¶ E – 44-015
Materiales utilizados
en la osteosíntesis
M. Altmann, J.-M. Cognet, L. Eschbach, B. Gasser, G. Richards, P. Simon
¿Qué se espera del material utilizado en una osteosíntesis? La osteosíntesis puede
definirse como la estabilización temporal interna o externa de los fragmentos óseos,
hasta que se obtiene la consolidación. Los materiales utilizados para los implantes de
osteosíntesis deben ser biocompatibles y proporcionar elevadas prestaciones mecánicas.
Por estas razones los implantes metálicos son la norma actualmente. En algunas
indicaciones, y sobre todo, para tensiones poco importantes, se utilizan o están en
período de evaluación otros materiales como polímeros, materiales compuestos o
biorreabsorbibles (polímeros o cerámicas). Debido a sus propiedades mecánicas
(fragilidad, resistencia limitada a las tensiones) y a su método de fabricación, las
cerámicas no se utilizan hoy en día en traumatología ósea para el soporte de carga. En
este capítulo se resumen los términos científicos básicos, los materiales más corrientes, su
interacción biológica y su visualización mediante técnicas de diagnóstico por la imagen.
© 2008 Elsevier Masson SAS. Todos los derechos reservados.
Palabras Clave: Ductilidad; Osteosíntesis; Implantes; Biocompatibilidad; Acero; Titanio
Plan
¶ Resistencia mecánica, propiedades y funcionamiento
biológico
Términos que describen las propiedades mecánicas
Fatiga
Biocompatibilidad y propiedades de superficie de los
implantes
1
1
2
2
óseos hasta que se obtiene la consolidación. Tres factores influyen sobre las propiedades mecánicas de una
osteosíntesis:
• propiedades del material: propiedades físicas y biológicas consustanciales al material;
• geometría del implante: diseño y geometría del
implante definidos y probados por el fabricante;
• técnica de osteosíntesis: técnica de aplicación y
fijación elegida por el cirujano.
En los apartados siguientes, solo se valorará las
propiedades físicas y biológicas consustanciales al
implante. No obstante, es necesario destacar que la
elección del implante y su utilización por el cirujano
inciden en la estabilidad de la osteosíntesis.
¶ Materiales
Metales
Polímeros
3
4
5
¶ Materiales y pruebas de imagen
Radiografía estándar
Tomografía computarizada
Resonancia magnética (RM)
6
6
6
6
¶ Complicaciones
Reacciones alérgicas
Oncogénesis
Mezcla de materiales
Rotura de implante y deformación
6
6
7
7
7
Términos que describen
las propiedades mecánicas
¶ Conclusión
7
Módulo de elasticidad
■ Resistencia mecánica,
propiedades y funcionamiento
biológico
La primera función de un implante de osteosíntesis
consiste en la estabilización temporal de los fragmentos
Técnicas quirùrgicas en ortopedia y traumatología
El módulo de elasticidad, también conocido con el
nombre de módulo de Young, describe la capacidad de
un material para recuperar su forma original. La Figura 1
indica el módulo de elasticidad de varios materiales. Es
interesante resaltar que el módulo de elasticidad del
hueso es inferior al de los materiales estándar utilizados
en la osteosíntesis. La rigidez de un sistema de fijación
está en relación con el módulo de elasticidad del
material y con el diseño del implante.
1
E – 44-015 ¶ Materiales utilizados en la osteosíntesis
380
Amplitud de la tensión
Módulo de elasticidad (GPa)
400
350
300
241
250
200
186
150
104
100
Zona
de rotura
Zona de
rotura en
función del
número de ciclos
78
50
Zona de seguridad: sin rotura
independientemente del número de ciclos
20
0
Cerámica
Figura 1.
Aleaciones
de cobalto
Acero
inoxidable
Titanio
Aleaciones
de titanio
Número de ciclos en carga (Log)
Hueso
Figura 3. Fenómeno de fractura de fatiga.
Módulo de elasticidad de varios materiales.
Acero inoxidable
800
Rm
Acero inoxidable
Titanio
Rp
Rotura
Tensión (N/mm2)
Hueso (N/mm2)
600
Titanio
400
200
Deformación (%)
104
105
106
107
108
Carga cíclica
Figura 2. Comportamiento de un implante de acero inoxidable y de un implante de titanio.
Ductilidad
La ductilidad es la propiedad física del material que
caracteriza su capacidad para sufrir importantes deformaciones plásticas sin rotura. La plasticidad es deseable
en un implante cuando hay que moldearlo en el pre o
intraoperatorio (por ejemplo, en la utilización de placas
de reconstrucción).
