Orientador: Aparecido Carlos Gonçalves / Resumo: Os problemas associados às falhas protéticas e cirurgias de revisão aumentaram muito desde que a substituição total da articulação passou a ser aplicada também a pacientes mais jovens e mais ativos, portanto, a necessidade de resolver ou reduzir os problemas relacionados ao desgaste é de suma importância. Partindo-se dessa premissa, decidiu-se por projetar, fabricar e validar uma máquina de ensaio de desgaste do tipo acoplamento orbital, capaz de realizar o ensaio de desgaste de Prótese Total de Quadril (PTQ), obedecendo aos parâmetros de carga e movimento (Flexão/Extensão, Adução/Abdução), estabelecidos pela Norma ABNT NBR ISO 14242-3. Após a validação, foi realizado o ensaio de uma amostra composta de uma cabeça femoral de 28 mm de diâmetro de aço inox ASTM F138 e acetábulo de polietileno convencional (UHMWPE). O ensaio teve a duração de um milhão de ciclos (aproximadamente 12 dias), equivalente a aproximadamente um ano de uso da prótese in vivo e teve duas avaliações de perda de massa e volume ao longo do ensaio. Os resultados obtidos da taxa média de perda de massa e volume por milhão de ciclos, foram compatíveis com os resultados apresentados por outros autores. A avaliação do desgaste sofrido pelo componente acetabular (análise visual e microscópica) e a análise morfológica das partículas geradas pelo desgaste via MEV, forneceram informações importantes para melhor interpretar os mecanismos de desgastes (abrasão, adesão e fadiga) ocorridos durante o ensaio tribológico. ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The problems associated with prosthetic failure and revision surgery have increased greatly since total joint replacement has also been applied to younger and more active patients, so the need to resolve or reduce wear-related problems is of paramount importance. Based on this premise, it was decided to design, manufacture and validate a wear test machine of the orbital coupling type, capable of performing the Total Hip Prosthesis (PTQ) wear test, according to load and movement parameters ( Flexion / Extension, Adduction / Abduction), established by the Standard ABNT NBR ISO 14242-3. After validation, a sample composed of a 28 mm diameter femoral head of ASTM F138 stainless steel and conventional polyethylene acetabulum (UHMWPE) was performed. The assay lasted for one million cycles (approximately 12 days), equivalent to approximately one year of use of the prosthesis in vivo and had two mass and volume loss evaluations throughout the trial. The results obtained from the average loss rate of mass and volume per million cycles were compatible with the results presented by other authors. The evaluation of the wear of the acetabular component (visual and microscopic analysis) and the morphological analysis of the particles generated by the MEV wear, provided important information to better interpret the mechanisms of wear (abrasion, adhesion and fatigue) that occurred during the tribological test. It is a fact that these wear mechanisms compromise the useful life of a hip joint ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Luis Guilherme de Faria null (lgfaria.medvet@ymail.com) on 2018-02-20T18:24:16Z No. of bitstreams: 1 TESE DE DOUTORADO - LUÍS GUILHERME DE FARIA - REPOSITÓRIO.pdf: 2930040 bytes, checksum: 40cde73090fb7af7b81a6b84ae05ed52 (MD5) / Approved for entry into archive by Alexandra Maria Donadon Lusser Segali null (alexmar@fcav.unesp.br) on 2018-02-21T14:06:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 faria_lg_dr_jabo.pdf: 2930040 bytes, checksum: 40cde73090fb7af7b81a6b84ae05ed52 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-21T14:06:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 faria_lg_dr_jabo.pdf: 2930040 bytes, checksum: 40cde73090fb7af7b81a6b84ae05ed52 (MD5) Previous issue date: 2018-01-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O objetivo deste estudo foi comparar as propriedades biomecânicas de dois modelos de hastes femorais da prótese total de quadril, não