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SIR JOHN CHARNLEY

1961 1967

M.E. MULLER

protesi d'anca

anatomia funzionale biomeccanica forze meccaniche mobilizzazione scelte

dell'anca ed osteogenesi asettica progettuali

fisiologica protesizzata lubrificazione rimodellamento micromovimenti ancoraggio

accoppiamenti

fattori meccanici fattori biologici

femore femore detriti di usura materiali

acetabolo acetabolo stab. primaria mob. settica osteolisi secondaria finiture sup.

osteoinduzione rivestimenti sup.

mobilizzazione

tecnica chirurgica modularità

stab. secondaria diametro testa

stelo

acetabolo

Protesi d’anca

Una protesi dell’anca è costituita da:

• uno stelo, fissato nel canale

diafisario del femore, sempre

realizzato in metallo

• una testa femorale, realizzata in

metallo o ceramica, connessa allo

stelo mediante accoppiamento

conico,

• una coppa acetabolare, che si

articola sulla testa femorale,

normalmente realizzata in

UHMWPE o più raramente in

ceramica o in metallo,

• un guscio acetabolare, non

necessariamente sempre presente,

che avvolge rigidamente la coppa

acetabolare, realizzato in metallo

L’articolazione coxofemorale

L’articolazione coxofemorale è costituita dalla testa del

femore e dalla concavità dell’acetabolo.In termini

meccanici, è sostanzialmente equivalente ad un giunto

sferico con tre gradi di libertà.

4° vertebra inferiore

Legamento ileolombare Legamenti

sacroiliaci

promontorio anteriori

grande foro

ischiatico Legamento

sacrospinoso

spina iliaca

anteriore Spina iliaca

superiore superiore

anteriore L'escursione articolare è di:

Piccolo foro Legamento • 120°-140° in flesso-estensione,

Sinfisi

ischiatico sacrotuberoso

pubica • 60°-80° in abduzione-adduzione,

• 60°-90° in rotazione interna-esterna

Le forze articolari: modello

biomeccanico di Pauwels

Rydell

p Paul

Bergmann

pt R la risultante delle forze

Bilancia di Pauwels agenti sull’articolazione

a dell’anca è inclinata di circa

b 16-20° sulla verticale ed ha

intensità pari a 2.5-3 volte il

peso corporeo.

Epifisi femorale

In un femore sano, la maggior parte

delle sollecitazioni si distribuisce a

livello delle porzioni prossimo-

mediale e prossimo laterale, subito al

di sopra del piccolo trocantere e

raggiunge i valori più alti all’inizio ed

alla fine del ciclo del passo.

L’ordine di grandezza delle pressioni

di contatto varia, all’incirca, da 1

Mpa, nel caso di contatto cartilagine-

cartilagine, a 8 MPa nella fase

centrale di appoggio monopodale

Lo stato di sollecitazione

dell’acetabolo

Sebbene l’intensità delle forze articolari dell’anca vari

notevolmente nel corso del ciclo del passo, la sua direzione

rimane compresa nel quadrante antero-superiore dell’acetabolo

In condizioni di appoggio

monopodale, le sollecitazioni nel

guscio corticale (15 20 Mpa)

sono più elevate che nel

sottostante osso trabecolare (0.3-

0.4 Mpa).

I massimi valori della pressione

intra-articolare sono presenti nella

fase di appoggio monopodale e

sono dell’ordine di circa 9 Mpa

protesi d'anca

anatomia funzionale biomeccanica forze meccaniche mobilizzazione scelte

dell'anca ed osteogenesi asettica progettuali

fisiologica protesizzata lubrificazione rimodellamento micromovimenti ancoraggio

accoppiamenti

fattori meccanici fattori biologici

femore femore detriti di usura materiali

acetabolo acetabolo finiture sup.

stab. primaria mob. settica osteolisi secondaria rivestimenti sup.