Resistencia a la tracción
Hasta un determinado nivel de tensión, los materiales
se deforman de manera elástica. Si la tensión se
suprime, el material recupera su forma inicial. Con una
tensión mayor, la deformación se vuelve plástica, es
decir, irreversible. Estas propiedades pueden describirse
mediante un diagrama. La deformación elástica es
proporcional a la tensión. La tensión máxima soportada
sin deformación plástica se denomina límite elástico
[RP] (fuerza de cedencia). La resistencia a la tracción
[Rm] es la tensión máxima previa a la rotura del material. Cuando se utiliza un implante para osteosíntesis,
las fuerzas aplicadas deberán ser inferiores al límite
elástico. No obstante, la capacidad de deformación
plástica de un implante es también interesante, en
particular por la posibilidad de moldeado intraoperatorio de las placas. Si es necesario moldear el implante, el
material ideal debe poder permitir la deformación
plástica sin rotura del implante.
Un gráfico que compara el comportamiento de un
implante de acero inoxidable y de un implante de
titanio (Fig. 2) permite constatar lo siguiente:
• el titanio y el acero tienen un límite elástico similar;
• la pendiente en el ámbito elástico (de 0 a RP) del
acero inoxidable es mayor que la del titanio. El
módulo de elasticidad del titanio es inferior al del
acero inoxidable, es decir, el titanio es más elástico
que el acero;
2
Figura 4. Resistencia a la fatiga de un implante de titanio y de
un implante de acero.
• la capacidad de deformación antes de la rotura es un
indicador de ductilidad: el acero es más maleable que
el titanio.
Fatiga
El material que está expuesto de forma cíclica a una
carga se romperá con una carga inferior a la soportada
en una carga estática. Este fenómeno se denomina
fractura por fatiga y está representado en la Figura 3.
Cuanto más importante es la carga soportada, más
precozmente se produce la fractura por fatiga. Por
debajo de un determinado límite, la fractura por fatiga
no se produce.
Las pruebas de fatiga de los implantes se efectúan
normalmente a baja frecuencia, de uno a cinco ciclos
por segundo, y pueden realizarse en una solución salina
o en un entorno biológico, con la finalidad de simular
un entorno natural. Es importante resaltar que todos los
implantes pueden romperse ya que están destinados a
soportar una carga de manera temporal (hasta la obtención de la consolidación). En otros términos, todo
implante termina por romperse cualquiera que sea su
diseño o el material utilizado si se produce un retardo
o una falta de consolidación.
Comparemos un implante de titanio (grado 4) y un
implante de acero (1.4441) (Fig. 4). El acero inoxidable
tiene una resistencia más alta a la fatiga oligocíclica
(número de ciclos limitado). El titanio tiene en cambio
una mayor resistencia a la fatiga cuando se somete a un
elevado número de ciclos.
Biocompatibilidad y propiedades
de superficie de los implantes
Los fabricantes de implantes de osteosíntesis proponen varias clases de metales para placas de osteosíntesis,
Técnicas quirùrgicas en ortopedia y traumatología
Materiales utilizados en la osteosíntesis ¶ E – 44-015
como el acero inoxidable (SSt) (ISO 5832-1), el titanio
«comercialmente puro» (cpTi) (ISO 5832-2) o las aleaciones de titanio como el Ti-6%Al-7%Nb (TAN) (ISO
5832-11) o el Ti-15%Mo (American Society for testing
and Materials: ASTM F2066). Las cerámicas y los polímeros (biodegradables o no) se utilizan también en
aplicaciones específicas en asociación con metales
cuando están sometidos a una carga importante. Estos
materiales corresponden a los estándares internacionales
y son biocompatibles. La rigidez de un material (su
capacidad para resistir a las deformaciones), su resistencia (capacidad de resistir a las fuerzas aplicadas), su
plasticidad (tolerancia a la deformación antes de la
rotura), su resistencia a la corrosión (destrucción del
metal con liberación de iones metálicos) y al desgaste
(producción de partículas de superficie) deben analizarse
como parte integrante de la biocompatibilidad. La
biocompatibilidad de los implantes voluminosos en los
tejidos circundantes puede ser diferente en función de
la naturaleza de las micropartículas de superficie producidas por la fricción debida a la movilización de un
tornillo en contacto con una placa. Estas partículas
pueden también llegar a localizaciones anatómicas
donde ya no son biocompatibles.
El titanio y las aleaciones de titanio son químicamente
inertes. Se produce una oxidación de la superficie del
titanio que ocasiona la aparición de una película [1, 2].
Esta película hace que el titanio y las aleaciones de
titanio sean mucho más resistentes a la corrosión y más
estables a nivel termodinámico que el óxido de cromo
que se forma en contacto con el acero inoxidable. Esta
película también se formará sobre las partículas de
superficie que se liberen, volviéndolas también inertes.
Para una fijación interna «flexible» en la que se busca la
existencia de micromovimientos, el titanio o las aleaciones de titanio constituyen el material de elección.
