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Appunti Bioingegneria meccanica

Appunti di bioingegneria meccanica basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni della prof. Bignardi dell’università degli Studi del Politecnico di Torino - Polito, facoltà di Ingegneria I, Corso di laurea in ingegneria biomedica. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Bioingegneria meccanica docente Prof. C. Bignardi

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1. Dall’entità dei carichi applicati;

2. Dalla forma delle superfici a contatto;

3. Dalle proprietà chimiche e fisiche sia del lubrificante sia del materiale del

cuscinetto.

Le forme fondamentali di lubrificazione posso essere così classificate:

1. Idrostatica;

2. Idrodinamica, che si produce durante il moto relativo delle due superfici. Lo

spessore minimo del meato fluido, normalmente più di 2 μm, aumenta

all’aumentare della velocità e della viscosità e non può essere in ogni caso

inferiore al valore della rugosità delle superfici;

3. Elastoidrodinamica, che è una lubrificazione idrodinamica tra superfici

deformate elasticamente dall’azione dei carichi. Interviene a carichi più

elevati e a velocità più basse che nella lubrificazione idrodinamica. Lo

spessore del meato è compreso tra 2 μm e 1 μm.

4. Mista, che è una forma di transizione tra lubrificazione elastoidrodinamica e

lubrificazione limite;

5. Limite, che si verifica quando le superfici sono separate dal lubrificante e il

contatto si attua su un’area paragonabile a quella del contatto secco, e cioè

sulle sporgenze delle asperità. In questo caso intervengono le proprietà fisiche

e chimiche del film lubrificante di spessore molecolare ossia dell’ordine di

-8

10 mm. 09 lezione biomecc anca

È stato condotto uno studio antropometrico misurando 200 femori; l’età media dei

donatori era 69,9 anni con un intervallo tra 22 e 95 anni. La distribuzione della

maggioranza dei parametri misurati si avvicinava all’andamento della curva di Gauss.

La significatività statistica delle relazioni tra due dimensioni indicava che la

variazione dei parametri non è arbitraria, ma le relazioni non sono comunque

idonee per fare una previsione dimensionale di un parametro in funzione dell’altro.

Le correlazioni più deboli (r=0,2-0,4) riguardavano i rapporti tra le dimensioni

dell’endostio e del periostio, suggerendo una relativa assenza di associazione tra i

profili esterno del femore ed interno del canale midollare.

I femori con una data ampiezza del canale vengono classificati in funzione dei loro

profili endosteale mediale e laterale. L’incidenza di ogni combinazione di contorni

mediali e laterali è una diretta indicazione delle forme più comuni di canale

midollare che si riscontrano in natura.

Flessione: la flessione del ginocchio, rilasciando i muscoli posteriori della coscia,

permette una maggiore flessione dell’anca.

Estensione: limitata dal legamento ileo-femorale. L’estensione dell’anca aumenta

quando il bacino è ruotato in avanti. Quando i muscoli posteriori hanno utilizzato

gran parte della loro corsa per la flessione del ginocchio sono meno efficaci come

estensori.

Abduzione: l’abduzione di un’anca si accompagna automaticamente ad una

abduzione identica controlaterale. L’abduzione è limitata dal fatto che il collo

femorale urta contro il ciglio cotiloideo e prima ancora dai muscoli adduttori e dai

legamenti ileo e pubo-femorali.

Adduzione: non esiste adduzione pura, ma adduzione relativa, movimenti combinati

di adduzione-flessione e adduzione-estensione. Inclinazione del bacino,

incurvamento della colonna vertebrale ampiezza massima dell’adduzione: 30°.

Rotazione: la rotazione attorno all’asse meccanico è limitata dai legamenti ileo e

pubo-femorali.

1. Piano sagittale:

flessione 0-145°

estensione 0-30°

2. Piano frontale:

abduzione 0-45°

adduzione 0-25°

3. Piano trasversale:

rotazione esterna 0-60°

rotazione interna 0-30°

Circumduzione dell’anca: combinazione simultanea di movimenti elementari attorno

ai tre assi.

