VII.-METALES EN FIJACIÓN EXTERNA
En fijación externa el montaje (exterior) generalmente es metálico y
particularmente es utilizado el acero, en sus diversas calidades, pero esto no
significa que sea el mejor elemento por ser más duro o rígido, porque no existe
un sólido rígido.
¿Es importante la Metalurgia en los materiales de Osteosíntesis?
Creemos que es necesario conocer algunos conceptos básicos y
especialmente la aplicación de principios de mecánica por que aún los metales
muy rígidos son susceptibles de cambios estructurales.
La dureza, ductilidad y maleabilidad
son importantes en la confección de los materiales de osteosíntesis,
sean estos metales puros o aleaciones. Además debemos considerar las
propiedades mecánicas que proporcionan elasticidad y plasticidad las que se deben considerar para su correcta aplicación.
Sin embargo es de suma importancia
considerar la biocompatibilidad de los implantes.
METALURGIA:
Es la ciencia y técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde los minerales metálicos hasta los no
metálicos.
El
tratamiento de los metales puede ser térmico, térmico químico y mecánico.
DUREZA:
Capacidad de los metales de resistir el rayado
MALEABILIDAD:
Propiedad de algunos materiales
de poder ser descompuestos en láminas sin romperse, entre estos están el oro, la plata, el aluminio. Estos metales maleables tienen la ventaja de no ser afectados por la corrosión o el
óxido.
DUCTILIDAD:
Capacidad del metal o aleaciones metálicas de deformarse sin romperse extendiéndose con
facilidad hasta formarse hilos y alambres. Ej.: cobre, acero
PROPIEDADES MECANICAS
ELASTICIDAD:
El metal recupera su forma original después de ser comprimido o
estirado por una fuerza externa.
PLASTICIDAD:
El metal se deforma permanentemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima
de su rango elástico.
Cuando una fuerza
externa actúa sobre un metal, causa un esfuerzo o tensión en
el interior del material provocando
la deformación del mismo.
El máximo esfuerzo que un material puede
soportar antes de quedar permanentemente
deformado se llama límite de elasticidad.
Los conceptos mencionados están
relacionados a la biomecánica y debemos
considerar necesariamente las
FUERZAS Y RESISTENCIAS de los cuerpos que participan cuando utilizamos
fijación externa, porque, lo que
queremos conseguir, es la estabilidad.
RUPTURA DE PLACA
Complicación por
inestabilidad, la fase
elástica del hueso permitió su consolidación, los tornillos no se
aflojan lo que significa que actúan como
brazos de palanca y superan la fase Elástica del implante se
supera también su
fase Plástica y se Rompe
el sólido implante.
¿Por qué se rompe un implante?
Un implante se rompe por que inciden muchos factores que ocasionan un
ciclo de carga repetida superando las
fases elásticas y plásticas del material dando lugar a fatiga cuya última fase es la rotura o fractura
del material.
FATIGA DE LOS METALES-Definición-Significado
Fatiga es el proceso de cambio estructural, localizado, permanente y
progresivo, sufrido por un material el que
está expuesto a condiciones que le producen tensiones y
deformaciones en uno o varios puntos y que puede conducir a la producción de
grietas o la rotura, después de un
número suficiente de fluctuaciones. Es un fenómeno por el cual la rotura de los
materiales ocurre bajo cargas dinámicas cíclicas que se producen más fácilmente
que con cargas estáticas.
Esta rotura de una pieza mecánica causada por
solicitaciones repetidas, puede comprobarse con facilidad, doblando
repetidamente un alambre, en un momento determinado se produce la rotura
incluso con esfuerzos muy pequeños. En la práctica lo que ocurre con los
metales es similar a lo que sucede con el hombre, la repetición de un esfuerzo
incluso débil produce un estado de fatiga.
Naturaleza de la fatiga.-
La fatiga es el mecanismo mediante el cual, las
fisuras se incrementan en una estructura. El crecimiento de la fisura se
produce por las tensiones cíclicas
Proceso de rotura por fatiga.-
El origen de la rotura por fatiga se debe a que una
fisura minúscula va extendiéndose
progresivamente hasta cuando no exista
metal sano en su sección, para soportar el esfuerzo aplicado, se produce
entonces la rotura por deformación plástica.
El estudio de la mecánica de la fractura muestra
que la velocidad de crecimiento de una
fisura es proporcional a la raíz cuadrada de su longitud.
Inicio y propagación de la grieta.-
El proceso de rotura por fatiga se desarrolla a
partir del inicio de una grieta y se continúa con su propagación y finalmente
la rotura.
