Comprende 2/3 de una esfera Sujeta a la metáfisis femoral a través del cuello

Transcripción

1 Biomecánica de Prótesis de Cadera Dr. Andres Ozols Grupo de Biomateriales para Prótesis Instituto de Ciencias de la Ingeniería Instituto de Ingeniería Biomédica Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires

2 RELEVANCIA DE LA ANATOMÍA BIOMECÁNICA 1-FÉMUR Comprende 2/3 de una esfera Sujeta a la metáfisis femoral a través del cuello Los aspectos anatómicos que afectan la biomecánica La anteversion del cuello femoral: describe la rotación anterior del cuello relativa al eje del vástago femoral. Esto incrementa el rango de flexión y la rotación interna, que puede ocurrir antes que el cuello impacte con el borde acetabular. El corrimiento femoral (offset): distancia entre el centro de rotación de la cabeza femoral y el eje del vástago femoral. Este es un brazo de palanca para de los músculos abductores de la cadera. La relación cabeza+cuello: cociente de las circunferencias de cabeza y cuello. Esta determina el grado de movilidad antes que el cuello impacte contra el borde acetabular.

3 RELEVANCIA DE LA ANATOMÍA BIOMECÁNICA Superficies de carga de la cadera normal E. Sariali a,b, V. Veysi c, T. Stewart, (i) Biomechanics of the human hip e consequences for total hip replacement, Current Orthopaedics (2008) 22, 371e375

4 RELEVANCIA DE LA ANATOMÍA BIOMECÁNICA 2- ACETÁBULO Su posición debe definirse con un sistema de coordenadas cartesianas Posición de referencia A

5 RELEVANCIA DE LA ANATOMÍA BIOMECÁNICA 2- ACETÁBULO La orientación está definida con ángulos de rotación ÁNGULO DE ABDUCCIÓN: mide la rotación alrededor del eje Ox. Usualmente es de 45 En prótesis de metal sobre metal el ángulo puede llegar a 50, para: prevenir la carga puntual, promover la lubricación por película líquida reducir la la generación de iones metálicos.

6 RELEVANCIA DE LA ANATOMÍA 2- ACETÁBULO BIOMECÁNICA DE CADERA Ángulo de anteversión: mide la rotación alrededor del eje Oz. Existe una variación anatómica amplia de este ángulo. El punto de referencia es el ligamento acetabular transverso, que puede identificarse en cirugías de cadera primaria y de revisión. La copa es colocada paralela al ligamento para reproducir la anteversión anatómica. Los tres ligamentos alrededor de la cadera (ilio-femoral, pubofemoral e isquio-femoral) restringen ti el movimiento i en las direcciones correspondientes, contribuyendo a la estabilidad de la cadera.

7 RELEVANCIA DE LA ANATOMÍA 3- MUSCULATURA BIOMECÁNICA DE CADERA Existen 27 músculos que actúan sobre la cadera. Ellos producen movimiento y mejoran su estabilidad. Los más importantes son los abductores (glúteo medio que se extiende desde lilíaco hasta el trocanter mayor). Este permite el soporte sobre una sola pierna durante la marcha. El torque producido por este músculo es directamente influenciado por el offset femoral, que define la magnitud del brazo de palanca.

8 BIOMECÁNICA BÁSICA de la CADERA

9 Estadio de apoyo en una pierna La condición de equilibrio del cuerpo: 1- La suma de las fuerzas nula = 0 Rc = Pc + Abd BIOMECÁNICA DE CADERA 2- La suma de los torques rotacionales = 0 Abd a = Pc b

10 La condición de equilibrio del cuerpo BIOMECÁNICA DE CADERA Fuerza de abducción: Abd = Pc b/a Reacción de la cadera (fuerza de contacto): Rc = Abd + Pc El alivio de dolor por artrosis surge de la reducción de Rc: Reduciendo el peso Pc Reduciendo el brazo de palanca b (inclinando la cadera hacia la zona artrósica en el ciclo de marcha) Este mecanismo ocurre en la marcha de Trendelenburg. El torque rotacional alrededor de la cadera puede ser balanceado por inclinación hacia el lado afectado. Esto ocurre cuando las fuerzas opuestas al Pc son reducidas por: debilitamiento del músculo abductor cuando el cuello femoral es corto.

11 Fuerzas de persona parada con bastón BIOMECÁNICA DE CADERA La reducción de la fuerza de abducción puede lograse con el uso de bastón Este debe sostenerse del lado opuesto a la cadera afectada. pues esto reduce la influencia i del Pc y la de Abd Abd =(Pc b -Bs c)/a

12 FUERZA REACCIÓN (DE CONTACTO) DURANTE MARCHA BIOMECÁNICA DE CADERA Thomas P. Andriacchi *, Debra E. Hurwitz, Gait &mechanics and the evolution of total joint replacement, Gait and Posture 5 (1997)

13 FUERZA DE CONTACTO máxima DURANTE MARCHA Autor método Paciente Pos-op (meses) Magnitud (Pc) Paul Reducción Normal Crownimshield Optimización Normal Scireg Reducción Post-op op RTC 5.5 Rydell Optimización Normal English Optimización Normal Davy/koczer Implante instrumentado Post-op RTC Bergman Implante Post-op op RTC instrumentado Brand Implante Post-op RTC instrumentado

14 CINEMÁTICA DESPUES del REEMPLAZO de CADERA

15 OBJETIVO DE LA ARTROPLASTÍA Restauración de la función biomecánica normal de la cadera Normal se aplica a: La posición del centro de rotación de la cadera La anteversión (componente femoral y acetabular) El offset El largo de la pierna. Estos parámetros están relacionados entre sí.