Cono di circumduzione: descritto dall’asse dell’arto inferiore quando la

circumduzione è spinta all’ampiezza massima, con vertice nel centro

dell’articolazione dell’anca.

Durante la deambulazione, il moto del centro di massa risulta avere una traiettoria

sinusoidale con ampiezza verticale media di soli 44 mm ed ampiezza orizzontale

media di 46 mm.

Determinanti del passo: percorso seguito dal centro di gravità del corpo umano

durante la deambulazione in assenza di flessione delle articolazioni di ginocchio e di

movimento laterale del bacino; rotazione del bacino; abbassamento del bacino e

flessione del ginocchio.

Forza articolare risultante sulla testa femorale: la direzioni nelle diverse fasi del

passo varia all’interno di un cono avente vertice nel centro di rotazione dell’anca e

risulta orientata mediamente di circa 16° sul piano frontale rispetto all’asse

verticale.

L’orientamento della risultante articolare, ricavata geometricamente con uno

schema di forze semplificato (bilancia di Pauwels), oltre a risultare parallelo

all’orientamento del sistema trabecolare mediale della testa e del collo femorali, è

stato valutato (Charnley) in seguito a rilievi sperimentali su cotili in teflon espiantati.

Dopo alcuni anni, si erano prodotte cavità cilindriche terminanti con un fondo

sferico, di raggio uguale al raggio della testa protesica. Dalla direzione dell’asse di

questa cavità Charnley valutò la direzione delle forze medie agenti sulla testa

femorale.

Nelle condizioni di anca vara e di anca valga vengono alterati i rapporti tra le forze

agenti nell’articolazione normale. Nell’anca vara, essendo il gran trocantere

lateralizzato, si ha un aumento del braccio di leva dei muscoli abduttori e quindi, a

parità di momento richiesto, è minore la forza muscolare e di conseguenza il carico

risultante agente sulla testa femorale. Nell’anca valga invece, poiché il gran

trocantere si medializza, si ha una riduzione del braccio di leva muscolare: la forza

muscolare e di conseguenza il carico risultante aumentano. Nel caso di anca vara,

nonostante la risultante articolare sia minore rispetto all’anca valga, la componente

di tale risultante normale all’asse del collo femorale è maggiore e lo sollecita

soprattutto di taglio e flessione; nel caso di anca normale e valga prevale invece la

sollecitazione di compressione.

Un altro effetto deleterio per quanto riguarda l’entità della risultante articolare è

ovviamente l’aumento del peso corporeo.

La risultante articolare può essere ridotta portando il centro di gravità più vicino al

centro dell’articolazione e ciò viene ottenuto per esempio zoppicando. L’andatura

claudicante tuttavia implica una accelerazione laterale del corpo, la sua

decelerazione durante la fase di appoggio dell’arto portante e nella fase successiva

la sua accelerazione per portare il centro di gravità dalla parte opposta. Questi

movimenti richiedono un oneroso dispendio di energia che rende l’andatura

claudicante meno efficiente di quanto lo sia la normale deambulazione.

Un altro modo per ridurre il carico risultante sulla testa femorale è quello di

usufruire dell’ausilio di un bastone. In queste condizioni una parte del peso corporeo

è trasferita sul bastone e il carico sull’articolazione viene ridotto. Risulta così ridotto

il momento rispetto al centro dell’articolazione e di conseguenza risulta ridotta la

richiesta muscolare.

La forza esercitata sul bastone ha un elevato braccio di leva e quindi è sufficiente

che il bastone sopporti una piccola forza affinché si riduca notevolmente la

risultante muscolare e conseguentemente la risultante articolare.

Sono state valutate le reazioni articolari sulla testa femorale durante la

deambulazione in maschi e femmine. Paul ha, per esempio, correlato i moduli dei

picchi di sollecitazione con specifiche attività muscolari registrate con

elettromiogrammi.