Inicio.-
Las grietas que originan la rotura o fractura casi
siempre nuclean sobre la superficie en un punto donde existen concentraciones
de tensión. Las cargas cíclicas producen discontinuidades superficiales
microscópicas a partir de escalones producidos por deslizamientos de
dislocaciones, los cuales actuarán como concentradores de la tensión y por
tanto como lugares de nucleación de grietas.
Propagación.-
Etapa I: una vez nucleada la grieta se propaga muy
lentamente a lo largo de planos cristalográficos de tensión de cizalladura.
Etapa II: la velocidad de extensión de la grieta
aumenta muy rápidamente, en este punto la grieta deja de crecer en el eje del
esfuerzo aplicado para comenzar a crecer en dirección perpendicular al mismo esfuerzo.
Rotura.-
Al mismo tiempo que la grieta aumenta en anchura el
extremo avanza por continua deformación por cizalladura. Se alcanza una
dimensión crítica de la grieta y se produce la rotura.
Sin embargo a pesar de su tenacidad o alta
capacidad de absorber energía sin fracturarse, lo que se traduce en altos
niveles de esfuerzo para producir una falla, los componentes metálicos se
rompen o fracturan, de un modo instantáneo o progresivo cuando se someten a la
acción de cargas estáticas y/o dinámicas.
Más aún, teniendo en cuenta la ductibilidad de los
metales y su habilidad para ganar resistencia por deformación plástica, ésta
podría permitirse en cierta magnitud sin que ello lleve necesariamente a una
falla instantánea. No puede decirse lo
mismo sobre el diseño de los componentes sometidos a cargas dinámicas, pues al
contrario de las estáticas su aplicación repetitiva a través del tiempo, aun
cuando el esfuerzo sea menor induce a cambios estructurales internos en el material,
originando micro fisuras que al propagarse llevan a una fractura progresiva,
conocida como fractura por fatiga, que puede ocurrir durante el funcionamiento normal,
sin sobrecargas excesivas y bajo condiciones normales de operación.
Factores
que intervienen a que un material presente susceptibilidad a este tipo de
falla.-
Son diversos los
factores que intervienen en el proceso de rotura por fatiga, aparte de las tensiones
aplicadas.
En general, el
área de la pieza donde se inicia la fisura por fatiga corresponde a aquella,
donde por alguna razón, el esfuerzo
logra niveles superiores, produciéndose una deformación plástica en frío,
localizada y cíclica, concordante con la naturaleza del esfuerzo, lo que genera
pérdida de ductibilidad en este lugar y por consiguiente, con el transcurrir
del tiempo se produce una micro fractura que puede propagarse bajo la acción
del esfuerzo.
Los factores o
razones que inciden directamente en la
elevación local de los esfuerzos y, por tanto en la etapa de inicio de la
fatiga suelen ser de tipo geométrico, mecánico, metalúrgico, de tamaño y
ambiental.
A.-Factores
geométricos.- aspectos de forma, tales como los cambios bruscos de sección,
aristas, esquinas, bordes de agujeros, rugosidades superficiales y
deformaciones pueden actuar como concentradores de esfuerzos.
B.-Factores
mecánicos.-Las sobrecargas frecuentes, la presencia de tensiones residuales y
el tipo de carga (impactos, desbalanceo, vibraciones etc.) pueden contribuir al
agrietamiento prematuro y progresivo de los componentes.
C.- Factores
metalúrgicos.- En este caso es preciso considerar por lo menos tres niveles:
1.- Aspectos de
tipo estructural inherentes a la naturaleza propia de los sólidos poli
cristalinos, como el carácter aleatorio de la orientación de los planos atómicos dentro de cada grano y la mayor o
menor presencia de dislocaciones, hacen que la resistencia varíe de un grano o
cristal a otro y promueve la iniciación de micro grietas.
2.- Aspectos
estructurales derivados del procesamiento del material y/o de la manufactura de
la pieza, como los poros, cavidades de concentración e inclusiones no
metálicas, pueden ser concentradores de las tensiones.
3.- La heterogeneidad
de tipo químico o estructural como las segregaciones, el cambio de tamaño del
grano y de fase debido a calentamiento durante la fabricación, o el ensamble de
las partes, pueden dar lugar a alteraciones de la resistencia del material en
las áreas afectadas.
D.-Factor
tamaño.-a mayor tamaño y bajo las mismas condiciones de esfuerzo, aumentan las
probabilidades de encontrar zonas defectuosas o de baja resistencia que llevan
a la iniciación de grietas de fatiga.
F.-Factores
ambientales.-La naturaleza del medio en que se desempeña el componente (contaminantes,
temperaturas bajas o altas, humedad etc.) puede contribuir a crear problemas de
corrosión o a deteriorar las propiedades mecánicas del material (fragilización
o pérdida de resistencia) favoreciendo así la iniciación de grietas de fatiga.
