98 universidade estadual de ponta grossa prÓ-reitoria de...
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSAPROacute-REITORIA DE PESQUISA E POacuteS-GRADUACcedilAtildeO
PROGRAMA DE POacuteS-GRADUACcedilAtildeO EM QUIacuteMICA APLICADA
FERNANDO RIBEIRO FERREIRA
SIacuteNTESE CARACTERIZACcedilAtildeO E APLICACcedilAtildeO BIOLOacuteGICA DE HIDROXIAPATITAEM PRESENCcedilA DE GELATINA E ASSOCIADA A SULFATO DE GENTAMICINA
PONTA GROSA2009
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FERNANDO RIBEIRO FERREIRA
SIacuteNTESE CARACTERIZACcedilAtildeO E APLICACcedilAtildeO BIOLOacuteGICA DE HIDROXIAPATITAEM PRESENCcedilA DE GELATINA E ASSOCIADA A SULFATO DE GENTAMICINA
PONTA GROSA2009
Dissertaccedilatildeo de Mestrado apresentada aoPrograma de Poacutes-Graduaccedilatildeo em QuiacutemicaAplicada da Universidade Estadual de PontaGrossa para obtenccedilatildeo do tiacutetulo de Mestre emQuiacutemica Aplicada
Orientadora Profordf Drordf Christiane P F BorgesCo-orientadora Profordf Drordf Sandra R M Antunes
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101
102
DEDICATOacuteRIA
Dedico esta dissertaccedilatildeo aos meuspais Raul e Oralina por todo o apoiodepositado agrave minha esposa Luciane
pelo amor incondicional e ao meufilho Lucas minha paixatildeo
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AGRADECIMENTOS
A Deus pelo dom da vida e por trilhar meu caminho ao lado de pessoas tatildeo
especiais
Agrave minha orientadora Profordf Drordf Christiane P F Borges por sua contribuiccedilatildeo
e compreensatildeo dedicada ao longo deste estudo
Ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica Aplicada e a UEPG pela
oportunidade de realizaccedilatildeo deste estudo
Aos professores do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica Aplicada pela
disposiccedilatildeo em nos oferecer seu conhecimento incentivo e trabalho em especial agrave
minha co-orientadora Prof Drordf Sandra Regina M Antunes ao Prof Dr Faacutebio Andreacute
do Santos por sua valiosa ajuda e aos professores Prof Dr Augusto Celso Antunes
Prof Dr Andreacute Victor Chaves de Andrade Profordf Drordf Jacqueline Aparecida Marques
e ao Prof Dr Joseacute Caetano Zurita da Silva (in memorian) pelo exemplo de
dedicaccedilatildeo e profissionalismo idealizador deste Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo
Aos colegas Fernando Perotta de Oliveira amigo e professor Liliam Cristina
Angelo Marilei Mendes Rodrigo Sayka e agrave Fabiane Santos pelos momentos de
descontraccedilatildeo e companheirismo mas especialmente por toda a ajuda recebida
A todos os funcionaacuterios pelo suporte e pela atenccedilatildeo dispensada e em
especial aos teacutecnicos Valdeci e Sandra do DEQUIMUEPG
Ao Laboratoacuterio da UFPR onde foi realizada anaacutelise de MET
Agrave Universidade Jaume I Castellon de La Plana pela colaboraccedilatildeo com as
anaacutelises BET
Agrave CAPESPROAP pelo suporte financeiro e a todos os demais que direta ou
indiretamente contribuiacuteram com o desenvolvimento desta pesquisa
104
O valor das coisas natildeo estaacute no tempo em que elas duram
mas na intensidade com que acontecem
Por isso existem momentos inesqueciacuteveis
coisas inexplicaacuteveis e pessoas incomparaacuteveis
Fernando Pessoa
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RESUMO
A utilizaccedilatildeo de biomateriais remonta agrave antiguidade e recentemente as bioceracircmicastecircm sido fortemente investigadas como material para implantes oacutesseos Dentre osdiferentes biomateriais a hidroxiapatita (HA) possui grande importacircncia por ser umdos compostos que forma a fase mineral oacutessea Assim a HA tem sido amplamenteestudada especialmente pelo fato de ser um composto bioativo A siacutentese defosfatos de caacutelcio via precipitaccedilatildeo apresenta vantagens como baixo custo esimplicidade mas a maioria dos procedimentos descritos na literatura apresentaformaccedilatildeo de produtos natildeo estequiomeacutetricos e mistura de fases Neste trabalho foiestudada a siacutentese de HA analisando a influecircncia da concentraccedilatildeo de gelatina nomeio de precipitaccedilatildeo nas caracteriacutesticas da hidroxiapatita obtida Tambeacutem foirealizada a incorporaccedilatildeo de gentamicina agraves amostras de HA obtidas e a anaacutelise doefeito antimicrobiano A hidroxiapatita foi obtida atraveacutes de precipitaccedilatildeo em meioaquoso e gelatinoso sendo posteriormente secada peneirada e calcinada a 700ordmCForam utilizadas as concentraccedilotildees de gelatina de 1 6 10 e 60 gL-1 Em seguidafoi efetuada a adiccedilatildeo de sulfato de gentamicina na proporccedilatildeo de 1 em massa Asamostras foram caracterizadas por difraccedilatildeo de raios X distribuiccedilatildeo do tamanho departiacutecula aacuterea superficial especiacutefica pelo meacutetodo BET anaacutelise teacutermicaespectroscopia no infravermelho e microscopia eletrocircnica de varredura etransmissatildeo A anaacutelise de DRX revelou a presenccedila da fase de HA em todas asamostras e atraveacutes do refinamento pelo meacutetodo de Rietveld verificou-se paraamostra obtida sem adiccedilatildeo de gelatina a presenccedila de carbonato de caacutelcio e HApura para amostra preparada em meio gelatinoso indicando que a presenccedila degelatina estabilizou da fase hidroxiapatita As anaacutelises FRX e EDS indicaram que arazatildeo CaP ficou ligeiramente acima da esperada para obtenccedilatildeo de hidroxiapatitaestequiomeacutetrica A anaacutelise de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica e aacuterea superficial pelomeacutetodo BET indicaram diferenccedilas no tamanho meacutedio de aglomerados e na aacutereasuperficial do material relativas agrave siacutentese e ao processo de preparaccedilatildeo dasamostras para receber o antibioacutetico o qual se processou com moagem em moinhode bolas As anaacutelises de MEV e MET revelaram aspectos morfoloacutegicos eestruturais caracteriacutesticos da hidroxiapatita observando-se formaccedilatildeo deaglomerados de cristais nanomeacutetricos A avaliaccedilatildeo da atividade microbioloacutegica dasamostras frente agrave saliva humana mostrou que a HA possui efeito inibidor nocrescimento microbiano tem sido observada reduccedilatildeo na contagem de UFC Paraas amostras com a adiccedilatildeo do antibioacutetico obteve-se contagem UFC igual a zerocomprovando que o processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HAmanteve a propriedade antibioacutetica do material e que o mesmo foi liberado duranteos testes
Palavras-chave Hidroxiapatita gelatina antibioacutetico sulfato de gentamicina
106
ABSTRACT
The use of biomaterials comes from old times and recently bioceramics have beendeeply investigated as a source of material for bone implant Amongst the differentbiomaterials hydroxyapatite (HA) has great importance for being one of thecompounds which forms the bone mineral phase Therefore HA has been largelystudied mainly due to the fact that it is a bioactive compound Calcium phosphatesynthesis via precipitation presents great advantages such as low cost and simplicitybut most procedures described in literature regard the formation of non stoichiometricproducts and phase mixture This work studied the HA synthesis by analyzing theinfluence of gelatin concentration in the precipitation means on the characteristics ofthe hydroxyapatite obtained Gentamicin was also incorporated to the HA samplesand antimicrobial activity was analyzed The hydroxyapatite was obtained throughprecipitation in aqueous and gelatin means being later on dried sieved and calcinedat 700ordmC Gelatin concentrations of 1 6 10 and 60 gL-1 were used Thengentamicin sulfate was added 1 in mass Samples were characterized through X-ray diffraction specific superficial area through the BET method thermal analysisinfrared spectroscopy and transmission and scanning electronic microscopy The X-ray diffraction revealed the presence of HA phase in all samples and by refiningthrough the Rietveld method it could be seen in the gelatin free sample thepresence of calcium carbonate and pure HA for the sample prepared in gelatinindicating that the presence of gelatin made the hydroxyapatite phase stable XRFand EDS indicated that CaP ratio was slightly above what had been expected toobtain stoichiometric hydroxyapatite The granulometric distribution analysis andsuperficial area through the BET method indicated differences in the average size ofagglomerates and the superficial area of the material in relation to the synthesis andsamples preparation process to receive the antibiotic which was processed throughmilling in a ball mill SEM and TEM revealed morphological and structural aspectscharacteristic of the hydroxyapatite with the formation of nanometric crystalagglomerates Samples microbial activity evaluation with human saliva showed thatpure HA has the effect of inhibiting microbial growth CFU counting was observed toreduce For the samples with antibiotic there was a CFU equal zero proving that theprocess used for gentamicin incorporation to the HA kept the antibiotic property of thematerial and that the same was released during the tests
Key words Hydroxyapatite gelatin antibiotic gentamicin sulfate
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Modelo do esqueleto humano 17Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers 19Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita 29Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina 35Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-
Negativas 36Figura 6 - Espectro infravermelho comparativo entre amostras de gelatina
comercial hidroxiapatita comercial e HA preparada em meiogelatinoso 40
Figura 7 - Fluxograma do esquema de obtenccedilatildeo das placas utilizadas paracontagem do teste qualitativo 62
Figura 8 - Fluxograma do preparo das amostras de HA para o testemicrobioloacutegico quantitativo 63
Figura 9 - Difratogramas de raios X das amostras de HA obtidas porprecipitaccedilatildeo em meio aquoso (a) e gelatinoso (b) HA1 (c) HA6 (d)HA10 e (e) HA60 apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo de varredura2ordmmin entre 5 e 90ordm 65
Figura 10 - Identificaccedilatildeo dos planos atraveacutes dos iacutendices de Miller ldquohklrdquo nosdifratogramas das amostras de HA obtidas por precipitaccedilatildeo em meioaquoso (a) HAGNT e gelatinoso (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo devarredura 2ordmmin entre 5 e 90ordm 66
Figura 11 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HAGNT 68Figura 12 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HA10 68Figura 13 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA e
HAGNT 75Figura 14 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA1 e
HA1GNT 75Figura 15 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA6 e
HA6GNT 76Figura 16 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA10 e
HA10GNT 76Figura 17 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA60 e
HA60GNT 76Figura 18 - Micrografias das amostras HA (A) e HAGNT (B) com aumento de
200x e HA (C) e HAGNT (D) com aumento de 700x 78Figura 19 - Micrografias das amostras HA1 (A) e HA1GNT (B) com aumento de
200x e HA1 (C) e HA1GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 20 - Micrografias das amostras HA6 (A) e HA6PGNT (B) com aumento
de 200x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 21 - Micrografias das amostras HA10 (A) e HA10GNT (B) com aumento
de 200x e HA10 (C) e HA10GNT (D) com aumento de 700x 80
Figura 22 - Micrografias das amostras HA60 (A) e HA60GNT (B) com aumentode 200x e HA60 (C) e HA60GNT (D) com aumento de 700x 80