16 CENTRO DE ROTACIÓN ARTROPLASTÍA Está situado en el centro geométrico de la cabeza femoral. El planeamiento pre-operativo, la medición radiográfiaca, y la elección del implante deben asegurar la restauración del centro de rotación en la posición previa a la enfermedad Las prótesis modulares permiten la selección de el largo de cuello el ángulo cuello-vástago el offset del cuello. Los casos de displacia de la cadera requieren que el centro de rotación sea desplazado proximalmente a un grado variable.

17 CENTRO DE ROTACIÓN ARTROPLASTÍA La restauración del centro de la cadera al acetábulo verdadero confiere Ventajas anatómicas como biomecánicas. La cobertura adecuada de la copa acetabular (debido a que usualmente el mejor stock óseo se encuentra en el acetábulo verdadero). El incremento del brazo de palanca de los músculos abductores, restaurando la biomecánica. Problemas: El centro de rotación elevado y la lateralización de la copa conducen a fallas prematuras de la prótesis.

18 ANTEVERSIÓN ARTROPLASTÍA La combinación de: la anteversión de la copa acetabular la anteversión del vástago femoral los puntos de referencia (ej. el ligamento acetabular transverso) deben reflejar la anatomía del paciente. La restauración del rango de movimiento antes de la enfermedad + reducir el offset Problemas: La retroversión e relativa a de la copa acetabular a predispone e a la dislocación, especialmente si es usado el abordaje posterior. Esto es debido a la debilidad de las estructuras posterores despues de la cirugía

19 OFFSET La distancia entre el centro de la cabeza femoral y el eje de la cavidad medular tiene importancia biomecánica. ARTROPLASTÍA El offset está influenciado por El posicionamiento de la copa La elección del vástago femoral Problemas: La medialización y lateralización de la copa acetabular alteran el offset por cambio del centro de la cabeza femoral. El offset reducido provoca La disfunción del músculo abductor, por reducción del brazo de palanca, requiriendo una fuerza muscular mayor para balancear el peso corporal El Incremento de fuerza de reacción de la cadera El aumento del desgaste (causa muy importante de la falla de prótesis) La disfución de la marcha (Trendelenburg) La dislocación debido a la laxitud.

20 OFFSET ARTROPLASTÍA Problemas: El offset excesivo conduce a: Una mayor tensión sobre el componente femoral, debido al mayor momento de fuerza. La tensión del ligamento muy ceñida desfavorece la lubricación e incrementa el desgaste. Los pacientes en esta situación se situación se quejan del dolor de articulación y de rigidez.

21 COMPONENTE de CARGA (COTILO) ARTROPLASTÍA El diámetro y tipo del componente de carga tienen influencia sobre el resultado de corto y largo plazo resultado del reemplazo total de cadera. carga centro de la La elección inadecuada del cabeza díametro y su inclinación ió femoral frontal puede conducir a dislocación Ángulo Inclinación en el plano frontal

22 COMPONENTE de CARGA (COTILO) Distancia de salto ARTROPLASTÍA ARTROPLASTÍA Está relacionada con: la geometría de la copa el diseño: si no es un hemisferio completo la distancia es reducida. Distancia de salto con ψ de 45 y 65 para capas hemiesféricas y 3 mm de reducción de espesor

23 COMPONENTE de CARGA (COTILO) Prótesis La distancia de salto crece con el diámetro de la articulación y decrece con el ángulo de inclinación de la copa Los cotilos con diámetro más grandes son más estables. El factor limitante en el tamaño de la articulación es el tipo de rodamiento y la generación potencial de partículas.

24 TIPO de SUPERFICIES de CARGA Prótesis Los rodamientos son del tipo: Duro sobre blando (metal o cerámico sobre polietileno) Duro sobre duro (cerámico sobre cerámico, metal sobre metal y cerámico sobre metal).

25 TIPO de SUPERFICIES de CARGA Prótesis Duro sobre blando operan con lubricación de borde, significa que el desgaste es proporcional a la distancia de deslizamiento (díámetro del rodamiento). Distancia de deslizamiento = rα, donde α = 2(15+30 ) π/180 Velocidad de deslizamiento = distancia de deslizamiento /tiempo Diámetro Distancia Velocidad 22 mm 17 mm 17 mm/s 50 mm 39 mm 39 mm/s

26 TIPO de SUPERFICIES de CARGA Prótesis Dura sobre dura Opera en un régimen de lubricación mixto (de borde y película líquida) Tiene desgaste más limitado Son ideales para rodamientos grandes, pues los mecanismos de lubricación pueden mejorar la velocidades de deslizamiento.