In base ai suoi studi, nei maschi si verificano due picchi di forza durante la fase di

appoggio quando i muscoli abduttori si contraggono per stabilizzare il bacino: un

picco pari a circa quattro volte il peso corporeo appare subito dopo l’appoggio del

calcagno e un picco più elevato, pari a sette volte il peso corporeo, compare subito

prima del distacco della punta del piede. Quando il piede è completamente

appoggiato a terra, la reazione articolare diminuisce in alcuni casi fino al di sotto del

peso corporeo. Durante la fase si oscillazione la reazione articolare è prodotta dalla

contrazione dei muscoli estensori che decelerano la coscia e il suo modulo rimane

relativamente basso, circa uguale al peso corporeo.

Nelle femmine la distribuzione di forze nel tempo è la stessa, mentre i moduli delle

forze risultano un po’ più bassi, raggiungendo al massimo quattro volte il peso

corporeo durante la fase finale dell’appoggio.

10 lezione artroplastica anca

La protesi totale dell’anca è costituita da due componenti:

1. Femorale: uno stelo, un collo (con o senza colletto), una testina;

2. Acetabolare: un cotile.

L’endoprotesi ha solo una componente femorale: uno stelo + testone.

La principale causa di malfunzionamento dell’articolazione dell’anca è legato a

fenomeni di degenerazione del tessuto cartilagineo che promuovono una riduzione

dello spazio interarticolare, con conseguente avvicinamento dei due capi ossei.

Ciò rende meno stabile l’articolazione, compromette i movimenti ed è responsabile

di una sintomatologia dolorosa e gravemente invalidante.

L’artrosi è un disturbo della cartilagine delle articolazioni legato principalmente

all’età. Se in forma lieve, non determina sintomi dolorosi, e può essere considerata

una normale conseguenza dell’invecchiamento. Nelle forme più gravi, ad un

deterioramento accentuato delle cartilagini si associa lo sviluppo di escrescenze

ossee che ostacolano ulteriormente il movimento e sono causa di dolore.

Fattori di rischio sono l’obesità, traumi e micro-traumi ripetuti, grandi traumi e l’età.

Altra causa comune di deterioramento delle cartilagini è l’artrite reumatoide, una

malattia autoimmune che determina la secrezione di sostanze infiammatorie.

I materiali possono essere:

1. Metallici: leghe di CrCoMb, leghe di Ti;

2. Polimerici: polietilene;

3. Ceramici: allumina, zirconia.

Il collegamento con l’osso può essere:

1. Cementato: cemento acrilico (polimetilmetacrilato);

2. Non cementato: superfici protesiche con possibilità di ancoraggio, superfici

protesiche rugose, superfici filettate, rivestimenti osteoinduttivi.

Cotili cono cementati:

1. Avvitati;

2. Con viti;

3. Avvitati con viti;

4. Press-fit;

5. Ad espansione.

La progettazione deve essere meccanica e biomeccanica.

Progettazione meccanica:

1. Progettazione di una struttura che ristabilisca le condizioni cinematiche

proprie dell’articolazione naturale e che resista ai carichi a cui sarà soggetta.

2. Realizzazione di un’interfaccia articolare in cui attrito ed usura risultino

minimi.

3. In corrispondenza del giunto articolare è gradita la capacità di assorbire gli

urti.

Progettazione biomeccanica:

1. Studio dei materiali: biocompatibilità (del materiale e dei suoi prodotto di

usura);

2. Studio della forma dell’impianto in quanto la sua rigidezza e il tipo di

resezione che richiede determinano una reazione dell’osso che può o meno

adeguarsi alla nuova situazione tensionale;

3. Studio dell’interfaccia protesi-osso, ossia studio delle superfici e dei

rivestimenti delle protesi in quanto anche queste caratteristiche determinano

una reazione dell’osso.

Accoppiamenti articolari: si richiede basso attrito, bassa usura e capacità di

assorbire gli urti:

1. Metallo-metallo (piccolo volume di detriti di usura, alto coefficiente d’attrito);

2. Metallo-polietilene ad alta densità (basso attrito, elevata usura, alto

smorzamento);

3. Ceramica-polietilene ad alta densità;

4. Ceramica-ceramica (bassa usura, basso coefficiente d’attrito, fragilità e

affaticamento del materiale).

