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Ensaios Biomecânicos Comparativos de Espaçador Intervertebral Posterior Impactado Fabricado em Ti-6Al-4V e em PEEK
Mazzei, A. C. A. M.1,2, Lovón, J.J.1, Pagani, A.S.1, Lombello, C. B.1, Reis, G. M.1 1 GM Reis Implantes - Rua Antonio Carlos Sebastião, 120, Campinas, SP, 13052-504 2 Depart. Eng.de Materiais, FEM - UNICAMP, SP, C.P. 6066, 13081-970, Campinas (SP), Brasil Introdução e objetivos
Para a fabricação da maior parte dos implantes ortopédicos, os materiais metálicos são os que apresentam a melhor relação entre propriedades mecânicas e biocompatibilidade (Chohfi et al., 1997). A ampla utilização destes materiais impulsionou o desenvolvimento de ligas como, por exemplo, a liga Ti-6Al-4V, conforme a ASTM F 136, de elevada resistência mecânica, tenacidade à fratura e resistência a degradação por corrosão. Paralelamente ao desenvolvimento dos materiais metálicos, a necessidade de se obter materiais com propriedades mecânicas mais próximas às dos ossos e com maior resistência à corrosão, levou ao desenvolvimento de outros materiais, como por exemplo, o biopolímero PEEK - poli-éter-éter-cetona, conforme ASTM F 2026. O PEEK, é um termoplástico que apresenta altos valores de resistência mecânica, boa estabilidade dimensional, alta resistência ao desgaste e abrasão, além de boa resistência química, sendo resistente a vários compostos orgânicos e inorgânicos. Além destas propriedades, o material PEEK também é radioluscente e compatível com processos de esterilização. Dependendo da solicitação biomecânica de uma determinada aplicação, os dois materiais podem ser utilizados para a fabricação de um mesmo tipo de implante. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi o de comparar as propriedades mecânicas e o desempenho sobre compressão de um mesmo implante fabricado em titânio liga e em PEEK.. Metodologia Como corpos de prova foram utilizados Espaçadores Intervertebrais Posteriores Impactados, marca GM Reis (www.gmreis.com.br) confeccionados em titânio liga e em PEEK, conforme Figura 1. Os ensaios realizados foram ensaios estáticos de compressão, conforme a norma ASTM 2077. Dois implantes de cada material foram testados. Os ensaios foram realizados em meio corrosivo (9% de NaCl) com a manutenção da temperatura de 36ºC constante. Figura 1: Espaçador Intervertebral Posterior Impactado.
Resultados e discussões As curvas Carga versus Deformação obtidas nos ensaios realizados são mostradas na figura 2, e as propriedades mecânicas avaliadas são apresentadas na tabela 1. Figura 2: Curvas Carga (Kgf) versus Deformação (mm) médias obtidas para os Espaçadores Posteriores Impactados confeccionados em titânio liga e PEEK.
Um Espaçador Posterior Impactado é um elemento de fusão, que tem função estrutural e a finalidade de fornecer suporte para uma eventual artrodese dos corpos vertebrais adjacentes. O ensaio estático de compressão realizado é capaz de ilustrar a carga máxima que este espaçador pode suportar sobre compressão (principal solicitação mecânica de sua aplicação) e avaliar quais os danos permanentes que podem ocorrer após a máxima solicitação de compressão. O espaçador confeccionado em titânio liga suportou cargas de compressão extremamente altas; o valor médio do Limite de Resistência a Compressão foi de 3678 Kgf. Já para os espaçadores confeccionados em PEEK, o valor médio do Limite de Resistência à Compressão teve como valor médio 669 Kgf. Todos os espaçadores testados apresentaram deformação plástica após a máxima carga de compressão, mas nenhum dos espaçadores testados quebrou, nem mesmo apresentou trincas ou sinais de fratura na região de maior deformação plástica após o término do ensaio. Os resultados dos ensaios realizados mostram que, os espaçadores confeccionados em PEEK em titânio liga são capazes de suportar o valor da máxima força de compressão exercida pela coluna vertebral, cerca de 400 Kgf (Wilke, et al., 1999). Olhando-se a tabela 1 e a figura 2, observa-se inclusive, que este valor de carga, 400 Kgf, está abaixo do Limite de Escoamento dos dois espaçadores, ou seja, sujeito a este valor de carga, não haverá a ocorrência de nenhum tipo de deformação permanente nos espaçadores. A vantagem e a diferença na utilização do material PEEK vem do fato de que a rigidez a compressão obtida para o espaçador em PEEK ser menor do que a obtida para o espaçador em Ti-6Al-4V, o que além de ser um valor mais próximo à rigidez dos ossos, implica também em uma melhor capacidade do material em absorver energia de impacto, ou seja, sua biofuncionalidade é maior do que a do titânio liga para esta aplicação em particular. Conclusões Os dois materiais são adequados para a fabricação dos espaçadores Posteriores Impactados, ressaltando-se apenas que o material PEEK apresenta um valor de rigidez menor, o que implica em maior absorção de impacto além de ser um material radioluscente. Referências Chohfi, M., Köberle, G., Reis, F. B. Revista Brasileira de Ortopedia, v.32 n.10, p.760-766, 1997. ASTM F 136 - Standard Specification for Wrought Titanium-6Aluminum-4Vanadium ELI (Extra Low Interstitial) Alloy for Surgical Implant Applications ASTM F 2026 - Standard Specification for Polyetheretherketone (PEEK) Polymers for Surgical Implant Applications ASTM F 2077 - Test Methods For Intervertebral Body Fusion Devices Wilke H-J, Neef P, Caimi M, Hoogland T, Claes L. Spine 24(8):755-762 , 1999. |
