Corrosión y fricción del cono

Fricción y corrosión en la unión modular

Ya en las décadas de 1980 y 1990 se conocía el problema clínico de la corrosión del cono en la artroplastia total modular de cadera. Recientemente, las últimas tendencias en diseño, como pares de metal/metal, cabezas grandes y cuellos modulares han reintroducido la corrosión del implante como problema clínico; siendo la causa del 4,2 % (referencia: Della Valle Craig, AAHKS 2014, presentación oral) de todas las revisiones, a menudo con consecuencias graves.

Über uns

Fuente: El efecto de la superficie de rodamiento sobre la corrosión en las uniones modulares de la artroplastia total de cadera
Selin Munir, Michael B.Cross, Reza Jenabzadeh, Anna Sokolova, Christina Esposito, Dennis Molloy,
William Walter, William Walter, Bernard Zicat – Póster, 25th ISTA 2012, Sydney

Por gentileza de A/Prof. William L Walter, Mater Hospital, North Sydney, Australia

El número de publicaciones sobre este asunto abunda y, de acuerdo con el consenso actual, el mecanismo de corrosión del cono se caracteriza sobre todo por una corrosión por fisuras, a la que se suman factores mecánicos. Aunque se trate, en esencia, de un problema de corrosión por fisuras, la fricción y el desgaste mecánicos también contribuyen a la alteración de las delicadas capas (atómicas) protectoras de óxido que bordean la fisura. La pérdida del metal es un hallazgo habitual en las uniones modulares de las cabezas metálicas (aleación de cobalto y cromo) con los troncos de cono de los vástagos. Pese a que resulte más prevalente en los pares metal/metal de gran diámetro, también se observa en los componentes convencionales de metal/polietileno, incluso con las cabezas esféricas de 28 mm.

La pérdida del metal (desgaste y corrosión) depende de una serie de factores, entre otros variables geométricas, como las dimensiones y la forma de la fisura en la interfase cónica, y la interacción compleja entre factores metalúrgicos, químicos, eléctricos y tribológicos. Se han identificado, como variables importantes, otros factores del tipo del tiempo de implantación y la rigidez a la flexión del cuello femoral.

Las publicaciones más recientes sobre este asunto se relacionan con las cabezas modulares de cerámica y con las cabezas modulares de cerámica con una vaina de una aleación de titanio (BIOLOX®OPTION).

Deterioro de la interfase de inicio mecánico
(Desgaste, fricción y desgaste por fricción)

El desgaste se define como un daño de la superficie caracterizado por la pérdida progresiva de material debida al movimiento relativo entre las superficies en contacto.1 La fricción se define así: "El proceso de desgaste especial que ocurre en la superficie de contacto entre dos materiales sometidos a carga y a un movimiento diminuto relativo por vibración o alguna otra fuerza" (Manual ASTM sobre fatiga y fractura). Varios autores han analizado la magnitud necesaria de movimiento que se requiere para crear este fenómeno y, por regla general, se ha obtenido un valor muy bajo, entre 1 y 100 µm.2,3 Dada la magnitud de la carga dentro del cuerpo, todas las uniones modulares de las prótesis pueden experimentar fricción.

Deterioro de la interfase de inicio químico
(Fricción y corrosión en la unión modular)

Figura 1: Esquema de la interfase metal-óxido-solución con la proteína y variaciones del voltaje

Por gentileza de L. Gilbert

La corrosión, según la definición de los ingenieros, es una destrucción visible de una estructura y comporta, en última instancia, la pérdida de la función, mientras que para los químicos es una reacción irreversible de la superficie de un material con el entorno, de tal modo que se consume el material y las partículas entran a formar parte del ambiente. Se describe como una degradación superficial por interacciones electroquímicas que producen iones y sales metálicos 4 y se aplica solo a materiales metálicos. Solo los metales nobles, como el oro, poseen una superficie que se autoprotege de la corrosión, mientras que todos los demás metales y aleaciones reaccionan espontáneamente con el oxígeno de la atmósfera formando una capa de óxido más o menos protectora (pasivación), como se ilustra en la figura 1.