Cause di fallimento:

1. Rottura dell’impianto;

2. Usura dei componenti protesici;

3. Lussazione;

4. Frattura dell’osso;

5. Mobilizzazione;

6. Scollamento settico o asettico.

Un certo numero di pietre miliari possono essere individuate nell’evoluzione del

componente femorale dell’artroprotesi d’anca come l’ancoraggio prossimale

(protesi Moore), ancoraggio distribuito lungo steli corti (protesi Charnley),

ancoraggio mediale e distale (steli avvitati e lunghi non cementati).

Dopo questi tipi di steli c’è stato un ritorno agli steli corti a press-fit con ancoraggio

prossimale e infine alla comparsa dello stelo a supporto adattabile, dove

l’ancoraggio all’osso viene spostato in un’area ancora più prossimale che include il

collo femorale.

Alcune considerazioni:

1. Stelo avvitato: non tocca ovunque perché assialsimmetrico; messa in ombra

delle tensioni;

2. Stelo press-fit: sono nati per eliminare l’uso del cemento, ma non possono

essere usati ovunque o per sempre in quanto richiedono un’ampia resezione

del collo del femore;

3. Stelo a supporto adattabile: appoggia il colletto su una sezione trasversale del

collo femorale che ha ancora la forma di un anello chiuso: conseguentemente

la continuità circonferenziale della struttura non è interrotta. L’ancoraggio in

questo caso avviene anche sull’osso spongioso e tale situazione fornisce un

alto grado di “elasticità”. Si sfrutta la resistenza del “calcar”. Importante il

livello della resezione.

È importante che il contatto stelo-osso sia prossimale. Quando la punta dello stelo si

incastra nel canale midollare si ottengono elevate sollecitazioni di fatica in quanto lo

stelo incomincia a muoversi come un palo piantato nel terreno e sollecitato

dall’esterno a flessione, fino alla rottura del collegamento con l’osso. Evitare i picchi

di sollecitazione.

Nella biomeccanica degli impianti ortopedici la stabilità è essenziale. Vi sono due tipi

di stabilità: primaria e secondaria.

È inizialmente necessario valutare la stabilità primaria, ossia l’esistenza delle

condizioni meccaniche per cui, immediatamente dopo l’intervento e prima

dell’accrescimento osseo, il contatto osso-stelo assicuri che le tensioni associate alle

normali attività umane non portino ad eccessivi movimenti relativi.

La stabilità secondaria o a lungo termine si raggiunge attraverso l’osteointegrazione,

ossia l’accrescimento osseo e il suo collegamento alla protesi: ciò può avvenire solo

se è assicurata la stabilità primaria. Attraverso lo stimolo tensionale l’osso cresce

negli interstizi dello stelo che viene completamente avvolto se lo stato tensionale

all’interfaccia è adeguato.

In questa fase è opportuno che il carico venga concesso gradualmente. Il carico

totale deve essere rilasciato solo a stabilità secondaria ottenuta. La stabilità

secondaria non è certo una condizione stazionaria.

A differenza delle protesi di primo impianto è difficile individuare regole di carattere

generale per gli impianti di revisione. Non esiste un unico tipo di protesi da revisione

perché ciascun caso differisce dall’altro a causa delle differenti resezioni del primo

impianto e a causa del rimodellamento osseo o alle osteolisi che si sono verificate.

L’artroplastica di revisione richiederebbe dei veri progetti individuali in modo da

raggiungere una situazione strutturale corretta o accettabile. È necessario valutare

la quantità di osso perduta e la resistenza strutturale dell’osso rimanente e poi

progettare il sistema osso-protesi.

Le prove sperimentali e numeriche consistono in:

1. Prove di resistenza statica e a fatica sotto sollecitazioni di flessione e torsione

di steli (con o senza soluzione fisiologica);

2. Prove di usura con simulatori;

3. Valutazione di resistenza strutturale con metodi numerici.

I problemi aperti sono:

1. Usura cotili, sterilizzazione polietilene, dimensione testina;

2. Effetto degli ioni metallici;

3. Forma dello stelo per evitare stress-shielding;

4. Entità dei micromovimenti;

5. Mini invasività chirurgica;

6. Complicanza: lussazione (testine più grandi, coppe più avvolgenti,

impingment). 11 lezione biomecc ginocchio

Iniziando dall’estensione estrema il condilo inizia a rotolare senza strisciare,

successivamente lo scivolamento diventa progressivamente predominante, al

termine della flessione il condilo scivola senza rotolare.