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Figura 23 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA (A) e HAGNT (B) comaumento de 120rsquo000x e HA P(C) e HAGNT (D) com aumento de250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 82
Figura 24 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA6 (A) e HA6GNT (B)com aumento de 120rsquo000x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumentode 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 83
Figura 25 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA10 (A) com aumentode 120rsquo000x e (B) com aumento de 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a80kV 84
Figura 26 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita sem calcinaccedilatildeo (a) HA(b) HA1 (c) HA6P (d) HA10 e (e) HA60 obtidas em pastilha deKBr 85
Figura 27 - Espectro IVTF das amostras (a) gelatina pura (b) HA + gelatina e (c)HA obtidas em pastilha de KBr 87
Figura 28 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita apoacutes calcinaccedilatildeo a700ordmC (a) HA (b) HA1 (c) HA6 (d) HA10 e (e) HA60 obtidas empastilha de KBr 88
Figura 29 - Espectro IVTF das amostras (a) sulfato de gentamicina puro (b) HA+ sulfato de gentamicina puro e (c) HA obtidas em pastilha de KBr 89
Figura 30 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita com adiccedilatildeo de 1 emmassa do antibioacutetico (a) HAGNT (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT obtidas em pastilha de KBr 92
Figura 31 - Curva TG para amostra HA com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 93
Figura 32 - Curva TG para amostra HA1 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 33 - Curva TG para amostra HA10 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 34 - Unidades formadoras de colocircnia (UFCml) dos diferentesmicrorganismos contidos na saliva (a) controle BHI puro mais 10 microLde saliva e (b) controle BHI puro mais 100 microL de saliva 95
Figura 35 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana da amostra de HA comvariaccedilatildeo da quantidade de material semeado igual a 10 20 50 e 100microL respectivamente nas placas A B C e D incubadas em caldoBHI contendo 01 mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar 96
Figura 36 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana atraveacutes da contagem dasunidades formadoras de colocircnia das amostras de controle com suasrespectivas contagem em UFC de saliva Os pontos vermelhosrepresentam as colocircnias contadas em UFC 96
Figura 37 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA comadiccedilatildeo de gentamicina (HAGNTA e HAGNTB) e sem gentamicina(HAA e HAB) incubadas em caldo BHI com 01mL de salivahumana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A e Bmostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina C eD mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 97
Figura 38 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA1 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA1GNTA e HA1GNTB) e sem
109
gentamicina (HA1A e HA1B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 39 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA6 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA6GNTA e HA6GNTB) e semgentamicina (HA6A e HA6B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 40 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA10 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA10GNTA e HA10GNTB) e semgentamicina (HA10A e HA10B) incubadas em caldo BHI com01mL de saliva humana por 24 horas e semeadas em placas deaacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) semgentamicina C e D mostram a ausecircncia de crescimento bacterianonas placas semeadas com HA com gentamicina 99
Figura 41 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras dehidroxiapatita HA60 com adiccedilatildeo de gentamicina (HA60GNTA eHA60GNTB) e sem gentamicina (HA60A e HA60B) incubadas emcaldo BHI com 01mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano(UFCmL) sem gentamicina C e D mostram a ausecircncia decrescimento bacteriano nas placas semeadas com HA comgentamicina 99
Figura 42 - Amostras de controle apoacutes 48 horas de incubaccedilatildeo ambas expressasem UFCmL 100
Figura 43 - Amostras HA sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 44 - Amostras HA1 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 45 - Amostras HA6 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 46 - Amostras HA10 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 47 - Amostras HA60 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 48 - Meacutedia e erro padratildeo dos valores transformados em Log(x) deUFCmL de bacteacuterias totais de saliva expostas agrave quantidadesdiferentes de HAacute plt005 com HA6 plt001 com Controle eplt0001 com HA60 (ANOVA com poacutes-teste de Bonferroni) 105
110
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores para os indicadores de qualidade do refinamento Rietveld
para as amostras HAGNT e HA10 69
Tabela 2 - Valores de anaacutelise quantitativa de fases as amostras HAGNT e
HA10 69
Tabela 3 - Valores da razatildeo CaP obtidos por espectroscopia de energia
dispersiva (EDS) da amostras sem adiccedilatildeo de gentamicina e com
adiccedilatildeo de gentamicina 70
Tabela 4 - Tipos diferentes de fosfato de caacutelcio obtidos por diferentes razotildeesCaP 71
Tabela 5 - Valores de espectrometria de fluorescecircncia de raios X (FRX) das
amostras HA (amostra sem adiccedilatildeo de gentamicina) HA10GNT e
HA60GNT (amostras com adiccedilatildeo de gentamicina) 71
Tabela 6 - Resumo da distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica das amostras de HAsintetizadas 74
Tabela 7 - Valores de aacuterea superficial especiacutefica de HA variando a
concentraccedilatildeo de gelatina durante o preparo das amostras 77
Tabela 8 - Bandas de IV observadas nos espectros das amostras de HA
gelatina e gentamicina 90
Tabela 9 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo e com a adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI
com 01 mL de saliva humana e semeadas em placas de aacutegar
Contagens apoacutes 24 e 48 horas 103
Tabela 10 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI com 01 mL de
saliva humana e semeadas em placas de aacutegar Contagens apoacutes 24
e 48 horas para coleta de dados para tratamento estatiacutestico 104
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LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
2 - Posiccedilatildeo do pico de BraggAring - Unidade de AngstronASTM - American Society for Testing and MaterialsBET - Meacutetodo utilizado na obtenccedilatildeo da aacuterea superficial especiacuteficaBHI - Brain Heart InfusionCaP - Razatildeo molar entre caacutelcio e foacutesforoDRX - Difraccedilatildeo de raios XDSC - Calorimetria de varredura diferencialEDS - Espectroscopia por energia dispersivaFRX - Fluorescecircncia de raios XIV - InfravermelhoIVTF - Espectroscopia de infravermelho com transformada de FourrierJCPDS - Joint Committee on Powder Difraction StandardsMET - Microscopia eletrocircnica de transmissatildeoMEV - Microscopia eletrocircnica de varreduraHA - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso
HA1 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1
HA6 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1
HA10 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1
HA60 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 60 gL-1
HAGNT - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso com 1 de sulfatode gentamicina em quantidade de massa
HA1GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA6GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA10GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA60GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
Rwp - Iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos pontos do perfilSBF - Simulated Body FluidTCP - Fosfato tricaacutelcicoTG - Anaacutelise termogravimeacutetricaUFC - Unidade formadora de colocircniaaacute-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoacirc-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoν - Banda de estiramentoδ - Banda de deformaccedilatildeo
112
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 14
11 REVISAtildeO DE LITERATURA 17
111 Tecido Oacutesseo 17
112 Biomateriais 21
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais 22
1122 Aplicaccedilatildeo dos Biomateriais 23
1123 Biocompatibilidade 25
1124 Hidroxiapatita (HA) 27
113 Antibioacuteticos 33
1131 Gentamicina 34
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina 37
2 OBJETIVOS 38
21 OBJETIVO GERAL 38
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 38
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO 39
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO 39
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X 41
321 Meacutetodo de Rietveld 42
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO
BET 44
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE
TRANSMISSAtildeO (MET) 47
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS) 49
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 51
4 MATERIAIS E MEacuteTODOS 53
41 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
AQUOSO 53
42 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
GELATINOSO 55
113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
8 REFEREcircNCIAS
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Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
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Livros Graacutetis
httpwwwlivrosgratiscombr
Milhares de livros graacutetis para download
99
FERNANDO RIBEIRO FERREIRA
SIacuteNTESE CARACTERIZACcedilAtildeO E APLICACcedilAtildeO BIOLOacuteGICA DE HIDROXIAPATITAEM PRESENCcedilA DE GELATINA E ASSOCIADA A SULFATO DE GENTAMICINA
PONTA GROSA2009
Dissertaccedilatildeo de Mestrado apresentada aoPrograma de Poacutes-Graduaccedilatildeo em QuiacutemicaAplicada da Universidade Estadual de PontaGrossa para obtenccedilatildeo do tiacutetulo de Mestre emQuiacutemica Aplicada
Orientadora Profordf Drordf Christiane P F BorgesCo-orientadora Profordf Drordf Sandra R M Antunes
100
101
102
DEDICATOacuteRIA
Dedico esta dissertaccedilatildeo aos meuspais Raul e Oralina por todo o apoiodepositado agrave minha esposa Luciane
pelo amor incondicional e ao meufilho Lucas minha paixatildeo
103
AGRADECIMENTOS
A Deus pelo dom da vida e por trilhar meu caminho ao lado de pessoas tatildeo
especiais
Agrave minha orientadora Profordf Drordf Christiane P F Borges por sua contribuiccedilatildeo
e compreensatildeo dedicada ao longo deste estudo
Ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica Aplicada e a UEPG pela
oportunidade de realizaccedilatildeo deste estudo
Aos professores do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica Aplicada pela
disposiccedilatildeo em nos oferecer seu conhecimento incentivo e trabalho em especial agrave
minha co-orientadora Prof Drordf Sandra Regina M Antunes ao Prof Dr Faacutebio Andreacute
do Santos por sua valiosa ajuda e aos professores Prof Dr Augusto Celso Antunes
Prof Dr Andreacute Victor Chaves de Andrade Profordf Drordf Jacqueline Aparecida Marques
e ao Prof Dr Joseacute Caetano Zurita da Silva (in memorian) pelo exemplo de
dedicaccedilatildeo e profissionalismo idealizador deste Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo
Aos colegas Fernando Perotta de Oliveira amigo e professor Liliam Cristina
Angelo Marilei Mendes Rodrigo Sayka e agrave Fabiane Santos pelos momentos de
descontraccedilatildeo e companheirismo mas especialmente por toda a ajuda recebida
A todos os funcionaacuterios pelo suporte e pela atenccedilatildeo dispensada e em
especial aos teacutecnicos Valdeci e Sandra do DEQUIMUEPG
Ao Laboratoacuterio da UFPR onde foi realizada anaacutelise de MET
