MX2010007911A - Reemplazo total de cadera amortiguado y de bajo par de friccion. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un reemplazo total de cadera, orientado a la recuperación de personas con problemas artrosis o traumas articulares. El diseño del reemplazo permite atacar los 3 problemas fundamentales de los reemplazos de cadera, los cuales son: Esfuerzo de contacto, esfuerzos de blindaje en la interfase hueso - prótesis y las cargas de impacto generadas durante el cada ciclo de marcha. El reemplazo total de cadera presentado en este documento se compone de: (1) vástago femoral de polímero con inclusiones que permiten disipar esfuerzos de contacto y de blindaje, además de absorber las cargas dinámicas generadas durante el ciclo de marcha y (2) una cabeza femoral cerámica recubierta con DLC para reducir las fuerzas de fricción en el contacto con la copa acetabular. Contiene además (3) una copa acetabular de polímero con inclusiones que permiten disipar esfuerzos de contacto entre la cabeza femoral y la copa acetabular,; además la copa acetabular contiene (4) copa adicional metálica entre la cabeza femoral y la copa acetabular la cual reduce los pares de fricción que se generan durante el ciclo en marcha.

Description

REEMPLAZO TOTAL DE CADERA AMORTIGUADO Y DE BAJO PAR DE FRICCIÓN.

DESCRIPCIÓN El campo de la presente invención se relaciona con el área de reemplazo de la articulación de cadera en seres humanos. Este es una consecuencia de la alteración del funcionamiento, principalmente a causa de osteoartritis o artritis reumatoide y como consecuencia de traumas físicos, entre otros. Esta invención se ubica en el concepto de materiales biológicamente inspirados y encuentra su aplicación en personas afectadas por enfermedades articulares y traumas físicos, es decir, en aquellos padecimientos de la articulación de la cadera donde es necesario realizar un reemplazo para devolver la funcionalidad.

Esta invención se refiere al conjunto de piezas que forman la Prótesis Total de Cadera, que está orientado a la recuperación de la movilidad de la articulación y en consecuencia de las funciones motrices de personas afectadas por enfermedades y traumas articulares, particularmente de cadera. El reemplazo se concibió y diseñó con el propósito de que exhiba un coeficiente de fricción bajo, amortiguamiento y rigidez dirigidos, así como bajos esfuerzos de blindaje. En , comparación con los arreglos de prótesis actuales, las prótesis de la presente invención basan su construcción en el uso de un material principal o matriz, al que se le incluyen cavidades de forma elíptica que simulan los arreglos del tejido óseo. Además, éstas a través de su orientación y tamaño, proporcionan el direccionamiento de la rigidez e introducen al mismo tiempo un sistema disipativo y la propiedad de amortiguamiento, también dirigido que, además de reducir los esfuerzos de contacto y blindaje, al mismo tiempo proveen una reducción de los esfuerzos dinámicos generados durante la deambulación. El coeficiente de fricción mínimo, se provoca por la inserción de diamante tipo carbón depositado en el interior de una copa metálica. En comparación las prótesis metálicas o cerámicas empleadas en la actualidad basan sus propiedades mecánicas exclusivamente, en el uso de pares de contacto para reducir los problemas de fricción y desgaste, pero no incluyen modificaciones en la arquitectura interna para reducir los esfuerzos de contacto, esfuerzos de blindaje y amortiguamiento dirigido; que son las aportaciones de la presente invención.

