Appunti di Dispositivi medicali

PROTESI ARTICOLARI

I condrociti, che producono matrice extracellulare, non sono vicini ai capillari. Generalmente le cellule sono vicine ai capillari; si trovano ad una distanza massima di 200 micron. La cartilagine è bianca: il tessuto deve poter sopportare le forze meccaniche che si devono scambiare tra le due parti dell'articolazione. Si devono scambiare delle forze. Se le forze agiscono su una superficie molto limitata, aumenta la pressione (p=F/A). Se l'area, su cui agisce la forza, è piccola, la pressione aumenta. È necessaria un'area estesa per poter distribuire l'azione della forza che le ossa (le due parti dell'articolazione) si scambiano al fine di diminuire la pressione tra le due superfici. Le due superfici dell'articolazione sono rivestite di cartilagine: questo permette di scambiare delle forze (si hanno due superfici parallele). Le cartilagini delle due parti di articolazione non vengono in contatto: è presente, a dividerle,

Il liquido sinoviale. Il liquido sinoviale costituisce un tramite tra le due superfici. Il contatto tra le cartilagini, ad esempio mentre si cammina, non è diretto: vi è un aumento della pressione del liquido sinoviale così che la forza si scambi tra le due superfici, evitando il contatto fisico. Questo è fondamentale nell'evitare l'usura della cartilagine. Se le due superfici si toccassero / si toccano (perché non vi è liquido sinoviale sufficiente ad intervallarle), si genererebbe / si genera uno sfregamento (che porta ad usura). Si vuole evitare che il tessuto debba ripristinarsi per l'usura. Le cellule (i condrociti) all'interno della cartilagine, quando pienamente sviluppati, non vanno più incontro a proliferazione. Sono immersi in una lacuna (piccolo spazio) e percepiscono l'aumento di pressione del liquido sinoviale (trasmesso dalla cartilagine). Se la pressione percepita è variabile (come durante il passo),

secernono matrice extracellulare. La cartilagine, tramite secrezione di matrice extracellulare (che previene l'usura), si mantiene nel tempo. Con l'invecchiamento o i traumi, le superfici entrano in contatto (perché si supera la pressione che può sopportare il liquido sinoviale) e si danneggiano. Una tra le due diventa discontinua (si danneggia) e tende a interferire con l'altra. Il danno alla cartilagine propaga.

La cartilagine può rovinarsi al punto di esporre l'osso sottostante. (osteoartrosi).

Osteoartrosi. Danno della cartilagine che si propaga al tessuto osseo. Patologia più comune nella popolazione anziana. L'osteoartrosi dell'anca colpisce il 20-30% delle persone con età superiore ai 70 anni. I casi sono elevati. I pazienti devono andare incontro a trattamenti che migliorino una condizione difficile da trattare. Il tessuto danneggiato non si ripristina da solo. L'artrosi è un'infiammazione. Dove si

Crea la zona di danno, arrivano cellule infiammatorie per ripristinare il tessuto. In realtà, sono presenti cellule infiammatorie e mediatori dell'infiammazione. Il paziente sente dolore.

I costi totali associati superano 82 miliardi di dollari l'anno negli USA (comprendono i costi legati a:

• ospedalizzazione
• terapie farmacologiche
• riabilitazione
• perdita di produttività
• necessità di assistenza

Opzioni terapeutiche:

• Modifica dell'attività fisica. L'attività fisica, limitata ma costante, è necessaria. Se la cartilagine non è sottoposta all'avariazione pressoria, questa si assottiglia.
• Perdita di peso, per diminuire la forza che agisce sull'articolazione.
• Fisioterapia.
• Farmaci:
• I farmaci utilizzati curano il dolore. Risolvono il sintomo, ma non la patologia. Non si risolve il danno locale della cartilagine.
• FANS
• Inibitori della COX-2.
• Integratori.
• Infiltrazioni. Permettono alle due superfici di scorrere meglio (vengono lubrificate).

Le molecole riempitive del tessuto connettivo olubrificanti sono generalmente legate all'acido ialuronico.
Corticosteroidi. Le infiltrazioni di steroidi controllano l'infiammazione.
Acido ialuronico.
Questa patologia investe molto la qualità della vita. Le opzioni sopra citate rappresentano dei palliativi, in grado di curare (temporaneamente) i sintomi, ma non il danno locale alla cartilagine.
L'alternativa migliore per risolvere il danno è l'intervento chirurgico.
Trattamento chirurgico.
L'immagine in alto a sinistra riporta la visione alla telecamera endoscopica del danneggiamento della cartilagine. La cartilagine è rovinata. Si potrebbe tentare di riappiattire la superficie. Si esegue un intervento di conservazione.
Interventi di conservazione.
- Artroscopia.
- Trapianto di cartilagine. Consiste nel prelevare dei dischi di cartilagine da una zona non caricata. La cartilagine riveste tutta la parte esterna dell'osso, ma la zona piùcaricata è quella in prossimità dell'articolazione. La parte periferica non entra, generalmente, in contatto con la superficie corrispondente. I dischi sono poi impiantati dove c'è il danno. La superficie non viene però ricostruita completamente. Questi tentativi non sono quasi mai andati a buon fine. Nel breve termine, vanno a buon fine, ma si deve poi intervenire in altro modo. - Osteotomia. Interventi di artroplastica. - Emiartroplastica. - Resurfacing. - Artroplastica totale dell'articolazione. Endoprotesi. Protesi articolare utilizzata all'interno dell'organismo. Il materiale impiantato deve funzionare come l'articolazione originale. L'articolazione sopporta delle forze. Il materiale deve sopportare le forze: deve essere adeguatamente resistente e il più biocompatibile possibile. Deve interferire in maniera minima con i tessuti circostanti (biocompatibilità). Una certa interazione è necessaria: il

Il materiale deve integrarsi bene con il tessuto osseo, ma non deve disturbare gli altri sistemi (della coagulazione, infiammatorio, ...).