Si el dispositivo de osteosíntesis debe dejarse implantado, la osteointegración es esencial. En los casos en que
la extracción del material es, si no obligatoria, al menos
muy recomendable (enclavado de fémur o tibia), debe
producirse una fijación mínima del hueso al dispositivo
de osteosíntesis con el fin de facilitar la explantación. Se
busca la formación precoz de una interfaz de tejido
blando vascularizado en contacto con el implante, sin
formación de una reacción líquida, especialmente para
prevenir las infecciones. En algunos casos, como las
fracturas del radio distal, donde los tendones pueden
estar en contacto con la placa, la adhesión a los tejidos
no es deseable porque se corre el riesgo de impedir la
movilidad normal de los mismos (deslizamiento de los
tendones). En estas circunstancias, la «biocompatibilidad
del material» está más determinada por el diseño y las
características de superficie del implante. En ausencia de
modificaciones de superficie, un implante dado puede
ser biocompatible en una localización anatómica y no
serlo en otra. No hay una «única superficie» para todas
las aplicaciones y la superficie de un mismo implante en
contacto con tejidos diferentes genera situaciones
diferentes.
Cuando se introduce un implante en el cuerpo aparecen proteínas de adsorción a los pocos segundos. En
pocos minutos, las células se adhieren a la superficie y
el proceso continúa con la adhesión de tejidos blandos
o de una matriz que se puede mineralizar. La fijación de
los tornillos al hueso a través de una placa requiere de
una interfaz hueso-implante estable para la transmisión
de las fuerzas y para el éxito de esta síntesis, que
depende también del diseño y de la superficie del
implante. La osteointegración aumenta con la rugosidad
del material. Una fuerte osteointegración de los tornillos
es un inconveniente si se considera que éstos deben
retirarse más tarde (en particular, en los pacientes
Técnicas quirùrgicas en ortopedia y traumatología
jóvenes con huesos en crecimiento) y la microestructura
de superficie es su principal determinante. La utilización
de superficies lisas, que reducen las fuerzas necesarias
para la extracción de los tornillos, minimiza la osteointegración. Trabajos recientes realizados con titanio
pulido y aleaciones de titanio han puesto de manifiesto
que estas superficies son favorables para este tipo de
usos.
Los movimientos que se producen en la interfaz
implante-tejido pueden dar lugar al desarrollo de una
cápsula fibrosa y de una bursa serosa. Esta cavidad
serosa facilita la acumulación de partículas producidas
por la corrosión de los tornillos en contacto con la
placa. Como estas bursas no están vascularizadas, los
mecanismos de defensa inmunitaria son menos eficaces
y el riesgo de infecciones es mayor. Se ha observado que
se forman más cápsulas fibrosas con las placas de acero
que con placas de titanio o a base de aleaciones de
titanio
Las microrrugosidades presentes en la superficie de
una placa reducen la formación de la cápsula fibrosa y
de la cavidad líquida. No obstante, existen situaciones
en cirugía de la mano, el pie, el tobillo, el hombro y en
cirugía maxilofacial, en las que no es deseable la adhesión entre la placa y tejidos blandos como tendones o
músculos. La microestructura de superficie de estos
implantes metálicos es más importante que la composición de la misma.
La incidencia de infecciones en experimentos con
animales es mayor con implantes de acero que con
implantes de titanio. Cuando se probaron placas DCP in
vivo, en animales, los implantes de titanio demostraron
de manera significativa una mayor resistencia a la
infección, comparados con los implantes de acero. Así
pues, el titanio ofrece una mayor resistencia a las
infecciones en comparación con el acero. Hasta ahora,
no se han observado reacciones alérgicas con implantes
de titanio, mientras que se sí han producido en el 1-2%
de los casos con implantes de acero que contenían
níquel.
Se han concebido nuevas aleaciones más resistentes
para solucionar problemas específicos como la rotura de
implantes sujetos a tensiones importantes. El aumento
de la resistencia de los implantes puede obtenerse
utilizando aleaciones de titanio que contengan elementos como el vanadio, que ofrecen, no obstante, una
biocompatibilidad inferior a la del níquel. La excelente
resistencia del titanio a la corrosión compensa en parte
este inconveniente. Los metales con memoria de forma
podrían utilizarse en el futuro, por ejemplo en forma de
esponjas metálicas porosas. Su biocompatibilidad está
aún por evaluar, en particular los aspectos de corrosión
y desgaste (estas aleaciones se producen a partir de
polvo de níquel y titanio). La elección del material de
un implante depende de la prioridad que se otorgue a
las ventajas mecánicas o a la tolerancia biológica.
En general, el titanio «comercialmente puro» y las
aleaciones de titanio tienen una biocompatibilidad
superior en comparación con el acero inoxidable. La
optimización de la microestructura de superficie con
relación al lugar receptor (adhesión de los tendones,
osteointegración) es fundamental.
■ Materiales
En la actualidad, se utilizan numerosos materiales
para realizar implantes. Las normas internacionales
ASTM e International Organization for Standardization
(ISO) describen su composición, estructura y propiedades. Aunque existe una amplia posibilidad de elección
de biomateriales, se utilizan más comúnmente los
metales. Debido a sus propiedades mecánicas limitadas,
3
E – 44-015 ¶ Materiales utilizados en la osteosíntesis
Cuadro I.