Agrave Universidade Jaume I Castellon de La Plana pela colaboraccedilatildeo com as
anaacutelises BET
Agrave CAPESPROAP pelo suporte financeiro e a todos os demais que direta ou
indiretamente contribuiacuteram com o desenvolvimento desta pesquisa
104
O valor das coisas natildeo estaacute no tempo em que elas duram
mas na intensidade com que acontecem
Por isso existem momentos inesqueciacuteveis
coisas inexplicaacuteveis e pessoas incomparaacuteveis
Fernando Pessoa
105
RESUMO
A utilizaccedilatildeo de biomateriais remonta agrave antiguidade e recentemente as bioceracircmicastecircm sido fortemente investigadas como material para implantes oacutesseos Dentre osdiferentes biomateriais a hidroxiapatita (HA) possui grande importacircncia por ser umdos compostos que forma a fase mineral oacutessea Assim a HA tem sido amplamenteestudada especialmente pelo fato de ser um composto bioativo A siacutentese defosfatos de caacutelcio via precipitaccedilatildeo apresenta vantagens como baixo custo esimplicidade mas a maioria dos procedimentos descritos na literatura apresentaformaccedilatildeo de produtos natildeo estequiomeacutetricos e mistura de fases Neste trabalho foiestudada a siacutentese de HA analisando a influecircncia da concentraccedilatildeo de gelatina nomeio de precipitaccedilatildeo nas caracteriacutesticas da hidroxiapatita obtida Tambeacutem foirealizada a incorporaccedilatildeo de gentamicina agraves amostras de HA obtidas e a anaacutelise doefeito antimicrobiano A hidroxiapatita foi obtida atraveacutes de precipitaccedilatildeo em meioaquoso e gelatinoso sendo posteriormente secada peneirada e calcinada a 700ordmCForam utilizadas as concentraccedilotildees de gelatina de 1 6 10 e 60 gL-1 Em seguidafoi efetuada a adiccedilatildeo de sulfato de gentamicina na proporccedilatildeo de 1 em massa Asamostras foram caracterizadas por difraccedilatildeo de raios X distribuiccedilatildeo do tamanho departiacutecula aacuterea superficial especiacutefica pelo meacutetodo BET anaacutelise teacutermicaespectroscopia no infravermelho e microscopia eletrocircnica de varredura etransmissatildeo A anaacutelise de DRX revelou a presenccedila da fase de HA em todas asamostras e atraveacutes do refinamento pelo meacutetodo de Rietveld verificou-se paraamostra obtida sem adiccedilatildeo de gelatina a presenccedila de carbonato de caacutelcio e HApura para amostra preparada em meio gelatinoso indicando que a presenccedila degelatina estabilizou da fase hidroxiapatita As anaacutelises FRX e EDS indicaram que arazatildeo CaP ficou ligeiramente acima da esperada para obtenccedilatildeo de hidroxiapatitaestequiomeacutetrica A anaacutelise de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica e aacuterea superficial pelomeacutetodo BET indicaram diferenccedilas no tamanho meacutedio de aglomerados e na aacutereasuperficial do material relativas agrave siacutentese e ao processo de preparaccedilatildeo dasamostras para receber o antibioacutetico o qual se processou com moagem em moinhode bolas As anaacutelises de MEV e MET revelaram aspectos morfoloacutegicos eestruturais caracteriacutesticos da hidroxiapatita observando-se formaccedilatildeo deaglomerados de cristais nanomeacutetricos A avaliaccedilatildeo da atividade microbioloacutegica dasamostras frente agrave saliva humana mostrou que a HA possui efeito inibidor nocrescimento microbiano tem sido observada reduccedilatildeo na contagem de UFC Paraas amostras com a adiccedilatildeo do antibioacutetico obteve-se contagem UFC igual a zerocomprovando que o processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HAmanteve a propriedade antibioacutetica do material e que o mesmo foi liberado duranteos testes
Palavras-chave Hidroxiapatita gelatina antibioacutetico sulfato de gentamicina
106
ABSTRACT
The use of biomaterials comes from old times and recently bioceramics have beendeeply investigated as a source of material for bone implant Amongst the differentbiomaterials hydroxyapatite (HA) has great importance for being one of thecompounds which forms the bone mineral phase Therefore HA has been largelystudied mainly due to the fact that it is a bioactive compound Calcium phosphatesynthesis via precipitation presents great advantages such as low cost and simplicitybut most procedures described in literature regard the formation of non stoichiometricproducts and phase mixture This work studied the HA synthesis by analyzing theinfluence of gelatin concentration in the precipitation means on the characteristics ofthe hydroxyapatite obtained Gentamicin was also incorporated to the HA samplesand antimicrobial activity was analyzed The hydroxyapatite was obtained throughprecipitation in aqueous and gelatin means being later on dried sieved and calcinedat 700ordmC Gelatin concentrations of 1 6 10 and 60 gL-1 were used Thengentamicin sulfate was added 1 in mass Samples were characterized through X-ray diffraction specific superficial area through the BET method thermal analysisinfrared spectroscopy and transmission and scanning electronic microscopy The X-ray diffraction revealed the presence of HA phase in all samples and by refiningthrough the Rietveld method it could be seen in the gelatin free sample thepresence of calcium carbonate and pure HA for the sample prepared in gelatinindicating that the presence of gelatin made the hydroxyapatite phase stable XRFand EDS indicated that CaP ratio was slightly above what had been expected toobtain stoichiometric hydroxyapatite The granulometric distribution analysis andsuperficial area through the BET method indicated differences in the average size ofagglomerates and the superficial area of the material in relation to the synthesis andsamples preparation process to receive the antibiotic which was processed throughmilling in a ball mill SEM and TEM revealed morphological and structural aspectscharacteristic of the hydroxyapatite with the formation of nanometric crystalagglomerates Samples microbial activity evaluation with human saliva showed thatpure HA has the effect of inhibiting microbial growth CFU counting was observed toreduce For the samples with antibiotic there was a CFU equal zero proving that theprocess used for gentamicin incorporation to the HA kept the antibiotic property of thematerial and that the same was released during the tests
Key words Hydroxyapatite gelatin antibiotic gentamicin sulfate
107
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Modelo do esqueleto humano 17Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers 19Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita 29Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina 35Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-
Negativas 36Figura 6 - Espectro infravermelho comparativo entre amostras de gelatina
comercial hidroxiapatita comercial e HA preparada em meiogelatinoso 40
Figura 7 - Fluxograma do esquema de obtenccedilatildeo das placas utilizadas paracontagem do teste qualitativo 62
Figura 8 - Fluxograma do preparo das amostras de HA para o testemicrobioloacutegico quantitativo 63
Figura 9 - Difratogramas de raios X das amostras de HA obtidas porprecipitaccedilatildeo em meio aquoso (a) e gelatinoso (b) HA1 (c) HA6 (d)HA10 e (e) HA60 apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo de varredura2ordmmin entre 5 e 90ordm 65
Figura 10 - Identificaccedilatildeo dos planos atraveacutes dos iacutendices de Miller ldquohklrdquo nosdifratogramas das amostras de HA obtidas por precipitaccedilatildeo em meioaquoso (a) HAGNT e gelatinoso (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo devarredura 2ordmmin entre 5 e 90ordm 66
Figura 11 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HAGNT 68Figura 12 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HA10 68Figura 13 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA e
HAGNT 75Figura 14 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA1 e
HA1GNT 75Figura 15 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA6 e
HA6GNT 76Figura 16 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA10 e
HA10GNT 76Figura 17 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA60 e
HA60GNT 76Figura 18 - Micrografias das amostras HA (A) e HAGNT (B) com aumento de
200x e HA (C) e HAGNT (D) com aumento de 700x 78Figura 19 - Micrografias das amostras HA1 (A) e HA1GNT (B) com aumento de
200x e HA1 (C) e HA1GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 20 - Micrografias das amostras HA6 (A) e HA6PGNT (B) com aumento
de 200x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 21 - Micrografias das amostras HA10 (A) e HA10GNT (B) com aumento
de 200x e HA10 (C) e HA10GNT (D) com aumento de 700x 80
Figura 22 - Micrografias das amostras HA60 (A) e HA60GNT (B) com aumentode 200x e HA60 (C) e HA60GNT (D) com aumento de 700x 80
108
Figura 23 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA (A) e HAGNT (B) comaumento de 120rsquo000x e HA P(C) e HAGNT (D) com aumento de250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 82
Figura 24 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA6 (A) e HA6GNT (B)com aumento de 120rsquo000x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumentode 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 83
Figura 25 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA10 (A) com aumentode 120rsquo000x e (B) com aumento de 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a80kV 84
Figura 26 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita sem calcinaccedilatildeo (a) HA(b) HA1 (c) HA6P (d) HA10 e (e) HA60 obtidas em pastilha deKBr 85
Figura 27 - Espectro IVTF das amostras (a) gelatina pura (b) HA + gelatina e (c)HA obtidas em pastilha de KBr 87
Figura 28 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita apoacutes calcinaccedilatildeo a700ordmC (a) HA (b) HA1 (c) HA6 (d) HA10 e (e) HA60 obtidas empastilha de KBr 88
Figura 29 - Espectro IVTF das amostras (a) sulfato de gentamicina puro (b) HA+ sulfato de gentamicina puro e (c) HA obtidas em pastilha de KBr 89
Figura 30 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita com adiccedilatildeo de 1 emmassa do antibioacutetico (a) HAGNT (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT obtidas em pastilha de KBr 92
Figura 31 - Curva TG para amostra HA com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 93
Figura 32 - Curva TG para amostra HA1 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 33 - Curva TG para amostra HA10 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 34 - Unidades formadoras de colocircnia (UFCml) dos diferentesmicrorganismos contidos na saliva (a) controle BHI puro mais 10 microLde saliva e (b) controle BHI puro mais 100 microL de saliva 95
Figura 35 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana da amostra de HA comvariaccedilatildeo da quantidade de material semeado igual a 10 20 50 e 100microL respectivamente nas placas A B C e D incubadas em caldoBHI contendo 01 mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar 96
Figura 36 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana atraveacutes da contagem dasunidades formadoras de colocircnia das amostras de controle com suasrespectivas contagem em UFC de saliva Os pontos vermelhosrepresentam as colocircnias contadas em UFC 96
Figura 37 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA comadiccedilatildeo de gentamicina (HAGNTA e HAGNTB) e sem gentamicina(HAA e HAB) incubadas em caldo BHI com 01mL de salivahumana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A e Bmostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina C eD mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 97
Figura 38 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA1 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA1GNTA e HA1GNTB) e sem
