ESTUDO DA FORMA E DA RUGOSIDADE EM PRÓTESES ORTOPÉDICAS DE QUADRIL. Marcos Motta de Souza

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1 ESTUDO DA FORMA E DA RUGOSIDADE EM PRÓTESES ORTOPÉDICAS DE QUADRIL Marcos Motta de Souza Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Doutor em Engenharia Mecânica. Orientador: Max Suell Dutra Rio de Janeiro Julho de 2011

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3 Souza, Marcos Motta de Estudo da Forma e da Rugosidade em Próteses Ortopédicas de Quadril / Marcos Motta de Souza. Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, XVIII, 129 p.: il.; 29,7 cm. Orientador: Max Suell Dutra Tese (doutorado) UFRJ/ COPPE/ Programa de Engenharia Mecânica, Referências Bibliográficas: p Prótese ortopédica. 2. Rugosidade. 3. Incerteza de medição I. Dutra, Max Suell. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Mecânica. III. Titulo. iii

4 Dedico este trabalho aos meus pais Solon e Lindaura (in memorian), pelo amor e educação recebidos. E principalmente à Adriana, Gabriel e Mariana, por iluminarem a minha vida. iv

5 AGRADECIMENTOS Ao meu orientador Professor Max Suell Dutra, pelo apoio e paciência no desenvolvimento deste trabalho. Ao Wellington Santos Barros, Chefe do Laboratório de Metrologia Dimensional e a Marcia Marie Maru, pelas discussões técnicas e pelo incentivo no desenvolvimento deste trabalho. Aos meus colegas, Sergio Pinheiro de Oliveira, Paulo Roberto Guimarães Couto, Flávio Carnelli Frade e Luiz Henrique Paraguassu de Oliveira, pelo suporte no desenvolvimento deste trabalho. Agradeço a José Carlos Valente de Oliveira, Chefe da Divisão de Metrologia Mecânica, Jailton Carreteiro Damasceno, Chefe da Divisão de Materiais e ao Prof. Carlos Alberto Achete, Coordenador de Laboratórios e Infraestrutura, pelo apoio institucional recebido ao longo deste trabalho. Aos colegas do Laboratório, Willian Lima, Gustavo da Fonseca e Felipe Camara, pelo apoio dado. A Vera Lucia P. S. Noronha, secretária da mecânica, pelo suporte, competência e dedicação aos alunos do curso. Aos colegas do Inmetro, Rafael Trommer, Lídia Sena e Leandro Lidizio, pelo auxílio no desenvolvimento deste trabalho. Agradeço também a todos os colegas do Inmetro que participaram em fases deste trabalho. v

6 Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc.) ESTUDO DA FORMA E DA RUGOSIDADE EM PRÓTESES ORTOPÉDICAS DE QUADRIL Marcos Motta de Souza Julho/2011 Orientador: Max Suell Dutra Programa: Engenharia Mecânica Um dos fatores que contribui para a qualidade das próteses totais de quadril está relacionado ao grau de exatidão na fabricação das superfícies da articulação. A natureza das superfícies de deslizamento exige a minimização do atrito e a maximização das condições de lubrificação. Uma folga adequada entre os componentes necessita de uma geometria precisa, aliada ao atendimento das exigências de acabamento da superfície. O controle dimensional destes componentes articulares torna-se importante, pois influencia diretamente na sua durabilidade e consequentemente, uma melhoria na qualidade de vida do paciente. Este trabalho realiza um estudo da forma e da rugosidade das próteses ortopédicas de quadril fabricadas no Brasil e no exterior. Os resultados obtidos disponibilizam dados para o controle da qualidade das superfícies de cabeças femorais e componentes acetabulares de próteses de quadril. Estes resultados indicam a necessidade de melhoria nos procedimentos utilizados neste controle. vi

7 Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.) STUDY OF THE FORM AND ROUGHNESS IN ORTHOPAEDIC HIP PROSTHESIS Marcos Motta de Souza July/2011 Advisor: Max Suell Dutra Department: Mechanical Engineering One of the factors that contribute to the quality of total hip prostheses is related to the degree of accuracy in the manufacture of the joint surfaces. The nature of the sliding surfaces requires the minimization of friction and the maximization of lubrication conditions. Adequate clearance between the components requires a precise geometry, coupled with meeting the demands of surface finish. The dimensional control of joint components becomes important because influences directly in durability and consequently in a better life quality of patients. This work studies the form and roughness of orthopedic hip prostheses manufactured in Brazil and abroad. The results provide data for quality control of the surfaces of the femoral heads and acetabular components of hip prostheses. These results indicate the need for improvement of the procedures used in this control. vii

8 SUMÁRIO CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO 1.1 Contexto Objetivo e justificativa Contribuições Organização do trabalho...5 CAPÍTULO 2 PRÓTESE DE QUADRIL 2.1 Introdução Artroplastia total de quadril (ATQ) primária Causas da artroplastia total de quadril Osteoartite Artrite reumatóide Necrose avascular Outros motivos Procedimento de substituição do quadril Registros da substituição total do quadril ao longo do tempo Modelos de próteses Tipos de fixação Geometria Haste e cabeça femoral Componentes acetabulares Materiais utilizados em artroplastia total de quadril...18 a) Material cerâmico...19 b) Material metálico...20 c) Material polimérico...21 d) Pares e combinações...21 e) Próxima geração de componente acetabular Acabamento da superfície Cimentação na ATQ Epidemiologia da artroplastia total de quadril primária...25 viii

9 CAPÍTULO 3 METROLOGIA DE IMPLANTES ORTOPÉDICOS 3.1 Introdução Metrologia na indústria ortopédica Especificação Geométrica de Produtos Instrumentos utilizados na medição de próteses Textura da superfície Conceitos Básicos Sistema de medição da rugosidade superficial Critérios para avaliar a rugosidade Parâmetros de rugosidade Altura total do perfil (Pt, Rt e Wt) Desvio médio aritmético do perfil avaliado (Pa, Ra e Wa) Média dos cinco valores da rugosidade parcial (Rz) Razão de material (Rm) fração de contato Razão de material (Rm) / curva de Abbott Firestone Parâmetros obtidos a partir da representação linear curva de fração de material (curva de Abbott-Firestone) ISO : Circularidade Círculo dos Mínimos Quadrados (CMQ) Círculo Mínimo Circunscrito (CMC) Círculo da Mínima Zona (CMZ) Círculo Máximo Inscrito (CMI)...59 CAPÍTULO 4 MATERIAIS E MÉTODOS 4.1 Materiais Requisitos das superfícies Metodologia de medição das superfícies Rugosidade Esfericidade e Circularidade Diâmetro e esfericidade na Máquina de Medir por Coordenadas Ensaio de simulação do desgaste Ensaio inicial...68 ix

