Biomateriales

Introducción

– Los biomateriales son materiales sintéticos derivados de componentes orgánicos o inorgánicos y diseñados para interactuar con sistemas biológicos.
– Sus propiedades y rendimiento están determinados por su micro-estructura y proceso de síntesis de material (procesamiento).
– Los biomateriales son utilizados en traumatología para la osteosíntesis de fracturas, osteotomías, artrodesis, cierre de heridas, sustitutos de tejidos y artroplastías.
– Al aplicarlos en el cuerpo humano estos debe ser biocompatibles con los sitios anatómicos y tejidos en los cuales van a ser utilizados.
– Esto requiere que sean materiales que no produzcan rechazo biológico y sean resistentes a la corrosión y degradación.

TIPOS DE BIOMATERIALES
Tipo	Composición	Características
Metales	– Consisten en elementos puros (ej.: cobre, plata) o aleaciones (combinación de elementos, ej.: acero inoxidable).	– Típicamente duros, resistentes y frecuentemente brillantes. – La mayoría son buenos conductores del calor y electricidad.
Cerámicas	– Elementos metálicos y no metálicos unidos por enlaces iónicos o covalentes, muchos de ellos son óxidos de elementos metálicos (ej.: óxido de aluminio, óxido de zirconia, óxidos de silicio -sílice-). – También pueden componerse de silicio en combinación con elementos metálicos.	– Duras y rígidas, resistentes a la corrosión y muy resistentes a la compresión pero frágiles al impacto.
Polímeros	– Átomos de carbono y otros elementos unidos por enlaces covalemtes para formar subunidades idénticas llamados monómeros. – Los monómeros también se unen entre ellos en secuencias repetidas formando cadenas o láminas. – Su peso molecular está determinado por el número de monómeros del polímero. – Ej.: polietileno, polipropileno, politetrafluoroetileno (Teflon), siliconas e hidrogeles.	– Resistentes a la corrosión y muchos de ellos flexibles.
Composites	– Mezclas de materiales de diferentes constituciones, unidos entre ellos habitualmente por enlaces químicos débiles. – Este nuevo material presenta una combinación de propiedades mecánicas. – Los más comunes son la madera terciada (contrachapado) y el hormigón. – Otros ejemplos: acero (metal + composite de cerámica), fibra de vidrio (polímero + composite de cerámica), composites de carbon/kevlar (polímero + polímero).	– Sus propiedades dependen de la composición.
Biomateriales naturales	– Tejido vegetal, tejido animal, proteínas, polisacáridos y lípidos.	– Depende de cada tejido. – En estos casos la biocompatibilidad es muy importante para determinar el grado de incorporación al huésped.

Biocompatibilidad

– La biocompatibilidad es la capacidad de un material de generar una respuesta específica del huésped que le permita desarrollar su función.
– El término biocompatibilidad se aplica principalmente a los materiales de uso médico tanto naturales como sintéticos, en contacto directo, breve o prolongado, con los tejidos y fluidos del cuerpo.
– La biocompatibilidad no busca que el huésped no genere respuesta, ya que muchas veces es necesaria para su función (ej.: degradación de una sutura reabsorbible), sino más bien que esta respuesta sea acorde a la función del material y no genere rechazo por parte del huésped.

TIPOS DE BIOMATERIALES
Tipo	Características	Ejemplos
Inertes	Generan respuesta escasa o nula	Acero inoxidable
Interactivos	Generan una respuesta beneficiosa del huésped, como por ejemplo crecimiento de tejido en o en relación al material	Metales porosos como titanio y tantalum
Viables	Generan una respuesta del huésped de absorción y/o remodelación	Cerámicas biodegradables o mallas poliméricas
Reimplantados	Tejidos nativos en el cual su donante es el mismo huésped. Pueden ser reimplantados inmediatamente o después de un proceso de cultivo celular.	Cultivo de condroplastos para una condroplastía
Incompatibles	Generan una respuesta biológica no aceptable	Rechazo de tejidos o implantes