Per ottenere questo risultato, il dispositivo viene utilizzato nelle due articolazioni principali.

Dispositivi medicali: ortopedia / traumatologia.

Sistema muscoloscheletrico

• Protesi sostitutive articolari (anca, ginocchio).
• Protesi per disco intervertebrale, caviglia, etc.

Esistono altri aspetti clinici in cui viene utilizzato un dispositivo simile alle protesi articolari (in particolare per i dischi intervertebrali. Quando è presente uno schiacciamento del disco, si può utilizzare un materiale artificiale. Il disco intervertebrale è un'articolazione: permette lo scambio di forze all'interno della colonna vertebrale). Non sono interventi/condizioni cliniche frequenti. C'è la possibilità di intervenire sull'articolazione della caviglia (l'operazione è ...

più difficile e meno incidente delle sostituzioni di anche o ginocchia). I problemi alla caviglia sono generalmente legati a traumi (non all'osteoartrosi).

• Dispositivi per la fissazione delle fratture. Sono i sistemi per osteosintesi per collegare due frammenti di osso (che si sono rotti o hanno avuto delle fratture).
• Materiale sostitutivo dell'osso. Siamo solo ai primi tentativi clinici. La maggior parte delle sostituzioni, ad oggi, vengono realizzate tramite l'impiego di materiali completamente artificiali.
• Sostituzione del tendine / legamento. Non si riesce ancora a sostituire un tendine o un legamento con il materiale artificiale. Sono interventi di ricostruzione (ricucendo quanto rotto o spostando pezzi di legamenti). Non esistono materiali artificiali che lavorino bene come i materiali biologici. I tessuti biologici (di tendini e legamenti) sono molto resistenti. Il materiale artificiale, inizialmente è altamente performante, ma non

Mantiene resistenza, elasticità e proprietà meccaniche caratteristiche di tendini e legamenti.

• Sostituzione del menisco.
• Protesi per cartilagine articolare.

Non utilizzate. Si ricorre alla sostituzione con un dispositivo metallico (o di altri materiali) della parte danneggiata.

La sostituzione totale dell'articolazione dell'anca è una delle operazioni più comunemente eseguite e di successo in ortopedia, in termini di esiti clinici e di sopravvivenza degli impianti.

Per quanto riguarda l'anca, viene sostituita la parte terminale dell'osso (viene tagliata la parte terminale del femore). Si deve esporre il tessuto chirurgicamente, tagliare in modo ben posizionato l'osso e inserire la protesi nella posizione corretta. Se la protesi non è in posizione corretta, il movimento tra la gamba e il bacino cambia. Si possono generare problemi, soprattutto nella camminata.

Articolazione

Dell'anca. L'articolazione permette la rotazione di un osso rispetto all'altro. Consideriamo il bacino fermo / fisso e che il femore possa muoversi. La geometria della superficie che collega la testa del femore al bacino è una geometria di tipo sferico. Questo permette di bloccare la posizione, nello spazio, del centro di rotazione del femore (centro di rotazione del femore = centro della sfera che costituisce la superficie esterna della cartilagine), al fine di avere 3 gradi di libertà. I 3 gradi di libertà sono costituiti dalla rotazione nei tre piani dello spazio. In ciascun piano c'è un particolare angolo di rotazione. Ogni articolazione è caratterizzata da gradi di libertà. - assi di rotazione. - angoli di rotazione (massimi). Snodo sferico. Gradi di libertà 3 vincoli (x0, y0, z0). 3 gradi di libertà, rotazioni (ф, θ, ω). L'articolazione permette di bloccare il centro della testa del femore.

rispetto al bacino e lo può fare perché lo blocca, con delle reazioni vincolari, nelle tre direzioni. I tre vincoli determinano tre angoli di rotazione che permettono buona mobilità dell'arto inferiore. La forma sferica rende possibili movimenti di rotazione rispetto ad una terna ortogonale di assi passanti per il centro della superficie articolare. Si possono ottenere dei movimenti di rotazione rispetto ad un sistema ortogonale. I movimenti rotatori sono limitati da legamenti e muscoli. I movimenti rotatori hanno angoli limitati per: - legamenti e muscoli. - struttura a labbro dall'acetabolo (cercine cotiloideo). La geometria della giunzione permetterebbe le rotazioni per diversi angoli. La sfera non è una sfera completa, ma solo una parte. Mentre la sfera del femore è una sfera abbastanza estesa, la sfera corrispondente dell'acetabolo non è così completa. L'asta (femore) arriva a toccare degli estremi che non può.superare.
I tre angoli sono limitati. Qualunque articolazione non può permettere un angolo di rotazione di 180° o superare.