osteoinduzione

forze mobilizzazione

intersegmentali modularità

tecnica chirurgica diametro testa

stab. secondaria stelo

colletto

lunghezza

sezione

collo

acetabolo

metal back

fissaggio

Biomeccanica dell’anca protesizzata

Le maggiori differenze fra anca

normale ed anca protesizzata si

verificano soprattutto per il

sovvertimento della distribuzione

delle tensioni nella zona prossimo-

mediale del femore. Nelle

articolazioni naturali, le forze

vengono trasmesse, attraverso le

superfici articolari, le inserzioni

muscolari e quelle legamentose, alle

strutture dell'osso spongioso e

corticale. L'inserimento di una

protesi altera questa distribuzione e

crea sollecitazioni che non hanno

alcun corrispettivo fisiologico

Biomeccanica dell’anca protesizzata

Non è noto:

• come si realizzino nello spazio i punti di contatto

protesi-osso

– come essi possano modificarsi nel tempo

– quali caratteristiche meccaniche abbiano (ad

esempio quale sia il limite di resistenza a taglio

o a comprensione di un ponte osseo sviluppatosi

nell’area periprotesica a contatto con la protesi);

• le azioni muscolari (intensità e direzione della

forza, istante di attivazione, distribuzione delle

inserzioni).

Quindi:

• non è possibile conoscere il reale stato di

sollecitazione della struttura (osso-impianto) da

cui dipende il rimaneggiamento osseo, l’osteolisi

da disuso e lo stress shielding; ossia il successo

nel tempo dell’impianto.

Il sistema di carico nel femore

protesizzato 19-25°

20-25 °

F ≈ 2 – 5 W

;

zmax

(8/9W)

M 24 40,3

= / Nm

t

I massimi valori del momento flettente sono originati da forze comprese

fra 1'8,2% e il 10% del peso corporeo, si tratta di valori che vanno poi

moltiplicati per il braccio di azione rispetto alla sezione considerata.

Salire o scendere le scale o alzarsi da una sedia rappresentano

una delle attività più gravose per l’anca

Il sistema di carico nell’acetabolo

protesizzato

Lo stato di sollecitazione nell’impianto

protesico

Si possono definire alcuni comportamenti di massima:

• le deformazioni longitudinali, nella regione ossea prossimo-mediale,

sono inferiori a quelle fisiologiche, superiori nella parte distale,

• le deformazioni circonferenziali, sono più elevate, rispetto ai valori

"fisiologici" (negli steli a press-fit si ha un aumento delle tensioni

circonferenziali pari al 125%, Walker 1992)

• sono presenti elevate sollecitazioni torsionali intorno all'asse

longitudinale della protesi

• all'interfaccia osso-impianto si hanno sollecitazioni di taglio e

compressione ?

Lubrificazione dell’articolazione

fisiologica

Non è ben noto quali siano i meccanismi che garantiscono la separazione

delle cartilagini per mezzo del liquido sinoviale, un’ipotesi può essere

che:

• all’atto dell’appoggio calcaneare, con un rapido aumento del carico ed

una riduzione della velocità, il liquido sinoviale rimanga “intrappolato per

schiacciamento” e si abbia una lubrificazione elastoidrodinamica per la

presenza di una pellicola di schiacciamento (squeeze-film);

• nelle successive fasi del ciclo del passo, si ha una diminuzione del carico

ed un aumento di velocità per cui un meccanismo di tipo

elastoidrodinamico classico potrebbe assicurare la lubrificazione;

• nella fase di pendolamento, in presenza di un’elevata velocità relativa ed

un carico articolare basso, vi sia uno spazio relativamente ampio fra le

cartilagini, riempito di liquido sinoviale;

• nella fase finale di spinta calcaneare potrebbe ripetersi il meccanismo di

“squeeze-film”.

Inoltre, nei casi in cui lo spessore di fluido non fosse in grado di assicurare

la lubrificazione, potrebbe attivarsi la lubrificazione di strato limite che si

avvarrebbe della presenza di uno strato di fosfolipidi adesi alle superfici

articolari.

lubrificazione dell’articolazione

protesizzata

Nel caso di una coppa acetabolare in polietilene (UHMWPE) con testa

femorale metallica o ceramica, i parametri che determinano lo

spessore della pellicola di schiacciamento (squeeze-film) sono legati a:

• raggio della testa femorale (anche nel metallo\metallo);

• gioco radiale fra testa del componente femorale e coppa acetabolare;

• spessore della coppa acetabolare e modulo elastico del materiale che la

costituisce.