Composición de los metales más utilizados en los implantes de osteosíntesis.
Elemento
Acero inoxidable
Titanio
1.4441
Ti CP4
Aleaciones de titanio
Ti-Al6-V4
Ti-Al6-Nb7
Ti-Mo15
316L
Aleaciones de cobalto
Co-Cr-Mo
ISO 5832-12
ASTM F 1537
Al
-
-
5,50-6,50
5,50-6,50
-
0,35 máx.
C
0,03 máx.
0,010 máx.
0,08 máx.
0,08 máx.
0,1 máx.
Co
-
-
-
-
-
Balance
Cr
17-19
-
-
-
-
26,0-30,0
Fe
Balance
0,30-0,50
0,25 máx.
0,25 máx.
0,1 máx.
0,75 máx.
H
-
0,0125-0,015
0,0125 máx.
0,009 máx.
0,015 máx.
-
Mo
2,25-3,5
-
-
-
14-16
5-7
Mn
2,00 máx.
-
-
-
-
1 máx.
N
-
0,03-0,05
0,05 máx.
0,05 máx.
0,5 máx.
0,25 máx.
Nb
-
-
-
6,50-7,50
Ni
13-15
-
-
-
-
1 máx.
O
-
0,18-0,40
0,13 máx.
0,20 máx.
0,20 máx.
-
-
P
0,03 máx.
-
-
-
-
S
0,03 máx.
-
-
-
-
-
Si
0,75 máx.
-
-
-
-
1 máx.
-
Ta
-
-
-
0,50 máx.
-
Ti
-
Balance
Balance
Balance
Balance
-
V
-
-
3,50-4,50
-
-
otros materiales alternativos como los polímeros y los
materiales a base de polímeros y/o de cerámicas se
utilizan cuando no van a estar sometidos a carga o en
indicaciones específicas (cirugía maxilofacial, cirugía de
la mano). Nuevos implantes compuestos (polímeros
reforzados por fibras) se encuentran también disponibles
en el mercado. También es importante resaltar que, si
bien las propiedades biológicas o mecánicas son importantes en la elección del material apropiado, las consideraciones económicas, logísticas o de manufactura
pueden desempeñar un papel decisivo.
Metales
Los metales utilizados en traumatología tienen propiedades mecánicas y biológicas adecuadas y se han
estudiado en profundidad. Pueden distinguirse tres
grupos principales:
• aleaciones a base de acero inoxidable;
• titanio y aleaciones de titanio;
• aleaciones de cobalto.
Es importante tener en cuenta que, en lo relativo a
las propiedades mecánicas, influyen tanto la composición como la manipulación del material (trabajado en
caliente o en frío), así como el método de fabricación y
el tratamiento de superficie.
El Cuadro I, basado en la norma ISO 5832-x, indica
la composición de los metales más utilizados en los
implantes de osteosíntesis.
Acero inoxidable
El acero inoxidable es aún hoy en día el material más
utilizado para la osteosíntesis. La razón se encuentra en
una combinación adecuada de propiedades mecánicas,
la resistencia a la corrosión y la biocompatibilidad. La
elevada resistencia a la corrosión del acero se debe
principalmente a la capa protectora de óxido de cromo
sobre la superficie del metal. Todos los aceros inoxidables utilizados en traumatología ósea son no magnéticos. Su resistencia se obtiene gracias a la aleación de los
elementos elegidos y a su manipulación (trabajo en
frío). En función de lo que se espera de un implante,
pueden utilizarse distintos tipos de acero inoxidable.
4
Implantes de acero inoxidable
(aleaciones a base de hierro)
Este tipo de implantes de acero inoxidable (especialmente 316L o 1.4441) es el que se utiliza generalmente
para las placas y tornillos [3]. Se usa también para los
clavos. Una elevada ductilidad es ideal para que puedan
ser moldeados en el intraoperatorio. Además, la capacidad para resistir cargas elevadas, tanto de manera
estática como cíclica, hace que este tipo de material
resulte ideal para implantes de osteosíntesis. Los elementos principales son: Fe, Cr (17-19%), Ni (13-15%),
Mo (2,25-3,5%) y C (<0,03%). A pesar del elevado
contenido en níquel, se han publicado pocos efectos
secundarios con estos implantes. Por otra parte, la
materia prima se encuentra disponible de muchas
formas diferentes, con plazos de entrega cortos, y se
adapta bien a la fabricación (trabajo en frío) (ISO 58321 o ASTM F 138) (Europa: DIN 1.4441; US 316L).