10 CAPÍTULO 5 RESULTADOS OBTIDOS 5.1 Comparação Laboratorial Ensaio de Microdureza Ensaio de Desgaste Inicial Medição do Diâmetro Medição do Desvio de Esfericidade Medição da Rugosidade Comparação entre Cabeça Femoral Nacional e Importada Comparação entre Componente Acetabular Nacional e o Importado Análise dos Componentes Acetabulares com cut-off de 0,8 mm Segundo Ensaio de Desgaste Comparação entre Cabeça Femoral Nacional, Importada e de Cerâmica Medição de Circularidade da Cabeça Femoral...88 CAPÍTULO 6 INCERTEZA DE MEDIÇÃO 6.1 Introdução Etapas para o Cálculo da Incerteza de Medição Modelo Matemático Determinação da incerteza das grandezas de entrada Padrão de referência Incerteza Padrão do Tipo A (Repetitividade) Topografia da prótese Desvio de linearidade Ruído de fundo Deformação plástica Raio da ponta do apalpador Incerteza Total das Grandezas de Entrada Coeficiente de sensibilidade c i Contribuição para a incerteza padrão Incerteza Padrão Combinada u c (y) Incerteza Expandida U Planilhas de incerteza de medição Simulação de Monte Carlo x

11 6.8.1 Passos para a Estimativa da Incerteza pelo Método de Monte Carlo Estimativa da Incerteza pelo Método de Monte Carlo CAPÍTULO 7 CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS 7.1 Conclusão Trabalhos Futuros REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS xi

12 LISTA DE SÍMBOLOS λs λc λf lp, lr e lw ln Zp Zv lv lp RSm Pt Wt Rt Ra Pa Wa Rz Zi Rm Rk Mr1 Filtro de perfil que define a separação entre os componentes da rugosidade e os componentes de comprimento de onda mais curtos (ruídos de alta freqüência) presentes na superfície Filtro de perfil que define a separação entre os componentes da rugosidade e da ondulação Filtro de perfil que define a separação entre os componentes da ondulação e os componentes de ondas mais longas presentes na superfície Comprimento de amostragem, comprimento na direção do eixo X utilizado para identificar as irregularidades características do perfil sob avaliação Comprimento de avaliação, comprimento na direção do eixo X, utilizado para estabelecer o perfil sob avaliação Pico de um perfil, parte do perfil avaliado dirigido para fora (do material para o meio ambiente), conectada a dois pontos adjacentes da interseção do perfil com o eixo X Vale de um perfil, parte do perfil avaliado dirigido para dentro (do meio ambiente para o material), conectada a dois pontos adjacentes da interseção do perfil com o eixo X Distância para atingir a velocidade de medição Distância para atingir a parada do apalpador Valor médio de espaçamento entre os picos do perfil e a linha média, medido dentro do comprimento de amostragem Perfil primário, definido como a altura total de um perfil não filtrado Perfil de ondulação, altura total, após utilização de um filtro passa baixa Perfil de rugosidade, altura total, após utilização de um filtro passa alta Média aritmética dos valores absolutos das ordenadas (Zx) no comprimento de amostragem. Perfil de rugosidade R após filtragem Média aritmética do perfil primário P não filtrado Média aritmética do perfil de ondulação W após filtragem Parâmetro de rugosidade que corresponde à média dos cinco valores da rugosidade parcial Rugosidade parcial Razão de material (fração de contato) Profundidade do núcleo do perfil de rugosidade Nível determinado em percentual, pela linha de interseção que separa os picos mais altos, do núcleo do perfil de rugosidade xii

13 Mr2 Rpk Rvk X i u(x i ) u i (y) c i U u c (y) k ν eff Z e (x) G(Z e (x)) Fs(Z g (x)) Fc(Z s (x)) P (Z c (x)) Z g (x) Nível determinado em percentual, pela linha de interseção que separa os vales mais profundos, do núcleo do perfil de rugosidade Altura média dos picos mais altos que estão acima do núcleo do perfil de rugosidade Altura média dos vales mais profundos que estão acima do núcleo do perfil de rugosidade Grandezas de entrada Incerteza padrão Contribuição para incerteza padrão Coeficiente de sensibilidade Incerteza expandida Incerteza padrão combinada Fator de abrangência Graus de liberdade efetivos Perfil traçado Função do instrumento Função do filtro λs Função do filtro λc Função do parâmetro P Perfil total u 2 ( ) Incerteza do perfil avaliado (total) z g u 2 ( Pt n ) Incerteza do padrão de referência 2 u ( Pt) Incerteza de medição por medir em um local (ponto) diferente u 2 ( b) Incerteza da repetitividade do perfil avaliado u 2 ( ) Incerteza da topografia do padrão de referência z e u 2 ( ) Incerteza do perfil de referência z ref u 2 ( z 0 ) Incerteza devida ao ruído u 2 ( ) Incerteza devida à deformação plástica z pl u 2 ( ) Incerteza devida à geometria da ponta do apalpador z sp Un P tn Incerteza de medição da altura total do perfil do padrão de referência Altura total do perfil do padrão de referência xiii

14 s (R) Incerteza padrão do valor médio na determinação da profundidade da ranhura calibrada no mesmo ponto Wt 0 Rz 0 ν i u (r t ) Valor médio do perfil de ondulação medido cinco vezes em um mesmo ponto, de um plano ótico Média dos cinco valores da rugosidade parcial medido em um mesmo ponto, de um plano ótico (ruído) Graus de liberdade Incerteza do raio efetivo da ponta do apalpador xiv

