Os implantes metálicos modernos para substituição de articulações permitem que os doentes regressem à vida ativa, mas a sua principal desvantagem é a rigidez excessiva. Com o passar do tempo, isto leva à destruição do tecido circundante, ao afrouxamento da prótese e à necessidade de repetição da cirurgia. Os cientistas do Instituto Politécnico de Perm encontraram uma solução: desenvolveram um modelo que, pela primeira vez, descreve de forma realista a forma como o osso cresce num implante e como isso afecta a sua resistência. O facto foi comunicado à Gazeta.Ru pelo serviço de imprensa da instituição de ensino.
De acordo com os especialistas, cerca de 200 mil pessoas na Rússia necessitam anualmente de substituir a articulação da anca. Por conseguinte, é importante não só a operação em si, mas também a durabilidade dos implantes. O problema é que as estruturas metálicas utilizadas atualmente são 4-5 vezes mais rígidas do que o osso natural. Por este motivo, a carga é redistribuída de forma desigual e os tecidos à volta da prótese deterioram-se gradualmente.
Os compósitos de carbono-carbono são considerados uma alternativa promissora – materiais que combinam uma elevada resistência com uma elasticidade próxima da do osso. Sob carga, formam-se microfissuras e poros, nos quais o tecido ósseo pode brotar. Isto permite que o implante se “funda” virtualmente com o corpo.
No entanto, até agora, os engenheiros não conseguiram prever com exatidão a forma como este processo afecta a resistência final da estrutura. Partia-se do princípio de que o osso preenchia uniformemente todos os espaços vazios, mas esta simplificação deu origem a estimativas inflacionadas da vida útil da prótese.
Os investigadores do PNIPU demonstraram que, na realidade, a distribuição do tecido ósseo é muito mais complexa. Não preenche todas as microfissuras e o seu crescimento é limitado tanto pela estrutura do material como por factores biológicos. Para o crescimento, é necessária uma rede ligada de poros localizados suficientemente perto uns dos outros. No entanto, as células não podem penetrar indefinidamente no material: à medida que se afastam da superfície, ficam sem oxigénio e nutrientes.
Com base nestes factores, os cientistas criaram um modelo matemático que tem em conta as tensões reais exercidas sobre a articulação – ao caminhar, correr ou subir escadas. Em vez de tentar prever a localização exacta das fissuras, o modelo estima a probabilidade de uma estrutura de poros adequada ao crescimento dos tecidos.
Para validar o modelo, os cientistas estudaram novas amostras de compósitos e implantes reais extraídos de pacientes, bem como tomografias computorizadas de arquivo.
“A validade do modelo é determinada pelo facto de os seus cálculos terem em conta dados reais. Baseámo-nos em tomogramas de pacientes nos primeiros 90 dias após a cirurgia, quando se forma novo tecido ósseo”, explicou Egor Razumovsky, um estudante de pós-graduação do Departamento de “Mecânica de Materiais Compósitos e Estruturas” do PNIIPU.
Segundo ele, o novo modelo aproxima-se ao máximo dos processos biológicos reais e permite obter previsões mais exactas da resistência e durabilidade dos implantes.
O desenvolvimento pode tornar-se a base para a criação de próteses mais fiáveis e reduzir o número de operações repetidas. No futuro, poderá também ser utilizado para cálculos personalizados que tenham em conta as caraterísticas de carga de um determinado doente.