Acero inoxidable de bajo contenido en níquel (Ni)
Los implantes de acero suelen tener un contenido en
níquel del 13 al 16%. El níquel es un alérgeno de
contacto. En los aceros con bajo contenido en níquel, el
nitrógeno y el manganeso substituyen al níquel. La
fuerza, la resistencia a la corrosión y la resistencia a la
rotura son sensiblemente superiores en los aceros con
bajo contenido en níquel que en los aceros inoxidables
estándar. A pesar de estas propiedades favorables, este
tipo de dispositivo todavía se utiliza poco debido a un
suministro limitado de materia prima, al elevado precio
de mercado y a una fabricación exigente (ASTM F 2229).
Aleaciones a base de cobalto (aleaciones Co-Cr-Mo)
Las aleaciones a base de cobalto son también no
magnéticas, resistentes al desgaste, a la corrosión y al
calor. Son difíciles de producir y de fabricar aunque se
han realizado progresos significativos estos últimos
años. Debido a su excelente comportamiento a largo
plazo, estas aleaciones se utilizan habitualmente para la
cirugía protésica. En la osteosíntesis, las cualidades de
estos materiales son menos interesantes comparadas con
Técnicas quirùrgicas en ortopedia y traumatología
Materiales utilizados en la osteosíntesis ¶ E – 44-015
las de otros metales en uso, pero tienen también sus
indicaciones (en particular para los clavos) (ISO 5832 5/6/7/8/12 y ASTM F 1537).
Titanio
El titanio (Ti) tiene una resistencia a la corrosión muy
alta y, además, es biocompatible. A pesar de la larga y
amplia utilización de los implantes de titanio, prácticamente no se han comunicado o publicado efectos
secundarios en relación con la biocompatibilidad. Por lo
que se refiere al acero inoxidable, el titanio presenta dos
diferencias significativas:
• densidad: el titanio tiene una densidad de 4,5 g/cm3
comparada con los 7,9-8,3 g/cm3 de los aceros inoxidables;
• el titanio tiene una mayor elasticidad.
Titanio puro
El titanio «comercialmente puro» (cpTi) fue desarrollado industrialmente en los años cuarenta y, rápidamente, se descubrieron sus posibilidades para utilizarlo
en aplicaciones quirúrgicas. Se han definido cuatro
categorías de titanio puro. La primera diferencia tiene
que ver con el contenido en oxígeno. En caso de
implantes sometidos a carga, se utiliza habitualmente el
titanio con la tasa de oxígeno más elevada [4] , aún
denominado titanio de grado 4. El cpTi se emplea
principalmente para placas y tornillos de tamaños e
indicaciones múltiples (especificaciones para el titanio:
ISO 5832-2 y ASTM F67).
Aleaciones de titanio
En traumatología ósea, se utilizan distintas aleaciones
de titanio. Al igual que el titanio puro, son biocompatibles y tienen una alta resistencia a la corrosión.
Además, estas aleaciones ofrecen prestaciones mecánicas
más elevadas [5].
Titanio aluminio niobio - TAN (TiA16Nb7) y titanio
aluminio vanadio - TAV (TiA16V4)
Estos dos materiales se utilizan generalmente para los
implantes de osteosíntesis. En el TAN, el vanadio
perteneciente a esta aleación se ha sustituido por un
elemento biológicamente inerte, el niobio. Los dos
elementos aumentan de manera significativa la resistencia mecánica tanto a las tensiones estáticas como a las
cíclicas. La ductilidad de estas aleaciones es inferior a la
del titanio puro. Por tanto, los implantes fabricados a
partir de estas aleaciones son muy adecuados para
soportar tensiones elevadas, pero no en indicaciones
donde se requiere un moldeado intraoperatorio del
implante. Estos materiales se utilizan esencialmente para
los clavos y algunos modelos de placas preconformadas
(material specification: TAN: ISO 5832-11, TAV: ISO
5832-3).
Titanio molibdeno - TiMo (TiMo15)
El TiMo fue concebido inicialmente para la industria
química, que buscaba una aleación de titanio con alta
resistencia a la corrosión. La principal ventaja de las
aleaciones de titanio «beta», como el TiMo15, con
relación al titanio y a las demás aleaciones de titanio es
su extrema maleabilidad en frío. Los inconvenientes son
su elevado precio, su fabricación y la disponibilidad
limitada de la materia prima. Por tanto, este material se
utiliza principalmente para las placas de pequeño
tamaño como las placas de radio distal (standard specifications for TiMo15: ASTM F 2066).
Técnicas quirùrgicas en ortopedia y traumatología
Aleaciones con memoria de forma (TiNi)
Las aleaciones con memoria de forma se utilizan
también para implantes biomédicos, siendo la más
empleada de ellas el nitinol (TiNi). Sus propiedades se
derivan de la propiedad de la superelasticidad. El nitinol
se utiliza en las grapas de compresión y en anclajes. A
pesar de una excepcional resistencia a la corrosión, la
disolución de los iones citotóxicos de nitinol en los
tejidos circundantes se asocia al riesgo de hipersensibilidad lo que ha limitado el uso del nitinol como material para implantes (standard specifications for TiNi: ASTM
F 2063).