15 LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 Movimentos da articulação do quadril, notando-se no sentido horário os movimentos de flexão, adução, rotação interna, rotação externa, abdução e extensão. Figura 2.2 Principais componentes da articulação do quadril ou coxo-femoral: 7 componente acetabular (acetábulo), cabeça do fêmur e cartilagem. Figura 2.3 Desenhos de quadris: a) quadril saudável; b) quadril com osteoartrite. 9 Figura 2.4 Cabeça do fêmur com osteoartrite. 10 Figura 2.5 Raios x de substituição total do quadril. 12 Figura 2.6 Prótese do tipo Charnley. 14 Figura 2.7 Prótese do tipo Exeter. 14 Figura 2.8 Figura 2.9 Figura 2.10 Prótese de haste cimentada onde se demonstra o implante, o cimento e o osso. Prótese de haste não cimentada, onde se observa o implante, o manto poroso e o osso. Prótese total de quadril composta por: componente femoral (haste e cabeça femoral) metálico, colo femoral e componentes acetabulares interno e externo constituídos, respectivamente, por um inserto de polietileno e uma cápsula metálica. Figura 2.11 Componente acetabular Mitch. 23 Figura 2.12 Pistola de cimento ou cement gun. 24 Figura 2.13 Números de Artroplastias Totais de Quadril realizadas na Suécia, desde (6 operações) até 2008 (14.451). Figura 3.1 Sensor de toque resistivo. 32 Figura 3.2 Medição por contato. 34 Figura 3.3 Esquema de um transdutor indutivo. 34 Figura 3.4 Esquema de perfilômetro que utiliza a tecnologia Phase Grating 35 Interferometric Transducer. Figura 3.5 Limitações devida ao raio da ponta do apalpador. 36 Figura 3.6 Esquema do microscópio de força atômica. 38 Figura 3.7 Composição da textura da superfície. 39 Figura 3.8 Características de transmissão dos perfis de rugosidade e ondulação. 42 Figura 3.9 Pico e vale de um perfil. 43 Figura 3.10 Superfície geométrica é por definição, perfeita xv

16 Figura 3.11 Superfície real, uma herança do método empregado na usinagem 44 Figura 3.12 Superfície efetiva apresentada com ampliação. 44 Figura 3.13 O perfil geométrico é, por definição, perfeito. 45 Figura 3.14 Perfil real, cortado por um plano perpendicular. 45 Figura 3.15 Perfil efetivo obtido com rugosímetro (sem filtrar ondulações). 45 Figura 3.16 Perfil de Rugosidade (com filtro). 46 Figura 3.17 Ondulação com filtro passa baixa. 46 Figura 3.18 Cálculo do sistema M. 47 Figura 3.19 Comprimentos para avaliação de rugosidade. 47 Figura 3.20 Parâmetro Sm. 48 Figura 3.21 Perfil não filtrado Pt. 49 Figura 3.22 Perfil filtrado Wt. 49 Figura 3.23 Perfil filtrado Rt. 49 Figura 3.24 Parâmetro Ra. 50 Figura 3.25 Rugosidade parcial Zi, para definir Rz. 52 Figura 3.26 Razão de material em relação a um percentual de contato. 53 Figura 3.27 Representação da curva de razão de material. 53 Figura 3.28 Cálculo de Rk, Mr1 e Mr2. 54 Figura 3.29 Cálculo de Rpk, e Rvk. 55 Figura 3.30 Derivação do círculo de mínimos quadrados. 57 Figura 3.31 Mínimo círculo circunscrito. 58 Figura 3.32 Círculo da mínima zona. 59 Figura 3.33 Círculo máximo inscrito. 60 Figura 4.1 Dispersão de energia de raios-x da cabeça femoral. 62 Figura 4.2 Rugosímetro. 63 Figura 4.3 Medição da rugosidade cabeça femoral. 64 Figura 4.4 Medição da rugosidade acetábulo. 64 Figura 4.5 Máquina de Medição de Forma. 65 Figura 4.6 Máquina de Medir Coordenadas. 65 Figura 4.7 Suportes de fixação com cabeça femoral acoplada. 66 Figura 4.8 Configuração de medição dos acetábulos. 66 Figura 4.9a Cabeça femoral. 67 Figura 4.9b Acetábulo. 67 xvi

17 Figura 4.10 Simulador de ensaio de desgaste de 6 estações trabalho. 68 Figura 5.1 Posições para medição da rugosidade da cabeça femoral. 70 Figura 5.2 Gráfico da cabeça femoral 2 plano XZ. 73 Figura 5.3 Gráfico da cabeça femoral 3 plano XZ. 73 Figura 5.4 Gráfico da cabeça femoral 7 plano XZ antes e após desgaste. 73 Figura 5.5 Gráfico componente acetabular 2 plano ZY. 74 Figura 5.6 Gráfico componente acetabular 3 plano ZY. 74 Figura 5.7 Gráfico componente acetabular 7 plano ZY. 75 Figura 5.8 Gráfico do Ra para cabeças femorais nacionais e importadas. 76 Figura 5.9 Gráfico de Rt para cabeças femorais nacionais e importadas. 77 Figura 5.10 Gráfico de Rk, Rpk e Rvk para cabeças femorais nacionais e importadas. 77 Figura 5.11 Gráfico de Wt e Pt cabeças femorais nacionais e importadas. 78 Figura 5.12 Gráfico de Ra para componentes acetabulares nacionais e importados. 79 Figura 5.13 Gráfico de Rt para componentes acetabulares nacionais e importados. 79 Figura 5.14 Gráfico do parâmetro Rk com cut-off de 0,08 mm para componentes acetabulares nacionais e importados. Figura 5.15 Gráfico dos parâmetros Rpk e Rvk com cut-off de 0,08 mm para 80 componentes acetabulares nacionais e importados. Figura 5.16 Gráfico de Wt e Pt para componentes acetabulares nacionais e importados. 81 Figura 5.17 Gráfico de Ra para componentes acetabulares nacionais e importados. 82 Figura 5.18 Figura 5.19 Figura 5.20 Figura 5.21 Valores de Ra de componentes acetabulares antes e após segundo ensaio de desgaste. Valores de Rt de componentes acetabulares antes e após segundo ensaio de desgaste. Valores de Rk de componentes acetabulares antes e após segundo ensaio de desgaste. Valores de Rpk de componentes acetabulares antes e após segundo ensaio de desgaste. Figura 5.22 Valores de Rvk de componentes acetabulares antes e após segundo ensaio de 85 desgaste. Figura 5.23 Cabeça femoral nacional parâmetro Pt= 15,803 µm. 86 Figura 5.24 Cabeça femoral importada parâmetro Pt=7,811 µm. 86 Figura 5.25 Cabeça femoral de cerâmica parâmetro Pt= 0,1200 µm. 86 Figura 5.26 Comparação do parâmetro Ra das cabeças femorais de cerâmica, nacional e importada xvii