In particolare l’altezza della pellicola è direttamente proporzionale al

raggio della testa femorale ed allo spessore della coppa ed è

inversamente proporzionale al gioco fra le superfici a contatto ed al

modulo di elasticità del polietilene

lubrificazione dell’articolazione

protesizzata 43 °C

protesi d'anca

anatomia funzionale biomeccanica forze meccaniche mobilizzazione scelte

dell'anca ed osteogenesi asettica progettuali

fisiologica protesizzata lubrificazione rimodellamento micromovimenti ancoraggio

accoppiamenti

fattori meccanici fattori biologici

femore femore detriti di usura materiali

acetabolo acetabolo stab. primaria mob. settica osteolisi secondaria finiture sup.

osteoinduzione rivestimenti sup.

mobilizzazione

tecnica chirurgica modularità

stab. secondaria diametro testa

stelo

acetabolo

Stabilità primaria e secondaria

La fissazione primaria è ottenuta durante l’impianto, mentre la fissazione

secondaria è il risultato della riparazione e del rimodellamento osseo

che avvengono durante il processo di guarigione.

Il successo di un impianto protesico è legato all’ottenimento della stabilità

biologica secondaria, possibilmente con integrazione ossea (riducendo

al minimo lo spazio tra protesi ed osso).

In sintesi, prescindendo da aspetti biologici e chirurgici, si può dire

che la forma della protesi determina la stabilità primaria; i

rivestimenti condizionano la neoformazione ossea ed infine la

finitura superficiale contribuisce ad ottenere la stabilità secondaria

stress-shielding

Il fenomeno dello stress-shielding,

indotto dall’elemento protesico

rigido, causa una riduzione della

massa ossea, corticale e

trabecolare, che può anche

raggiungere valori del 50% dopo

pochi anni e che riduce la resistenza

dell’osso e la sua capacità di

sopportare i carichi trasmessigli. protesi d'anca

anatomia funzionale biomeccanica forze meccaniche mobilizzazione scelte

dell'anca ed osteogenesi asettica progettuali

fisiologica protesizzata lubrificazione rimodellamento micromovimenti ancoraggio

accoppiamenti

fattori meccanici fattori biologici

femore femore detriti di usura materiali

acetabolo acetabolo stab. primaria mob. settica osteolisi secondaria finiture sup.

osteoinduzione rivestimenti sup.

mobilizzazione

tecnica chirurgica modularità

stab. secondaria diametro testa

stelo

acetabolo

Mobilizzazione asettica

La mobilizzazione asettica continua ad essere una delle

principali causa di fallimento delle protesi d'anca

maggiormente presente nei soggetti più giovani e di

maggior massa corporea

Qualunque sia il meccanismo che conduce alla

mobilizzazione, essa è certamente favorita dalla mancanza

di stabilità dell'impianto nell'immediato post-

operatorio

Mobilizzazione asettica

Fra le cause che concorrono a determinare la mobilizzazione asettica sono

predominanti:

• i fattori meccanici, come la presenza di movimenti tangenziali, dovuti

alle diverse caratteristiche dei materiali a contatto

• la produzione di detriti, sia metallici che di polietilene

• la qualità dell'osso in cui è posto l'impianto

• le alterazioni meccaniche e geometriche legate al processo di

invecchiamento, sia per la minore capacità dell'osso porotico di

compensare l'elevata rigidezza degli impianti, sia per l'aumento delle

dimensioni interne del canale midollare.

