lo posibilita el líquido sinovial, el cual posee características nonewtonianas (Di Paolo, 2006), que inducen cambios en el espesor de la película lubricante. Por ello, el espesor de fluido entre los elementos en contacto es el parámetro mas importante a ser estudiado cuando se aborda un diseño (Chaomleffel, 2007) para asegurar una vida útil lo más larga posible.En este trabajo se modela la zona de contacto lubricado en una prótesis total de rodilla cuyos componentes femoral y tibial se suponen construidos con un material de muy alta rigidez (indeformable a los fines del modelado), lubricados por un fluido no newtoniano (líquido sinovial). El mismo se resuelve para las condiciones de la articulación durante la fase de apoyo, con el objetivo de determinar las relaciones óptimas entre factores geométricos, carga de la articulación y espesores de película que superen a las rugosidades superficiales de los materiales.