Corrosión

– Corrosión es el proceso electro-químico que ocurre en las superficies de los metales, el cual destruye progresivamente sus enlaces químicos, desgastando el material.
– Junto con el desgaste del material, los productos liberados pueden afectar la biocompatibilidad de éste y producir inflamación y destrucción del tejido vecino.
– El metal que presenta mayor riesgo de corrosión dentro de los biomateriales es el acero inoxidable (corrosión tipo crevice y galvánica).
– Las formas de disminuir la corrosión son: utilizar los mismos metales cuando están en contacto entre ellos, entregar al metal una capa protectora a la corrosión (proceso denominado pasivación) y/o utilizando un diseño adecuado del implante metálico.

TIPOS DE CORROSIONES
Tipo	Características	Ejemplos
Alveolar (Pitting)	– Se forman alvéolos (concavidades) en el metal. – Forma más severa de corrosión de metales, liberando habitualmente iones metálicos tóxicos. – Habitualmente se inician en defectos de la capa protectora de oxidación que se les coloca a los metales.	– Acero inoxidable y otras aleaciones de hierro. – No presentan este tipo de corrosión el titanio y sus aleaciones ni las aleaciones de cobalto, cromo, molibdeno y carbono (CoCrMoC).
Por rendijas (Crevice)	– Ocurre en “rendijas”, espacios y áreas de contactos entre piezas, en juntas o sellos, dentro de cavidades, grietas y costuras. – Se produce en metales que habitualmente resisten la corrosión alveolar. – Se pueden producir en interfases entre metal y tejido orgánico, en las cuales microambientes pueden ser altamente corrosivos.	– Interfase entre el vástago del componente femoral de una prótesis de cadera y el hueso. Se ha observado que las gradientes iónicas son capaces de producir pH tan bajo como 1.
Fatiga y fisuras por estrés	– Se forman imperfecciones de la superficie como por ejemplo grietas. – Secundaria a las cargas compresivas cíclicas o fuerzas de tensión sobre el material.	– Interfase entre tornillos y placas metálicas. – Frecuente en titanio y aleaciones CoCrMoC.
Galvánica	– Secundaria a las diferencias electroquímicas entre dos metales o aleaciones metálicas que se encuentran en un medio conductivo eléctrico como el agua (líquido extracelular, suero).	– Interfase entre tornillos y placas metálicas con distintos materiales entre ellos (ej.: acero inoxidable, titanio y aleaciones CoCrMoC).
Fretting	– Secundaria a micro-vibraciones, habitualmente en implantes con piezas móviles. – Se exacerba cuando son distintos materiales o aleaciones las que están en contacto.	– Prótesis modulares.
Degradación polimérica	– Degradación de polímeros producto de la oxidación, depolimerización, hidrolisis, entre otras causas.	– Degradación del polietileno de una prótesis.

Popiedades mecánicas de los materiales sólidos

– Las propiedades mecánicas de los materiales están relacionadas a su respuesta frente al estrés que producen las cargas mecánicas.
– En los ensayos experimentales de aplicación de carga (habitualmente tensión o compresión), se observa una deformación característica en los materiales sólidos.
– Esta relación estrés versus deformación es habitualmente proporcional y lineal hasta el punto en que el material llega a su máxima elasticidad.
– En este punto, si la carga continúa, entonces puede seguir deformándose, pero con un daño permanente a su estructura.
– Si la carga disminuye antes de este punto, el material pierde su deformación sin un daño estructural secundario.
– Esta curva de estrés versus deformación es única para cada material y objetiva sus propiedades mecánicas relacionadas con deformación y resistencia.

