Exercício 16: Por que a cabeça de cerâmica é preferível à cabeça de metal contra o copo acetabular de UHMWPE, em próteses coxofemorais?
Passo 1
O enunciado pergunta por que a cabeça de cerâmica é preferível à cabeça metálica quando articulada contra um copo acetabular de UHMWPE em próteses coxofemorais. O conteúdo envolve tribologia (desgaste por atrito), em especial a Lei de Archard, que relaciona o volume de desgaste do UHMWPE com a carga, a distância de deslizamento, a dureza do material e um coeficiente adimensional de desgaste.
Passo 2
A Lei de Archard é dada por
onde
é o volume de desgaste do UHMWPE,
é a carga normal sobre a articulação,
é a distância total de deslizamento,
é a dureza do material mais macio (no caso, o UHMWPE),
e é o coeficiente de desgaste, que depende da rugosidade e da compatibilidade dos pares de materiais.
e
Passo 3
Como
aparece no denominador de
,
um aumento da dureza relativa da cabeça reduz . As cerâmicas usadas em próteses (por ex. alumina ou zircônia) têm dureza
muito maior que a dos metais ortopédicos (
). Logo, para a mesma carga
e mesmo deslizamento
, o desgaste
do UHMWPE será muito menor com cabeça cerâmica do que com cabeça metálica.
um aumento da dureza relativa da cabeça reduz
Passo 4
Além disso, o coeficiente de desgaste
varia conforme o par de materiais. Ensaios tribológicos mostram que a combinação cerâmica/UHMWPE apresenta
menor do que metal/UHMWPE. Isso faz com que, na prática, o volume de desgaste seja ainda inferior quando se usa cerâmica.
Passo 5
A superfície cerâmica pode ser polida a rugosidades extremamente baixas (por ex.
), ao passo que superfícies metálicas dificilmente alcançam
tão baixo (tipicamente
ou mais). Menor rugosidade reduz picos de abrasão e atrito, contribuindo para a queda adicional de desgaste do UHMWPE.
Passo 6
Por fim, cerâmicas são quimicamente inertes: não sofrem corrosão nem liberam íons metálicos que possam induzir reações inflamatórias ou osteólise ao redor da prótese. A combinação de menor desgaste mecânico e maior biocompatibilidade química confere à cabeça de cerâmica durabilidade superior e menor risco de falha.
Resposta
A cabeça de cerâmica é preferível porque, segundo a Lei de Archard
, sua dureza muito maior (
) e seu coeficiente de desgaste menor (
reduzido), aliados à rugosidade ultrabaixa e à inércia química, resultam em desgaste significativamente menor do UHMWPE e em menor produção de partículas que causam osteólise, prolongando a vida útil da prótese.