18 Figura 5.27 Figura 5.28 Figura 5.29 Figura 5.30 Figura 5.31 Figura 5.32 Figura 6.1 Comparação do parâmetro Wt das cabeças femorais de cerâmica, nacional e importada. Comparação dos parâmetros Rk, Rpk e Rvk das cabeças femorais de cerâmica, nacional e importada. Desvio de circularidade no hemisfério da cabeça medido na MMC e na MMF. Desvio de circularidade a 30º do hemisfério da cabeça medido na MMC e na MMF. Desvio de circularidade a 60º do hemisfério da cabeça medido na MMC e na MMF. Desvio de circularidade no hemisfério da cabeça femoral de aço inoxidável e na de cerâmica, medido na MMC. Intervalo de incerteza obtida para quatro desvios - padrão, gerado pelo software Crystal Ball xviii

19 1 - Introdução 1.1 Contexto A perda de um órgão ou de parte do corpo ocasiona, além da perda da função, conseqüências psicológicas e sociais. O avanço da medicina moderna e o aumento da expectativa de vida possibilitaram o desenvolvimento de novas técnicas que possibilitaram uma melhor qualidade de vida, com isso, foram oferecidas novas opções aos pacientes mutilados, como a utilização de implantes na substituição total ou parcial de ossos fraturados [1]. Quando esta substituição se refere ao quadril, é denominada artroplastia total do quadril (ATQ), que corresponde à cirurgia de substituição da articulação do quadril por componentes metálicos, poliméricos e/ou cerâmicos, chamados de próteses [2]. A articulação do quadril é composta por uma esfera (cabeça do fêmur osso da coxa) e uma cavidade (componente acetabular osso da bacia), onde a esfera deve se encaixar com perfeição. Faixas de tecido formam a cápsula articular do quadril que conectam a esfera ao componente acetabular e fornecem estabilidade à articulação. Entre os dois ossos existe uma camada de cartilagem recobrindo-os de tal maneira que não permite o contato osso com osso e facilita o deslizamento entre eles. Quando a cartilagem está preservada, sua espessura geralmente é maior que 5 milímetros, sua superfície é lisa e macia e está totalmente banhada pelo líquido sinovial, que é o lubrificante. Um tecido fino, liso chamado membrana sinovial reveste todas as superfícies restantes da articulação. Em um quadril saudável, esta membrana produz o líquido que lubrifica e reduz o atrito nesta articulação [2]. Normalmente, todas estas partes do quadril trabalham em harmonia, permitindo uma movimentação sem dor, porém, quando por algum motivo há destruição da cartilagem, geralmente aparecem dores e limitações de movimentos, impedindo a realização de tarefas de rotina. Estas limitações são progressivas e interferem cada vez mais na vida da pessoa. É importante observar que na articulação normal não há dor, porque o contato entre os ossos se dá na região da cartilagem. Porém, quando a cartilagem se desfaz, o contato osso com osso produz a dor; isto muitas vezes ocasiona a necessidade da substituição da articulação [2]. A primeira tentativa de substituição da articulação do quadril foi realizada em 1840, pelo cirurgião Carnocham, este colocou um bloco de madeira entre as 1

20 articulações danificadas. Ao longo do tempo outros materiais biológicos e estranhos foram utilizados nesta substituição tais como, pele, fáscia, músculo, bexiga de porco, folha de ouro, todas estas tentativas resultaram em dor nos pacientes e terminaram em falhas [3]. Durante o século XX diversas combinações destes materiais têm sido estudadas para substituição total do quadril. O primeiro implante metal-metal foi realizado por Wiles em 1930 e, posteriormente, desenvolvido nos anos 1950 e 1960 por cirurgiões pioneiros como McKee e Ring. Em 1958, Charnley apresentou uma artroplastia de baixo atrito, baseada no princípio de um componente articular metálico, a haste femoral, em contato com um componente acetabular polimérico e, em 1970, Boutin desenvolveu a primeira substituição total de quadril cerâmica-cerâmica. O conceito Charnley metal em polímero como alternativa estrutural prevaleceu ao metal em metal. A combinação de materiais mais utilizada em substituições de quadril consiste de uma cabeça de fêmur fabricada com uma liga de cromo-cobalto e molibdênio articulando em um componente polimérico fabricado com polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE). Esta combinação apresentou resultados consistentes em artroplastias totais do quadril em todo o mundo nas últimas quatro décadas. Estima-se que em 1998 aproximadamente 1,4 milhão de componentes de UHMWPE foram implantados em todo o mundo e cerca de metade destes foram implantados no quadril. Com base nos principais fabricantes de implantes ortopédicos, no máximo implantes metal-metal ou cerâmica-cerâmica foram implantados em pacientes no mundo, entre 1988 e 2000, correspondendo a aproximadamente 10% das artroplastias totais de quadril durante o mesmo período de tempo. Portanto, mais de 90% das artroplastias totais de quadril implantadas no mundo incluiu um componente de UHMWPE e foram baseadas no conceito original de Charnley o de cabeça femoral de metal com componente acetabular de polímero [4]. Apesar do reconhecido sucesso e aceitação mundial, o desgaste dos componentes de UHMWPE ainda é um dos principais obstáculos que limita a longevidade destas substituições. Este tipo de prótese normalmente desgasta a uma taxa média de aproximadamente 0,1 mm por ano [4], e levaria um século para corroer um componente de UHMWPE com 10 mm de espessura. No entanto, nesta taxa de desgaste, 100 milhões de partículas de UHMWPE (considerando um diâmetro de 1µm) são liberadas todo dia no espaço entre a junta. Estas partículas geradas a partir da articulação entre a cabeça femoral e o componente acetabular iniciam uma rejeição do 2