fig-stress-strain-curve

Curva de estrés versus deformación (stress-strain curve) y sus componentes

CONCEPTOS ASOCIADOS A LA RELACIÓN DE ESTRÉS Y DEFORMACIÓN
Letra figura	Concepto	Definición
	Estrés o tensión mecánica (stress)	– Resistencia interna de un objeto a la carga. – También se describe como las fuerzas internas que ejercen las partículas adyacentes de un material entre ellas. – La unidad SI es el Pascal (Pa). 1 Pa equivale a 1 Newton por metro cuadrado (N/m²). – A pesar de que utilizan las mismas unidades de medida que la presión, son conceptos diferentes ya que la presión es una fuerza externa y el estrés corresponde a fuerzas internas.
	Deformación mecánica (strain)	– Cambio en la forma o tamaño de un objeto secundario a una fuerza aplicada y/o cambio en la temperatura. – No se describe con unidades específicas, sino más bien se usa el porcentaje de alargamiento (%) o la razón de alargamiento (mm/mm).
	Razón de deformación	– Deformación según tiempo de aplicación de la fuerza (deformación / segundos).
	Módulo de Young (módulo elástico)	– Parámetro de la elasticidad mecánica de un material elástico. – En la curva estrés/deformación es la pendiente de la curva de elasticidad. – La unidad SI es el Pascal (Pa). 1 Pa equivale a 1 Newton por metro cuadrado (N/m²). – Un módulo mayor significa menor elasticidad. – Este parámetro es único para cada material y no se correlaciona con la resistencia mecánica, sino que sólo con su elasticidad.
	Elasticidad mecánica	– Deformación de un material producto de fuerzas externas de forma reversible.
	Plasticidad mecánica	– Deformación de un material producto de fuerzas externas de forma irreversible. – Se produce cuando se aplica una fuerza a un material por sobre su límite elástico.
	Límite elástico o punto de vencimiento (yield point)	– Tensión máxima que un material puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes.
	Resistencia mecánica (strength)	– Capacidad de un material para resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin producirse rotura de éste. – Punto de mayor elasticidad en la curva estrés/deformación. – En la fuerza de tensión se denomina esfuerzo tensil o tensión de rotura.
	Resiliencia mecánica (resilience)	– Capacidad de un material de absorber energía cuando es deformado elásticamente.
	Tenacidad mecánica (toughness)	– Energía total que absorbe un material antes de alcanzar la rotura en condiciones de impacto. – Área bajo la curva en la relación estrés/deformación.
	Dureza mecánica (hardness)	– Oposición que ofrecen los materiales a cambios en su forma producto de fuerzas compresivas (ej.: penetración, abrasión, rayado, corte y deformaciones).
	Rotura mecánica	– Separación de un material en dos o más partes bajo la acción de estrés mecánico. – Semánticamente no debe usarse el término ruptura ya que éste se utiliza para realidades inmateriales (ej.: ruptura de relaciones diplomáticas) (Real Academia Española).
	Fractura	– Sinónimo de rotura mecánica en materiales sólidos del tipo cristales, cerámicas y hueso.
	Fragilidad	– Característica de algunos materiales que traduce su baja capacidad de deformación bajo tensión antes de romperse. – Ejemplos de materiales frágiles: cerámicas como alúmina, hidroxiapatita y otros fosfatos de calcio, titanio puro, concreto, fundición de hierro (hierro-carbono), cristales como sílice, polímeros como polimetilmetacrilato (PMMA).
	Ductilidad	– Característica de algunos materiales que traduce su alta capacidad de deformación de un material bajo tensión sin romperse, tomando la forma de un hilo. – Ejemplos de materiales dúctiles: acero inoxidable (tipo A316L), aleaciones cobalto-cromo (CoCrMoC), aleaciones de titanio (Ti6Al4V, TNTZ), cobre, magnesio, nylon, PTFE (Teflon).
	Maleabilidad	– Capacidad de deformación de un material bajo compresión sin romperse, tomando la forma de una lámina.
	Coeficiente de Poisson (constante elástica)	– Parámetro de un material elástico que caracteriza su comportamiento mecánico a través de la relación entre el efecto de la compresión y tensión. – Cuando un material es sometido a compresión en una dirección, tiende a expandirse en las direcciones perpendiculares a la fuerza. El coeficiente de Poisson mide esta relación.
	Rigidez mecánica (stiffness)	– Capacidad de una estructura para soportar fuerzas sin deformación y/o desplazamiento. – No confundir con resistencia mecánica, ya que la rigidez se refiere a la estructura de un objeto y la resistencia sólo al material de éste. – Se describe habitualmente a través de la relación deformación versus carga, la cual es independiente del área de sección del material. – Según la carga aplicada, la rigidez puede ser axial, flexional (bending) o torsional.