Migrazione e micromovimenti

La differente rigidezza delle strutture a

contatto, la presenza di vincoli in grado di

trasmettere solo sollecitazioni di taglio e

di compressione sono alcuni dei fattori che

rendono inevitabili i micromovimenti

relativi; essi sono, al tempo stesso, causa

ed effetto del tipo di interfaccia presente

fra osso ed impianto

Una distinzione va comunque fatta fra la

migrazione, che rappresenta una

variazione permanente della posizione

dello stelo rispetto all'osso ed il

micromovimento, che definisce lo

spostamento elastico, quindi recuperabile,

presente durante il ciclo del passo

Osteolisi secondaria a detriti

L’osteolisi periprotesica fu descritta per la prima volta da Charnley nel 1975,

si manifesta, per lo più, con una perdita focale

Qualora si verifichi un cospicuo fenomeno di corrosione o d’usura

massiva di un metallo, si osserva la pigmentazione dei tessuti circostanti,

fenomeno detto “metallosi”. Tale evento è frequente nelle protesi con

accoppiamento metallo-metallo.

protesi d'anca

anatomia funzionale biomeccanica forze meccaniche mobilizzazione scelte

dell'anca ed osteogenesi asettica progettuali

fisiologica protesizzata lubrificazione rimodellamento micromovimenti ancoraggio

accoppiamenti

fattori meccanici fattori biologici

femore femore detriti di usura materiali

acetabolo acetabolo stab. primaria mob. settica osteolisi secondaria finiture sup.

osteoinduzione rivestimenti sup.

mobilizzazione

tecnica chirurgica modularità

stab. secondaria diametro testa

stelo

colletto

lunghezza

sezione

collo

acetabolo

metal back

fissaggio

Scelte progettuali

Esistono circa 400 modelli differenti di protesi d’anca

Ancoraggio

con cemento

• biologico

comunque venga realizzato, la mancanza di legami chimici fra osso ed

impianto fa si che esso sia affidato all’azione meccanica della stabilità di

forma e della successiva osteointegrazione esplicata, a livello

microscopico, dalla aree di interferenza fra le superfici corrispondenti

della protesi e dell’osso.

L’uso di rivestimenti in grado di non inibire o di stimolare la ricrescita

ossea rappresenta il primo passo in una diversa direzione che

probabilmente si svilupperà con il contributo dell’ingegneria genetica.

L’elemento di confronto, per ogni nuovo impianto, è costituito dai

risultati delle protesi cementate

Ancoraggio biologico

la protesi non cementata richiede una congruenza anatomica difficile da realizzare

sia nel canale midollare, che sulle superfici di osteotomia.

la distinzione fra protesi cementate e non cementate è assai meno significativa di

quanto fino ad oggi non si sia voluto ritenere. In entrambi i casi la fissazione

microincastri

; eguale l'atrofia

dei componenti è affidata alla presenza di

subita dall'osso, simile il comportamento biochimico dei tessuti presenti

all'interfaccia spesso, analoghe le complicazioni (formazione di cisti e di aree

di osteolisi intorno agli steli cementati, che diede origine al concetto di

"patologia del cemento“)

un intimo contatto osso-protesi Ciò vuol dire che, fra le due superfici, vi deve

essere una distanza massima compresa fra 0.3-0.5 mm (Carlsson 1988) e 1 mm

(Harris et al. 1983).

Î

Vantaggi assenza di cemento da rimuovere in caso di reimpianto

consentirebbe di ottenere un ancoraggio tridimensionale, fra protesi

ed osso, in grado di trasferire, attraverso l'interfaccia, anche

sollecitazioni di trazione

Osso spugnoso

Tantalio Zweymuller K.A.

C.O.R.R. 1988

microincastri ???

Ancoraggio con cemento

• Ottima congruenza anatomica

• Carico precoce

MA

La reazione di polimerizzazione è fortemente

esotermica

La rimozione del cemento, nel corso di un

reimpianto, è complessa


PAGINE

36

PESO

3.17 MB

AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

La dispensa fa riferimento alle lezioni di Traumatologia e Ortopedia, tenute dal Prof. Quagliarella nell'anno accademico 2012.
Il documento è dedicato alle protesi dell'anca.
Tra gli argomenti affrontati: artroprotesi, acetabolo, valutazione biomeccanica, osteolisi, ancoraggio, sistemi per installare le protesi.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in medicina e chirurgia (ordinamento U.E.)
SSD:
Università: Bari - Uniba
A.A.: 2012-2013

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Traumatologia e Ortopedia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Bari - Uniba o del prof Quagliarella Livio.

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