ANTECEDENTES El desarrollo y aplicación de reemplazos articulares se remontan a 1950, cuando John Charnley publicó el primer texto titulado "El Tratamiento Cerrado de Fracturas Comunes", , el cual se convirtió en texto obligado de los ortopedistas hasta la actualidad [1]. Este texto fue el resultado de la experiencia de Charnley en el reemplazo de la articulación de la cadera, que a su vez fue una consecuencia de los traumas de la Segunda Guerra Mundial. Los reemplazos de la articulación de la cadera se desarrollaron paralelamente a los de rodilla, aunque con resultados poco alentadores. No fue hasta 1960 cuando se desarrolló el par de fricción metal - polietileno, cuyo componente femoral estaba hecho de aleaciones metálicas no-ferrosas y el componente de la cadera de polietileno de ultra alto peso molecular con base metálica; el vastago se fija al hueso con cemento mientras que la copa acetabular lo hace por medio de tornillos. Este modelo de prótesis se mantiene hasta la actualidad aunque con algunas variantes de forma y materiales, entre los cuales se han incluido a las cerámicas en el lugar del metal; este modelo consiste de 3 componentes que sustituyen las superficies en la unión de la cadera con el fémur! La investigación sobre reemplazo de cadera ha estado motivada principalmente por degeneraciones de la articulación causadas por artrosis, la cual es una enfermedad que afecta hasta el 70% de la población adulta del mundo occidental, con menos frecuencia entre las razas orientales.

A pesar de los avances en materiales, geometría y técnicas quirúrgicas, el reemplazo de cadera mantiene problemas serios de desgaste, aflojamiento y falla. Se ha demostrado que estos tres fenómenos se presentan como el resultado de los altos esfuerzos de contacto, el alto coeficiente de fricción entre las superficies de los componentes, además de la mala distribución de esfuerzos, lo cual provoca altas concentraciones de esfuerzos en la interfase hueso - prótesis. De hecho, la introducción de las cerámicas para sustituir la superficie femoral llegó como intento de mejorar la lubricación entre las superficies y con ello disminuir el coeficiente de fricción.

Los diseños actuales de prótesis de cadera responden a la necesidad de disminuir las fallas de los implantes. Existe consenso general entre la comunidad de ortopedistas en que el mecanismo de aflojamiento aséptico y consecuente falla del implante es el resultado de la generación de partículas de desgaste entre las superficies de rozamiento en la articulación. El movimiento combinado con las cargas dinámicas generadas durante el proceso de marcha, generan esfuerzos de contacto entre las superficies de los componentes de la prótesis que sobrepasan la resistencia, generalmente del material más blando, que es el polietileno. La falla del polietileno genera partículas de desgaste que viajan a través de los líquidos presentes en la articulación y se alojan en la interfase hueso - prótesis donde, por un proceso bioquímico, ocurre osteólisis o pérdida de la masa ósea responsable de la sujeción y estabilidad de la prótesis. Cuando estas características se pierden, se presentan síntomas muy parecidos a los de una artrosis en el paciente y se considera que el implante ha fallado. Las estadísticas más optimistas sostienen que los nuevos implantes de cadera tienen vida útil de hasta 15 años, incluso los principales laboratorios del mundo, como Johnson & Johnson a través de Depuy [2], Zimmer [3], Stryker [4]o Biomet [5] entre otros, ofrecen tecnologías de bajo par de fricción. Aun con todas estas nuevas características, no han logrado garantizar una mayor vida útil. Cabe mencionar que en el SIGA del IMPI se encuentran menos de 5 patentes registradas de reemplazos de la articulación de la rodilla, las cuales 3 pertenecen a compañías extranjeras [6-9]. Todas estas condiciones limitan el uso del reemplazo de la articulación de la cadera a personas que rebasan los 60 años de edad, con la esperanza de evitarles una cirugía de revisión, la cual resulta mucho más traumática, complicada y de alto riesgo.