109
gentamicina (HA1A e HA1B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 39 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA6 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA6GNTA e HA6GNTB) e semgentamicina (HA6A e HA6B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 40 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA10 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA10GNTA e HA10GNTB) e semgentamicina (HA10A e HA10B) incubadas em caldo BHI com01mL de saliva humana por 24 horas e semeadas em placas deaacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) semgentamicina C e D mostram a ausecircncia de crescimento bacterianonas placas semeadas com HA com gentamicina 99
Figura 41 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras dehidroxiapatita HA60 com adiccedilatildeo de gentamicina (HA60GNTA eHA60GNTB) e sem gentamicina (HA60A e HA60B) incubadas emcaldo BHI com 01mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano(UFCmL) sem gentamicina C e D mostram a ausecircncia decrescimento bacteriano nas placas semeadas com HA comgentamicina 99
Figura 42 - Amostras de controle apoacutes 48 horas de incubaccedilatildeo ambas expressasem UFCmL 100
Figura 43 - Amostras HA sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 44 - Amostras HA1 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 45 - Amostras HA6 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 46 - Amostras HA10 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 47 - Amostras HA60 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 48 - Meacutedia e erro padratildeo dos valores transformados em Log(x) deUFCmL de bacteacuterias totais de saliva expostas agrave quantidadesdiferentes de HAacute plt005 com HA6 plt001 com Controle eplt0001 com HA60 (ANOVA com poacutes-teste de Bonferroni) 105
110
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores para os indicadores de qualidade do refinamento Rietveld
para as amostras HAGNT e HA10 69
Tabela 2 - Valores de anaacutelise quantitativa de fases as amostras HAGNT e
HA10 69
Tabela 3 - Valores da razatildeo CaP obtidos por espectroscopia de energia
dispersiva (EDS) da amostras sem adiccedilatildeo de gentamicina e com
adiccedilatildeo de gentamicina 70
Tabela 4 - Tipos diferentes de fosfato de caacutelcio obtidos por diferentes razotildeesCaP 71
Tabela 5 - Valores de espectrometria de fluorescecircncia de raios X (FRX) das
amostras HA (amostra sem adiccedilatildeo de gentamicina) HA10GNT e
HA60GNT (amostras com adiccedilatildeo de gentamicina) 71
Tabela 6 - Resumo da distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica das amostras de HAsintetizadas 74
Tabela 7 - Valores de aacuterea superficial especiacutefica de HA variando a
concentraccedilatildeo de gelatina durante o preparo das amostras 77
Tabela 8 - Bandas de IV observadas nos espectros das amostras de HA
gelatina e gentamicina 90
Tabela 9 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo e com a adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI
com 01 mL de saliva humana e semeadas em placas de aacutegar
Contagens apoacutes 24 e 48 horas 103
Tabela 10 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI com 01 mL de
saliva humana e semeadas em placas de aacutegar Contagens apoacutes 24
e 48 horas para coleta de dados para tratamento estatiacutestico 104
111
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
2 - Posiccedilatildeo do pico de BraggAring - Unidade de AngstronASTM - American Society for Testing and MaterialsBET - Meacutetodo utilizado na obtenccedilatildeo da aacuterea superficial especiacuteficaBHI - Brain Heart InfusionCaP - Razatildeo molar entre caacutelcio e foacutesforoDRX - Difraccedilatildeo de raios XDSC - Calorimetria de varredura diferencialEDS - Espectroscopia por energia dispersivaFRX - Fluorescecircncia de raios XIV - InfravermelhoIVTF - Espectroscopia de infravermelho com transformada de FourrierJCPDS - Joint Committee on Powder Difraction StandardsMET - Microscopia eletrocircnica de transmissatildeoMEV - Microscopia eletrocircnica de varreduraHA - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso
HA1 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1
HA6 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1
HA10 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1
HA60 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 60 gL-1
HAGNT - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso com 1 de sulfatode gentamicina em quantidade de massa
HA1GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA6GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA10GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA60GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
Rwp - Iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos pontos do perfilSBF - Simulated Body FluidTCP - Fosfato tricaacutelcicoTG - Anaacutelise termogravimeacutetricaUFC - Unidade formadora de colocircniaaacute-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoacirc-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoν - Banda de estiramentoδ - Banda de deformaccedilatildeo
112
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 14
11 REVISAtildeO DE LITERATURA 17
111 Tecido Oacutesseo 17
112 Biomateriais 21
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais 22
1122 Aplicaccedilatildeo dos Biomateriais 23
1123 Biocompatibilidade 25
1124 Hidroxiapatita (HA) 27
113 Antibioacuteticos 33
1131 Gentamicina 34
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina 37
2 OBJETIVOS 38
21 OBJETIVO GERAL 38
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 38
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO 39
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO 39
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X 41
321 Meacutetodo de Rietveld 42
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO
BET 44
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE
TRANSMISSAtildeO (MET) 47
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS) 49
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 51
4 MATERIAIS E MEacuteTODOS 53
41 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
AQUOSO 53
42 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
GELATINOSO 55
113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
Milhares de Livros para Download Baixar livros de AdministraccedilatildeoBaixar livros de AgronomiaBaixar livros de ArquiteturaBaixar livros de ArtesBaixar livros de AstronomiaBaixar livros de Biologia GeralBaixar livros de Ciecircncia da ComputaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia da InformaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia PoliacuteticaBaixar livros de Ciecircncias da SauacutedeBaixar livros de ComunicaccedilatildeoBaixar livros do Conselho Nacional de Educaccedilatildeo - CNEBaixar livros de Defesa civilBaixar livros de DireitoBaixar livros de Direitos humanosBaixar livros de EconomiaBaixar livros de Economia DomeacutesticaBaixar livros de EducaccedilatildeoBaixar livros de Educaccedilatildeo - TracircnsitoBaixar livros de Educaccedilatildeo FiacutesicaBaixar livros de Engenharia AeroespacialBaixar livros de FarmaacuteciaBaixar livros de FilosofiaBaixar livros de FiacutesicaBaixar livros de GeociecircnciasBaixar livros de GeografiaBaixar livros de HistoacuteriaBaixar livros de Liacutenguas
Baixar livros de LiteraturaBaixar livros de Literatura de CordelBaixar livros de Literatura InfantilBaixar livros de MatemaacuteticaBaixar livros de MedicinaBaixar livros de Medicina VeterinaacuteriaBaixar livros de Meio AmbienteBaixar livros de MeteorologiaBaixar Monografias e TCCBaixar livros MultidisciplinarBaixar livros de MuacutesicaBaixar livros de PsicologiaBaixar livros de QuiacutemicaBaixar livros de Sauacutede ColetivaBaixar livros de Serviccedilo SocialBaixar livros de SociologiaBaixar livros de TeologiaBaixar livros de TrabalhoBaixar livros de Turismo
99
FERNANDO RIBEIRO FERREIRA
SIacuteNTESE CARACTERIZACcedilAtildeO E APLICACcedilAtildeO BIOLOacuteGICA DE HIDROXIAPATITAEM PRESENCcedilA DE GELATINA E ASSOCIADA A SULFATO DE GENTAMICINA
PONTA GROSA2009
Dissertaccedilatildeo de Mestrado apresentada aoPrograma de Poacutes-Graduaccedilatildeo em QuiacutemicaAplicada da Universidade Estadual de PontaGrossa para obtenccedilatildeo do tiacutetulo de Mestre emQuiacutemica Aplicada
Orientadora Profordf Drordf Christiane P F BorgesCo-orientadora Profordf Drordf Sandra R M Antunes
100
101
102
DEDICATOacuteRIA
Dedico esta dissertaccedilatildeo aos meuspais Raul e Oralina por todo o apoiodepositado agrave minha esposa Luciane
pelo amor incondicional e ao meufilho Lucas minha paixatildeo
103
AGRADECIMENTOS
A Deus pelo dom da vida e por trilhar meu caminho ao lado de pessoas tatildeo
especiais
Agrave minha orientadora Profordf Drordf Christiane P F Borges por sua contribuiccedilatildeo
e compreensatildeo dedicada ao longo deste estudo
Ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica Aplicada e a UEPG pela
oportunidade de realizaccedilatildeo deste estudo
Aos professores do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica Aplicada pela
disposiccedilatildeo em nos oferecer seu conhecimento incentivo e trabalho em especial agrave
minha co-orientadora Prof Drordf Sandra Regina M Antunes ao Prof Dr Faacutebio Andreacute
do Santos por sua valiosa ajuda e aos professores Prof Dr Augusto Celso Antunes
Prof Dr Andreacute Victor Chaves de Andrade Profordf Drordf Jacqueline Aparecida Marques
e ao Prof Dr Joseacute Caetano Zurita da Silva (in memorian) pelo exemplo de
dedicaccedilatildeo e profissionalismo idealizador deste Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo
Aos colegas Fernando Perotta de Oliveira amigo e professor Liliam Cristina
Angelo Marilei Mendes Rodrigo Sayka e agrave Fabiane Santos pelos momentos de
descontraccedilatildeo e companheirismo mas especialmente por toda a ajuda recebida
A todos os funcionaacuterios pelo suporte e pela atenccedilatildeo dispensada e em
especial aos teacutecnicos Valdeci e Sandra do DEQUIMUEPG
Ao Laboratoacuterio da UFPR onde foi realizada anaacutelise de MET
Agrave Universidade Jaume I Castellon de La Plana pela colaboraccedilatildeo com as
anaacutelises BET
Agrave CAPESPROAP pelo suporte financeiro e a todos os demais que direta ou
indiretamente contribuiacuteram com o desenvolvimento desta pesquisa
104
O valor das coisas natildeo estaacute no tempo em que elas duram
mas na intensidade com que acontecem
Por isso existem momentos inesqueciacuteveis
coisas inexplicaacuteveis e pessoas incomparaacuteveis
Fernando Pessoa
105
RESUMO