21 tecido que ocasiona a osteólise (síndromes de destruição óssea) e em alguns casos, o afrouxamento dos componentes. A comunidade ortopédica através de tecnologias alternativas estudou o comportamento do desgaste em próteses totais a fim de aumentar sua longevidade. Desde 1970, pesquisadores têm tentado melhorar as características tribológicas do UHMWPE, modificando a estrutura do polímero com o objetivo de melhorar o desempenho clínico das articulações de quadril. Em 1970, foi introduzida uma fibra de carbono reforçado no UHMWPE (Poli-II ) que aumentava sua resistência ao desgaste, e na década de 1980 um UHMWPE de alta pressão recristalizado (Hylamer ) melhorou sua resistência à fluência. No final dos anos 1990, numerosos laboratórios em todo o mundo confirmaram que o UHMWPE com ligação cruzada por radiação, utilizando peróxido de hidrogênio ou silano, melhorou o desempenho ao desgaste em simuladores. Com base nessas análises in vitro, estes materiais foram introduzidos no mercado [4]. Hoje em dia, nos Estados Unidos realizam-se cerca de destas cirurgias por ano e, esta operação é uma das mais bem sucedidas, uma vez que a grande maioria dos pacientes a ela submetida está satisfeita com seu resultado [5]. No Brasil ainda não existem dados disponíveis sobre o total de cirurgias realizadas por ano e ao material utilizado. Há casos isolados de hospitais que possuem estes dados, porém não os disponibiliza ao público, o inverso do que fazem na Noruega e na Suécia cujos dados estão acessíveis a qualquer pessoa. Verificou-se na pesquisa bibliográfica que existem poucos trabalhos referentes ao dimensionamento destas próteses. Este é o primeiro trabalho em nível nacional que estuda as dimensões, a forma e a rugosidade de próteses ortopédicas de quadril especificamente em cabeças femorais de aço inoxidável e cerâmica, e componentes acetabulares de polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE). A principal contribuição reside no estudo dos parâmetros de rugosidade relacionados à norma ISO :2011 [6] e o estabelecimento de procedimentos para controle da qualidade das próteses nacionais e importadas no País, aliado ao cálculo de incerteza de medição correspondente. 1.2 Objetivo e Justificativa As próteses ortopédicas de quadril fabricadas no Brasil e mesmo as importadas estão sujeitas a falhas. Diversos motivos acarretam a necessidade de uma cirurgia de 3

22 revisão, os mais comuns são: qualidade do material, infecções, afrouxamento, fratura, perfil do paciente, habilidade médica, desgaste, etc. O maior desgaste ocorre entre a cabeça femoral e o componente acetabular e um dos motivos deste pode ser o acabamento superficial. De acordo com o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE [7] a população brasileira hoje é de 195 milhões de pessoas, dos quais 10,2% têm acima de 60 anos, em torno de 20 milhões de idosos. Segundo estimativas deste Instituto, em 2050 a população brasileira será de aproximadamente 215 milhões de pessoas, sendo 29,8% acima de 60 anos, ou seja, um número superior a 64 milhões de pessoas. A população de idosos aumentará mais que três vezes, conseqüentemente haverá um aumento de doenças crônicas e degenerativas ampliando a realização de cirurgias diversas, inclusive as artroplastias totais de quadril. Diante do exposto, o objetivo deste trabalho é verificar a superfície de próteses nacionais e importadas visando estabelecer parâmetros dimensionais, de rugosidade e forma, para controlar a qualidade tanto das próteses produzidas no País e quanto das importadas. Para realizar o estudo da cabeça femoral e do componente acetabular nacional e importado, foram utilizados os seguintes instrumentos: uma máquina de medição por coordenadas (MMC), uma máquina de medição de forma (MMF), um rugosímetro e uma máquina de ensaio de desgaste. Após as medições das próteses fabricadas no Brasil, o mesmo procedimento foi efetuado com as próteses importadas. Todas as amostras avaliadas foram do mesmo lote e fabricante. Ao final dos ensaios de desgaste todas as próteses foram medidas novamente. Uma análise dos resultados foi efetuada, visando estabelecer parâmetros de referência de dimensões, rugosidade e esfericidade das próteses produzidas no Brasil. 1.3 Contribuições Diversas contribuições deste trabalho podem ser elencadas. Entre elas podem ser destacadas: - Verificação da rugosidade e da esfericidade das próteses fabricadas no Brasil baseado nos valores estipulados pela norma ISO :2011 [6]; - Verificação dos parâmetros de rugosidade Ra e Rt e sua adequação para a análise da rugosidade em próteses ortopédicas de quadril; 4

23 - Comparação da rugosidade e da forma nas próteses (cabeça femoral e componente acetabular) fabricadas no país com as importadas; - Fornecimento de dados para revisão da Norma nacional e/ou internacional sobre próteses ortopédicas de quadril; e - Análise dos parâmetros da curva de Abbott, Rk, Rpk e Rvk. 1.4 Organização do Trabalho A proposta deste trabalho é estudar as dimensões e o acabamento superficial das próteses ortopédicas fabricadas no Brasil. Este estudo foi realizado em próteses ortopédicas de quadril nacionais e importadas, através da utilização de uma máquina de medição por coordenadas, uma máquina de medição de circularidade, um rugosímetro e um simulador de desgaste universal. Uma breve descrição do desenvolvimento do trabalho encontra-se a seguir. O capítulo 2 apresenta os diversos tipos de próteses de quadril, as complicações que ocorreram e ainda ocorrem ao longo do tempo, a evolução dos materiais e os diferentes tipos empregados, os tipos de cabeças femorais, hastes femorais e componentes acetabulares. O capítulo 3 discorre sobre a metrologia em implantes ortopédicos e também sobre rugosidade superficial, conceitos básicos, critérios, definições e parâmetros da rugosidade. O capítulo 4 apresenta as Normas de referência, os métodos de medição e equipamentos utilizados na realização dos ensaios. O capítulo 5 apresenta os resultados obtidos das medições realizadas, inclusive um ensaio de microdureza realizado em uma cabeça femoral nacional e a participação em uma comparação interlaboratorial realizada em outubro de O capítulo 6 discorre sobre os cálculos da incerteza de medição das cabeças femorais e componentes acetabulares e as planilhas de incerteza correspondentes. O capítulo 7 apresenta as conclusões encontradas e os trabalhos futuros. 5

24 2. Prótese Ortopédica de Quadril 2.1 Introdução Prótese, na área médica, é um dispositivo implantado no corpo para suprir a falta de um órgão ausente ou para restaurar uma função comprometida. A prótese ortopédica é uma peça interna ou externa que substitui uma articulação ou membro ou parte dele [8]. A prótese de quadril é utilizada na substituição da articulação entre a cabeça do fêmur e o componente acetabular. A articulação do quadril possui três eixos e três graus de liberdade e nos permite efetuar os movimentos de flexão-extensão, abdução-adução, rotação interna e externa, apresentados na Figura 2.1, e ainda a circundução. Esta articulação é do tipo diartrose e esferóide. Os elementos de reforço e estabilização são as faixas de tecido que formam a cápsula articular do quadril e unem a cabeça ao componente acetabular como demonstra a Figura 2.2. Os movimentos do quadril são realizados por esta articulação única, a coxofemoral (Figura 2.2). A cabeça do fêmur articula-se com o componente acetabular do osso ilíaco, entre estes ossos há uma cartilagem que facilita o deslizamento e evita o contato osso com osso. A cartilagem de uma pessoa saudável normalmente tem espessura maior que 5 mm e é envolta pelo líquido sinovial que atua como lubrificante e facilita o deslizamento. Um tecido fino e liso, chamado membrana sinovial, reveste todas as superfícies restantes da articulação. Quando não há lesões tudo funciona perfeitamente e não sentimos dor; porém, quando a cartilagem é comprometida por alguma doença ou acidente, ocorre o contato entre os ossos que provoca a dor. Neste caso o tratamento indicado é a artroplastia total de quadril, mais conhecida como ATQ [9]. Flexão Adução Rotação interna Extensão Abdução Rotação externa Figura 2.1: Movimentos da articulação do quadril, notando-se no sentido horário os movimentos de flexão, adução, rotação interna, rotação externa, abdução e extensão [10]. 6