Por su innovadora arquitectura interna, la presente invención se enfoca a la reducción de las 3 principales complicaciones que dan como resultado la falla del implante: (1) La alta concentración de esfuerzos de contacto que se generan en las superficies de contacto, (2) el alto coeficiente de fricción comparado con la articulación natural y (3) la mala distribución .de esfuerzos en los componentes del reemplazo, los cuales resultan en altos esfuerzos de blindaje en la interfaz hueso - prótesis. Esto se logra a través de la fabricación a través de un material principal o matriz, con inclusiones de tipo elíptico orientadas y tamaño específico, que permiten como función de la dirección y tamaño, incrementar la vida útil del conjunto.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN Las partes que componen el reemplazo total de cadera propuesto en la presente invención se muestran en la Figura 1 , y su posición corresponde a la de una persona completamente erguida. Esta muestra los cuatro componentes principales del reemplazo: (1) vástago femoral de una sola pieza, el cual se inserta y une al fémur y sustituye el cuello femoral; su geometría está diseñada para reproducir la cinemática y está fabricado de polietileno de ultra alto peso molecular de grado médico. En la Figura 2, con el número (2) se señala la cabeza femoral, la cual se inserta al (1) vástago por medio del (7) cubo que contiene la cabeza femoral. Este elemento tiene una fabricación de material cerámico grado médico y recubierto con Diamante Sintético por medio de triboadhesion. El (1) vástago femoral en conjunto con la (2) cabeza femoral sustituyen al fémur proximal en un remplazo total de cadera. La cabeza femoral (2) se une a la cadera por medio de la (4) copa acetabular, la cual se manufactura de polietileno de ultra alto peso molecular de grado médico, en la parte interna de la (4) copa acetabular se coloca una (3) copa metálica, la cual tiene la función de reducir los pares de fricción entre la (2) la cabeza femoral y la (4) copa acetabular. La (4) copa metálica está hecha de una aleación de titanio completamente sólida de un espesor de 3 mm y recubierta también por triboadhesion.

La figura 3 muestra un corte transversal del (1) vástago femoral que corresponde al plano medial, en el cual se muestra el arreglo de inclusiones (5) en forma de elipsoides en el cuerpo del componente femoral del reemplazo. La geometría externa del vástago femoral coincide con las prótesis comerciales de los laboratorios citados en los antecedentes, pero el material puede ser un polímero biocompatible, como el polietileno de ultra alto peso molecular. El arreglo de (5) inclusiones responde a los 3 problemas fundamentales de los reemplazos de cadera, es decir, con este arreglo se elimina la concentración de esfuerzos de contacto, se difunde la energía cinética generada durante el proceso de marcha dentro del cuerpo completo del componente y se minimizan los esfuerzos de blindaje en la interfase hueso - prótesis. Los radios principales de las inclusiones varía de 0 a 5mm, de acuerdo a las propiedades mecánicas efectivas que se requieran; el número y la orientación de las inclusiones tampoco es fija, ya que la inclinación de éstas puede ir desde 0 hasta 90° a partir de la vertical.

La figura 4 muestra un corte transversal de la (2) copa acetabular, en el cual se muestra el arreglo de inclusiones (6) en forma de elipsoides en el cuerpo del componente de unión con la cadera. La arquitectura interna se trata de inclusiones (6) elipsoidales distribuidas de acuerdo a modelos matemáticos que permiten calcular las propiedades físicas efectivas de materiales compuestos, de los cuales los materiales con inclusiones son un caso particular. La orientación, tamaño y densidad de las inclusiones puede variar de acuerdo a las necesidades particulares del- diseño del reemplazo.

DESCRIPCION DE FIGURAS Fig. 1. Reemplazo Total de cadera, consta de 4 elementos: (1) vastago femoral, (2) una cabeza femoral, (3) copa metálica y (4) copa acetabular. Estos cuatro elementos en conjunto forman la articulación de cadera.

Fig. 2. Vista de sección transversal del remplazo total de cadera en posición vertical completamente erguida. Se observa en el (1) vástago femoral la estructura interna compuesta por inclusiones (5) elipsoidales distribuidas de acuerdo a un arreglo específico. En la (4) copa acetabular también se observa una estructura interna compuesta también por un arreglo particular de (6) elipsoides. Además en la (2) cabeza femoral se observa el (7) cubo que permite el ensamble con el vástago femoral. '-.