A utilizaccedilatildeo de biomateriais remonta agrave antiguidade e recentemente as bioceracircmicastecircm sido fortemente investigadas como material para implantes oacutesseos Dentre osdiferentes biomateriais a hidroxiapatita (HA) possui grande importacircncia por ser umdos compostos que forma a fase mineral oacutessea Assim a HA tem sido amplamenteestudada especialmente pelo fato de ser um composto bioativo A siacutentese defosfatos de caacutelcio via precipitaccedilatildeo apresenta vantagens como baixo custo esimplicidade mas a maioria dos procedimentos descritos na literatura apresentaformaccedilatildeo de produtos natildeo estequiomeacutetricos e mistura de fases Neste trabalho foiestudada a siacutentese de HA analisando a influecircncia da concentraccedilatildeo de gelatina nomeio de precipitaccedilatildeo nas caracteriacutesticas da hidroxiapatita obtida Tambeacutem foirealizada a incorporaccedilatildeo de gentamicina agraves amostras de HA obtidas e a anaacutelise doefeito antimicrobiano A hidroxiapatita foi obtida atraveacutes de precipitaccedilatildeo em meioaquoso e gelatinoso sendo posteriormente secada peneirada e calcinada a 700ordmCForam utilizadas as concentraccedilotildees de gelatina de 1 6 10 e 60 gL-1 Em seguidafoi efetuada a adiccedilatildeo de sulfato de gentamicina na proporccedilatildeo de 1 em massa Asamostras foram caracterizadas por difraccedilatildeo de raios X distribuiccedilatildeo do tamanho departiacutecula aacuterea superficial especiacutefica pelo meacutetodo BET anaacutelise teacutermicaespectroscopia no infravermelho e microscopia eletrocircnica de varredura etransmissatildeo A anaacutelise de DRX revelou a presenccedila da fase de HA em todas asamostras e atraveacutes do refinamento pelo meacutetodo de Rietveld verificou-se paraamostra obtida sem adiccedilatildeo de gelatina a presenccedila de carbonato de caacutelcio e HApura para amostra preparada em meio gelatinoso indicando que a presenccedila degelatina estabilizou da fase hidroxiapatita As anaacutelises FRX e EDS indicaram que arazatildeo CaP ficou ligeiramente acima da esperada para obtenccedilatildeo de hidroxiapatitaestequiomeacutetrica A anaacutelise de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica e aacuterea superficial pelomeacutetodo BET indicaram diferenccedilas no tamanho meacutedio de aglomerados e na aacutereasuperficial do material relativas agrave siacutentese e ao processo de preparaccedilatildeo dasamostras para receber o antibioacutetico o qual se processou com moagem em moinhode bolas As anaacutelises de MEV e MET revelaram aspectos morfoloacutegicos eestruturais caracteriacutesticos da hidroxiapatita observando-se formaccedilatildeo deaglomerados de cristais nanomeacutetricos A avaliaccedilatildeo da atividade microbioloacutegica dasamostras frente agrave saliva humana mostrou que a HA possui efeito inibidor nocrescimento microbiano tem sido observada reduccedilatildeo na contagem de UFC Paraas amostras com a adiccedilatildeo do antibioacutetico obteve-se contagem UFC igual a zerocomprovando que o processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HAmanteve a propriedade antibioacutetica do material e que o mesmo foi liberado duranteos testes
Palavras-chave Hidroxiapatita gelatina antibioacutetico sulfato de gentamicina
106
ABSTRACT
The use of biomaterials comes from old times and recently bioceramics have beendeeply investigated as a source of material for bone implant Amongst the differentbiomaterials hydroxyapatite (HA) has great importance for being one of thecompounds which forms the bone mineral phase Therefore HA has been largelystudied mainly due to the fact that it is a bioactive compound Calcium phosphatesynthesis via precipitation presents great advantages such as low cost and simplicitybut most procedures described in literature regard the formation of non stoichiometricproducts and phase mixture This work studied the HA synthesis by analyzing theinfluence of gelatin concentration in the precipitation means on the characteristics ofthe hydroxyapatite obtained Gentamicin was also incorporated to the HA samplesand antimicrobial activity was analyzed The hydroxyapatite was obtained throughprecipitation in aqueous and gelatin means being later on dried sieved and calcinedat 700ordmC Gelatin concentrations of 1 6 10 and 60 gL-1 were used Thengentamicin sulfate was added 1 in mass Samples were characterized through X-ray diffraction specific superficial area through the BET method thermal analysisinfrared spectroscopy and transmission and scanning electronic microscopy The X-ray diffraction revealed the presence of HA phase in all samples and by refiningthrough the Rietveld method it could be seen in the gelatin free sample thepresence of calcium carbonate and pure HA for the sample prepared in gelatinindicating that the presence of gelatin made the hydroxyapatite phase stable XRFand EDS indicated that CaP ratio was slightly above what had been expected toobtain stoichiometric hydroxyapatite The granulometric distribution analysis andsuperficial area through the BET method indicated differences in the average size ofagglomerates and the superficial area of the material in relation to the synthesis andsamples preparation process to receive the antibiotic which was processed throughmilling in a ball mill SEM and TEM revealed morphological and structural aspectscharacteristic of the hydroxyapatite with the formation of nanometric crystalagglomerates Samples microbial activity evaluation with human saliva showed thatpure HA has the effect of inhibiting microbial growth CFU counting was observed toreduce For the samples with antibiotic there was a CFU equal zero proving that theprocess used for gentamicin incorporation to the HA kept the antibiotic property of thematerial and that the same was released during the tests
Key words Hydroxyapatite gelatin antibiotic gentamicin sulfate
107
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Modelo do esqueleto humano 17Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers 19Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita 29Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina 35Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-
Negativas 36Figura 6 - Espectro infravermelho comparativo entre amostras de gelatina
comercial hidroxiapatita comercial e HA preparada em meiogelatinoso 40
Figura 7 - Fluxograma do esquema de obtenccedilatildeo das placas utilizadas paracontagem do teste qualitativo 62
Figura 8 - Fluxograma do preparo das amostras de HA para o testemicrobioloacutegico quantitativo 63
Figura 9 - Difratogramas de raios X das amostras de HA obtidas porprecipitaccedilatildeo em meio aquoso (a) e gelatinoso (b) HA1 (c) HA6 (d)HA10 e (e) HA60 apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo de varredura2ordmmin entre 5 e 90ordm 65
Figura 10 - Identificaccedilatildeo dos planos atraveacutes dos iacutendices de Miller ldquohklrdquo nosdifratogramas das amostras de HA obtidas por precipitaccedilatildeo em meioaquoso (a) HAGNT e gelatinoso (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo devarredura 2ordmmin entre 5 e 90ordm 66
Figura 11 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HAGNT 68Figura 12 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HA10 68Figura 13 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA e
HAGNT 75Figura 14 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA1 e
HA1GNT 75Figura 15 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA6 e
HA6GNT 76Figura 16 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA10 e
HA10GNT 76Figura 17 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA60 e
HA60GNT 76Figura 18 - Micrografias das amostras HA (A) e HAGNT (B) com aumento de
200x e HA (C) e HAGNT (D) com aumento de 700x 78Figura 19 - Micrografias das amostras HA1 (A) e HA1GNT (B) com aumento de
200x e HA1 (C) e HA1GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 20 - Micrografias das amostras HA6 (A) e HA6PGNT (B) com aumento
de 200x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 21 - Micrografias das amostras HA10 (A) e HA10GNT (B) com aumento
de 200x e HA10 (C) e HA10GNT (D) com aumento de 700x 80
Figura 22 - Micrografias das amostras HA60 (A) e HA60GNT (B) com aumentode 200x e HA60 (C) e HA60GNT (D) com aumento de 700x 80
108
Figura 23 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA (A) e HAGNT (B) comaumento de 120rsquo000x e HA P(C) e HAGNT (D) com aumento de250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 82
Figura 24 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA6 (A) e HA6GNT (B)com aumento de 120rsquo000x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumentode 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 83
Figura 25 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA10 (A) com aumentode 120rsquo000x e (B) com aumento de 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a80kV 84
Figura 26 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita sem calcinaccedilatildeo (a) HA(b) HA1 (c) HA6P (d) HA10 e (e) HA60 obtidas em pastilha deKBr 85
Figura 27 - Espectro IVTF das amostras (a) gelatina pura (b) HA + gelatina e (c)HA obtidas em pastilha de KBr 87
Figura 28 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita apoacutes calcinaccedilatildeo a700ordmC (a) HA (b) HA1 (c) HA6 (d) HA10 e (e) HA60 obtidas empastilha de KBr 88
Figura 29 - Espectro IVTF das amostras (a) sulfato de gentamicina puro (b) HA+ sulfato de gentamicina puro e (c) HA obtidas em pastilha de KBr 89
Figura 30 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita com adiccedilatildeo de 1 emmassa do antibioacutetico (a) HAGNT (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT obtidas em pastilha de KBr 92
Figura 31 - Curva TG para amostra HA com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 93
Figura 32 - Curva TG para amostra HA1 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 33 - Curva TG para amostra HA10 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 34 - Unidades formadoras de colocircnia (UFCml) dos diferentesmicrorganismos contidos na saliva (a) controle BHI puro mais 10 microLde saliva e (b) controle BHI puro mais 100 microL de saliva 95
Figura 35 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana da amostra de HA comvariaccedilatildeo da quantidade de material semeado igual a 10 20 50 e 100microL respectivamente nas placas A B C e D incubadas em caldoBHI contendo 01 mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar 96
Figura 36 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana atraveacutes da contagem dasunidades formadoras de colocircnia das amostras de controle com suasrespectivas contagem em UFC de saliva Os pontos vermelhosrepresentam as colocircnias contadas em UFC 96
Figura 37 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA comadiccedilatildeo de gentamicina (HAGNTA e HAGNTB) e sem gentamicina(HAA e HAB) incubadas em caldo BHI com 01mL de salivahumana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A e Bmostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina C eD mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 97
Figura 38 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA1 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA1GNTA e HA1GNTB) e sem
109
gentamicina (HA1A e HA1B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 39 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA6 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA6GNTA e HA6GNTB) e semgentamicina (HA6A e HA6B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 40 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA10 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA10GNTA e HA10GNTB) e semgentamicina (HA10A e HA10B) incubadas em caldo BHI com01mL de saliva humana por 24 horas e semeadas em placas deaacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) semgentamicina C e D mostram a ausecircncia de crescimento bacterianonas placas semeadas com HA com gentamicina 99
Figura 41 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras dehidroxiapatita HA60 com adiccedilatildeo de gentamicina (HA60GNTA eHA60GNTB) e sem gentamicina (HA60A e HA60B) incubadas emcaldo BHI com 01mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano(UFCmL) sem gentamicina C e D mostram a ausecircncia decrescimento bacteriano nas placas semeadas com HA comgentamicina 99
Figura 42 - Amostras de controle apoacutes 48 horas de incubaccedilatildeo ambas expressasem UFCmL 100