Influencia del
medio: El medio puede afectar el comportamiento a fatiga (tendencia a fatigar)
de los materiales. Hay dos tipos de fatiga por el medio: fatiga térmica y
fatiga por corrosión.
Fatiga
térmica.-Esta es inducida normalmente por temperaturas elevadas debido a
tensiones térmicas fluctuantes, sin que necesariamente estén presentes
tensiones mecánicas extremas. La causa
de estas tensiones térmicas es la restricción a la dilatación y/o contracción
que normalmente ocurren en piezas estructurales sometidas a variaciones de
temperatura.
Fatiga por
corrosión.-Esta ocurre por acción de una tensión cíclica y ataque químico
simultáneo, además los medios corrosivos tienen una influencia negativa y
reducen la vida a fatiga. Como resultado se producen pequeñas fisuras o
picaduras que se comportarán como concentradoras de tensiones originando
grietas. La etapa de propagación también
aumenta en el medio corrosivo que también corroerá el interior de la grieta
produciendo nuevos concentradores de tensión.
Tipos de cargas
Dinámicas:
1.-Viento, la acción dinámica del viento puede provocar
vibraciones de magnitud variable.
2.-Oleaje, da lugar a acciones dinámicas. La magnitud de la
fuerza depende de las características de las olas y de la forma, tamaño y
profundidad del objeto impactado.
3.-Acción de las personas, consecuencia de movimientos
rítmicos continuos, como caminar, correr, saltar, bailar
4.-Maquinaria, las máquinas funcionando provocan fuerzas dinámicas.
Los des alineamientos y desequilibrios son fuente de vibraciones.
5.-Otras cargas: Impactos, terremotos explosiones.
En la mayoría de las situaciones mencionadas las estructuras están sometidas a ciclos de
tensión no constante.
El diseño, tratamiento superficial y endurecimiento superficial también tienen
importancia.
Diseño
El diseño tiene una gran importancia en la rotura por fatiga.
Cualquier discontinuidad geométrica actúa como concentradora de tensiones y es
por donde puede nuclear la grieta de fatiga. Cuanto más aguda es la
discontinuidad, más severa es la concentración de tensiones.
La probabilidad de rotura
por fatiga puede ser reducida evitando estas irregularidades estructurales, o
sea, realizando modificaciones en el diseño, eliminando cambios bruscos en el
contorno y exigiendo superficies
redondeadas con radios de curvatura grandes.
Tratamientos superficiales
En las operaciones de
mecanizado, se producen pequeñas rayas y surcos en la superficie de la pieza
por acción del corte. Estas marcas disminuyen la vida del material y aumenta el
inicio de la fatiga (disminuye la vida a fatiga) pues son las pequeñas grietas las que son más fáciles de
aumentar. Mejorando el acabado superficial mediante pulido aumenta la vida del
material por que disminuye el inicio de la fatiga (aumenta la vida a fatiga)
Endurecimiento superficial
Es una técnica por la cual
se aumenta tanto la dureza superficial como la vida a fatiga de los aceros aleados. Esto se lleva a cabo mediante procesos de carburación y
nitruración, en los cuales un componente es expuesto a una atmósfera rica en
carbono o en nitrógeno a temperaturas elevadas.
RESISTENCIA
A LA FATIGA:
Siempre
será posible mejorar la resistencia y durabilidad de los componentes metálicos
que trabajan en condiciones de fatiga, si se consideran los factores
mencionados y se aplican los correctivos a través de todas y cada una de las
etapas de la fabricación, desde un diseño del componente que considere los
factores de tipo geométrico y de tamaño, una buena elección de sus propiedades mecánicas,
(en lo posible de su tenacidad a la fractura para determinar tamaños máximos
tolerables) y una vigilancia permanente durante el funcionamiento para evitar sobrecargas,
minimizar vibraciones y evitar ambientes peligrosos.
La
resistencia a la fatiga depende de una serie de factores .Además de la
composición, estado y procedimiento de obtención del material, hay que
considerar la clase y frecuencia de las solicitaciones, y especialmente la
configuración de los elementos constructivos (distribución de fuerzas,
tensiones máximas, superficie) La denominación “resistencia a la fatiga” se
utiliza como concepto genérico para todos los casos de solicitud alternativa.
Influencia
del material.- La resistencia a la fatiga se aumenta mediante deformación de
soluciones cristalinas, la conformación en frío y el endurecimiento.