Isotropía y anisotropía

– Cuando la estructura de un material no es homogénea, sus propiedades mecánicas van a depender del eje de medición.
– Por ejemplo en un tronco de madera, la resistencia a la compresión que se logra longitudinalmente (paralelo a las vetas) es mucho mayor que la resistencia que se logra axialmente (perpendicular a las vetas).
– Isotropía: las propiedades mecánicas de un objeto no dependen del eje de medición. Ej.: acero inoxidable, aleaciones de titanio.
– Anisotropía: las propiedades mecánicas de un objeto dependen del eje de medición. Ej.: hueso, cartílago, músculos, ligamentos, composites de fibra de carbono.

Viscoelasticidad

– Propiedad de los materiales que exhiben características tanto de viscosidad como de elasticidad frente a la deformación.
– La viscosidad es una propiedad de los materiales líquidos en la cual muestran una resistencia a fluir ante la aplicación de una carga. Por ejemplo la miel presenta una viscosidad mayor que el agua.
– La elasticidad es una propiedad de los materiales sólidos en la cual retornan a su forma original después de haber sido deformado.
– La deformación de los materiales viscoelásticos depende del tiempo y frecuencia de la carga. Mientras más rápida o con menor frecuencia se aplique la carga, ésta es mejor tolerada (produce menos deformación) y viceversa.
– Los materiales viscoelásticos presentan histéresis, fenómeno que se traduce en que disipan la energía durante una carga mecánica, por lo que las curvas estrés/deformación de carga y descarga difieren.

Fatiga de un material

– La fatiga es la falla de un material producto de cargas cíclicas.
– Ésta es la causa más frecuente de falla de un material dentro de los materiales que se utilizan en Traumatología.
– El límite de fatiga es el máximo estrés que un material puede soportar bajo cargas repetitivas antes de romperse.
– Este límite depende del número de ciclos (a mayor cantidad, menor el límite de fatiga) y la magnitud del estrés
– Morfológicamente, la fatiga se produce en los siguientes pasos: agrietamiento, propagación de la grieta y luego falla del material.
– La resistencia a la fatiga se define como la resistencia de una aleación metálica después de 1 millón de ciclos de carga.
– Esta resistencia se puede definir sólo para aleaciones metálicas de hierro como el acero inoxidable.
– Hay materiales que presentan fatiga escasa o nula como las aleaciones de aluminio o titanio, cerámicas y polímeros.

fig-Curva-estres-versus-deformacion-distintos-tipos-materiales

Curva estrés versus deformación según distintos tipos de materiales. Los grupos más importantes son los de alta resistencia y baja ductilidad (cerámicas), alta resistencia y alta ductilidad (hueso cortical, acero, algunos polímeros, materiales viscoelásticos en general) y los de baja resistencia y alta ductilidad (hueso esponjoso, polímeros como la elastina, silicona y colágeno).

