Protocolo de classificação de forma e tamanho de partículas de UHMWPE oriundas de desgaste in vitro de próteses de quadril

Abstract

A tese aborda a artroplastia total de quadril, cujo objetivo é restaurar a mobilidade e aliviar a dor em pacientes com patologias no quadril, por meio de próteses que compreendem partes femorais e acetabulares. Apesar do amplo uso do par metalpolietileno, problemas como infecção, fraturas e osteólise persistem, afetando a longevidade das próteses. A osteólise, desencadeada pelo desgaste de partículas de polietileno de ultra alto peso molecular, representa um desafio na fixação da prótese. Para compreender melhor esse fenômeno, estudos se concentram na caracterização das partículas de desgaste, com a norma ASTM F1877-16 fornecendo parâmetros de análise. No entanto, a falta de uniformidade nas metodologias destaca a necessidade de uma abordagem mais padronizada. A pesquisa realizou uma revisão sistemática para investigar as abordagens metodológicas usadas para analisar tamanho, forma e morfologia das partículas de polietileno de ultra alto peso molecular originadas do desgaste de próteses de quadril. Em um estudo experimental, foram analisados pares tribológicos de seis fabricantes diferentes, ensaiados em um simulador de desgaste por 15 milhões de ciclos por fabricante. As partículas foram filtradas e analisadas por microscopia eletrônica de varredura, e em seguida, caracterizadas por uma metodologia desenvolvida durante o estudo. Os resultados revelaram correlação significativa entre a taxa de desgaste e as propriedades físico-químicas do polietileno de ultra alto peso molecular utilizado na fabricação dos insertos. O uso inadequado de radiação gama, seja para aprimorar as propriedades por meio da reticulação ou apenas para esterilizar os componentes, pode resultar em danos irreversíveis, elevando as taxas de desgaste a níveis comparáveis aos dos insertos convencionais. Os insertos esterilizados por radiação gama apresentaram partículas de desgaste menores em comparação aos convencionais, mas não houve diferença significativa na morfologia. A predominância de partículas com morfologia fibrilar foi observada em todos os ensaios. A metodologia desenvolvida para caracterizar as partículas pode ser replicada, facilitando a análise e promovendo a comparabilidade dos resultados entre estudos. Este trabalho contribui para o avanço das estratégias de análise de partículas de desgaste, fornecendo base para futuras pesquisas e aplicações tecnológicas, visando melhorar o design das próteses e reduzir a necessidade de cirurgias de revisão e custos associados.

Abstract: The thesis addresses total hip arthroplasty, aimed at restoring mobility and alleviating pain in patients with hip pathologies, through prostheses comprising femoral and acetabular components. Despite the widespread use of the metal-polyethylene pair, issues such as infection, fractures, and osteolysis persist, affecting the prosthesis longevity. Osteolysis, triggered by the wear of ultra-high molecular weight polyethylene particles, poses a challenge in prosthesis fixation. To better understand this phenomenon, studies focus on characterizing wear particles, with ASTM F1877-16 providing analysis parameters. However, the lack of uniformity in methodologies underscores the need for a more standardized approach. The research conducted a systematic review to investigate the methodological approaches used to analyze the size, shape, and morphology of ultra-high molecular weight polyethylene wear particles originating from hip prosthesis wear. In an experimental study, tribological pairs from six different manufacturers were analyzed, tested in a wear simulator for 15 million cycles per manufacturer. The particles were filtered, analyzed by scanning electron microscopy, and then characterized using a methodology developed during the study. Results revealed a significant correlation between wear rate and the physical-chemical properties of the ultra-high molecular weight polyethylene used in insert manufacturing. Improper use of gamma radiation, either to enhance properties or merely to sterilize components, can result in irreversible damage, elevating wear rates to levels comparable to conventional inserts. Gamma-sterilized inserts exhibited smaller wear particles compared to conventional ones, but there was no significant difference in morphology. The predominance of particles with fibrillar morphology was observed in all tests. The methodology developed for particle characterization can be replicated, facilitating analysis and promoting result comparability across studies. This work contributes to advancing wear particle analysis strategies, providing a basis for future research and technological applications aimed at improving prosthesis design and reducing the need for revision surgeries and associated costs.