Influencia
de solicitación.-Para evaluar la resistencia a la fatiga se considerará el tipo de solicitación:
tracción, compresión, flexión alternativa, rotativa.
Además
de los anteriores factores también influyen en la resistencia a la fatiga los
máximos de tensión, el estado superficial, el ambiente, la soldadura y la
temperatura.
Factores que influyen en
la resistencia a fatiga.-
1.-Disminución
de la tensión
2.-Tamaño.-
a mayor tamaño mayor probabilidad de existencia de puntos débiles o defectos
3.-Acabado
superficial.- cuanto más rugosas son las superficies, más sensibles son.
4.-Temperatura.-
a bajas temperaturas los metales aumentan su resistencia a la fatiga.
5.-Corrosión.-
Favorece el inicio de la fatiga.
Desgaste.-
Otro
concepto que se debe considerar es lo referente al desgaste, que es la degradación
física (pérdida de material, aparición de grietas, deformación plástica,
cambios estructurales como transformación de fase o re cristalización,
fenómenos de corrosión etc.) debido al movimiento entre la superficie de un
material sólido y uno o varios elementos de contacto.
Considerando
lo descrito, comprendemos que son muchos los factores que determinan la rotura
de los metales, por lo que resulta prácticamente imposible predecir las fallas, y fabricar elementos mecánicos
totalmente seguros.
Lo
que se debe hacer como medida de
seguridad es evitar la rotura
considerando un tiempo de vida útil
de las piezas de zonas de resistencia variable, sustituyéndolas luego de un breve tiempo de
uso, como se lo hace en construcciones aeronáuticas o en vehículos de
competencia.
En
consecuencia, la filosofía de considerar el análisis de falla como criterio
retro alimentador del diseño permite reducir los riesgos de fallas futuras.
MATERIAL DE LOS CLAVOS DEL FERN
Los clavos que utiliza el FERN,
son de acero. Sobre este material existe
mucha información por la gran variedad de tipos de acero.
El acero es la aleación de
hierro, cromo y carbono, con una cantidad de carbono en diferentes proporciones
que le permite mejorar sus propiedades físico-químicas.
Existen muchos tipos de acero en relación al porcentaje de carbono y
otros elementos de aleación. Este material tiene muchas clasificaciones pero la que consideraremos es la que se
refiere a sus usos, de los que solo nos
interesan los aceros inoxidables.
El acero es el resultado de una aleación, que además se puede unir con
otros elementos para obtener algunas mejoras y que es importante conocer.
Cromo.-forma carburos muy duros y comunica al acero mayor dureza
resistencia y tenacidad a altas temperatura. Además mejora la resistencia a la
corrosión, y se usa en aceros inoxidables.
Molibdeno.-aumenta el endurecimiento del acero, así como su tenacidad.
Los aceros inoxidables austeníticos lo usan
para mejorar la resistencia a la corrosión.
Nitrógeno.-se usa en algunos aceros para promover la formación de
austenita
Níquel.-se usa para producir acero inoxidable por que aumenta la
resistencia a la corrosión.
Tungsteno.-forma con el hierro carburos complejos y muy duros soportando bien altas temperaturas.
Clasificación de los aceros inoxidables según Norma AISI (American
Iron Steel Institute)
Los aceros inoxidables según su estructura cristalina se clasifican
en:
Aceros Martensíticos
Aceros Ferríticos
Aceros Austeníticos
Aceros Austenoferríticos
Sobre la base de un determinado grado:
AISI 420 para los
Martensíticos; AISI 430 para los Ferríticos ; AISI 304 y AISI 316 para
los Austeníticos y AISI 201 y AISI 202 para los Austenoferríticos, modificando
uno o varios elementos de aleación se
mejoran algunas propiedades y/o usos.
¿Qué significa 316?
Tiene bajo contenido de carbón a 0.3% para tener más resistencia a la
corrosión haciéndolo biocompatible.
Acero 316L (Austenítico)
Es el acero que utilizamos para la confección de nuestros clavos
(FERN).Es un acero inoxidable aleado con Molibdeno mucho más resistente a la
corrosión que otros aceros, lo que le confiere una alta resistencia a ácidos no oxidantes y a la corrosión por
picadura. Es conocido como acero quirúrgico, y es muy resistente a la corrosión
química y atmosférica. Su bajo contenido de carbono hace aumentar la
temperatura de resistencia a la corrosión intracristalina hasta los 400°C por
lo que es ampliamente utilizado en la industria médico-quirúrgica.
Consideramos que es pertinente
precisar que la resistencia a la corrosión es solo un factor que puede
ocasionar complicaciones en la práctica clínica, las presiones que se repiten
cíclicamente afectarán no solo al material metálico sino también al componente óseo,
por lo que será imprescindible cumplir la técnica quirúrgica adecuada para
evitar complicaciones..
