Análise comparativa de dano e oxidação em insertos tibiais de prótese total de joelho retirados de pacientes

Abstract

Esta pesquisa tem como objetivo a avaliação de cinco insertos tibiais, de 3 fabricantes diferentes, provenientes de artroplastias totais de joelho com tempo até a revisão entre 3 a 5 anos. O foco de análise será a avaliação de modos de desgaste observados macroscopicamente e sua correlação com características do material, como índice de oxidação e cristalinidade, dados clínicos e radiografias dos pacientes. Essas correlações foram realizadas estatisticamente, utilizando o programa SigmaPlot 11.0. A avaliação macroscópica foi realizada através de uma técnica semiquantitativa extensivamente utilizada na literatura internacional, para a criação de mapas de dano, reconstrução do côndilo com imagens do estereoscópio e correlações com radiografias e demais variáveis. As avaliações de índice de oxidação e cristalinidade foram realizadas por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier e Calorimetria Exploratória Diferencial, respectivamente, com uma metodologia de regiões de análise voltada para à superfície articular. A avaliação das radiografias indicou desalinhamento varo em quatro das cinco amostras, o que pôde ser correlacionado com a intensidade de danos na superfície articular observada nos mapas de dano e reconstruções dos côndilos. A avaliação dos modos de dano mostrou diferenças entre amostras, principalmente em casos onde ocorreram fratura periprotética e soltura asséptica, que podem influenciar no volume de partículas ósseas liberadas e, portanto, em danos abrasivos observados. A análise de oxidação da superfície provou ter resultados significativos, com valores médios entre 0,2 e 0,72, mas estatisticamente não correlatos as regiões com maior desgaste. A avaliação da superfície e subsuperfície indicou uma tendência de redução dos valores de oxidação com a profundidade. O índice de transvinileno, que indica a reticulação do material, foi maior nos insertos reticulados. A exceção de uma amostra que obteve alto valor de cristalinidade, as demais amostras se mantiveram dentro de uma faixa aceitável para este material, em torno de 55% de cristalinidade. As correlações entre dados clínicos e parâmetros relacionados ao desgaste macroscopicamente observado tiveram correlação forte, principalmente para o tempo de implantação, o peso e IMC dos pacientes, permitindo regressões lineares que expressassem isso para este conjunto de amostras. Oxidação apresentou uma relação inversamente proporcional com o tempo de serviço, o que vai contra o observado na literatura, possivelmente um resultado do pequeno número de amostras e de suas particularidades e de fatores desconhecidos, como o tempo de prateleira destes componentes. O método proposto para avaliação macroscópica poderia ser mais estratificado, de forma a melhor diferenciar amostras altamente desgastadas, como A4, de amostras desgastadas como A3. A análise de oxidação na superfície articular apresentou resultados similares a literatura no tema, onde as lâminas são geralmente extraídas do plano sagital e não axial. Os níveis de oxidação observados foram aceitáveis e não indicariam degradação generalizada do material das amostras, possivelmente apenas degradação pontual.

Abstract: This research aims to evaluate five tibial inserts from three different manufacturers, taken from total knee arthroplasties with a time until revision between 3 to 5 years. The focus of analysis will be the assessment of wear modes observed macroscopically and their correlation with material characteristics, such as oxidation index and crystallinity, clinical data, and patients? radiographs. These correlations were statistically analyzed using the SigmaPlot 11.0 program. Macroscopic assessment was performed using a semi-quantitative technique extensively used in international literature to create damage maps, condyle reconstruction with stereoscope images, and correlations with radiographs and other variables. Oxidation index and crystallinity assessments were conducted through Fourier-transform infrared spectroscopy and Differential Scanning Calorimetry, respectively, with a region analysis methodology focused on the articular surface. Radiographic evaluations indicated varus misalignment in four out of five samples, which could be correlated with the intensity of damage on the articular surface observed in damage maps and condyle reconstructions. Assessment of damage modes showed differences between samples, especially in cases of periprosthetic fracture and aseptic loosening, which may influence the volume of released bone particles and therefore abrasive damage observed. Surface oxidation analysis proved to have significant results, with mean values between 0.2 and 0.72, but statistically not correlated with regions of greater wear. Surface and subsurface evaluations indicated a trend of reduction in oxidation values with depth. The transvinylene index, indicating material cross-linking, was higher in cross-linked inserts. With the exception of one sample with high crystallinity value, the other samples remained within an acceptable range for this material, around 55% crystallinity. Correlations between clinical data and parameters related to macroscopically observed wear had a strong correlation, especially for implantation time, weight, and BMI of patients, allowing linear regressions to express this for the sample set. Oxidation showed an inversely proportional relationship with service time, contrary to what is observed in the literature, possibly due to the small number of samples and their particularities and unknown factors, such as the shelf life of these components. The proposed method for macroscopic evaluation could be more stratified to better differentiate highly worn samples, such as A4, from worn samples like A3. Oxidation analysis on the articular surface showed similar results to the literature on the subject, where the slices are generally extracted from the sagittal rather than the axial plane. The observed oxidation levels were acceptable and would not indicate generalized degradation of the material of the samples, possibly only localized degradation.