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
V = K F,sH,
onde
V é o volume de desgaste do UHMWPE,
F é a carga normal sobre a articulação,
s é a distância total de deslizamento,
H é a dureza do material mais macio (no caso, o UHMWPE),
e K é o coeficiente de desgaste, que depende da rugosidade e da compatibilidade dos pares de materiais.

Passo 3

Como H aparece no denominador de
V = KF,sH,
um aumento da dureza relativa da cabeça reduz V. As cerâmicas usadas em próteses (por ex. alumina ou zircônia) têm dureza Hcer muito maior que a dos metais ortopédicos ( Hmet). Logo, para a mesma carga F e mesmo deslizamento s, o desgaste V do UHMWPE será muito menor com cabeça cerâmica do que com cabeça metálica.

Passo 4

Além disso, o coeficiente de desgaste K varia conforme o par de materiais. Ensaios tribológicos mostram que a combinação cerâmica/UHMWPE apresenta K 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. Raapprox0,01,mum), ao passo que superfícies metálicas dificilmente alcançam Ra tão baixo (tipicamente 0,05,mum 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 V = K(F,s)/H, sua dureza muito maior ( Hcergg Hmet) e seu coeficiente de desgaste menor ( K 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.

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