BIOCOMPATIBILIDAD
La biocompatibilidad se puede definir como la aceptabilidad biológica
de materiales no vivos (biomateriales) por parte de los tejidos susceptibles de
estar en contacto con ellos. Se puede afirmar que lo más importante de un
biomaterial es que sea biocompatible. Para evaluar esta propiedad se han
establecido ensayos que permiten
determinar los grados de compatibilidad (de toxicidad).
Esta compatibilidad puede ser analizada desde varios niveles de
interacción:
- La interacción entre el material y los tejidos.
- La reacción resultante de la degradación del material.
- Factores mecánicos (elasticidad, tenacidad).
La implantación de un biomaterial implica una lesión en los tejidos
vivos, siendo su primera reacción una
inflamación, a la que le seguirá un proceso reparador y finalmente la
cicatrización.
El proceso inflamatorio consta de dos etapas. Primero una inflamación
aguda como respuesta inmediata a la lesión, produciéndose dilataciones
vasculares, con aumento de permeabilidad capilar. En esta etapa las células
sanguíneas fagocitan las sustancias extrañas. Posteriormente, se produce la
inflamación crónica siendo una respuesta exudativa en la cual predominan los
fibroblastos acompañadas de leucocitos y
macrófagos. La cicatrización lleva consigo una exudación de leucocitos
(neutrófilos) que protegen al cuerpo de microorganismos, y posteriormente
aparece la fibrina portando células de tejido conectivo.
La respuesta del tejido conectivo a los implantes puede producir una
fibrosis mínima, que sería el caso de un sólido no tóxico, no habiendo
degradación de tejidos y siendo el proceso inflamatorio de respuesta, semejante
al de cicatrización de una incisión. Sin embargo la presencia del implante
prolonga el proceso inflamatorio y de reparación, produciéndose desviaciones de
la respuesta fibrótica mínima, lo que da lugar a la formación de una «cápsula
fibrótica», debida a una reacción continuada, consecuencia de una reacción fibrosa
con presencia de macrófagos.
¿ACERO o TITANIO PARA LOS CLAVOS
FERN?
El titanio es un elemento químico de
símbolo Ti y número
atómico 22. Se trata de un
metal de color gris plata. Comparado con el acero, aleación con la que compite en aplicaciones
técnicas, es mucho más ligero. Tiene alta resistencia a la corrosión y gran resistencia mecánica, pero es mucho más costoso que aquel,
lo cual limita su uso industrial.
El Titanio es un metal muy suave y ligero pero también muy resistente,
no se oxida y no le afecta el cambio brusco de temperatura. Su resistencia a la
corrosión es mayor que la del Acero inoxidable y
tiene
propiedades biocompatibles, dado que los tejidos del organismo toleran su
presencia, por lo que es factible la fabricación de muchas prótesis e implantes de este metal.
El acero inoxidable es duro y resistente pero más pesado, es muy
sensible a contracciones y dilataciones por cambio de temperatura.
De los 30 grados de Titanio solo cuatro se usan para implantes, de los
que nos interesa solo el Ti6Al4V (Ti grado 5) El Ti titanio es útil para los
implantes, porque en presencia de O2 forma el óxido de titanio que es una
laminilla pasiva, biocompatible, altamente cohesiva, adherente y químicamente
estable que se forma en su superficie. Además se puede regenerar instantáneamente
si se daña mecánicamente, por lo que se lo utiliza en implantes que requieran
alta resistencia mecánica.
El 6Al significa que la aleación es 6% de aluminio por volumen lo que
ayuda a estabilizar la fase alfa que es muy resistente a la corrosión. El
aluminio también le da a estas
aleaciones una excelente característica de fuerza.
El 4V indica que la aleación tiene 4% de Vanadio por volumen lo que
optimiza las características mecánicas del Titanio.
Aplicaciones
biomédicas: titanio quirúrgico
El titanio es un metal compatible con los tejidos del organismo
humano que toleran su presencia sin reacciones alérgicas del sistema inmunitario. Esta propiedad de compatibilidad
del titanio unido a sus cualidades mecánicas de dureza, ligereza y resistencia
han hecho posible una gran cantidad de aplicaciones de gran utilidad para
aplicaciones médicas, como prótesis, tornillos óseos, placas e implantes dentales, componentes para la
fabricación de válvulas cardíacas, material quirúrgico tales como bisturís, tijeras, etc.
El
titanio es inerte, la cubierta de óxido en contacto con los tejidos es
insoluble, por lo cual no se liberan iones que pudieran reaccionar con las
moléculas orgánicas.
