Protesi d’anca che non si deteriorano grazie alla metodica che elimina l’attrito


    Sono oltre 80 mila l'anno le persone che, a causa di malattie o per via di incidenti, sono costrette a far uso di protesi d'anca. Purtroppo vi sono utilizzatori anche tra giovani di età inferiore ai 30 anni .Oggi anche un paziente di 70 anni può essere impiantato grazie al fatto che questa età non viene più considerata estremamente avanzata, per l'allungamento dell'aspettativa di vita. Purtroppo le protesi oggi in commercio hanno durate rapportabili al numero di detriti che producono e alle problematiche di infiammazione o dispersione di ioni metallici nel corpo umano.

    La figura 1 mostra la persistenza del meato sostentante nell'accoppiamento tra un materiale a bagnabilità diversa (uno idrofobico ed uno idrofilico - cioè uno che si fa bagnare e uno no).

    La sperimentazione eseguita presso i laboratori del Dipartimento di Ingegneria Chimica materiali Ambiente che ha apportato ad un brevetto Europeo e un brevetto USA : " Hip Prosthesis and designing Method Thereof" ha sviluppato un metodo di accoppiamento tribologico (accoppiamento tra due materiali che lavorano in attrito ed usura) che non produce detriti per cui l'impianto avrà presto una durata illimitata anche nei pazienti più giovani.

    Figura 1 (La figura mostra la persistenza del meato sostentante nell'accoppiamento tra un materiale a bagnabilità diversa (uno idrofobico ed uno idrofilico - cioè uno che si fa bagnare e uno no). 

    Il metodo si basa sulle caratteristiche di bagnabilità delle superfici in accoppiamento tribologico, nel caso specifico dell' acetabolo e testa femorale.

    Per la standardizzazione del metodo sono stati impiegati un vasto numero di materiali industriali restringendo via via il campo ai materiali biocompatibili e di applicazione nel corpo umano. Come si può notare dalle pubblicazioni dell'autore (1-2-3) le prove di attrito e usura sono state realizzate in vari ambienti (secco, acqua e siero umano) con differenti intervalli di rugosità e a carichi diversi per simulare le condizioni di lavoro dell'apparato protesico. Un sistema di filtrazione sotto vuoto e stato utilizzato per individuare eventuali detriti e l'analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM) e la microanalisi a spettrometria per dispersione di energia (EDS) per l'esame delle superfici.

    Schema che mette in evidenza come le molecole di soluzioni acquose pattinano sulla superficie idrofobica e vengono attratte da quella idrofilica.Il metodo recita che: " tanto più è grande la differenza di bagnabilità tra i due materiali in accoppiamento tribologico, tanto più la protesi lavora in stato di lubrificazione e non produce detriti". ovvero in queste condizioni si forma tra le due superfici un meato sostentante che non permette che le superfici stesse vengano a contatto e quindi si usurino.

    Nella letteratura citata la complessa spiegazione scientifica del comportamento dell'acqua o delle soluzioni acquose, di cui è fatto il corpo umano, nel gioco di attrazione e repulsione dei suoi legami da parte delle superfici idrofobiche ed idrofiliche.

    Nella figura 2 (a sx) è possibile vedere uno schema che mette in evidenza come le molecole di soluzioni acquose pattinano su la superficie idrofobica e vengono attratte da quella idrofilica

    I brevetti delineano quindi una metodica applicabile a qualsiasi accoppiamento tribologico che rientra nella casistica di avere una elevata differenza di bagnabilita' tra i due materiali che lavorano in attrito e usura. La proposta di Adelina Borruto e' quella di associare una coppa femorale in un materiale idrofobico quale il Peek Carbon Fibre e una testa femorale in materiale idrofilico (lega metallica come CoCr o in ceramica ).

    Le figure 3 e 4 mostrano degli schemi della protesi in oggetto.

     

    Figura 3:

    Schema protesi testa femorale lega CoCr
     

    Figura 4:

    Schema della protesi testa femorale in materiale ceramico

    Questa nuova tecnica rappresenta il superamento dei limiti delle protesi oggi diffuse sia per le problematiche di infiammazione o dispersione di ioni metallici nel corpo umano sia in termini di durata.

    Bibbliografia

    1) Adelina Borruto, Gianni Crivellone, Filippo Marani " Influence of surface wettability on friction and wear tests".Wear 222,1998, 57–65.

    2 ) A. Borruto,* L. Marrelli and F. Palma "The difference of material wettability as critical factor in the choice of a tribological prosthetic coupling without debris release"

    Tribology Letters, Vol. 20, No. 1, September 2005 (2005)

    3 ) Adelina Borruto, "A new material for hip prosthesis without considerable debris release",Medical Engineering & Physics 32 (2010) 908–913.



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