Condilo interno: rotolamento durante i primo 10-15° di flessione.

Condilo esterno: il rotolamento prosegue fino a 20° di flessione.

L’ampiezza abituale del movimento di flesso-estensione durante la deambulazione è

di 15-20°.

-Polare del moto

Un moto qualsiasi può essere descritto mediante la polare del moto che è la

successione dei centri di istantanea rotazione. Un moto qualsiasi può essere

considerato come somma di tanti moti parziali, ciascuno dei quali è una rotazione

attorno ad un punto (centro di istantanea rotazione).

Nelle articolazioni il centro di istantanea rotazione si muove istante dopo istante e

genera, ad esempio nel suo moto rispetto a tibia e femore, le due polari del moto

fisse, rispettivamente alla tibia e al femore.

Le polari del moto sono i due profili che realizzano la legge assegnata del moto

mediante un puro rotolamento, essendo per definizione luogo dei centri di

istantanea rotazione.

Il moto è considerato piano o bidimensionale quando tutti i punti del corpo rigido in

movimento rimangono sempre sullo stesso piano durante il moto.

È noto che per ogni legge del moto esiste una sola coppia di polari che lo può

realizzare, ma esistono infinite coppie di profili coniugati che si mantengono in

contatto rotolando e strisciando.

I profili del ginocchio sono due dei possibili profili coniugati.

Il centro di istantanea rotazione è il punto del corpo rigido che ha velocità nulla in un

istante del moto. Se il centro di istantanea rotazione si trova sulle superfici di

contatto dell’articolazione si ha rotolamento altrimenti si ha strisciamento con

direzione ortogonale al segmento che unisce il punto di contatto e il centro di

istantanea rotazione.

Lo spostamento del centro di istantanea rotazione nel piano sagittale e in direzione

parallela al piano del piatto tibiale è praticamente nullo e perciò il moto prevalente

è quello di strisciamento.

12 lezione artroplastica ginocchio

La gonartrosi è prima di tutto un problema meccanico favorito da:

1. Deformazioni femoro-tibiali;

2. Alterazioni delle superfici articolari;

3. Cricche da traumi ossei;

4. Meniscectomie;

5. Rotture di legamenti.

Tipologia delle artroprotesi di ginocchio:

1. Protesi a cerniera

2. Protesi parzialmente vincolate

3. Protesi a scivolamento

-conservazione dei due legamenti crociati

-conservazione del solo legamento crociato posteriore

-stabilizzazione posteriore (sacrificio dei legamenti crociati)

4. Protesi monocompartimentali

5. Protesi femoro-rotulea

05 lezione mezzi sintesi

Possiamo classificare le fratture del femore in base alla parte del femore interessata:

1. Fratture dell’estremità superiore del femore, che si suddividono in:

-fratture mediali o ortocapsulari che si suddividono a loro volta in:

-fratture sotto capitate;

-fratture basicervicali;

-fratture transcervicali.

-fratture laterali o extracapsulari che si suddividono a loro volta in:

-fratture pertrocanteriche;

-fratture isolate nei trocanteri.

2. Fratture diafisarie;

3. Fratture dell’estremità inferiore.

Per osteosintesi si intende la riduzione di una frattura mediante un mezzo di sintesi.

I mezzi di sintesi utilizzati sono tre:

1. Placche, viti, fili;

2. Chiodi endomidollari;

3. Fissatori esterni.

La scelta della tecnica da adottare dipende dalle caratteristiche della frattura, dalle

condizioni dell’osso e dall’età del paziente.

Per pseudoartrosi si intende una frattura che entro quattro mesi non presenta

tendenza alla guarigione. Può essere causata da una mancata riduzione e

stabilizzazione efficace dei monconi ossei.

15 lezione spalla

Il sistema articolare di spalla è formato da 4 o 5 articolazioni, a seconda degli autori

che lo descrivono ed è il più mobile sistema articolare del corpo umano.