Posee
buenas propiedades mecánicas, su fuerza de tensión es muy semejante a la del
acero inoxidable utilizado en las prótesis quirúrgicas que reciben carga.
El titanio y sus aleaciones presentan una excelente biocompatibilidad.
Ello se debe a que dicho material es bioinerte y presenta una buena resistencia
a la corrosión. Además está demostrado
que la liberación de iones titanio al medio fisiológico circundante es muy
bajo.
Quizás el mayor inconveniente del titanio y sus aleaciones es su baja
resistencia al desgaste. Ello hace que no pueda utilizarse directamente
en articulaciones. De hecho se han empezado a utilizar técnicas de implantación
iónica para mejorar el comportamiento al desgaste. Se ha demostrado así mismo
que se puede llegar a producir desprendimiento de partículas metálicas en
regiones sometidas a fricción o movimiento relativo, incluso en contacto con
tejidos blandos.
Existe en la literatura una prevención especial sobre la
biocompatibilidad del vanadio, aunque de hecho, no existe ningún estudio que
demuestre que dicho elemento pueda ser nocivo cuando se encuentra combinado en
la aleación Ti-6A1-4V.
Sus buenas propiedades mecánicas y su excelente resistencia a la
corrosión hacen del titanio un buen biomaterial para su aplicación en implantes
quirúrgicos.
SISTEMAS DE FIJACION Y
DE OSTEOSINTESIS
Los implantes
ortopédicos se utilizan fundamentalmente para la sustitución de tejidos
duros, como los huesos, aunque existen
implantes de osteosíntesis cuya misión
es la de contribuir en la curación de las fracturas. Entre ellos cabe señalar
los fijadores externos, placas,
clavos, tomillos y clavos intramedulares. El material más
usualmente empleado para estas aplicaciones es el acero inoxidable AlSl 316L.
Este material no ofrece
tan buenas propiedades mecánicas ni tan buena biocompatibilidad como la aleación
Ti- 6A1-4V. Sin embargo, dado que en general los sistemas de osteosíntesis sólo
se implantan temporalmente, el acero inoxidable AJSl 316L es suficiente para
este tipo de aplicaciones, siendo también su menor precio una razón
concluyente.
¿Por qué no utilizar el Titanio
en la confección de los clavos del FERN?
Por su elevado costo y por su
baja resistencia al desgaste en la unión
al montaje externo. Considerando que nuestro procedimiento generalmente se utiliza como tratamiento definitivo la posibilidad del
desgaste en la unión del montaje, sería mayor y si se lo utiliza como
tratamiento preliminar por un corto tiempo no se justificaría el gasto
considerando el costo-beneficio.
OTROS BIOMATERIALES
Se han desarrollado nuevos tipos de
superficies que permitan inducir una buena actividad osteogenética.
Entre estas superficies cabe señalar los recubrimientos porosos y los
recubrimientos con hidroxiapatita. Los primeros se producen mediante la
aplicación de partículas de titanio sobre la superficie que deba estar en
contacto con el hueso. En general se buscan tamaños de poros que
permitan el crecimiento óseo y se alcance así una buena fijación del implante
al hueso. Sin embargo, parecen presentar el problema de una menor vida a fatiga
debido al efecto concentrador de tensiones en los poros en contacto con la
superficie metálica.
Hidroxiapatita.-
Está formada por fosfato de calcio cristalino. Forma parte de las
biocerámicas, material biocompatible, por lo que se puede usar como
recubrimiento de superficies de material para implantes. Esto significa tener
una superficie bioactiva que conduce a una excelente fijación implante- hueso. No es tóxico, no provoca inflamación o
respuesta a cuerpo extraño. Sin embargo la osteointegración en los
clavos de fijación externa si bien se
evita la osteolisis y secreción inicialmente serosa la que puede infectarse secundariamente, se
une tan fuertemente al hueso que presentan grandes dificultades para retirar
los clavos al finalizar el tratamiento.
Vitallium(Cr-Co-Mo).-
Es una aleación biocompatible de Cromo-Cobalto y Molibdeno. Es fuerte
y resistente a la corrosión. Sus componentes son tóxicos, el Co y el Cr pueden
causar reacciones alérgicas .Tiene el inconveniente además de que no se puede
mecanizar con facilidad por lo que la confección de implantes especialmente los
dentales ha sido desplazada por el Titanio, y en lo referente a fijación externa no se fabrican clavos de
vitallium.
MATERIAL DEL MONTAJE EXTERNO
DEL FERN
El
montaje externo del FERN compuesto de rótulas y tubos es de aluminio, las características
físicas de este metal le permiten ciertas ventajas, y las limitaciones que
podrían presentarse se anulan si se lo aplica convenientemente.