Figura 43 - Amostras HA sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 44 - Amostras HA1 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 45 - Amostras HA6 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 46 - Amostras HA10 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 47 - Amostras HA60 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 48 - Meacutedia e erro padratildeo dos valores transformados em Log(x) deUFCmL de bacteacuterias totais de saliva expostas agrave quantidadesdiferentes de HAacute plt005 com HA6 plt001 com Controle eplt0001 com HA60 (ANOVA com poacutes-teste de Bonferroni) 105
110
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores para os indicadores de qualidade do refinamento Rietveld
para as amostras HAGNT e HA10 69
Tabela 2 - Valores de anaacutelise quantitativa de fases as amostras HAGNT e
HA10 69
Tabela 3 - Valores da razatildeo CaP obtidos por espectroscopia de energia
dispersiva (EDS) da amostras sem adiccedilatildeo de gentamicina e com
adiccedilatildeo de gentamicina 70
Tabela 4 - Tipos diferentes de fosfato de caacutelcio obtidos por diferentes razotildeesCaP 71
Tabela 5 - Valores de espectrometria de fluorescecircncia de raios X (FRX) das
amostras HA (amostra sem adiccedilatildeo de gentamicina) HA10GNT e
HA60GNT (amostras com adiccedilatildeo de gentamicina) 71
Tabela 6 - Resumo da distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica das amostras de HAsintetizadas 74
Tabela 7 - Valores de aacuterea superficial especiacutefica de HA variando a
concentraccedilatildeo de gelatina durante o preparo das amostras 77
Tabela 8 - Bandas de IV observadas nos espectros das amostras de HA
gelatina e gentamicina 90
Tabela 9 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo e com a adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI
com 01 mL de saliva humana e semeadas em placas de aacutegar
Contagens apoacutes 24 e 48 horas 103
Tabela 10 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI com 01 mL de
saliva humana e semeadas em placas de aacutegar Contagens apoacutes 24
e 48 horas para coleta de dados para tratamento estatiacutestico 104
111
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
2 - Posiccedilatildeo do pico de BraggAring - Unidade de AngstronASTM - American Society for Testing and MaterialsBET - Meacutetodo utilizado na obtenccedilatildeo da aacuterea superficial especiacuteficaBHI - Brain Heart InfusionCaP - Razatildeo molar entre caacutelcio e foacutesforoDRX - Difraccedilatildeo de raios XDSC - Calorimetria de varredura diferencialEDS - Espectroscopia por energia dispersivaFRX - Fluorescecircncia de raios XIV - InfravermelhoIVTF - Espectroscopia de infravermelho com transformada de FourrierJCPDS - Joint Committee on Powder Difraction StandardsMET - Microscopia eletrocircnica de transmissatildeoMEV - Microscopia eletrocircnica de varreduraHA - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso
HA1 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1
HA6 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1
HA10 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1
HA60 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 60 gL-1
HAGNT - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso com 1 de sulfatode gentamicina em quantidade de massa
HA1GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA6GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA10GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA60GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
Rwp - Iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos pontos do perfilSBF - Simulated Body FluidTCP - Fosfato tricaacutelcicoTG - Anaacutelise termogravimeacutetricaUFC - Unidade formadora de colocircniaaacute-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoacirc-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoν - Banda de estiramentoδ - Banda de deformaccedilatildeo
112
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 14
11 REVISAtildeO DE LITERATURA 17
111 Tecido Oacutesseo 17
112 Biomateriais 21
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais 22
1122 Aplicaccedilatildeo dos Biomateriais 23
1123 Biocompatibilidade 25
1124 Hidroxiapatita (HA) 27
113 Antibioacuteticos 33
1131 Gentamicina 34
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina 37
2 OBJETIVOS 38
21 OBJETIVO GERAL 38
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 38
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO 39
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO 39
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X 41
321 Meacutetodo de Rietveld 42
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO
BET 44
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE
TRANSMISSAtildeO (MET) 47
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS) 49
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 51
4 MATERIAIS E MEacuteTODOS 53
41 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
AQUOSO 53
42 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
GELATINOSO 55
113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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162
67APARECIDA A H FOOK M V L SANTOS M L GUASTALDI A CEstudo da influecircncia dos iacuteons K+ Mg2+ SO4
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biomimeacutetica de fosfato de caacutelcio amorfo (ACP) e conversatildeo a fosfatooctacaacutelcico (OCP) Quiacutemica Nova vol 30 nordm 4 p 892-896 2007
68FILHO E A ASSIS C M VERCIK L O GUASTALDI A C BiomateriaisDeposiccedilatildeo de hidroxiapatita sobre superfiacutecie de Ti-Cp modificada poraspersatildeo teacutermica Quiacutemica Nova vol 30 nordm 5 p 1229-1232 2007
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70CARVAJAL J R Apostila Structural analysis from powder diffraction data theRietveld method disponiacutevel em lthttpimaisduscesriaidtraiosxmanuaisthe_rietveld_method_97pdf gtAcesso em 20 de janeiro de 2009
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72MOHSENI K Characterization of Precipitated Calcium Carbonate (PCC)compounds on the basis of powder X-ray diffraction data 2007 169fTese (Doutorado em Ciecircncia de Materiais) Universidade Karlsruhe TheranIran 2007
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77KIM H W KNOWLES J C KIM H E Porous scaffolds of gelatinndashhydroxyapatite nanocomposites obtained by biomimetic approachcharaterization and antibiotic drug release Journal of Biomedical MaterialsResearch vol 74-B 686-698 2005
78GOUVEIA D S COUTINHO A C S GUIMARAtildeES L M F BRESSIANIA H A BRESSIANI J C Efeito da velocidade de adiccedilatildeo do H3PO4 e daincorporaccedilatildeo do Mg2+ na siacutentese do HA 51ordm Congresso de Ceracircmica Livrode Resumos Salvador 12p 2007
79LANDI E TAMPIERI A CELOTTI G VICHI L SANDRI M Influence ofsynthesis and sintering parameters on the characteristics of carbonate apatiteBiomaterials vol 25 p 1763-1770 2004
80MOSTAFA N Y Characterization thermal stability and sintering ofhidroxyapatite powders prepared by different routes Matherials Chemistryand Physics vol94 p333-341 2005
81DIAS K S ALMEIDA D S SILVA A B L MARQUES M S MENEZESI A C SANTOS T C MELLO I C M CARVALHO A C S ANTONIOLLIA R MARCcedilAL R M Avaliaccedilatildeo dos efeitos miorelaxante antiespasmoacutedico eantinociceptivo do extrato aquoso da Phoradendron piperiodes RevistaBrasileira de Farmacognosia vol17 p 373-377 2007
82SILVA A B L DIAS K S MARQUES M S MENEZES I A C SANTOST C MELLO I C M LISBOA A C C D CAVALCANTI S C HMARCcedilAL R M ANTONIOLLI A R Avaliaccedilatildeo do efeito antinociceptivo e datoxicidade aguda do extrato aquoso da Hyptis fruticosa Salmz ex BenthRevista Brasileira de Farmacognosia vol16 p 475-479 2006
83CAMPOS G M Estatiacutestica praacutetica para docentes e poacutes-graduandosdisponiacutevel em lthttpwwwforpuspbrrestauradoragmcgmc_livrogmc_livro_cap13html gt Acesso em 12 de junho de 2009
84UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA Biblioteca Central ProfFaris Michaele Manual de normalizaccedilatildeo bibliograacutefica para trabalhoscientiacuteficos Ponta Grossa UEPG 2005
Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
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100
101
102
DEDICATOacuteRIA
Dedico esta dissertaccedilatildeo aos meuspais Raul e Oralina por todo o apoiodepositado agrave minha esposa Luciane
pelo amor incondicional e ao meufilho Lucas minha paixatildeo
103
AGRADECIMENTOS
A Deus pelo dom da vida e por trilhar meu caminho ao lado de pessoas tatildeo
especiais
Agrave minha orientadora Profordf Drordf Christiane P F Borges por sua contribuiccedilatildeo
e compreensatildeo dedicada ao longo deste estudo
Ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica Aplicada e a UEPG pela
oportunidade de realizaccedilatildeo deste estudo
Aos professores do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica Aplicada pela
disposiccedilatildeo em nos oferecer seu conhecimento incentivo e trabalho em especial agrave
minha co-orientadora Prof Drordf Sandra Regina M Antunes ao Prof Dr Faacutebio Andreacute
do Santos por sua valiosa ajuda e aos professores Prof Dr Augusto Celso Antunes
Prof Dr Andreacute Victor Chaves de Andrade Profordf Drordf Jacqueline Aparecida Marques
e ao Prof Dr Joseacute Caetano Zurita da Silva (in memorian) pelo exemplo de
dedicaccedilatildeo e profissionalismo idealizador deste Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo
Aos colegas Fernando Perotta de Oliveira amigo e professor Liliam Cristina
Angelo Marilei Mendes Rodrigo Sayka e agrave Fabiane Santos pelos momentos de
descontraccedilatildeo e companheirismo mas especialmente por toda a ajuda recebida
A todos os funcionaacuterios pelo suporte e pela atenccedilatildeo dispensada e em
especial aos teacutecnicos Valdeci e Sandra do DEQUIMUEPG
Ao Laboratoacuterio da UFPR onde foi realizada anaacutelise de MET
Agrave Universidade Jaume I Castellon de La Plana pela colaboraccedilatildeo com as
anaacutelises BET
Agrave CAPESPROAP pelo suporte financeiro e a todos os demais que direta ou
indiretamente contribuiacuteram com o desenvolvimento desta pesquisa
104
O valor das coisas natildeo estaacute no tempo em que elas duram
mas na intensidade com que acontecem
Por isso existem momentos inesqueciacuteveis
coisas inexplicaacuteveis e pessoas incomparaacuteveis
Fernando Pessoa
105
RESUMO
A utilizaccedilatildeo de biomateriais remonta agrave antiguidade e recentemente as bioceracircmicastecircm sido fortemente investigadas como material para implantes oacutesseos Dentre osdiferentes biomateriais a hidroxiapatita (HA) possui grande importacircncia por ser umdos compostos que forma a fase mineral oacutessea Assim a HA tem sido amplamenteestudada especialmente pelo fato de ser um composto bioativo A siacutentese defosfatos de caacutelcio via precipitaccedilatildeo apresenta vantagens como baixo custo esimplicidade mas a maioria dos procedimentos descritos na literatura apresentaformaccedilatildeo de produtos natildeo estequiomeacutetricos e mistura de fases Neste trabalho foiestudada a siacutentese de HA analisando a influecircncia da concentraccedilatildeo de gelatina nomeio de precipitaccedilatildeo nas caracteriacutesticas da hidroxiapatita obtida Tambeacutem foirealizada a incorporaccedilatildeo de gentamicina agraves amostras de HA obtidas e a anaacutelise doefeito antimicrobiano A hidroxiapatita foi obtida atraveacutes de precipitaccedilatildeo em meioaquoso e gelatinoso sendo posteriormente secada peneirada e calcinada a 700ordmCForam utilizadas as concentraccedilotildees de gelatina de 1 6 10 e 60 gL-1 Em seguidafoi efetuada a adiccedilatildeo de sulfato de gentamicina na proporccedilatildeo de 1 em massa Asamostras foram caracterizadas por difraccedilatildeo de raios X distribuiccedilatildeo do tamanho departiacutecula aacuterea superficial especiacutefica pelo meacutetodo BET anaacutelise teacutermicaespectroscopia no infravermelho e microscopia eletrocircnica de varredura etransmissatildeo A anaacutelise de DRX revelou a presenccedila da fase de HA em todas asamostras e atraveacutes do refinamento pelo meacutetodo de Rietveld verificou-se paraamostra obtida sem adiccedilatildeo de gelatina a presenccedila de carbonato de caacutelcio e HApura para amostra preparada em meio gelatinoso indicando que a presenccedila degelatina estabilizou da fase hidroxiapatita As anaacutelises FRX e EDS indicaram que arazatildeo CaP ficou ligeiramente acima da esperada para obtenccedilatildeo de hidroxiapatitaestequiomeacutetrica A anaacutelise de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica e aacuterea superficial pelomeacutetodo BET indicaram diferenccedilas no tamanho meacutedio de aglomerados e na aacutereasuperficial do material relativas agrave siacutentese e ao processo de preparaccedilatildeo dasamostras para receber o antibioacutetico o qual se processou com moagem em moinhode bolas As anaacutelises de MEV e MET revelaram aspectos morfoloacutegicos eestruturais caracteriacutesticos da hidroxiapatita observando-se formaccedilatildeo deaglomerados de cristais nanomeacutetricos A avaliaccedilatildeo da atividade microbioloacutegica dasamostras frente agrave saliva humana mostrou que a HA possui efeito inibidor nocrescimento microbiano tem sido observada reduccedilatildeo na contagem de UFC Paraas amostras com a adiccedilatildeo do antibioacutetico obteve-se contagem UFC igual a zerocomprovando que o processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HAmanteve a propriedade antibioacutetica do material e que o mesmo foi liberado duranteos testes