25 Líquido sinovial Ligamento e cápsula articular Membrana sinovial Cartilagem Acetábulo Cabeça do fêmur Fêmur Ligamento e cápsula articular Figura 2.2: Principais componentes da articulação do quadril ou coxo-femoral: componente acetabular (acetábulo), cabeça do fêmur e cartilagem [11]. 2.2 Artroplastia Total de Quadril (ATQ) Primária A principal causa para a substituição da articulação do quadril é sua falha, esta ocorre de diversas formas, todas dolorosas e muitas vezes debilitantes. A terapia medicamentosa pode aliviar a dor, no entanto, sabe-se que somente a restauração da função articular elimina a dor, neste caso uma Artroplastia Total de Quadril [12]. A ATQ primária é uma das cirurgias ortopédicas mais realizadas no mundo. Esta cirurgia torna-se necessária quando o indivíduo apresenta dores na articulação do quadril devido à osteoartrite, artrite reumatóide, necrose avascular do quadril, etc. Quando estas doenças evoluem e afetam a mobilidade do paciente, a cirurgia é necessária para melhorar a qualidade de vida do indivíduo [12]. Atualmente, uma prótese de quadril que dure mais de 15 anos é considerada um sucesso. Com o aumento da expectativa de vida, níveis de atividade em geral e outras demandas do paciente, há uma cobrança sobre a indústria ortopédica e as autoridades de saúde para garantir a vida funcional dos componentes protéticos. Um aumento na longevidade da prótese de quadril também resulta em benefícios econômicos para as autoridades de saúde, pois quando há uma falha é necessária uma operação de revisão. Estas revisões são operações mais caras do que a inicial, além disso, o índice de falhas é maior, resultando em mais uma cirurgia de revisão ocasionando mais custos para o sistema de saúde e traumas no paciente, que, além de outra cirurgia ainda enfrenta uma longa lista de espera nos hospitais. Hoje em dia, no Instituto Nacional de Traumatologia 7

26 e Ortopedia (INTO), centro de excelência no tratamento de doenças e traumas ortopédicos, a lista de espera de pessoas que aguardam por uma cirurgia é de aproximadamente dez mil pessoas. O tempo médio de espera é de aproximadamente 36 meses para as quatro especialidades mais requisitadas, que são joelho, trauma, quadril e coluna [13]. Geralmente a ATQ primária é um procedimento realizado em pacientes mais idosos em fase final de vida, a maioria das vezes devido à artrose. Com o passar dos anos o desgaste natural das articulações culmina em uma cirurgia. Ultimamente as cargas sobre o corpo, particularmente nas articulações, têm aumentado devido à prática de esportes radicais, à mudança no estilo de vida e outras atividades que sobrecarregam as articulações. Isto acarretou um aumento de pacientes jovens que necessitam desta cirurgia. O aumento da obesidade na população mundial também é outro fator a ser considerado, uma vez que o nosso esqueleto é uma estrutura que suporta uma determinada carga e o mesmo não foi projetado ou construído para lidar com a tensão maior que o excesso de peso exerce sobre ele, isto pode causar desgaste ou rompimento prematuro das articulações [12, 13]. Os fatores citados acima, juntamente com o aumento da expectativa de vida devido ao avanço da medicina moderna, ditam a necessidade de próteses mais duráveis e com melhor desempenho funcional. As diretrizes atuais para pacientes de ATQ primária sugerem que atividades diferentes da de caminhar devem ser minimizadas, a fim de prolongar a vida útil da prótese. Entretanto isto não satisfaz as demandas dos pacientes mais jovens, estes querem continuar a praticar esportes e desfrutar de atividades radicais e/ou extenuantes. Isto ocasiona uma cobrança sobre os fabricantes de próteses ortopédicas para atender às demandas de seus clientes, quer seja do paciente ou do cirurgião quanto a próteses mais resistentes e duráveis [12]. Atualmente a indústria ortopédica mundial investe milhões em lançamentos anuais de novos produtos [12], pois os benefícios na melhoria da tecnologia das próteses de quadril refletem diretamente na qualidade de vida dos usuários destes produtos. 2.3 Causas da Artroplastia Total de Quadril A degeneração da articulação do quadril é ocasionada por diversas doenças que terminam na necessidade da substituição total do quadril. A seguir será realizada uma breve definição destas. 8

27 2.3.1 Osteoartite A osteoartrite, conhecida no meio médico como artrose ou osteoartrose, apresentada na Figura 2.3 e Figura 2.4, é uma doença articular degenerativa. Esta é a doença reumática mais prevalente entre indivíduos com mais de 65 anos de idade. É uma afecção dolorosa das articulações que ocorre por insuficiência da cartilagem, ocasionada por um desequilíbrio entre a formação e a destruição dos seus principais elementos, associada a uma variedade de condições como: sobrecarga mecânica, alterações bioquímicas da cartilagem e membrana sinovial, e a fatores genéticos. A denominação mais aceita internacionalmente da doença é osteoartrite. O termo artrose ainda é muito utilizado, conhecido e associado aos aspectos mecânicos. É uma doença crônica, multifatorial, que leva a uma incapacidade funcional progressiva. A osteoartrite é a causa mais comum da ATQ primária [14]. Redução do espaço entre juntas Desgaste da cartilagem Osso áspero b) Quadril com osteoartrite a) Quadril normal Figura 2.3: Desenhos de quadris [15]: a) quadril saudável; b) quadril com osteoartrite. 9