ACERO INOXIDABLE DE USO MAS FRECUENTE EN LOS MONTAJES EXTERNOS
SOLIDO RIGIDO
Sería un Sólido Ideal no Deformable, el cual
no existe porque todo cuerpo sólido
es deformable.
Cambia de forma
o tamaño por acción de la temperatura,
por sus dimensiones o por las presiones aplicadas en él.
EXPERIMENTO PARA DEMOSTRAR QUE LAS FUERZAS APLICADAS SUPERAN LA
RESISTENCIA DEL ACERO.
Se coloca un
clavo en un ángulo de 45° y se le aplican movimientos (presiones) solo en el
radio menor
A las 50
repeticiones de presión el clavo se dobla, se fatiga y por su fase plástica
queda deformado
Se coloca otro
clavo en el mismo ángulo y se aplican presiones en ambos radios (45° y 135°) y
se
observa que a las 200 repeticiones se inicia un aflojamiento y a las 750
repeticiones el clavo se rompe.
Bajo este concepto el montaje externo de cualquier metal es
susceptible de fatigarse y romperse
con la consiguiente desestabilización
y complicaciones correspondientes.
SÓLIDO ELÁSTICO
Sería el sólido fácilmente deformable como el
aluminio que lo
empleamos básicamente para nuestro fijador.
Sus propiedades físicas y la
Biomecánica, permiten convertir la aparente debilidad en fortalezas y
ventajas.(liviano y transparente a los rayos X)
ALUMINIO
PROPIEDADES
FISICAS: 1. Liviano, 2.Fuerte, 3. No Tóxico, 4. Resistente a la corrosión ,5.
De fácil manejo
-Su
ligereza y resistencia son las
propiedades que hacen del aluminio
un material muy importante
-Por su elevada proporción: resistencia-peso, lo utilizamos en la confección de nuestros fijadores
externos
ALUMINIO
Metal no ferroso .Es el tercer elemento
más común encontrado en la corteza terrestre.
Los compuestos de aluminio forman el 8% de
la corteza de la tierra.
Como metal se extrae del mineral llamado
BAUXITA por transformación primero en
alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio mediante electrólisis.
Tiene una combinación de propiedades que
lo hace muy útil en ingeniería mecánica, por
ejemplo su baja densidad y su alta resistencia a la corrosión por ello
es el metal que más se usa después
del acero.
CARACTERISTICAS FISICAS
•
Es un metal ligero
•
Tiene un punto de fusión bajo de 660°
•
De color blanco brillante
•
Tiene elevada conductibilidad eléctrica y térmica
•
Abunda en la naturaleza
•
Su producción requiere gran cantidad de energía
eléctrica
•
Fácil y barato de reciclar.
PROPIEDADES FISICAS
•
Liviano
•
Fuerte y de larga duración
•
No tóxico
•
Resistente a la corrosión
•
No magnetizable
•
De fácil manejo
•
Excelente reflector de la luz
•
Reciclable
Su ligereza, conductibilidad eléctrica,
resistencia a la corrosión y bajo punto de fusión lo convierten en un metal
idóneo para multitud de aplicaciones, sin embargo la elevada cantidad de
energía necesaria para su obtención limita su mayor utilización, dificultad que
puede compensarse con el reciclado por su bajo costo.
LIGERO-RESISTENTE
Es
un metal muy ligero con un peso específico de 2.7 gr/cm3 (un tercio del peso
del acero).
Su
resistencia puede adaptarse a la aplicación que se desee modificando la
composición de su aleación.
MUY
RESISTENTE A LA CORROSION
El
aluminio genera de forma natural una capa de óxido que lo hace más resistente a
la corrosión. Los diferentes tipos de tratamiento pueden mejorar aún más esta
propiedad.
MUY
DUCTIL
Su
ductilidad permite que los productos de aluminio se fabriquen en una fase muy
próxima al diseño final del producto.
COMPLETAMENTE
IMPERMEABLE E INOCUO
La
lámina de aluminio incluso cuando se lamina a un grosor de 0.007 mm sigue
siendo completamente impermeable y no permite que las sustancias pierdan ni el
mínimo aroma o sabor. Además el metal no es tóxico, ni desprende olor o sabor.
TOTALMENTE
RECICLABLE
El
aluminio es 100% reciclable sin merma de sus cualidades. El refundido del
aluminio necesita poca energía. El
proceso del reciclado requiere solo un 5% de la energía necesaria para producir
el metal primario
APLICACIONES
DEL ALUMINIO
La
combinación de la ligereza con resistencia y alta conductibilidad eléctrica y
térmica es la propiedad que hace del aluminio y sus aleaciones un material muy
importante para la construcción de
máquinas de transporte, para fabricación de motores de combustión interna etc.
