ANÁLISE DE FALHA DE PRÓTESE ORTOPÉDICA

D.B. Reis, E. Furukawa, P.A.N. Bernardini, E.R. Bueno, P.S. Moraes

Departamento de Engenharia Mecânica, LABMAT, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis SC, Campus Universitário.

Palavras-chave: análise de falha, prótese ortopédica, fratura.

Resumo

A colocação de prótese no corpo humano tem, como primeiro registro, o reparo de uma fratura no céu da boca com placa de ouro por Petronius em 1565. Técnicas mais modernas de cirurgia, como a fixação de uma placa de aço revestida de níquel e parafusada no osso, foram realizadas por Hansmann em 1886. Desde então diversos metais têm sido testados como materiais de prótese. O aço inox foi introduzido como material de prótese em 1926, a liga Co-Cr-Mo em 1936 e o titânio tem tido grande uso desde 1970 conforme Fraker (1987).

Como propriedades importantes para um material de prótese destacam-se: biocompatibilide, resistência à corrosão, e a resistência à fadiga. A resistência à corrosão em materiais de prótese é o principal requisito, pois o corpo humano é um ambiente agressivo a muitos materiais devido à presença de sais e eletrólitos que facilmente atacam muitos metais. A resistência à fadiga deve ser levada em conta, pois o local fraturado dificilmente fica totalmente imobilizado. Desta forma, uma prótese pode sofrer esforços mecânicos como flexão e torção que podem acelerar a formação de trinca e conseqüentemente a fadiga.

Estudo do caso:

- Antecedentes: um cliente que fora submetido a uma cirurgia de colocação de prótese no antebraço direito (antebraço é constituído pelos ossos ulna e rádio), apresentou sintoma de intensas dores, e exames de raios-X, realizado 40 dias após a cirurgia, indicou que a prótese estava fraturada. Uma nova cirurgia removeu a prótese fraturada (figura 1) e instalou-se uma outra, o que possibilitou plena recuperação do paciente. Por sua vez, este solicitou uma análise de falha da prótese inicialmente instalada, visando identificar a causa da fratura.

- Análises:

1) Análise Química e Metalográfica: A Análise química do material revelou tratar-se de aço inoxidável austenítico, de composição base similar ao 316 (17 Cr - 12 Ni), portanto, dentro do esperado, e a análise metalográfica não revelou presença de defeitos que pudessem explicar a origem da fratura a partir de um defeito do material;

2) Análise Macroscópica: Através da inspeção visual identificou-se a presença de deformação plástica (figura 1), sugerindo ter havido esforço de torção no material;

3) Análise microscópica: Utilizando-se da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) constatou-se a presença de estrias (ou marcas) de fadiga, com diferentes direções de propagação (figuras 2 e 3) e indícios de amassamento entre as fraturas (figura 3), sugerindo que o material foi solicitado mesmo depois da fratura.

Seqüência de eventos: Concluiu-se então que a nucleação e propagação da trinca ocorreu da seguinte forma: Nas regiões 1 e 4 (conforme figuras 2 e 4), a trinca se propagou em plano transversal à espessura da placa, iniciando na borda externa e propagando em direção à periferia do orifício (isto é, de fora para dentro).

Uma vez completada a fratura nesta região, posteriormente, teria ocorrido a fratura nas regiões 2 e 3, onde a propagação ocorreria de cima para baixo, gerando as estrias horizontais. Isto, devido às regiões 1 e 4 terem sido deslocadas entre si, gerando torção.

A seqüência de eventos, baseado nas condições observadas das regiões 1, 2, 3 e 4 do local da falha, está esquematizado na figura 4.

As análises realizadas permitiram evidenciar que a fratura ocorreu por fadiga, não havendo defeito no material que justificasse a nucleação prematura, o que levou a inferir que a fratura teve origem em um excesso de esforços mecânicos.

Dois meses após o encerramento das análises, obteve-se a chapa fotográfica de raios-X dada pelo paciente, e a partir dela foram encontrados elementos que confirmaram o estudo anterior proposto, no qual a causa da falha foi devido à não fixação adequada da prótese (o posicionamento incorreto da prótese sobre o osso possibilitou excesso de carregamento) e a falta de imobilização do antebraço.

Referências:

Fraker, A.C. "Corrosion of Metallic Implants and Prosthetic Devices", ASM Handbook vol.13: Corrosion. ASM International, 1987-1998.