Propiedades mecánicas de los tejidos músculo-esqueléticos

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS TEJIDOS MÚSCULO-ESQUELÉTICOS
Tipo	Composición mecánica	Propiedades características
Hueso	Composite de cerámica (hidroxiapatita de calcio y fosfatos de calcio) y polímeros (colágeno tipo I)	– Las propiedades mecánicas del hueso dependen de de varios factores, entre ellos edad, contenido de hidroxiapatita de calcio, contenido de agua, enfermedades del metabolismo del calcio, etc. – Presenta una alta resistencia (dada por la hidoxiapatita) y baja elasticidad (dada por el colágeno). – Módulo de elasticidad (Young): cortical 18-21 GPa, esponjoso 10-14 GPa. – Es viscoelástico (por la combinación de hidroxiapatita y colágeno). – Presenta anisotropía, con mayor resistencia a las fuerzas paralelas a las paredes corticales (por ejemplo la relación entre las resistencias a la compresión, tracción y torsión es respectivamente 35 : 2 : 1). – Los tipos de hueso cortical y esponjoso presentan distintas características mecánicas, sin embargo el hueso se estudia como un solo material con propiedades que dependen de la distribución de ambos. – Densidad: cortical: 1,8 g/cm³; esponjoso: 0,1 a 1,0 g/cm³ – Con la edad disminuye en el hueso su densidad, resistencia y elasticidad, aumentando el riesgo de fracturas.
Tendones	Polímero de colágeno tipo I	– Son viscolelásticos (con cargas bajas son elásticos y con cargas máximas llegan a presentar una rigidez lineal). – Presentan anisotropía, según la orientación de sus fibras. – Esto les permite tener una alta resistencia a la tracción, por lo que sus roturas se producen habitualmente en sus interfases con el músculo o el hueso. – Los tendones con rotura intrasustancia habitualmente presentan enfermedades degenerativas de base. – El límite elástico de los tendones se produce habitualmente con una deformación tensil de 5 a 10% (a diferencia del hueso: 1 a 4%).
Ligamentos	Polímero de colágeno tipo I	– Son viscolelásticos y presentan anisotropía, según la orientación de sus fibras. – Presentan baja resistencia a las fuerzas cizallantes en sus inserciones.
Cartílago	Polímero de colágeno tipo II	– Es viscoelástico y anisotrópico. – Presenta una alta elasticidad (la mayor de los biomateriales, módulo de Young 0,45 a 0,8) lo cual le entrega mejor rendimiento para soportar cargas compresivas. – Su propiedad más significativa es la bajísima fricción. – Siendo el rango de coeficiente de fricción de los materiales sólidos habitualmente entre 0 y 1, el cartílago sano es el biomaterial con menor fricción que existe (0,002 a 0,04).

Ley de Wolff y efecto protector de cargas (stress shielding)

– La ley de Wolff es una teoría que establece que el tejido óseo sano se adapta a las cargas mecánicas que se le aplican.
– De este modo, si una carga de un hueso en particular aumenta, éste se remodelará con el tiempo para ser más resistente a esta carga.
– Esto se produce a través de los cambios adaptativos de la arquitectura del hueso esponjoso, cuyas líneas de fuerza se reorientan según las cargas. También pueden haber cambios secundarios de las paredes corticales, las cuales se engrosan.
– El engrosamiento de las corticales tendría un rol importante en situaciones de sobrecarga repetitiva (ej.: atletas) y en la compensación mecánica que se produce en los huesos más frágiles (ej.: adulto mayor).
– Este proceso biomecánico se basa en los fenómenos de mecano-transducción y piezoelectricidad.
– La mecano-transducción es el proceso por el cual las fuerzas mecánicas son convertidas en señales bioquímicas en las células, siendo los osteocitos las células más sensibles del tejido óseo.
– La piezoelectricidad es el proceso a través del cual se producen cargas eléctricas cuando una estructura cristalina se deforma (en este caso la hidroxiapatita de calcio).
– En la zona de compresión (cóncava) las cargas eléctricas predominantes son negativas.
– En la zona de tensión (convexa) las cargas eléctricas predominantes son positivas.
– La activación del proceso de remodelación ósea por cargas depende de la duración, magnitud y frecuencia de ellas.
– El efecto contrario se observa cuando un hueso no recibe cargas, produciéndose una disminución de la remodelación y por consiguiente una fragilidad secundaria del hueso.
– Las causas de disminución de carga de un hueso pueden ser generalizadas (ej.: reposo por postración) o localizadas (ej.: efecto protector de cargas o stress shielding).
– El efecto protector de cargas se produce con implantes como placas o artroplastías. Al aguantar estos implantes las cargas que van a través del hueso, disminuye este estímulo mecánico en el hueso y se produce también una disminución local de la remodelación ósea.
– El efecto protector de cargas aumenta con los materiales más rígidos (ej.: es mayor con el acero inoxidable que con el titanio).