Polímeros
Los polímeros utilizados en traumatología ósea pueden dividirse en dos grupos:
• no reabsorbibles;
• reabsorbibles.
A pesar de las investigaciones efectuadas y de los
avances de las últimas décadas, estos materiales tienen,
en la actualidad, indicaciones limitadas como material
de osteosíntesis. Los factores limitadores son actualmente la resistencia mecánica y el elevado coste.
Polímeros no reabsorbibles
Poliéter-éter-cetona (PEEK)
El PEEK es un polímero de alto rendimiento que se ha
utilizado para los implantes de osteosíntesis. Comparado
con otros polímeros, el PEEK tiene altas prestaciones
mecánicas, pero resultan inferiores a las de los
metales [6].
El PEEK es resistente a las radiaciones y al calor (hasta
250 °C), puede esterilizarse en múltiples ocasiones y es
químicamente inerte. Puede añadírsele sulfato de bario
con el fin de aumentar su opacidad radiológica para que
sea visible en las radiografías. En la actualidad eu
aplicación clínica se reduce a la fabricación de arandelas
para la fijación de ligamentos y para cajas en cirugía de
raquis. Es posible utilizarlo en otras indicaciones, en
particular, cuando haya que evitar artefactos en exploraciones mediante tomografía computarizada o resonancia magnética. El PEEK se utiliza también para los
instrumentales como las guías de bloqueo para enclavado (standard specification for polyaryletherketone [PAEK]
resins for surgical implant applications: ASTM F 1579-95).
PEEK reforzado
Este refuerzo permite compensar la diferencia de
resistencia y la debilidad relativa de los implantes de
polímero en comparación con los implantes metálicos.
En caso de problemas de biocompatibilidad, que pueden
resultar importantes si se rompe el implante, se prefiere
los refuerzos mediante fibras continuas en vez de la
fibra de carbono o la fibra de vidrio. Cada vez más el
uso de nuevas tecnologías, como el moldeado de compuestos a chorro continuo, permiten realizar implantes
a la vez resistentes y radiotransparentes.
Polímeros biorreabsorbibles
La principal ventaja de un implante biorreabsorbible
es que desaparece el problema de su extracción. Sin
embargo, debido a su baja resistencia mecánica, los
implantes biorreabsorbibles no son utilizables para
osteosíntesis sometida a carga. Los implantes biorreabsorbibles existentes se utilizan en algunas indicaciones
como en la cirugía de la mano o la cirugía maxilofacial.
5
E – 44-015 ¶ Materiales utilizados en la osteosíntesis
Poliláctidos y otros polímeros reabsorbibles
Los implantes para osteosíntesis se fabrican con
polímeros reabsorbibles, con poliláctidos (PLA) y también con poliglicólidos (PGA), y, con menor frecuencia,
con polihidroxibutiratos (PHB) o polihidroxivaleratos
(PHV), pero generalmente con copolímeros como los
poliláctidos (L-D/L). La utilización de polímeros reabsorbibles se reduce a algunas indicaciones específicas
debido a sus prestaciones mecánicas limitadas.
Para la producción de implantes ortopédicos, se
emplean principalmente gránulos que se funden y
modelan antes de su extrusión bajo una forma determinada. Tras la implantación, las propiedades mecánicas
de los polímeros reabsorbibles únicamente solo son
importantes inicialmente, dado que la resistencia mecánica desaparece de manera relativamente rápida y,
ciertamente, mucho antes de que se observen los primeros signos de resorción. La estructura de estos polímeros
influye sobre su degradación, y tanto las tensiones
mecánicas como la degradación actúan de manera
contraria a lo que se espera de un material de
osteosíntesis.
La degradación de estos materiales se debe a las
interacciones entre el material y los tejidos del cuerpo,
es decir, por un mecanismo de hidrólisis y resorción de
los ácidos específicos del polímero. Por tanto, se puede
suponer que la biocompatibilidad de este material es
excelente, sobre todo teniendo en cuenta que estos
polímeros se fabrican a partir de sustancias endógenas
como el poliéster alifático y de otros polímeros naturales
como la gelatina o el colágeno. Nunca se puede descartar la aparición de fenómenos inflamatorios ya que la
concentración de ácidos puede ser excesiva a causa del
proceso de degradación. Los productos intermedios del
proceso de degradación pueden también interactuar con
los tejidos circundantes y causar una reacción
inflamatoria.
En traumatología, se han fabricado y validado para
indicaciones específicas agujas, tornillos y placas.
grosor o en menos cantidad (pero que permitan a la vez
la correcta estabilidad de la osteosíntesis) y debe preferirse los implantes de titanio a los implantes a base de
cobalto o de acero inoxidable. Por último, la proximidad entre el implante y la zona de interés también debe
tenerse en cuenta.
Resonancia magnética (RM)
Los materiales metálicos utilizados comercialmente
para la fabricación de implantes como el acero inoxidable, el titanio y sus aleaciones son no magnéticos y no
se calientan ni se movilizan cuando se realiza una RM.