En
la industria química el aluminio se utiliza para fabricar tubos, recipientes y
aparatos. Un volumen dado de aluminio pesa menos que un tercio del mismo
volumen de acero.
Los únicos metales más
ligeros son: el litio, berilio y magnesio.
Debido
a su elevada proporción resistencia-peso
es muy útil para construir aviones, vagones ferroviarios y automóviles, por esa
razón es que lo utilizamos en la construcción de nuestro fijador externo FERN.
BIBLIOGRAFIA.-
1-ALLEN M., MYER B., MILLET P. and RUSHTON N. ”The effects of
particulate cobalt, chromium, and cobalt-chromium alloy of human
osteoblast-like cells in vitro” J. Bone and Joint Surg., 79B:475-482,1997
2-BESOKY J.,
BILMES P., GERVASI C. Y SOBELZON H.” Comportamiento a la corrosión de aceros inoxidables
austeníticos con diferentes tratamientos superficiales para aplicaciones en
traumatología y ortopedia” Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería.2009
3-BUCHORN G. and WILLERT H. ” Effects of plastic wear particles in
tissue “ Biocompatibility of Orthopedic Implants. Florida Vol 1, 1982
4-BUNGARDT E.,
KUNZE E. “Structure du Sistéme fer-chrome-carbone” 1950,29-198
5-CAMPBELL P. ”Biocompatibility of Metal/Alumina/Polyethylene
Debris-Local and Systemic” 66th Annual Meeting Proceedings AAOS, Anaheim,
CA 1999(313-318)
6-CUNAT
P.J.”Trevallier les aciers inoxidables”1998, SIRPE Editeur, Paris
7.-DAVIS J. ”Handbook of materials for medical devices” ASM
International 2003
8-DE LUNG W. ”Ferritein Austenitic
Stainless Steel Weld Metal” Adams
Lectures, Welding Journal 1974,7-273
9.-EVANS E., and THOMAS I. ”The in vitro toxicity of
cobalt-chrome-molybdenum alloy and its constituent metals”Biomaterials, 7:25-29,
1986
10-FALEIRO G., GODINHO I. and SOUSA M. ”Cobalt-chromium-molybdenum but not
titanium-6aluminium-4vanadium alloy discs inhibit human T cell activation in
vitro” Biometals, 9:321-326, 1996
11-HEISE U., OSBORN J., DUWE F. ”Hydroxiapatite ceramic as a bone
substitute” International Orthopaedics
Vol 14 N°3 1990(329-338)
12-HOROWITZ S., LUCHETTI W., GONZALEZ J. and RITCHIE C. ”The
effects of cobalt chromium upon
macrpphages”J.Biomed.MaterRes.,41:468-473,1998
13-HUFNAGEL W.” Manual del Aluminio”. (2ª edición edición).
Barcelona: Editorial Reverté, 1992
14-MATTER P.,
BURCH B. ”Clinical experience with titanium implants, especially with the
limited contact dynamic compression plate system” Archives of Orthopaedic and
Trauma Surgery,Vol 109 N°6,1990(311-313)
15-MEUNIER P., CHRISTEL P. and
LEE J. “The structure of metal “April 2003
16-MERRIT K and BROWN S . ”Distribution of cobalt chromium wear and
corrosion products and biologic reactions” Clin. Orthop., 329 Suppl:233-243,1996
17-MILLAN GOMEZ
S.”Procedimientos de Mecanizado”. Madrid, Editorial Paraninfo ISBN 84.2006
18-PIZZOFERRATO A., MARCHETTI P. and RAVAGLIOLI A. “Biomaterials and
clinical applications” European Society for Biomaterials
19-RODRIGUEZ L.”Aceros inoxidables para implantes ortopédicos utilizados en la
industria Ortop-RALCA del CCOI Frank Pais” VII Congreso de la Sociedad
Cubana de Bioingeniería. La habana 2007
20-SANDVICK
COROMANT “Guía Técnica de Mecanizado” AB
Sandvick Coromat 2005
21-UHLIG H.“Corrosion and corrosión control” WILEY Editorial, 1967
22-WANG J., WIKLUND B., GUSTILO R. and TSUKAYAMA D . ”Titanium,
chromium and cobalt ions modulate the release of bone-associated cytokines by
human monocytes/macrophages in vitro” Biomaterials, 17:2233-2240, 1996
23.-WILLIAM F. Smith (1998). “Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de
Materiales”. Madrid: Editorial Mc Graw Hill.
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