28 Figura 2.4: Cabeça do fêmur com osteoartrite [16] Artrite Reumatóide A artrite reumatóide (AR) é uma doença auto-imune de causa desconhecida, caracterizada por poliartrite periférica, simétrica, que leva à deformidade e à destruição das articulações por erosão do osso e da cartilagem. Afeta mulheres duas vezes mais do que os homens e sua incidência aumenta com a idade. Em geral, acomete grandes e pequenas articulações em associação com manifestações sistêmicas como rigidez matinal, fadiga e perda de peso. Quando envolve outros órgãos, a morbidade e a gravidade da doença são maiores, podendo diminuir a expectativa de vida em cinco a dez anos [14]. Com a progressão da doença, os pacientes desenvolvem incapacidade para realização de suas atividades tanto de vida diária como profissional, com impacto econômico significativo para o paciente e para a sociedade. O tratamento também é a artroplastia total do quadril [14] Necrose Avascular A cabeça do fêmur é composta por uma rede de artérias e veias que fornecem sangue e, por seu intermédio, oxigênio, para suas células ósseas. Quando ocorre uma interrupção no fluxo de entrada ou de saída desse sangue essas células sofrem um processo de isquemia e necrose pela falta de oxigenação [17]. 10

29 Ainda não se conhece uma razão que justifique o porquê dessa interrupção no fornecimento de sangue à cabeça femoral, daí a patologia ser chamada de necrose idiopática, ou seja, aquilo que não se conhece exatamente a causa. Ela pode ser asséptica, quando não existem germes ou fungos na cabeça necrosada, ou séptica, quando algum desses microorganismos está presente no local [17]. Existem algumas causas já relacionadas à enfermidade, como a ingestão de álcool, o fumo, o uso de corticosteróides ou cortisona, as radiações ionizantes, a anemia falciforme, as talassemias, a leucemia, os linfomas, a Doença de Gaucher, o disbarismo (trabalho em grande profundidade, como dos mineiros e mergulhadores), traumatismos, seqüelas de fraturas e luxações [17]. Neste caso a solução é a ATQ primária Outros Motivos A fratura do colo do fêmur ocorre na junção da cabeça femoral com a parte cilíndrica deste osso. O colo do fêmur tem função similar à de um pescoço que sustenta uma cabeça e, por estar em uma posição inclinada, suportaria todo o peso do corpo. Quando há um enfraquecimento nessa delicada área do fêmur, como na osteoporose, o osso fica mais frágil e predisposto às fraturas, que são mais comuns em idosos e em pessoas do sexo feminino. A luxação congênita do quadril, atualmente mais conhecida como displasia do desenvolvimento do quadril, ocorre quando a cabeça do fêmur e a cavidade acetabular apresentam uma forma anômala, comprometendo a estabilidade da articulação, pelo escorregamento progressivo de um osso sobre o outro e, conseqüentemente a perda das relações articulares [14]. O trauma severo do quadril também ocasiona a necessidade de substituição da articulação do quadril e, quando a estrutura óssea não pode ser reparada com dispositivos de fixação, a ATQ torna-se a única opção. Em pacientes mais jovens, quando há necessidade da cirurgia é importante à preservação máxima possível do osso original, de modo a permitir uma cirurgia de revisão caso a prótese falhe prematuramente [14]. Todas as doenças aqui descritas destacam a necessidade de próteses com maior durabilidade e longevidade. 11

30 2.4 Procedimento de Substituição do Quadril Durante a substituição total de quadril, a cabeça do fêmur é removida e substituída por uma cabeça femoral de aço inoxidável, titânio, cerâmica, etc., fixada a uma haste femoral metálica, que é inserida em uma cavidade no fêmur. O componente acetabular danificado é substituído por outro que é inserido na pélvis onde a cabeça femoral se articula. Uma representação da posição destes componentes pode ser vista na Figura 2.5 Figura 2.5: Raios x de substituição total do quadril [18]. Existem dois tipos de artroplastia total do quadril que são classificados de acordo com o tipo de fixação da haste no fêmur: a) Próteses não cimentadas, que dependem de um revestimento ou estrutura em sua superfície, permitindo a neoformação de osso na haste femoral a fim de estabilizar o implante; b) Prótese cimentada, que é o método mais tradicional de fixação da haste e iniciado por Sir John Charnley, que consiste na introdução de um manto no canal entre o osso e a haste femoral. Este manto é produzido com cimento ósseo, na maioria das vezes o polimetilmetacrilato (PMMA). O cimento ósseo de PMMA é pressurizado dentro da cavidade gerada pela remoção da cabeça do fêmur e da fresagem do canal medular antes da inserção da haste femoral, proporcionando fixação e melhor distribuição da tensão da haste, no osso [14]. 2.5 Registros da Substituição Total do Quadril ao Longo do Tempo A artroplastia total do quadril foi a técnica cirúrgica pioneira na moderna família de substituição de próteses. Nos anos 50, protótipos foram utilizados na substituição de articulações afetadas, embora com resultados muito pobres para os pacientes, geralmente com uma redução na qualidade de vida devido a traumas adicionais sofridos 12

31 durante a operação. A idéia inicial era recuperar as interfaces de suporte com uma variedade de materiais que vão desde o vidro a materiais biológicos, tais como as bexigas de porcos. Os modelos de próteses de substituição total de quadril, que estão disponíveis no mercado, foram introduzidos nos anos 60. Estas foram concebidas e desenvolvidas por Sir John Charnley A principal característica desta técnica pioneira foi a substituição de toda a articulação, proporcionando assim uma nova cabeça femoral e um novo componente acetabular na superfície articular. Desde o desenvolvimento da ATQ em 1960, o conceito básico de substituição da estrutura articular através de componentes femoral e acetabular manteve-se constante, embora tenha havido um grande desenvolvimento em termos de geometria, material utilizado e técnica cirúrgica [12]. A Figura 2.6 demonstra o sistema de substituição do quadril "Charnley", que representa 60% do mercado disponível de próteses cimentadas [19]. Outro sistema com bons resultados em próteses de substituição de quadril é o sistema Exeter. A base é um sistema cimentado do mesmo tipo que a do Charnley, porém com desenho geométrico diferente. A Figura 2.7 apresenta o modelo atual da haste Exeter [20]. Os dois projetos descritos foram pioneiros e bem-sucedidos e ainda dominam o mercado mundial. Um avanço neste projeto foi a introdução da haste modular, que permitiu a seleção de cabeças, possibilitou aos cirurgiões a escolha com melhor precisão do tamanho adequado e ainda permitiu a fabricação da cabeça com materiais diferentes ao da haste, proporcionando o aperfeiçoamento do deslizamento entre as superfícies em contato [21]. Os fabricantes também têm se dedicado a pesquisas de novas técnicas de recapeamento da cabeça do fêmur, com utilização de novos materiais com excelentes propriedades de resistência e acabamento superficial. O objetivo é a minimização do atrito cabeça femoral/componente acetabular com o menor dano possível aos tecidos circundantes. Resultados em longo prazo deste recapeamento ainda não estão disponíveis, portanto, ainda não é possível a avaliação dos componentes da prótese ou da própria técnica em termos de sucesso in vivo [22]. 13