cimentada, modular e nacional. A haste A, possui uma extensão na base do colo do implante, denominado “colar”, já o implante B, possui a sua porção proximal abaulada. Buscou-se determinar qual dos dois modelos de hastes femorais tem melhor desempenho ao evitar, ou impedir, o afundamento (subsidence). Para tal, utilizou-se 8 pares de fêmures de cães adultos, machos e fêmeas, de diferentes raças e massa corporal de ±25 kg. Em cada fêmur, uma ostectomia da cabeça e do colo femoral foi realizada e inserido um dos implantes selecionados. As construções foram submetidas, previamente, à radiografia e densitometria óssea, a fim de determinar a homogeneidade da amostra. Logo em seguida, divididos em dois grupos, Haste A (8 fêmures) e Haste B (8 fêmures), aplicou-se carga de flexo-compressão, no eixo axial de cada amostra, em máquina universal de ensaios. A força máxima, a deflexão, a resistência à compressão e a energia foram as variáveis analisadas nos dois sistemas, assim, o Grupo B exibiu valores significativamente maiores (p≤0,05) para as variáveis resultantes deste estudo, com exceção da rigidez que, estatisticamente, considerou-se similar entre os dois grupos (p=0,2031). A média da força máxima no teste de compressão axial para o Grupo A foi de 1347±357 N e, para o Grupo B, de 1805±123 N (p≤0,0069). A média da deflexão para o Grupo A foi de 5547±2639 mm e, para o Grupo B, de 10033±3998 mm (p≤0,0056). Para a variável energia, a média da força máxima para o Grupo A foi de 6203±3488 N.mm, já para o Grupo B, foi de 12885±5056 N.mm (p≤0,0054). A média do módulo de deformação elástica, expresso em rigidez, no Grupo A foi de 860±160 N/mm, já no Grupo B, de 1011±305 N/mm (p≤0,0054). Os dados obtidos apresentavam distribuição normal e foram submetidos ao teste t pareado (p≤0,05). Constatou-se que a Haste B possui maior força máxima, deflexão e energia. Todavia, quanto a rigidez, ambas são eficientes em amortizar o impacto das forças axiais de flexo-compressão em fêmures cadavéricos de cães. / The goal of this study was to compare the biomechanical properties of two models of femoral stems of the total hip, uncemented, modular, and national (Brazil) prosthesis. The stem A has an extension at the base of the implant, called the "collar", and the implant B, has its convex proximal portion. We sought to determine which of the two models of femoral rods perform best by avoiding, or preventing, subsidence. To this end, we used eight pairs of femurs of adult dogs, male and female, of different races and body weight ± 25 kg. In each femur, an ostectomy of the head and femoral neck was performed and inserted one of the selected implants. The constructs were previously submitted to radiography and bone densitometry, in order to determine the homogeneity of the sample. Then, divided into two groups, Stem A (8 femurs) and Stem B (8 femurs), a flexo-compression load was applied on the axial axis of each sample in a universal testing machine. Maximum strength, deflection, compressive strength and energy were the variables analyzed in both systems, thus, Group B showed significantly higher values (p≤0.05) for the variables resulting from this study, except for the rigidity that, statistically, it was considered similar between the two groups (p=0.2031). The mean maximal force in the axial compression test for Group A was 1347±357 N and, for Group B, 1805 ± 123 N (p≤0.0069). The mean deflection for Group A was 5547 ± 2639 mm and, for Group B, 10033±3998 mm (p≤0.0056). For the energy variable, the mean of the maximum force for Group A was 6203±3488 N.mm, for Group B, it was 12885±5056 N.mm (p≤0.0054). The mean elastic strain modulus, expressed as rigidity, in Group A was 860±160 N/mm, in Group B, of 1011±305 N/mm (p≤0.0054). The obtained data presented normal distribution and were submitted to paired t test (p≤0.05). It was verified that Haste B has greater maximum strength, deflection and energy. However, for stiffness, both are efficient in amortizing the impact of axial flexion-compression forces on cadaverous femurs of dogs.