Palavras-chave Hidroxiapatita gelatina antibioacutetico sulfato de gentamicina
106
ABSTRACT
The use of biomaterials comes from old times and recently bioceramics have beendeeply investigated as a source of material for bone implant Amongst the differentbiomaterials hydroxyapatite (HA) has great importance for being one of thecompounds which forms the bone mineral phase Therefore HA has been largelystudied mainly due to the fact that it is a bioactive compound Calcium phosphatesynthesis via precipitation presents great advantages such as low cost and simplicitybut most procedures described in literature regard the formation of non stoichiometricproducts and phase mixture This work studied the HA synthesis by analyzing theinfluence of gelatin concentration in the precipitation means on the characteristics ofthe hydroxyapatite obtained Gentamicin was also incorporated to the HA samplesand antimicrobial activity was analyzed The hydroxyapatite was obtained throughprecipitation in aqueous and gelatin means being later on dried sieved and calcinedat 700ordmC Gelatin concentrations of 1 6 10 and 60 gL-1 were used Thengentamicin sulfate was added 1 in mass Samples were characterized through X-ray diffraction specific superficial area through the BET method thermal analysisinfrared spectroscopy and transmission and scanning electronic microscopy The X-ray diffraction revealed the presence of HA phase in all samples and by refiningthrough the Rietveld method it could be seen in the gelatin free sample thepresence of calcium carbonate and pure HA for the sample prepared in gelatinindicating that the presence of gelatin made the hydroxyapatite phase stable XRFand EDS indicated that CaP ratio was slightly above what had been expected toobtain stoichiometric hydroxyapatite The granulometric distribution analysis andsuperficial area through the BET method indicated differences in the average size ofagglomerates and the superficial area of the material in relation to the synthesis andsamples preparation process to receive the antibiotic which was processed throughmilling in a ball mill SEM and TEM revealed morphological and structural aspectscharacteristic of the hydroxyapatite with the formation of nanometric crystalagglomerates Samples microbial activity evaluation with human saliva showed thatpure HA has the effect of inhibiting microbial growth CFU counting was observed toreduce For the samples with antibiotic there was a CFU equal zero proving that theprocess used for gentamicin incorporation to the HA kept the antibiotic property of thematerial and that the same was released during the tests
Key words Hydroxyapatite gelatin antibiotic gentamicin sulfate
107
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Modelo do esqueleto humano 17Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers 19Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita 29Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina 35Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-
Negativas 36Figura 6 - Espectro infravermelho comparativo entre amostras de gelatina
comercial hidroxiapatita comercial e HA preparada em meiogelatinoso 40
Figura 7 - Fluxograma do esquema de obtenccedilatildeo das placas utilizadas paracontagem do teste qualitativo 62
Figura 8 - Fluxograma do preparo das amostras de HA para o testemicrobioloacutegico quantitativo 63
Figura 9 - Difratogramas de raios X das amostras de HA obtidas porprecipitaccedilatildeo em meio aquoso (a) e gelatinoso (b) HA1 (c) HA6 (d)HA10 e (e) HA60 apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo de varredura2ordmmin entre 5 e 90ordm 65
Figura 10 - Identificaccedilatildeo dos planos atraveacutes dos iacutendices de Miller ldquohklrdquo nosdifratogramas das amostras de HA obtidas por precipitaccedilatildeo em meioaquoso (a) HAGNT e gelatinoso (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo devarredura 2ordmmin entre 5 e 90ordm 66
Figura 11 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HAGNT 68Figura 12 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HA10 68Figura 13 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA e
HAGNT 75Figura 14 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA1 e
HA1GNT 75Figura 15 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA6 e
HA6GNT 76Figura 16 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA10 e
HA10GNT 76Figura 17 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA60 e
HA60GNT 76Figura 18 - Micrografias das amostras HA (A) e HAGNT (B) com aumento de
200x e HA (C) e HAGNT (D) com aumento de 700x 78Figura 19 - Micrografias das amostras HA1 (A) e HA1GNT (B) com aumento de
200x e HA1 (C) e HA1GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 20 - Micrografias das amostras HA6 (A) e HA6PGNT (B) com aumento
de 200x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 21 - Micrografias das amostras HA10 (A) e HA10GNT (B) com aumento
de 200x e HA10 (C) e HA10GNT (D) com aumento de 700x 80
Figura 22 - Micrografias das amostras HA60 (A) e HA60GNT (B) com aumentode 200x e HA60 (C) e HA60GNT (D) com aumento de 700x 80
108
Figura 23 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA (A) e HAGNT (B) comaumento de 120rsquo000x e HA P(C) e HAGNT (D) com aumento de250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 82
Figura 24 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA6 (A) e HA6GNT (B)com aumento de 120rsquo000x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumentode 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 83
Figura 25 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA10 (A) com aumentode 120rsquo000x e (B) com aumento de 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a80kV 84
Figura 26 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita sem calcinaccedilatildeo (a) HA(b) HA1 (c) HA6P (d) HA10 e (e) HA60 obtidas em pastilha deKBr 85
Figura 27 - Espectro IVTF das amostras (a) gelatina pura (b) HA + gelatina e (c)HA obtidas em pastilha de KBr 87
Figura 28 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita apoacutes calcinaccedilatildeo a700ordmC (a) HA (b) HA1 (c) HA6 (d) HA10 e (e) HA60 obtidas empastilha de KBr 88
Figura 29 - Espectro IVTF das amostras (a) sulfato de gentamicina puro (b) HA+ sulfato de gentamicina puro e (c) HA obtidas em pastilha de KBr 89
Figura 30 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita com adiccedilatildeo de 1 emmassa do antibioacutetico (a) HAGNT (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT obtidas em pastilha de KBr 92
Figura 31 - Curva TG para amostra HA com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 93
Figura 32 - Curva TG para amostra HA1 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 33 - Curva TG para amostra HA10 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 34 - Unidades formadoras de colocircnia (UFCml) dos diferentesmicrorganismos contidos na saliva (a) controle BHI puro mais 10 microLde saliva e (b) controle BHI puro mais 100 microL de saliva 95
Figura 35 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana da amostra de HA comvariaccedilatildeo da quantidade de material semeado igual a 10 20 50 e 100microL respectivamente nas placas A B C e D incubadas em caldoBHI contendo 01 mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar 96
Figura 36 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana atraveacutes da contagem dasunidades formadoras de colocircnia das amostras de controle com suasrespectivas contagem em UFC de saliva Os pontos vermelhosrepresentam as colocircnias contadas em UFC 96
Figura 37 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA comadiccedilatildeo de gentamicina (HAGNTA e HAGNTB) e sem gentamicina(HAA e HAB) incubadas em caldo BHI com 01mL de salivahumana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A e Bmostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina C eD mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 97
Figura 38 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA1 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA1GNTA e HA1GNTB) e sem
109
gentamicina (HA1A e HA1B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 39 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA6 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA6GNTA e HA6GNTB) e semgentamicina (HA6A e HA6B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 40 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA10 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA10GNTA e HA10GNTB) e semgentamicina (HA10A e HA10B) incubadas em caldo BHI com01mL de saliva humana por 24 horas e semeadas em placas deaacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) semgentamicina C e D mostram a ausecircncia de crescimento bacterianonas placas semeadas com HA com gentamicina 99
Figura 41 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras dehidroxiapatita HA60 com adiccedilatildeo de gentamicina (HA60GNTA eHA60GNTB) e sem gentamicina (HA60A e HA60B) incubadas emcaldo BHI com 01mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano(UFCmL) sem gentamicina C e D mostram a ausecircncia decrescimento bacteriano nas placas semeadas com HA comgentamicina 99
Figura 42 - Amostras de controle apoacutes 48 horas de incubaccedilatildeo ambas expressasem UFCmL 100
Figura 43 - Amostras HA sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 44 - Amostras HA1 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 45 - Amostras HA6 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 46 - Amostras HA10 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 47 - Amostras HA60 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 48 - Meacutedia e erro padratildeo dos valores transformados em Log(x) deUFCmL de bacteacuterias totais de saliva expostas agrave quantidadesdiferentes de HAacute plt005 com HA6 plt001 com Controle eplt0001 com HA60 (ANOVA com poacutes-teste de Bonferroni) 105
110
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores para os indicadores de qualidade do refinamento Rietveld
para as amostras HAGNT e HA10 69
Tabela 2 - Valores de anaacutelise quantitativa de fases as amostras HAGNT e
HA10 69