32 Figura 2.6: Prótese do tipo Charnley [19]. Figura 2.7: Prótese do tipo Exeter [20]. 2.6 Modelos de Próteses Os tipos de próteses mais utilizados são as cimentadas: dentro desta categoria de implante há várias diferenças entre os vários tipos de próteses no mercado. Antes de serem disponibilizadas várias pesquisas e testes exaustivos são realizados, entretanto o sucesso de um implante é medido pela sua durabilidade in vivo. Murray et al [23] realizaram uma extensa investigação sobre dados relativos a 60 dos implantes disponíveis para uso médico no mercado em Destes implantes poucos obtiveram resultados em longo prazo para confirmar seu sucesso. Um destes fracassos foi não existir um banco de dados dos resultados de durabilidade das próteses. A Suécia iniciou em 1979 o registro dos resultados, sendo a primeira nação a elaborar um registro nacional com todas as substituições de quadril realizadas em seus hospitais. Uma vez que foi bem-sucedida, uma série de outras nações seguiu o mesmo caminho [23], incluindo a Finlândia (1980), Noruega (1987), Dinamarca (1994), Nova Zelândia (1997), Hungria (1998), Austrália (2000), Canadá (2001) e Reino Unido (2004). O Brasil iniciou um registro em 2002, o que pode ser conferido no item 2.8 deste trabalho. 14

33 Estes registros monitoram e detalham as diferenças na utilização de implantes, tais como a técnica e condições da cirurgia, alterações de modelo e melhorias nas próteses. Os registros servem de orientação para médicos e pacientes na escolha de próteses com percentual de falhas menor e conseqüentemente uma durabilidade maior da prótese implantada Tipos de Fixação Como mencionado, existem duas maneiras para fixar a haste femoral no canal do fêmur: pela introdução de um manto de cimento como apresenta a Figura 2.8 [24] (onde são demonstrados o implante, o cimento e o osso) e o não cimentado Figura 2.9 [25] (onde se nota o implante, o manto poroso e o osso). Na fixação biológica ou nãocimentada a haste femoral é revestida por um material poroso de modo a permitir a osteointegração, além disso, as próteses deste tipo possuem um revestimento secundário de hidroxiapatita a fim de estimular ainda mais o crescimento dos ossos. A haste cimentada necessita da introdução de cimento ósseo de polimetilmetacrilato (PMMA) no canal femoral para proporcionar a fixação e estabilidade do implante. As próteses de quadril não cimentadas obtiveram bons resultados apesar de não existirem dados em longo prazo. Há restrições na sua utilização em pacientes idosos devido à baixa regeneração óssea destes. Apesar disto, Pieringer et al [26] relataram bons resultados com a substituição total de quadril não cimentada em pacientes com idade superior a 80 anos de idade, em um período de acompanhamento de 6 anos e meio. Implante Cimento Osso Figura 2.8: Prótese de haste cimentada [24] onde se demonstra o implante, o cimento e o osso. 15

34 Implante Manto poroso Osso Figura 2.9: Prótese de haste não cimentada [25], onde se observa o implante, o manto poroso e o osso Geometria Os componentes básicos de qualquer prótese total de quadril são comuns a todos os implantes: a cabeça do fêmur, uma haste femoral e um componente acetabular (Figura 2.10). Murray et al [27] determinaram que existem mais de 60 tipos de implantes disponíveis e a principal área onde as diferenças geométricas são mais aparentes é na haste femoral. Embora haja diferenças de comprimento, assim como do diâmetro entre a cabeça femoral e o componente acetabular, a geometria básica pode ser considerada semelhante, porém, as variações maiores são nas hastes. Componente acetabular externo Componente acetabular interno Cabeça femoral Colo Femoral (pescoço) Haste femoral Figura 2.10 Prótese total de quadril composta por: componente femoral (haste e cabeça femoral) metálico, colo femoral e componentes acetabulares interno e externo constituídos, respectivamente, por um inserto de polietileno e uma cápsula metálica [28]. 16

35 2.6.3 Haste e Cabeça Femoral Em casos específicos são necessários modelos diferentes de haste femoral, modificações específicas podem ser necessárias para fraturas graves em que a inclusão de parafusos e fixadores adicionais é necessária para reconstruir a articulação. Para a maioria dos pacientes que necessitam de uma ATQ uma haste de modelo simples é suficiente. Nas hastes disponíveis há pequenas diferenças de desenho, geometria e forma, porém, estas podem ter um grande efeito na sua durabilidade [29,30]. Inicialmente a haste e a cabeça femoral eram fabricadas em um único componente. O advento da modularidade, utilizando dois componentes distintos, permitiu aos cirurgiões a seleção da combinação haste-cabeça, o que possibilitou mais flexibilidade no dimensionamento e no posicionamento das próteses. A possibilidade de utilizar materiais mais resistentes ao desgaste foi outro benefício da introdução da modularidade. Um exemplo, disto é que enquanto as ligas de aço inoxidável proporcionam excelentes propriedades mecânicas para a haste, as ligas de cromocobalto da cabeça femoral, são mais resistentes ao desgaste [31]. A cabeça femoral é montada na haste através de um sistema de encaixe cônico, seu único inconveniente é a introdução de uma nova interface onde pode surgir algum desgaste. Cook et al [32] relataram que a interface cabeça/haste femoral é uma fonte de liberação de íons e resíduos de desgaste, mas estes foram minimizados pelo desenvolvimento das técnicas de fabricação. O volume do desgaste entre a cabeça e a haste femoral é superado pelos benefícios da seleção dos materiais. Além das ligas de cromo-cobalto, a utilização da cerâmica em cabeças femorais também é possível em próteses modulares. O processo de fabricação da cerâmica, tais como com a alumina e a zircônia, permite uma precisão elevada, aliada a um excelente acabamento superficial tanto na cabeça femoral como no componente acetabular [32] Componentes acetabulares A adoção de componentes acetabulares de polietileno com ligação cruzada em artroplastias totais de quadril foi rápida e generalizada. Estima-se que nos Estados Unidos estes componentes são utilizados em 70% das artroplastias de quadril primária [33] e de revisão realizadas anualmente [34]. A idade média de pacientes que necessitam de ATQ primária está diminuindo [35], e estes pacientes mais jovens, por natureza mais ativos, precisam de próteses que durem décadas. É necessária a 17