Los implantes de titanio crean pocos artefactos en la
realización de una RM. Sin embargo, se puede parametrizar una RM para reducir la aparición de artefactos.
Los polímeros y los materiales biorreabsorbibles no
producen artefactos.
“ Hay que recordar
• Los cabezales de los fijadores externos pueden
contener aceros ferromagnéticos. Por tanto, hay
que controlarlos antes de realizar una RM.
• Las virutas del instrumental que quedan dentro
del organismo pueden producir artefactos muy
importantes ya que son extremadamente
ferromagnéticas.
■ Complicaciones
Reacciones alérgicas
■ Materiales y pruebas
de imagen
Radiografía estándar
Los implantes metálicos absorben muy bien los
rayos X. Por ello las radiografías defininen perfectamente el implante sin ninguna distorsión. Los polímeros son radiotransparentes y su visualización es difícil. Si
es necesaria la visualización radiológica del implante, la
opacidad radiológica puede aumentarse mediante la
adición de sustancias como el sulfato de bario, de bolas
o hilos de metal.
Tomografía computarizada
Varios estudios han descrito y comparado los artefactos observados en contacto con los implantes sobre los
cortes tomográficos. Estos efectos de distorsión de la
imagen, conocidos también con el nombre de «artefacto
de destello», se observan sobre los cortes tomográficos
que incluyen tanto tejidos óseos como partes blandas.
La magnitud del artefacto está en relación con el
tamaño del implante y su composición. Los implantes
de titanio son los que producen menos artefactos. Las
aleaciones a base de cobalto y los implantes de acero
forjado producen muchos más artefactos. Cuando el
estudio mediante técnicas de diagnóstico por la imagen
en un control postoperatorio es importante desde el
punto de vista clínico, se elegirá implantes de menor
6
Es bien conocida la existencia de alergias cutáneas a
los metales en la población general en una proporción
significativa (10-15%). Conciernen sobre todo a tres
elementos: el cromo, el cobalto y el níquel. Aún no se
conocen bien los fenómenos alérgicos causados por los
implantes metálicos en contacto con el hueso (implante
protésico o de osteosíntesis). Todo implante metálico
sufre un fenómeno de corrosión en contacto con el
organismo [7] que implica la liberación de iones (ion
níquel, cromo, cobalto, etc.). Estos iones no son alérgenos por sí mismos sino que pueden activar el sistema
inmunitario cuando se asocian a proteínas [8] . Los
complejos ion metálico-proteína pueden convertirse en
alérgenos. En una serie de casos publicados, la alergia al
componente metálico pudo demostrarse formalmente
con la desaparición de las manifestaciones clínicas tras
la retirada del implante [9]. En otros casos se plantean
dudas acerca de la implicación del fenómeno alérgico en
la génesis de la sintomatología; en esta línea, Thomas [10] publicó un caso de seudoartrosis de cúbito
asociada a «molestias» presentes desde la intervención.
El recambio del implante asociado a un injerto óseo
permitió obtener la consolidación ósea y la desaparición
de la sintomatología dolorosa. Las pruebas cutáneas
realizadas en este paciente demostraron una sensibilidad
frente al cromo y el estudio de los tejidos en torno al
implante mostró una población de linfocitos T aumentada. Pero la cuestión reside en si la alergia supuesta fue
responsable de la seudoartrosis y de las manifestaciones
clínicas o si, por el contrario, la seudoartrosis y la
movilización del material de osteosíntesis asociada
Técnicas quirùrgicas en ortopedia y traumatología
Materiales utilizados en la osteosíntesis ¶ E – 44-015
provocaron la liberación de iones metálicos con reacción de defensa inmunitaria del organismo. Del mismo
modo, en cirugía protésica, se ha estudiado la simultaneidad de las reacciones alérgicas y de la movilización
del implante, sin que haya sido posible demostrar si la
alergia era responsable del aflojamiento o viceversa [11].
Por consiguiente, ¿cuál debe ser la actitud del cirujano ante la posible alergia de uno de sus pacientes a un
implante metálico? Aunque es posible realizar pruebas
de hipersensibilidad antes de la cirugía electiva, éste no
es el caso en traumatología. Por otra parte, solamente
un pequeño porcentaje de pacientes detectados como
positivos desarrollará alergia a su implante metálico y
las pruebas de detección pueden causar una sensibilización que será origen de alergias en el futuro. La sensatez
aconsejaría evitar los implantes potencialmente alérgenos en pacientes con antecedentes alérgicos conocidos,
teniendo en cuenta el porcentaje muy bajo de reacciones alérgicas relacionadas con los implantes metálicos
en contacto con el hueso [12].
La recomendación general del sector industrial es no
mezclar los metales.
Rotura de implante y deformación
Con el sometimiento a carga, los implantes pueden
romperse. Se conocen dos modos de fallo principales:
deformación plástica del implante debida a cargas
importantes y la rotura debida a carga cíclica (fatiga del
material) como se ha descrito anteriormente.