METALES
Tipos	Propiedades	Aplicaciones
Acero inoxidable	– Predominantemente aleación de hierro, cromo, níquel, molibdeno y manganeso (en combinación denominada 316L). – Cromo, níquel y molibdeno protegen de la corrosión. Manganeso le entrega mayor estabilidad. – Susceptible de corrosión de los tipos galvánico, crevice y alveolar. – Los metales que lo componen pueden producir respuestas alérgicas.	– Placas y tornillos de osteosíntesis
Aleaciones de cobalto	– Aleaciones de cobalto (65-70%), cromo, molibdeno y carbono. – El cromo aumenta la resistencia y disminuye la corrosión. – El molibdeno aumenta la resistencia al unirse con el carbono. – Presentan la menor elasticidad dentro de los biomateriales metálicos. – La combinación cobalto-cromo puede producir proliferación de macrófagos y degeneración sinovial.	– Se utilizan para implantes que requieren larga duración como las artroplastías. – Son los materiales más resistentes dentro de los implantes metálicos que se utilizan en Traumatología.
Titanio y aleaciones de titanio	– Altamente biocompatible, lo cual se basa en la formación de una película de óxido de titanio que se forma espontáneamente en su superficie. – Baja corrosión uniforme, pero puede presentar daño significativo de su estructura secundario a daño de su superficie con fisuras o concavidades. – En comparación al acero inoxidable, las – Las aleaciones de titanio aumentan su resistencia mecánica. – Al comparar el las aleaciones de titanio con el acero inoxidable, las primeras presentan el doble de la resistencia mecánica y son más elásticas (con menor módulo de Young). – Presentan una rigidez mecánica axial y torsional similar al hueso. – Pueden producir parttículas (debris) que activan la respuesta de los histiocitos.	– El titanio puro se utiliza en osteosíntesis de huesos de baja demanda (ej.: falanges de los dedos de la mano). – Para aplicaciones de alta demanda (cadera y rodilla) se utilizan aleaciones (Ti6Al4V y TNTZ).
Tantalum	– Alta biocompatibilidad. – Alta resistencia a la corrosión. – Osteconductivo (proporciona las condiciones adecuadas para el crecimiento de tejido óseo en su superficie).	– Estructuras porosas de tantalum asociadas a grafito pirolítico tienen una alta osteoconductividad (permiten que el tejido óseo crezca en su superficie). – Se utiliza en revestimiento de componentes de artroplastías (ej.: componente acetabular de artroplastía de cadera).