O controle na formação do biofilme em implantes e próteses ortopédicas continua sendo um dos grandes desafios acerca da infeção relacionada aos dispositivos na área da saúde. O objetivo desta pesquisa foi investigar biomateriais com aplicabilidade na ortopedia, visando os avanços e enfrentamentos dos desafios na área da infectologia. Uma revisão integrativa foi realizada a respeito da formação de biofilme em biomateriais de próteses de quadril com a finalidade de contribuir com as medidas de prevenção e controle aos agravos infecciosos. Além disso, a formação in vitro do biofilme em função dos biomateriais (titânio e titânio revestido com biovidro F18), microrganismos (Staphylococcus epidermidis e Candida albicans) e tempos de incubação (2, 4 e 8 horas) foi avaliada por microscopia de fluorescência. A revisão integrativa foi realizada no portal PubMed da National Library of Medicine, bem como nas bases Cochrane, Embase, Web of Science, CINAHL e LILACS com a inclusão de estudos primários sobre a temática, publicados online até novembro de 2017, em português, inglês e espanhol. Na fase experimental / laboratorial, biofilmes de S. epidermidis (ATCC 12228) e C. albicans (ATCC 90028) foram formados em corpos de prova de titânio e titânio revestido com biovidro F18 após 2, 4 e 8 horas de incubação a 37?C sob agitação orbital. As áreas das imagens dos corpos de prova, em porcentagem, recobertas com biofilme (células vivas) foram avaliadas por microscopia de fluorescência. Os dados coletados foram submetidos à análise estatística empregando-se os testes de normalidade Shapiro Wilk, U de Mann-Whitney e t de Student por meio do software IBM SPSS Statistics (versão 25) e nível de significância ?=5%. Na revisão integrativa, os resultados demonstraram que dos 16 estudos primários, 81,25% eram pesquisas experimentais in vitro e que novos biomateriais foram desenvolvidos para prevenir a formação de biofilme. Com relação à fase experimental / laboratorial, houve menor formação de biofilme por S. epidermidis e C. albicans (p<0,001) no titânio revestido com biovidro F18 do que no titânio, após 8 horas de incubação. Entretanto, houve maior formação de biofilme por S. epidermidis e C. albicans após 8 horas do que em 2 horas de incubação, tanto no titânio quanto no titânio revestido com biovidro F18 (p<0,05). Em suma, a revista da literatura mencionou o desenvolvimento de biomateriais novos para prevenir a formação de biofilme. Na fase laboratorial / experimental, o titânio revestido com biovidro F18 apresentou atividade antibiofilme em comparação com o titânio, e os tempos de incubação de 2 para 8 horas aumentaram a formação de biofilme em ambos os biomateriais. Ainda, pesquisas futuras acerca do biovidro F18 fundamentadas nos aspectos físicoquímicos, bioquímicos e microbiológicos são importantes para a elucidação dos mecanismos de ação relacionados ao controle dos biofilmes / The control of biofilm formation on implants and orthopedic prostheses still is one of the major challenges concerning infection related to devices in the health field. The objective of this research was to investigate biomaterials with applicability in orthopedics, aiming for advances and facing challenges in the infectology area. An integrative review was performed regarding biofilm formation on hip prosthesis biomaterials in order to contribute to the preventive and infection control measures. Moreover, the in vitro biofilm formation according to biomaterials (titanium and titanium coated with F18 bioglass), microorganisms (Staphylococcus epidermidis and Candida albicans) and incubation times (2, 4 and 8 hours) was evaluated by fluorescence microscopy. The integrative review was performed on PubMed portal from National Library of Medicine as well as on Cochrane, Embase, Web of Science, CINAHL and LILACS databases with the inclusion of primary studies about the topic, published online up until November 2017, in Portuguese, English and Spanish. In the experimental / laboratory step, S. epidermidis (ATCC 12228) and C. albicans (ATCC 90028) biofilms were formed on proof bodies of titanium and titanium coated with F18 bioglass after 2, 4 and 8 hours of incubation at 37?C under orbital shaking. The image areas of proof bodies, in percentage, coated with biofilm (living cells) were evaluated by fluorescence microscopy. The data collected were submitted to statistical analysis using normality tests Shapiro Wilk, U from Mann-Whitney and t from Student through IBM SPSS Statistics (version 25) software and significance level ?=5%. In the integrative review, the results showed that among 16 primary studies, 81.25% were in vitro experimental studies and that new biomaterials were developed to prevent biofilm formation. Regarding experimental / laboratory step, there was less biofilm formation by S. epidermidis and C. albicans (p<0.001) on titanium coated with F18 bioglass than on titanium, after 8 hours of incubation. However, there was more biofilm formation by S. epidermidis and C. albicans after 8 hours than in 2 hours of incubation, both on titanium and on titanium coated with F18 bioglass (p<0.05). In sum, the literature review mentioned the development of new biomaterials to prevent biofilm formation. In laboratory / experimental step, titanium coated with F18 bioglass presented antibiofilm activity in comparison with titanium, and the incubation times of 2 to 8 hours increased biofilm formation on both materials. Besides, future studies about F18 bioglass based on physicochemical, biochemical and microbiological aspects are important for the elucidation of action mechanisms related to biofilms control

