UHMWPE: Polietileno de ultra-alto peso molecular

XLPE: Polietileno reticulado

Ambos os materiais são amplamente utilizados em Substituição articular Implantes como interfaces de fricção. Hoje, vou aprofundar a análise das propriedades dos materiais, vantagens e desvantagens desses implantes. Vamos verificar se você fez a escolha certa para uso clínico.

• O que são UHMWPE e XLPE?

O polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE) tradicional é produzido pela polimerização do etileno em pó fino e posterior utilização de processos como moldagem por compressão ou extrusão a pistão sob alta pressão e temperaturas de fusão. O UHMWPE utilizado em implantes articulares frequentemente passa por irradiação de baixa dose para esterilização.

O polietileno reticulado (XLPE) é uma forma modificada de polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE). A dose de radiação para materiais de revestimento de polietileno altamente reticulado geralmente varia de 50 a 100 kGy. Após a irradiação, o material é aquecido acima de sua temperatura de fusão (135 °C) ou recozido abaixo dessa temperatura. Neste artigo, o termo polietileno altamente reticulado refere-se ao XLPE produzido sob essas condições específicas de processamento.

• Desempenho mecânico: UHMWPE vs XLPE

A reticulação aumenta a densidade do PE, melhorando assim sua resistência ao desgaste. No entanto, as propriedades mecânicas do polietileno altamente reticulado podem ser afetadas em certa medida devido ao aumento da densidade de reticulação, e o pós-processamento pode afetar ainda mais as propriedades mecânicas/desempenho oxidativo.

Desempenho de tração quase estático

A pesquisa de Gomoll et al. descobriu que, para um determinado grau de cristalinidade, uma alta reticulação no polietileno leva a uma diminuição do módulo, da resistência à fratura e da ductilidade (a ductilidade está relacionada à deformação na fratura) (Tabela 1, destaques em azul).

Tabela 1: Propriedades físicas do polietileno de ultra-alto peso molecular em diferentes doses de radiação

As propriedades mecânicas são derivadas de curvas reais de tensão-deformação, enquanto a tenacidade à fratura é determinada usando o método do integral J de Rice e Sorenson.

Tenacidade à fratura

A pesquisa de Gencur et al. [3] demonstra uma correlação linear entre a dose de radiação e a tenacidade à fratura (Figura 2), com altas doses de radiação gama reduzindo significativamente a tenacidade à fratura do polietileno altamente reticulado.

Gomoll e colegas[2] descobriram que em doses baixas (≤50 kGy), a reticulação aumenta a resistência à fratura, enquanto o polietileno altamente reticulado apresenta fratura espontânea e instável após atingir o JIC (Tabela 1, destacado em vermelho).

Resistência à propagação de trincas por fadiga

Baker et al.[4,5] descobriram que o valor inicial de propagação de trincas, ΔKincep, diminui com o aumento da dose de reticulação. No XLPE, com uma dose de 200 kGy, ΔKincep diminui 61% em comparação com o UHMWPE, indicando que a alta reticulação tem um efeito adverso na resistência ao crescimento de trincas por fadiga (Tabela 2, destacado em azul).

Tabela 2: Dados de propagação de trincas por fadiga para polietileno de alto peso molecular e polietileno reticulado

• Como escolher entre UHMWPE e XLPE?

O polietileno reticulado (XLPE) demonstrou excelente resistência ao desgaste em cirurgias de artroplastia total do quadril (ATQ), graças à sua excepcional resistência ao desgaste abrasivo e adesivo. Isso levou à recente adoção do polietileno altamente reticulado (XLPE) em ATQ. Substituição do joelho Cirurgia de substituição total do joelho (TKR).

Mas será que a eficácia da reticulação se mantém na ATJ? A pesquisa [6] sugere que isso depende em grande parte dos tipos de movimento e tensões envolvidos no rolamento de polietileno.

Ao contrário da articulação esférica de alta conformidade observada na artroplastia total do quadril (com seu desgaste abrasivo e adesivo único), a congruência das superfícies articulares femorotibiais na artroplastia total do joelho é relativamente menor, envolvendo mais movimentos de deslizamento e rolamento, conforme ilustrado na Figura 3.

A) A área de contato dentro da articulação gera tensão compressiva ao longo da superfície do inserto, perpendicular à superfície do implante do côndilo femoral.

B) À medida que o ponto de contato se move, uma nova área de contato é formada, criando uma zona de tensão compressiva correspondente.

C) O movimento alternado dos pontos de contato gera tensão de tração cíclica sob a superfície da junta de inserção.

Com base nos princípios biomecânicos mencionados acima e considerando as características do material, pode-se observar que, se o polietileno altamente reticulado (XLPE) for usado como material de inserção na artroplastia total do joelho (ATJ), os problemas potenciais podem incluir corrosão por pite, delaminação e concentração de tensão, levando a fraturas da inserção.

Cenário 1:

A tensão de tração na borda do inserto de polietileno e a tensão de cisalhamento superficial na área de contato da junta podem levar à formação de pitting e delaminação do inserto. A reticulação, no entanto, pode reduzir a resistência à propagação de trincas, aumentando assim o risco de falha por desgaste por fadiga no inserto. Essa situação é ilustrada na Figura 4.

A seta da esquerda indica fissuras e delaminação inicial abaixo da superfície do inserto. A seta da direita mostra uma área de delaminação no centro do inserto.

Cenário 2:

À medida que a carga sobre o pino tibial e ao redor da borda do inserto aumenta, ocorre desgaste nessa região. A menor resistência à fadiga e a ductilidade reduzida do XLPE aumentam sua sensibilidade a esse tipo de dano no inserto. Em casos extremos, isso pode levar a consequências graves, como fratura do pino tibial e da borda do inserto, conforme ilustrado na Figura 5.

A reticulação reduz o desgaste abrasivo e adesivo em materiais de polietileno altamente reticulado (XLPE). No entanto, parece não reduzir os riscos de propagação de trincas, deformação, corrosão por pite e delaminação comumente observados em próteses totais de joelho (PTJ). A menor tenacidade, ductilidade e resistência à fadiga do polietileno altamente reticulado (XLPE) pode levar à falha eventual dos insertos de PTJ com componente tibial fixo. Portanto, o uso de polietileno altamente reticulado em PTJ permanece questionável.

Então, como escolher entre esses dois materiais? Veja a tabela abaixo para mais detalhes.

Tabela 3: Seleção recomendada do material ideal para o inserto em diferentes cenários

O sistema de articulação do joelho Gass oferece uma variedade de insertos de polietileno, moldados por compressão a partir de material UHMWPE importado da Alemanha. Isso garante excelente resistência ao desgaste abrasivo e adesivo, além de proporcionar resistência superior ao desgaste por fadiga.

Referências