Cualquier alteración de esta película de óxido determina una corrosión (flujo iónico) inmediata hasta que se vuelve a formar la película.5 El tiempo que se necesita para que se forme la nueva capa protectora de óxido se conoce como tiempo de repasivación. Depende de la composición metálica y de la disponibilidad de oxígeno y dura unos milisegundos6, aproximadamente 60 ms para Ti6Al4V7.

Referencias

  1. Fretting corrosion testing of modular implant interfaces. ASTM F1875-98, reapproved 2009
  2. Mutoh Y. Mechanism of fretting fatigue. JSME International Journal, 1995; 38(4), 405-415
  3. Bill RC. Review of factors that influence fretting wear. Materials Evaluation Under Fretting Condition, ASTM STP 780, American Society for Testing and Materials, New York, 1982, 165-182
  4. Collier P et al. Corrosion between the components of modular femoral hip prostheses. J Bone Joint Surg-Br1992; 74-B, 511-7
  5. Toni A et al. Clinical advantages and fretting concerns with modular neck total hip prosthesis, The institution of mechanical engineers, International conference “Refining future strategies in total hip replacement”, Transactions Volume two, Session 7-11, 2002
  6. Frangini S, Piconi C. Repassivation rates of surgical implantalloys by rotating disk scratching measurements. Materials and Corrosion, 2001; 52, 372-380
  7. Viceconti M et al. Fretting wear in modular neck hip prosthesis. JBiomed Mater Res 1997; 35-2, 207-216
  • Fundamentals

    Corrosion and Fretting Corrosion. A Glossary.

    by Robert M. Streicher PhD

Publicaciones sobre corrosión dell cono y fricción relacionados con cabezas modulares de cerámica

Cambios por fricción y corosión en prótesis de cadera modulares. Las cabezas femorales de cerámica reducen la fricción y corrosión del cono? Un estudio de revisión

Por Steven M. Kurtz PhD, Sevi B. Kocagöz BS, Josa A. Hanzlik MS, Richard J. Underwood PhD, Jeremy L. Gilbert PhD, Daniel W. MacDonald MS, Gwo-Chin Lee MD, Michael A. Mont MD, Matthew J. Kraay MD, Gregg R. Klein MD,Javad Parvizi MD, Clare M. Rimnac PhD

Resumen

Antecedentes

Estudios anteriores relacionados con la corrosión del cono en las uniones cabeza/cono modulares estaban basados principalmente en cabezas femorales de aleación de cromo cobalto (CoCr). Se sabe menos acerca de la corrosión en la unión cabeza/cono con cabezas femorales de cerámica.

Cuestiones/Objetivos

Nos preguntamos (1) si las cabezas de cerámica presentaban menos corrosión a nivel del cono que las cabezas de CoCr; (2) qué dispositivo y factores del paiente influyen en la corrosión por fricción del cono; y (3) si el mecanismo de corrosión por fricción en las cabezas femorales de cerámica es distinto que en las cabezas de CoCr.

Método

Se analizaron cien uniones cabeza/cono de vástago femoral para evidenciar fenómenos de fricción y corrosión utilizando una técnica de escala visual basada en la severidad y extensión del daño por fricción y corrosión del cono del vástago. Se diseño una cohorte pareada usando 50 uniones cerámica/cono con 50 uniones CoCr/cono valorando el tiempo de imlantación, voladizo (offset) femoral, diseño del vástago y rigidez a la flexión. Resultados: Los valores de corrosión y fricción fueron menores en la cohorte con cabezas de cerámica (p=0.03). La aleación del vástago (p=0.004) y la menor rigidez a la flexión del vástago (Rho de Spearman = -0,32. p=0.02) predijeron el daño por corrosión y fricción del vástagoen la cohorte de las cabezas de cerámica, pero no en la de las cabezas metálicas. El mecanismo de corrosión por fisuras asistido mecánicamente fue similar en ambas cohortes, aunque en el caso de las cabezas de cerámica solo una de las dos superficies (el cono metálico) tuvo lugar la abrasión de la capa de óxido y el proceso de repasivación

Conclusiones

Los resultados sugirieron que la utilización de cabezas de cerámica puede disminuir, pero no eliminar completamente la fricción y corrosión del cono de CoCr del vástago.