Le articolazioni che la compongono sono:

1. Scapolo-omerale o gleno-omerale: articolazione vera principale nel senso

anatomico (enartrosi);

2. Scapolo-toracica: seconda articolazione in ordine di importanza. Articolazione

fisiologica, due superfici che scivolano l’una sull’altra, articolazione falsa

principale;

3. Acromion-clavicolare: articolazione vera secondaria;

4. Sterno-clavicolare: articolazione vera secondaria;

5. Sotto-deltoidea o seconda articolazione di spalla: articolazione fisiologica,

borsa sotto deltoidea e muscoli adiacenti, legata all’articolazione scapolo-

omerale.

Il trattamento conservativo dell’articolazione scapolo-omerale consiste in:

1. Artroplastica di resezione;

2. Artrodesi (bloccaggio dell’articolazione);

3. Sostituzione protesica omero;

4. Sostituzione protesica articolazione.

Le protesi possono essere di ricoprimento, parzialmente vincolate o totalmente

vincolate o a fulcro fisso. 16 lezione gomito

Storicamente i primi tentativi di recupero dell’articolazione di gomito danneggiata o

per motivi patologici o per motivi traumatici risalgono al XVI secolo con interventi di

artroplastica di resezione, completati dall’interposizione di materiale biologico,

quale pelle, muscolo, grasso, tra le superfici ossee resecate.

Sebbene i risultati a breve termine fossero molto buoni sia per quanto riguarda la

scomparsa del dolore, sia la stabilità, sia il recupero della mobilità, successivamente,

anche dopo solo due anni dall’intervento, sorgevano seri problemi quali la

mobilizzazione del componente omerale, accompagnata da riassorbimento osseo

che, data la poca materia ossea già esistente, portava a fratture del segmento osseo.

A questo punto potevano ipotizzarsi diverse soluzioni al problema dello

scollamento: si potevano rinforzare le protesi a cerniera completamente vincolate

con ulteriori dispositivi di fissazione esterna, si potevano usare protesi più piccole

per mantenere condili e legamenti, si poteva pensare a protesi di ricoprimento

superficiale.

La fantasia degli ideatori si è sbizzarrita al punto che le soluzioni trovate possono

essere suddivise in nove classi, secondo la classificazione fatta da William A. Souter

nel 1985, relativamente alla loro concezione e a come viene fissato all’osso il

componente protesico omerale.

17 lezione colonna

La colonna vertebrale o rachide ha le seguenti funzioni:

1. Mantenere il corpo in posizione eretta trasferendo il carico dal tronco al

bacino;

2. Proteggere il midollo spinale;

3. Supporto della gabbia toracica;

4. Ancoraggio per molti muscoli;

5. Ammortizzare gli urti.

Le vertebre sono 33-34 in totale: 7 cervicali, 12 toraciche e 5 lombari, via via

crescenti; 5 sacrali, 4-5 coccigee, fisse.

I dischi intervertebrali sono strutture che si trovano tra le vertebre. La loro

costituzione è la seguente:

1. Anello fibroso periferico: strati concentrici di tessuto fibroso nei quali i fasci di

fibre connettivali decorrono obliquamente da una vertebra all’altra. L’anello

fibroso è in grado si sopportare carichi in tutte le direzioni.

2. Nucleo polposo nella parte centrale: massa ovoidale di aspetto gelatinoso,

capace di cambiare forma in assenza dell’anello. Comportamento assimilabile

a quello di un liquido incomprimibile: offre una notevole resistenza alla

compressione.

I dischi intervertebrali sono saldamente attaccati alle facce di due corpi vertebrali

contigui; hanno forma biconvessa in sezione sagittale; la loro altezza (non costante

per ogni singolo disco) varia a seconda della zona in qui si trovano:

1. Livello C2-C3 ≈3,5 mm;

2. Zona toracica ≈2 mm;

3. Livello L5-S1≈ 9mm;

I dischi intervertebrali hanno la funzione di distribuire uniformemente il carico

sull’intero piatto vertebrale.

Flessioni della colonna nel piano sagittale e frontale determinano principalmente

tensioni di trazione e di compressione nell’anello fibroso, mentre le rotazioni

producono tensioni di taglio.

