UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLODEPARTAMENTO ACADÉMICO DE FÍSICA

BIOMATERIALES, PRÓTESIS E IMPLANTES

Prof. Dr. Elvar Quezada Castillo

¿QUÉ ES UN BIOMATERIAL?

En Chester (Reino Unido) en 1991 acordaron definir un biomaterial como:

“Un material diseñado para actuar interfacialmente con sistemas biológicos con el fin de evaluar, tratar, aumentar o reemplazar algún tejido, órgano o función del cuerpo”.

REQUICITOS DE UN BIOMATERIAL

• 1. Biocompatible, • 2. No ser tóxico, ni carcinógeno. • 3. Ser químicamente estable (no presentar degradación en el

tiempo) e inerte. • 4. Tener una resistencia mecánica adecuada. • 5. Tener un tiempo de fatiga adecuado. • 6. Tener densidad y peso adecuado. • 7. Tener un diseño de ingeniería perfecto; esto es, el tamaño y

la forma del implante deben ser los adecuados.• 8. Ser relativamente barato, reproducible y fácil de fabricar y

procesar para su producción en gran escala.

TIPOS DE BIOMATERIALES

• 1. Metales• 2. Polímeros• 3. Cerámicos• 4. Materiales compuestos

BIOMATERIALES USADOS PARA REPARAR EL CUERPO HUMANO

MATERIALES EJEMPLOS

Metales:316, 316L, aleaciones de Ti,aceros de bajo contenido de carbono

Fijación ortopédica: tornillos, clavos, alambres, barras intermedulares, placas, implantes dentales.

Polímeros:Silicón, dacrón, teflón, nylon

Suturas, arterias, nariz, orejas, mandíbulas, dientes, tendones.

Cerámicos:Óxido de alumínio, aluminatos de cálcio, óxidos de Ti y carbonos.

Prótesis de cadera, dientes, dispositivos trascutáneos

Compuestos:Cerámica-metal, carbón-otro material.

Válvulas cardiacas, uniones óseas, marcapasos.

DEGRADACIÓN DE BIOMATERIALES

• Corrosión, debido a la agresividad química del medio en el que actúa alguno de los materiales de la unión.

• Fatiga superficial, debido a la formación de pequeñas fracturas que pueden dar lugar al rompimiento del material.

• Desgaste, se produce al entrar en contacto dos cuerpos por medio de una carga que hace que uno se desplace respecto al otro.

• Abrasivo, en el cual partículas de una superficie son empujadas hacia la otra en la que se adhieren, debido al movimiento que se tiene entre ellas.

BIOMATERIALES METÁLICOSPRÓTESIS

BIOMATERIALES METÁLICOS MECANISMOS DE FIJACIÓ INTERNA

COMPOSICIÓN DE FLUIDOS INTERSTICIAL E INTRACELULAR DEL MÚSCULO

Iones Fluido intersticial (µmol/cm3)

Fluido intracelular(µmol/cm3)

Cationes:Na+K+Otros

14545

12155----

AnionesCl-Otros

12034

4163

REQUICITOS QUE DEBEN CUMPLIR LOS IMPLANTES

• Biocompatibilidad biológica• Propiedades mecánicas adecuadas que debe

cumplir el implante dentro del cuerpo.• Elevada resistencia a la corrosión

REQUISITOS QUE DEBEN CUMPLIR LOS IMPLANTES

Varilla intramedular

REQUICITOS QUE DEBEN CUMPLIR LOS IMPLANTES

Varillas metálicas

IMPLANTES DENTALES

IMPLANTES DENTALES

BIOPOLÍMEROS

• Son grandes moléculas en forma de cadena, que consisten en un número pequeño de unidades repetidas denominados meros, que difieren de las pequeñas moléculas que son empleadas para la síntesis de los polímeros, llamados monómeros

• Los biopolímeros naturales: celulosa, almidón, gomas naturales y el ácido desoxirribonucleico (ADN) que es el material genético de todos los seres vivos.

BIOPOLÍMEROS

Los biopolímeros de mayor uso en medicina se clasifican en tres categorías:

1. Estables o fijos, son de origen sintético y no son biodegradables.

2. Semi-estables o parcialmente biodegradables, pueden ser de origen natural y sintético. Cumplen funciones temporales.

3. Biodegradables conocidos también como polímeros naturales, son absorbidos completamente por el cuerpo o degradados con el tiempo.

POLÍMEROS DE USO MÉDICO MÁS FRECUENTES

APLICACIONES CLÍNICAS DE POLÍMEROS USADOS EN MEDICINA

COMPONENTE ACETABULAR DE FEMUR

Polietileno de ultra alto peso Molecular (PUHMW)

VÁLVULA CARDIACA Y LENTE INTRAOCULAR

Válvula artificialde corazón

Lente intraocular

IMPLANTE DE CORAZÓN ARTIFICIAL Y PIEZAS DE CORAZÓN ARTIFICIAL

BIOCERÁMICOS

• Los cerámicos, vidrios y vidrios cerámicos son compuestos inorgánicos no metálicos. En la industria médica, estos materiales son esenciales para anteojos, instrumentos de diagnóstico, recipientes químicos, termómetros, recipientes para cultivo de tejidos y fibras ópticas para endoscopía.

• Los vidrios porosos han sido empleados como transportadores de enzimas, anticuerpos y antígenos.

• También se usan en odontología para restauraciones de coronas de oro-porcelana, cementos ionómeros y prótesis

TIPOS DE RESPUESTA TEJIDO-IMPLANTE

• Si el material es tóxico, muere el tejido que lo rodea.• Si el material es no tóxico y biológicamente inactivo

(aproximadamente inerte), forma un tejido fibroso de varias capas de espesor.

• Si el material es no tóxico y biológicamente activo (bioactivo), forma una interfase de unión.

• Si el material es no tóxico y se disuelve, lo reemplaza el tejido que lo rodea.

CERÁMICOS USADOS EN PRÓTESIS E

IMPLANTES

• Vástago femoral de titanio recubierto con hidroxiapatita.

• Cabeza rotante de Al2O3.

• Copa o cotilo fabricado en polietileno de ultra alto peso molecular y cubierto de titanio poroso.

HIDROXIAPATITA EN SUBSTRATO DE TITANIO POROSO

75X

350X

Hidroxiapatita artificial

MATERIALES COMPUESTOS

• El hueso esta formado principalmente por fibras de colágeno y cristales de hidroxiapatita.

• Los materiales recubiertos con cerámica parecen muy sugestivos para las superficies articulares de los reemplazos completos de articulaciones.

• Un material compuesto está constituido por lo menos por dos componentes químicamente distintos a nivel de macroescala, que contienen interfases que los separan.

• Tales compuestos consisten en una o más fases discontinuas incluidas en una fase continua. La fase discontinua es generalmente más fuerte y dura que la fase continua, y se denomina refuerzo o material de refuerzo, mientras que la fase continua se denomina matriz.

PRÓTESIS DE CADERA Y VÉRTEBRA ARTIFICIAL