Fig. 3. Presenta una sección transversal del (1) vástago femoral en posición vertical completamente erguida. La arquitectura interna se trata de inclusiones (5) elipsoidales distribuidas de acuerdo a modelos matemáticos que permiten calcular las propiedades físicas efectivas de materiales compuestos, de los cuales los materiales con inclusiones son un caso particular. La orientación, tamaño y densidad de las inclusiones puede variar de acuerdo a las necesidades particulares del diseño del reemplazo.

Fig. 4. Presenta una sección transversal de la (2) copa acetabular. La arquitectura interna se trata de inclusiones (6) elipsoidales distribuidas de acuerdo a modelos matemáticos que permiten calcular las propiedades físicas efectivas de materiales compuestos, de los cuales los materiales con inclusiones son un caso particular. La orientación, tamaño y densidad de las inclusiones puede variar de acuerdo a las necesidades particulares del diseño del reemplazo.

Referencias. [1] B. M. Wroblewski. Professor Sir John Charnley (191 1-1982), Rheumatology 2002; 41 : 824 -825 [2] http://\\ww.depuyorthopaedics.corn/HealthCare/Pages/HealthCareProduct.aspx. Consultado el 16 de julio de 2009 [3] http://wv^.zimmer.conVz ctl/op/global/action/7/template/MP/id/9355/prcat/M3. Consultado el 16 de julio de 2009. [4] http://www.stiyker.corri/en-us/products/Oithopaedics/KneeReplacement/index.htm, Consultado el 16 de julio de 2009. [5] http://www.biomet.es/es-medical/es-knees Consultado el 16 de julio de 2009 [6] Keller A. 2009. Patente MX 265517 B. "Prótesis de cadera comprendiendo vástago que debe fijarse en el canal medular del fémur". Titular: Waldermar Link GMBH & Co. Hamburgo, Alemania. [7] Keller A. 2009. Patente MX 263955 B. "Prótesis de cadera que comprende un eje para ser insertado en el fémur". Titular: Waldermar Link GMBH & Co. Hamburgo, Alemania. [8] Rico Martínez G. 2007. Patente MX 245717. "Prótesis no convencional bloqueada para cadera". Titular: Genaro Rico Martínez, D.F., México. [9] Albert H. Burstein. 1985. Patente MX 152004. "Mejoras en un componente femoral de una prótesis de articulación de cadera". Titular: New York Society for the relief of the ruptured asid¦ crippled, New York, US.

Claims (7)

REIVINDICACIONES Una vez descrito el reemplazo de la articulación de la cadera, se considera como una novedad y por ello se reclama lo contenido en las siguientes cláusulas:

1. Un reemplazo total de cadera, caracterizado porque comprende: a) un vástago femoral de ultra alto peso molecular de grado médico con inclusiones elípticas, b) un cabeza femoral cerámica y recubierta con diamante sintético, c) una copa metálica de aleación metálica no ferrosa y d) una copa acetabular de ultra alto peso molecular de grado médico con inclusiones elípticas.

2. El reemplazo total de cadera detallado en la cláusula 1, en el que el componente femoral está hecho de polímero.

3. El reemplazo total de cadera detallado en la cláusula 1, en el que la copa acetabular está hecha de polímero.

4. El reemplazo total de cadera detallado en la cláusula 1, en el que la copa acetabular consiste de un cuerpo solido con inclusiones elípticas, que pueden variar su densidad, orientación y forma.

5. El reemplazo total de cadera detallado en la cláusula 1, en la que la cabeza femoral presenta un recubrimiento con diamante sintético aplicado por medio de triboadhesión.

6. El reemplazo total de cadera detallado en la cláusula 1, la cual presenta una copa hecha de una aleación metálica no ferrosa que se acopla a la copa entre la unión -de la copa acetabular y la cabeza femoral.

7. El reemplazo total de cadera detallado en la cláusula 1 , cuyo vástago femoral consiste de cuerpo sólido con inclusiones elípticas, que pueden variar su densidad, orientación y forma.