Praticando un incisione su un disco si ha una protrusione del nucleo indicativa di un

abituale stato di compressione.

Il nucleo tende a separare i corpi vertebrali, mentre nell’anello e nei legamenti

longitudinali vi sono delle tensioni.

I legamenti sono:

1. Legamento longitudinale anteriore, che nasce dall’osso occipitale e si estende

fino al bacino;

2. Legamento longitudinale posteriore;

3. Legamento sovraspinoso;

4. Legamenti intervertebrali: interspinosi e flavi (tra i peduncoli).

I muscoli sono:

1. Estensori (posteriori);

2. Flessori (anteriori);

3. Flessori laterali (trasversali);

4. Rotatori (trasversali).

Le patologie del disco possono essere ernia, discopatia degenerativa, protrusione

discale.

L’ernia è favorita da molti fattori quali lo stile di vita, l’età e la postura. Il

rigonfiamento e/o la fuoriuscita del nucleo provocano uno schiacciamento della

radice del nervo che provoca dolore. È molto più frequente nella zona lombare, per

via dei carichi, meno nella zona cervicale, quasi mai in quella toracica.

Le cause della discopatia degenerativa sono ancora da chiarire, ma vi è una

riduzione dell’apporto di sostanza nutritive. La percentuale di acqua nel disco (90%)

si riduce drasticamente, rendendolo più rigido e aumenta il tessuto fibroso che si

dispone in modo disordinato. Vi è un decremento delle caratteristiche meccaniche

del disco.

La protrusione discale è una sorta di ernia con la sola differenza che non si ha

fuoriuscita di materiale nucleico. La protrusione schiaccia la radice del nervo

provocando dolore. Spesso la protrusione discale precede l’erniazione del disco.

Alcune definizioni:

1. Erniectomia: rimozione dell’ernia senza svuotamento del disco (con la sola

ricerca di eventuali frammenti liberi);

2. Decompressione discale: consiste nello svuotamento del disco dall’interno

(nucleo polposo), in modo da ridurre la pressione interdiscale e favorire il

rientro di ernie sottoligamentose, protrusioni discali e sporgenze dell’anulus

fibroso.

3. Sostituzione parziale del disco: consiste nell’applicazione di una protesi discale

tra i piatti vertebrali;

4. Discectomia: rimozione completa del disco intervertebrale;

5. Fusione: procedimento con il quale viene bloccato completamente un

segmento in moto (movimento tra due vertebre).

I possibili interventi sono:

1. Artrodesi (discectomia + fusione): porta all’irrigidimento del rachide con

conseguente perdita di mobilità;

2. Artroplastica (protesizzazione): il disco viene sostituito con un disco protesico

conservando la mobilità fisiologica.

Le tipologie di impianto osseo sono:

1. Autoinnesto: provenienza da paziente stesso, alto tasso di fusione, ma rischi

per il paziente (dolore nella zona di prelievo, ematomi, infezioni, lesioni ai

nervi e fratture iliache);

2. Alloinnesto: provenienza da cadavere, minore tasso di fusione, ma nessuna

complicanza per il paziente.

Data la minore efficacia in termini di crescita ossea dell’innesto allogeno, si rende

necessario l’utilizzo di riempitivi ossei e dispositivi di fissaggio al fine di facilitare la

crescita stessa.

I riempitivi ossei principali sono:

1. BMP (morphogenetic bone protein): proteine morfogenetiche dell’osso

naturalmente presenti nel nostro organismo che vengono sintetizzate in

laboratorio in modo da poter essere aggiunte all’innesto e favorire la

produzione di matrice ossea;

2. L’Hydrosorb: polimero bioassorbibile (polilattide) atto alla costruzione di

gabbie per il contenimento dell’innesto osseo;

3. DBM (demineralized bone matrix): osso corticale esposto a proteine

morfogenetiche da aggiungere al sito dell’innesto per favorire la produzione

di matrice ossea;

4. AGF (autologous growth factor) e Cerasorb: plasma ricco di piastrine

miscelato a beta tricalcio fosfato per la preparazione di un composto che

accelera i processi di guarigione e favorisce la rigenerazione tissutale.