Para evitar la rotura de implantes, pueden tomarse
varias medidas. En la fase de desarrollo, los implantes se
conciben y se optimizan para localizaciones específicas
del cuerpo teniendo en cuenta las tensiones que deben
soportar. El cirujano, en la elección de su implante, debe
también tener en cuenta las tensiones que éste tiene
que soportar en función de su localización anatómica y
del método de colocación, con el fin de obtener la
osteosíntesis más estable y la respuesta biológica más
conveniente. Por ello es necesario tener en cuenta las
especificidades de los implantes y, en particular, la
indicación para la cual se concibieron, aunque a veces
otro implante pueda parecer más adecuado. En la
osteosíntesis con placa y, en particular, en las fracturas
simples, la carga soportada por un implante puede
reducirse de manera significativa aplicando el principio
de estabilidad absoluta.
Un error habitual consiste, por ejemplo, en la utilización de una placa de reconstrucción para la osteosíntesis
de una fractura de la diáfisis humeral. Las placas de
reconstrucción se fabrican con un material muy maleable con el fin de poder moldearlas en el intraoperatorio
(fracturas del cotilo y del anillo pélvico). Estas placas no
pueden por tanto resistir las tensiones sufridas por la
diáfisis humeral como lo haría una placa estándar y el
riesgo de fallo de la síntesis es elevado.
Oncogénesis
El riesgo de cáncer vinculado a la utilización de un
material está en relación con la liberación de partículas.
Esto se produce por el contacto entre dos superficies,
siendo una de ellas móvil con relación a la otra y
aparece fundamentalmente en las artroplastias. Los
distintos estudios realizados hasta ahora nunca han
encontrado, en pacientes portadores de prótesis de
cadera o rodilla y con seguimientos de muchos años,
una mayor incidencia de cáncer.
En el caso de una osteosíntesis, las distintas piezas
utilizadas (tornillos y placa) están fijas una en relación
con la otra y a veces incluso roscadas como en caso de
placas con tornillos de ángulo fijo. No existe pues «par
de fricción» que provoque la liberación de partículas
susceptibles de inducir tumores. Algunos autores que
han recogido la aparición de tumores en contacto con
el material de osteosíntesis han invocado este mecanismo [13]. Estos casos son aislados y excepcionales en las
publicaciones y no se ha podido establecer una relación
causa-efecto entre la presencia en el organismo de
material de osteosíntesis y el desarrollo de un proceso
tumoral [14].
■ Conclusión
El cirujano, cuando elige un dispositivo de osteosíntesis, debe también tener en cuenta el material con el
que está hecho. De su naturaleza dependen tanto la
compatibilidad biológica del implante como la rehabilitación postoperatoria y la fecha prevista para el soporte
de carga. De la misma manera, el cirujano ortopédico
debe tener nociones elementales de biomecánica y no
debe limitarse a implantar placas o clavos según dogmas
preestablecidos, sino que adaptará lo mejor posible el
implante y el material al paciente y a la fractura.
Mezcla de materiales
La mezcla de componentes de titanio y de aleaciones
de cobalto es muy habitual en numerosos implantes. No
obstante, no existe ningún implante que mezcle acero
inoxidable con titanio o cromo cobalto. Con la mezcla
de acero inoxidable y titanio se perderían las ventajas
obtenidas por el titanio, como su resistencia a la corrosión y al desgaste, su biocompatibilidad o la ausencia de
reacciones alérgicas.
Rüedi [15] ha publicado el estudio más importante
sobre la combinación de acero inoxidable y titanio. Se
trata de un trabajo que reúne un estudio teórico sobre
la combinación de titanio y acero inoxidable así como
un estudio in vivo en oveja, y finalmente de un estudio
clínico realizado en más de 500 pacientes. La conclusión
de este estudio es que la combinación de ambos metales
(acero inoxidable y titanio) produce un resultado que
corresponde al de menor rendimiento de ellos, en este
caso el acero inoxidable. Rüedi afirma que en su estudio
es posible asociar placas de titanio, elásticas, con
tornillos de acero inoxidable, más resistentes. En el
estudio posterior, la combinación de tornillos de acero
inoxidable y de placas de titanio no tuvo efectos negativos.
Técnicas quirùrgicas en ortopedia y traumatología
.
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P. Simon, Professeur des Universités.
Service de chirurgie orthopédique et traumatologique, Centre hospitalier universitaire Hautepierre, 67098 Strasbourg, France.
Cualquier referencia a este artículo debe incluir la mención del artículo original: Altmann M., Cognet J.-M., Eschbach L., Gasser B., Richards
G., Simon P. Matériaux utilisés pour l’ostéosynthèse. EMC (Elsevier Masson SAS, Paris), Techniques chirurgicales Orthopédie-Traumatologie, 44-015, 2007.
Disponible en www.em-consulte.com/es
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