POLÍMEROS
Tipos	Propiedades	Aplicaciones en Traumatología
Polimetilmetacrilato (PMMA)	– Resistente a la compresión, no así a la tensión o cizallamiento. – Su forma pura presenta una resistencia intermedia, por lo que se le agregan habitualmente aditivos para hacerlo más resistente. – A pesar de que es pegajoso, no forma enlaces ni con el hueso, ni con los metales, funcionando como un cemento más que como un pegamento. – Durante la formación del polímero se produce una reacción exotérmica que llega a los 82ºC pudiendo producir necrosis térmica. – El PMMA puede asociarse a un efecto protector de cargas (stress shielding) y sus partículas pueden gatillar respuesta histiocitaria.	– Se utiliza como “cemento óseo” en las artroplastías, siendo el polímero más utilizado en Traumatología. – Se le puede agregar antibióticos en casos de profilaxis o tratamiento de infecciones, sin embargo se recomienda la mezcla controlada de fábrica para evitar afectar el proceso de polimerización.
Polietileno de muy alto peso molecular (UHMWPE)	– Alta resistencia, tenacidad y resistencia a la corrosión. – Sin embargo baja dureza (sensible a la abrasión). – Mientras mayor es el peso molecular de los monómeros y mayor es la reticulación o cross-linking, mayor es su resistencia mecánica.	– Interfase entre los componentes metálicos de las artroplastías.
Polímeros biodegradables	– Se degradan de forma química y/o física de forma controlada. – Cada polímero tiene una tasa de reabsorción diferente. – En los casos de estar sometidos a tensión (ej.: suturas), antes de degradarse van perdiendo su resistencia tensil. – Producen reacción de cuerpo extraño con frecuencia.	– Tornillos reabsorbibles (ácido poliláctico: degradación de 6 a 24 meses). – Suturas reabsorbibles: – Vicryl (ácido poliglicólico): 2-3 meses – PDS (polidioxanona): 6 meses – Monocryl (policaprolactona) 3-4 meses
Hidrogeles	– Redes de cadenas de polímeros embebidos en agua. – Suaves, porosos, permeables, con bajo coeficiente de fricción. – Sus características mecánicas dependen de la estructura física y carga iónica.	– Andamiaje en ingeniería de tejidos (scaffolds)

Propiedades mecánicas y aplicaciones de los materiales no biológicos de uso más frecuente

Técnicas de cementación del polimetilmetacrilato (PMMA)

– Al disminuir la porosidad del PMMA, aumenta su resistencia y disminuye su fatiga.
– Esta porosidad depende de la técnica con la que se prepare el PMMA.
– Las técnicas de cementación han tenido un desarrollo importante, sobre todo en las artroplastías de cadera.
– Actualmente se describen según los avances técnicos, tres tipos de cementación en la artroplastía de cadera (generaciones), siendo la primera la más básica y la tercera la contemporánea y más recomendable.
– Por ejemplo, restrictores del paso de cemento al canal endomedular (tapones femorales), no se utilizan en la primera generación, sin embargo en la segunda y tercera sí, para mantener el cemento más comprimido.
– Otro ejemplo, la mezcla manual del cemento sólo se realiza en la primera y segunda. En la tercera se utilizan técnicas para mantener el cemento al vacío y con centrifugado.
– El detalle de cada técnica se describe en la sección …
– La repercusión clínica de cada uno de estos avances es un tema en constante revisión.

Polietileno de muy alto peso molecular: reticulación (cross-linking) y partículas por desgaste (debris)

– La reticulación o cross linking es el proceso de formación de enlaces entre las cadenas poliméricas del polietileno producto de reacciones químicas como calor, presión, cambio de pH y radiación gamma.
– La reticulación o cross-linking aumenta la resistencia mecánica del polímero, sin embargo en exceso disminuye importantemente su elasticidad, convirtiéndolo en un material frágil.
– Actualmente está en discusión el método de esterilización del polietileno con irradiación gamma ya que aumentaría excesivamente la reticulación.
– Sin embargo, en estudios clínicos de artroplastía total de cadera el polietileno irradiado presenta menor desgaste que el esterilizado por óxido de etileno o gas plasma.
– Las partículas por desgaste del polietileno o debris producen una respuesta osteolítica por los histiocitos, lo cual aumenta el riesgo de aflojamiento de los componentes protésicos.
– Se ha observado que esta respuesta es mayor con partículas entre 0,1 y 1 µm.
– Polietilenos de alto riesgo para partículas: asociado a malalineamiento de los componentes protésicos, delgados (menos de 6 mm), de estructura plana y en los casos de polietilenos reforzados con fibra de carbono.