I dispositivi di fissaggio principali sono:

1. Piastre: utilizzate soprattutto in caso di fusioni multilivello hanno il compito di

mantenere in sede l’innesto evitando micromovimenti che provocherebbero il

cedimento dello stesso;

2. Spaziatori: utilizzati per preservare l’altezza della cavità intervertebrale nel

caso venga deciso di mantenerla vuota, senza cioè provvedere ad innesto

osseo. Un esempio è il DIAM.

Per quanto riguarda l’artroplastica vi sono:

1. Dischi artificiali: utilizzati per sostituire il disco intervertebrale e permette di

preservare il movimento del rachide;

2. Protesi del solo nucleo: utilizzate nel caso in cui l’anulus non sia danneggiato,

per sostituire il nucleo degenerato del disco.

Tra i dischi artificiali abbiamo:

1. Prestige

-metallo-metallo

-acciaio inossidabile

-ampio range di movimento

2. Bryan

-lega di titanio, titanio poroso e poliuretano

-soluzione salina come lubrificante

-il più ampio range di movimento consentito al momento da una protesi

cervicale

3. Prodisc-C

-design ball and socket (una parte concava e una convessa)

-lega cobalto cromo molibdeno

-inserto in polietilene

4. Cervicore

-lega cobalto cromo molibdeno

-superfici di contatto rivestite in titanio

-presenza di tre chiodi sulla superficie

Tra le protesi di nucleo abbiamo:

1. PDN (Raymedica) – cuore idrogelico avvolto da una fodera di polietilene

2. Newcleus (Sulzer Spine Tech) – spirale di policarbonato uretano

3. Aquarelle Hydrogel Nucleus (Stryker) – nucleo in alcool polivinilico

Con il termine scoliosi viene indicata una deviazione tridimensionale di uno o più

tratti della colonna vertebrale: nel piano frontale, nel piano sagittale, nel piano

trasversale.

Può insorgere nella colonna dorsale, nella colonna dorso-lombare, nella colonna

lombare.

La deviazione laterale del rachide viene generalmente accompagnata da una o più

curve di compenso controlaterali.

Il trattamento ortesico non è l’unico possibile per questo tipo di deformità ed è

indicato per curve comprese tra i 15° e i 25° Cobb.

Esame obiettivo:

- Si misura l’altezza del paziente sia in piedi sia seduto;

- Si valuta il livello delle spalle;

- Si valuta la prominenza delle coste e delle scapole;

- Si valuta l’orientamento della pelvi e la possibile prominenza di uno dei

fianchi.

L’allineamento del tronco rispetto alla pelvi si controlla con l’aiuto di un filo a

piombo che si lascia cadere dal processo spinoso della settima vertebra cervicale e si

osserva la sua posizione rispetto alla pelvi. La distanza della linea del piombo dalla

piega interglutea si misura in centimetri.

Test di Risser: l’esame radiografico ci consente inoltre di valutare lo stadio di

maturità dello scheletro. Per questo viene utilizzata una radiografia del bacino nella

quale si osserva la presenza o meno del nucleo di ossificazione delle cresta iliaca e il

suo stato evolutivo, fino alla fusione con l’ala iliaca.

Con il termine di test Risser vengono indicati da 0 a 5 i diversi stadi di ossificazione,

dall’assenza del nucleo (Risser 0), alla sua comparsa (Risser 1), alla formazione di più

nuclei (Risser 2), alla loro fusione dal lato esterno della cresta (Risser 3),

all’estensione mediale (Risser 4), fino alla fusione con l’osso iliaco (Risser 5).

I corsetti ortopedici di tipo conservativo sono esoscheletri, armature o busti gessati

che mirano a mettere a riposo, oppure sostenere il rachide. Servono anche a lenire o

prevenire il dolore, a proteggere in periodo postoperatorio, a prevenire crolli

vertebrali osteoporotici o metastatici, a controllare instabilità vertebrali.


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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in ingegneria biomedica
SSD:
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher davidedest di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Bioingegneria meccanica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Torino - Polito o del prof Bignardi Cristina.

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