Os biopolímeros surgem como materiais alternativos no atendimento aos requisitos de desempenho que a área médica tem exigido para implantes ósseos. Nesse contexto o polímero poliuretano derivado de óleo de mamona (Ricinus communis) tem obtido lugar de destaque. Mesmo assim, esse material, considerado um biopolímero regenerador ósseo, ainda necessita de investigação mecânica consistente para uma aplicação de forma confiável. No entanto, há uma grande dificuldade em se prever o comportamento mecânico das estruturas fabricadas por biopolímeros. Diante desse fato, o presente projeto de pesquisa visa através de ensaios experimentais em amostras padronizadas para ensaios de tração e compressão, bem como, ensaios normalizados para próteses de quadril, adquirir propriedades de material adequadas para a implementação dos modelos computacionais, assim como dados de comportamento mecânico sob solicitação. De posse desses dados, através do método dos elementos finitos, são realizadas simulações computacionais com o objetivo de verificar a capacidade do modelo de material de Drucker-Prager representar o comportamento mecânico do biopolímero. Este modelo é aplicado inicialmente na simulação dos ensaios de tração e compressão e posteriormente nas simulações das próteses em biopolímero, onde carregamentos mais complexos estão presentes. Os resultados obtidos nas simulações são analisados e discutidos para fins de validação do uso deste modelo de material em estruturas fabricadas com o biopolímero. / Biopolymers have been widely used as alternative materials to attend the performance requirements that medical area has demanded to bone implants. In this way, the Castor Oil Polyurethane (Ricinus communis) has taken a distinct place. Nevertheless, this material, considered bone constructive, still needs a consisting mechanical investigation for a reliable application, despite the great difficulty to predict the mechanical behavior of biopolymer structures. Face this fact, this work intends through experiments in normalized specimens for tensile and compressive tests, as well as normalized tests for hip implants, to obtain material properties and mechanical behavior data required to implement computational models of the hip prosthesis. Using the finite element method, computational simulations are carried out to verify the capability of Drucker-Prager material model to represent the biopolymer mechanical behavior. This model is first applied in tensile and compressive tests simulations, and further in prosthesis biopolymer simulations, where more complex loadings are present. The results of these simulations are analyzed and discussed in order to validate the use of this material model in biopolymers structures.

Os biopolímeros surgem como materiais alternativos no atendimento aos requisitos de desempenho que a área médica tem exigido para implantes ósseos. Nesse contexto o polímero poliuretano derivado de óleo de mamona (Ricinus communis) tem obtido lugar de destaque. Mesmo assim, esse material, considerado um biopolímero regenerador ósseo, ainda necessita de investigação mecânica consistente para uma aplicação de forma confiável. No entanto, há uma grande dificuldade em se prever o comportamento mecânico das estruturas fabricadas por biopolímeros. Diante desse fato, o presente projeto de pesquisa visa através de ensaios experimentais em amostras padronizadas para ensaios de tração e compressão, bem como, ensaios normalizados para próteses de quadril, adquirir propriedades de material adequadas para a implementação dos modelos computacionais, assim como dados de comportamento mecânico sob solicitação. De posse desses dados, através do método dos elementos finitos, são realizadas simulações computacionais com o objetivo de verificar a capacidade do modelo de material de Drucker-Prager representar o comportamento mecânico do biopolímero. Este modelo é aplicado inicialmente na simulação dos ensaios de tração e compressão e posteriormente nas simulações das próteses em biopolímero, onde carregamentos mais complexos estão presentes. Os resultados obtidos nas simulações são analisados e discutidos para fins de validação do uso deste modelo de material em estruturas fabricadas com o biopolímero. / Biopolymers have been widely used as alternative materials to attend the performance requirements that medical area has demanded to bone implants. In this way, the Castor Oil Polyurethane (Ricinus communis) has taken a distinct place. Nevertheless, this material, considered bone constructive, still needs a consisting mechanical investigation for a reliable application, despite the great difficulty to predict the mechanical behavior of biopolymer structures. Face this fact, this work intends through experiments in normalized specimens for tensile and compressive tests, as well as normalized tests for hip implants, to obtain material properties and mechanical behavior data required to implement computational models of the hip prosthesis. Using the finite element method, computational simulations are carried out to verify the capability of Drucker-Prager material model to represent the biopolymer mechanical behavior. This model is first applied in tensile and compressive tests simulations, and further in prosthesis biopolymer simulations, where more complex loadings are present. The results of these simulations are analyzed and discussed in order to validate the use of this material model in biopolymers structures.