CERÁMICAS
Alúmina (óxido de aluminio – Al₂O₃)	– Las cerámicas presentan alta resistencia a la compresión, baja fricción y muy baja corrosión. – Su baja elasticidad (la menor de los biomateriales, módulo de Young de 300 GPa) hace que sean frágiles al impacto. – Alúmina presenta una menor tasa de corrosión en las artroplastías que el metal, sin embargo mayores tasas de fractura de material, lo que puede estar más relacionado con el diseño que el material mismo. – Zirconia es menos resistente mecánicamente que alúmina por lo que es más susceptible de corrosión, sobre todo fretting.	– Componentes de artroplastías
Zirconia (óxido de zirconio – ZrO₂)
Hidroxiapatita sintética [Ca5(PO4)3(OH)]	– Alta osteoconductividad (permiten que el tejido óseo crezca en su superficie). – La hidroxiapatita sintética es similar a la que contiene el hueso y dada su baja solubilidad es reabsorbida muy lentamente por el organismo. – Los fosfatos tricálcicos presentan menos resistencia y mayor reabsorción que la hidroxiapatita, sin embargo son capaces de inducir una mayor bioactividad. – El sílice tiene potencial osteoinductivo (induce la formación de hueso) al combinarse con fosfatos de calcio.	– Sustitutos óseos (los más utilizados: hidroxiapatita sintética y fosfato tricálcico)
Fosfatos cálcicos (fosfato tricálcico α y β, sulfato de calcio)
Sílice (óxido de silicio- SiO₂)
Vidrio bioactivo (Bioglass, combinación de óxidos de sílice, sodio, calcio y fósforo)	– Al interactuar con fluidos corporales e intercambiar sales, es capaz de formar una capa amorfa de hidroxiapatita, lo cual le entrega osteoconductividad (permite que el tejido óseo crezca en su superficie).

CERÁMICAS

Tipos

Propiedades

Aplicaciones

Alúmina

(óxido de aluminio – Al₂O₃)

– Las cerámicas presentan alta resistencia a la compresión, baja fricción y muy baja corrosión.

– Su baja elasticidad (la menor de los biomateriales, módulo de Young de 300 GPa) hace que sean frágiles al impacto.

– Alúmina presenta una menor tasa de corrosión en las artroplastías que el metal, sin embargo mayores tasas de fractura de material, lo que puede estar más relacionado con el diseño que el material mismo.

– Zirconia es menos resistente mecánicamente que alúmina por lo que es más susceptible de corrosión, sobre todo fretting.

– Componentes de artroplastías

Zirconia

(óxido de zirconio – ZrO₂)

Hidroxiapatita sintética

[Ca5(PO4)3(OH)]

– Alta osteoconductividad (permiten que el tejido óseo crezca en su superficie).

– La hidroxiapatita sintética es similar a la que contiene el hueso y dada su baja solubilidad es reabsorbida muy lentamente por el organismo.

– Los fosfatos tricálcicos presentan menos resistencia y mayor reabsorción que la hidroxiapatita, sin embargo son capaces de inducir una mayor bioactividad.

– El sílice tiene potencial osteoinductivo (induce la formación de hueso) al combinarse con fosfatos de calcio.

– Sustitutos óseos (los más utilizados: hidroxiapatita sintética y fosfato tricálcico)

Fosfatos cálcicos

(fosfato tricálcico α y β, sulfato de calcio)

Sílice

(óxido de silicio- SiO₂)

Vidrio bioactivo

(Bioglass, combinación de óxidos de sílice, sodio, calcio y fósforo)

– Al interactuar con fluidos corporales e intercambiar sales, es capaz de formar una capa amorfa de hidroxiapatita, lo cual le entrega osteoconductividad (permite que el tejido óseo crezca en su superficie).