Relevancia clínica

Los hallazgos de este estudio apoyan futuros estudios en el papel de las cabezas de cerámica para reducir potencialmente la corrosión el cono femoral.

La corrión por fricción y el desgaste en el cono (trunnionitis) -
Es tambien un problema con las cabezas de cerámica con vaina metalica?

Por Roman Preuss, PhD, Kim Lars Haeussler, Markus Flohr,and Robert M. Streicher, PhD

Resumen

Algunos sistemas modulares con articulación metal/metal con cabezas de gran diámetro han presentado tasas de revisión más altas de lo común debidas a corrosión y partículas de desgaste originadas en la conexión modular metálica entre la cabeza y el cono del vástago. Existen pares de frcción de gran diámetro cerámica/cerámica que presentan una vaina de aleación de titanio para su fijación en el cono del vástago. Este estudio aborda el tema de la fricción y corrosión del cono en cabezas standard de gran diámetro de cerámica y un sistema experimental de nuevo diseño. Mientras que las cabezas metálicas de gran diámetro se han presentado como la causa de fallo de l PTC, nuestros resultados demuestran que grandes cabezas de cerámica, incluso con una vaina metálica no tienen ningún efecto corrosivo en las conexiones modulares con el vástago.

Corosión en prótesis totales de cadera modulares:
Un análisisde las conexiones cabeza/cuello y cabeza con vaina/cuello

Por Selin Munir, BE, MBiomedE, Michael B. Cross, MD, Christina Esposito, PhD, Anna Sokolova, and William L. Walter, MBBS, FRACS, FA OrthA, PhD

Resumen

En este estudio de revisión se examinaron las uniones modulares de implantes S-ROM® explantados para determinar la extensiónde la corosión en la cabeza/cono y en el vástago/vaina de unión. La severidad de la corrosión se clasificó en relación al par de fricción a través del tiempo. Se observo más corrosión en la cabeza/cono de cromo-cobalto que en las de cerámica. A nivel de la unión modular vástago/vaina de unión había una lesión significativamente más importante (p<0.05) en los implantes con par duro/duro que en los pares duro/blando. Este estudio sugiere que los materiales del par de fricción articular y el tamaño de la cabeza afectan al grado de corrosión de la unión modular en estos vástagos.

La holgura del ángulo del cono tiene influencia en la fricción y corrosión en la interfase cabeza/vástago?. Un estudio de revisión de cohortes apareadas

Por Sevi B.Kocagöz, BS, Richard J. Underwood, PhD, Shiril Sivan, BE, Jeremy L. Gilbert, PhD, Daniel W. MacDonald, MS, JuddS. Day, PhD, and Steven M. Kurtz, PhD

Resumen

Algunos estudios previos han especulado que el diseño del cono modular puede tener un efecto en la corosión y pérdida de material en las superficies de contacto. Presentamos un novedoso método de medición del ángulo del cono en cabezas femorales y conos de vástagos explantados utilizando una máquina de valoración de redondez (Talyrond 585, Taylor Hobson, UK). Nosotros también investigamos la relación entre la holgura del ángulo del cono y el valor visual de la fricción-corrosión en la unión del cono (trunnion) usando una cohorte de 50 pares de cerámica/vástago y 50 metal/vástago. En este estudio no se apreció ninguna correlación entre la holgura del ángulo del cono y los valores visuales de fricción-corosión ni en la cohorte de las cerámicas ni en la de metales.

  • Fretting and Corrosion at Modular Junctions

    Can ceramics address this clinical issue?

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