Tabela 3 - Valores da razatildeo CaP obtidos por espectroscopia de energia
dispersiva (EDS) da amostras sem adiccedilatildeo de gentamicina e com
adiccedilatildeo de gentamicina 70
Tabela 4 - Tipos diferentes de fosfato de caacutelcio obtidos por diferentes razotildeesCaP 71
Tabela 5 - Valores de espectrometria de fluorescecircncia de raios X (FRX) das
amostras HA (amostra sem adiccedilatildeo de gentamicina) HA10GNT e
HA60GNT (amostras com adiccedilatildeo de gentamicina) 71
Tabela 6 - Resumo da distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica das amostras de HAsintetizadas 74
Tabela 7 - Valores de aacuterea superficial especiacutefica de HA variando a
concentraccedilatildeo de gelatina durante o preparo das amostras 77
Tabela 8 - Bandas de IV observadas nos espectros das amostras de HA
gelatina e gentamicina 90
Tabela 9 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo e com a adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI
com 01 mL de saliva humana e semeadas em placas de aacutegar
Contagens apoacutes 24 e 48 horas 103
Tabela 10 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI com 01 mL de
saliva humana e semeadas em placas de aacutegar Contagens apoacutes 24
e 48 horas para coleta de dados para tratamento estatiacutestico 104
111
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
2 - Posiccedilatildeo do pico de BraggAring - Unidade de AngstronASTM - American Society for Testing and MaterialsBET - Meacutetodo utilizado na obtenccedilatildeo da aacuterea superficial especiacuteficaBHI - Brain Heart InfusionCaP - Razatildeo molar entre caacutelcio e foacutesforoDRX - Difraccedilatildeo de raios XDSC - Calorimetria de varredura diferencialEDS - Espectroscopia por energia dispersivaFRX - Fluorescecircncia de raios XIV - InfravermelhoIVTF - Espectroscopia de infravermelho com transformada de FourrierJCPDS - Joint Committee on Powder Difraction StandardsMET - Microscopia eletrocircnica de transmissatildeoMEV - Microscopia eletrocircnica de varreduraHA - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso
HA1 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1
HA6 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1
HA10 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1
HA60 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 60 gL-1
HAGNT - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso com 1 de sulfatode gentamicina em quantidade de massa
HA1GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA6GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA10GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA60GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
Rwp - Iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos pontos do perfilSBF - Simulated Body FluidTCP - Fosfato tricaacutelcicoTG - Anaacutelise termogravimeacutetricaUFC - Unidade formadora de colocircniaaacute-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoacirc-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoν - Banda de estiramentoδ - Banda de deformaccedilatildeo
112
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 14
11 REVISAtildeO DE LITERATURA 17
111 Tecido Oacutesseo 17
112 Biomateriais 21
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais 22
1122 Aplicaccedilatildeo dos Biomateriais 23
1123 Biocompatibilidade 25
1124 Hidroxiapatita (HA) 27
113 Antibioacuteticos 33
1131 Gentamicina 34
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina 37
2 OBJETIVOS 38
21 OBJETIVO GERAL 38
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 38
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO 39
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO 39
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X 41
321 Meacutetodo de Rietveld 42
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO
BET 44
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE
TRANSMISSAtildeO (MET) 47
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS) 49
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 51
4 MATERIAIS E MEacuteTODOS 53
41 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
AQUOSO 53
42 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
GELATINOSO 55
113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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101
102
DEDICATOacuteRIA
Dedico esta dissertaccedilatildeo aos meuspais Raul e Oralina por todo o apoiodepositado agrave minha esposa Luciane
pelo amor incondicional e ao meufilho Lucas minha paixatildeo
103
AGRADECIMENTOS
A Deus pelo dom da vida e por trilhar meu caminho ao lado de pessoas tatildeo
especiais
Agrave minha orientadora Profordf Drordf Christiane P F Borges por sua contribuiccedilatildeo
e compreensatildeo dedicada ao longo deste estudo
Ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica Aplicada e a UEPG pela
oportunidade de realizaccedilatildeo deste estudo
Aos professores do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica Aplicada pela
disposiccedilatildeo em nos oferecer seu conhecimento incentivo e trabalho em especial agrave
minha co-orientadora Prof Drordf Sandra Regina M Antunes ao Prof Dr Faacutebio Andreacute
do Santos por sua valiosa ajuda e aos professores Prof Dr Augusto Celso Antunes
Prof Dr Andreacute Victor Chaves de Andrade Profordf Drordf Jacqueline Aparecida Marques
e ao Prof Dr Joseacute Caetano Zurita da Silva (in memorian) pelo exemplo de
dedicaccedilatildeo e profissionalismo idealizador deste Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo
Aos colegas Fernando Perotta de Oliveira amigo e professor Liliam Cristina
Angelo Marilei Mendes Rodrigo Sayka e agrave Fabiane Santos pelos momentos de
descontraccedilatildeo e companheirismo mas especialmente por toda a ajuda recebida
A todos os funcionaacuterios pelo suporte e pela atenccedilatildeo dispensada e em
especial aos teacutecnicos Valdeci e Sandra do DEQUIMUEPG
Ao Laboratoacuterio da UFPR onde foi realizada anaacutelise de MET
Agrave Universidade Jaume I Castellon de La Plana pela colaboraccedilatildeo com as
anaacutelises BET
Agrave CAPESPROAP pelo suporte financeiro e a todos os demais que direta ou
indiretamente contribuiacuteram com o desenvolvimento desta pesquisa
104
O valor das coisas natildeo estaacute no tempo em que elas duram
mas na intensidade com que acontecem
Por isso existem momentos inesqueciacuteveis
coisas inexplicaacuteveis e pessoas incomparaacuteveis
Fernando Pessoa
105
RESUMO
A utilizaccedilatildeo de biomateriais remonta agrave antiguidade e recentemente as bioceracircmicastecircm sido fortemente investigadas como material para implantes oacutesseos Dentre osdiferentes biomateriais a hidroxiapatita (HA) possui grande importacircncia por ser umdos compostos que forma a fase mineral oacutessea Assim a HA tem sido amplamenteestudada especialmente pelo fato de ser um composto bioativo A siacutentese defosfatos de caacutelcio via precipitaccedilatildeo apresenta vantagens como baixo custo esimplicidade mas a maioria dos procedimentos descritos na literatura apresentaformaccedilatildeo de produtos natildeo estequiomeacutetricos e mistura de fases Neste trabalho foiestudada a siacutentese de HA analisando a influecircncia da concentraccedilatildeo de gelatina nomeio de precipitaccedilatildeo nas caracteriacutesticas da hidroxiapatita obtida Tambeacutem foirealizada a incorporaccedilatildeo de gentamicina agraves amostras de HA obtidas e a anaacutelise doefeito antimicrobiano A hidroxiapatita foi obtida atraveacutes de precipitaccedilatildeo em meioaquoso e gelatinoso sendo posteriormente secada peneirada e calcinada a 700ordmCForam utilizadas as concentraccedilotildees de gelatina de 1 6 10 e 60 gL-1 Em seguidafoi efetuada a adiccedilatildeo de sulfato de gentamicina na proporccedilatildeo de 1 em massa Asamostras foram caracterizadas por difraccedilatildeo de raios X distribuiccedilatildeo do tamanho departiacutecula aacuterea superficial especiacutefica pelo meacutetodo BET anaacutelise teacutermicaespectroscopia no infravermelho e microscopia eletrocircnica de varredura etransmissatildeo A anaacutelise de DRX revelou a presenccedila da fase de HA em todas asamostras e atraveacutes do refinamento pelo meacutetodo de Rietveld verificou-se paraamostra obtida sem adiccedilatildeo de gelatina a presenccedila de carbonato de caacutelcio e HApura para amostra preparada em meio gelatinoso indicando que a presenccedila degelatina estabilizou da fase hidroxiapatita As anaacutelises FRX e EDS indicaram que arazatildeo CaP ficou ligeiramente acima da esperada para obtenccedilatildeo de hidroxiapatitaestequiomeacutetrica A anaacutelise de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica e aacuterea superficial pelomeacutetodo BET indicaram diferenccedilas no tamanho meacutedio de aglomerados e na aacutereasuperficial do material relativas agrave siacutentese e ao processo de preparaccedilatildeo dasamostras para receber o antibioacutetico o qual se processou com moagem em moinhode bolas As anaacutelises de MEV e MET revelaram aspectos morfoloacutegicos eestruturais caracteriacutesticos da hidroxiapatita observando-se formaccedilatildeo deaglomerados de cristais nanomeacutetricos A avaliaccedilatildeo da atividade microbioloacutegica dasamostras frente agrave saliva humana mostrou que a HA possui efeito inibidor nocrescimento microbiano tem sido observada reduccedilatildeo na contagem de UFC Paraas amostras com a adiccedilatildeo do antibioacutetico obteve-se contagem UFC igual a zerocomprovando que o processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HAmanteve a propriedade antibioacutetica do material e que o mesmo foi liberado duranteos testes
Palavras-chave Hidroxiapatita gelatina antibioacutetico sulfato de gentamicina
106
ABSTRACT
The use of biomaterials comes from old times and recently bioceramics have beendeeply investigated as a source of material for bone implant Amongst the differentbiomaterials hydroxyapatite (HA) has great importance for being one of thecompounds which forms the bone mineral phase Therefore HA has been largelystudied mainly due to the fact that it is a bioactive compound Calcium phosphatesynthesis via precipitation presents great advantages such as low cost and simplicitybut most procedures described in literature regard the formation of non stoichiometricproducts and phase mixture This work studied the HA synthesis by analyzing theinfluence of gelatin concentration in the precipitation means on the characteristics ofthe hydroxyapatite obtained Gentamicin was also incorporated to the HA samplesand antimicrobial activity was analyzed The hydroxyapatite was obtained throughprecipitation in aqueous and gelatin means being later on dried sieved and calcinedat 700ordmC Gelatin concentrations of 1 6 10 and 60 gL-1 were used Thengentamicin sulfate was added 1 in mass Samples were characterized through X-ray diffraction specific superficial area through the BET method thermal analysisinfrared spectroscopy and transmission and scanning electronic microscopy The X-ray diffraction revealed the presence of HA phase in all samples and by refiningthrough the Rietveld method it could be seen in the gelatin free sample thepresence of calcium carbonate and pure HA for the sample prepared in gelatinindicating that the presence of gelatin made the hydroxyapatite phase stable XRFand EDS indicated that CaP ratio was slightly above what had been expected toobtain stoichiometric hydroxyapatite The granulometric distribution analysis andsuperficial area through the BET method indicated differences in the average size ofagglomerates and the superficial area of the material in relation to the synthesis andsamples preparation process to receive the antibiotic which was processed throughmilling in a ball mill SEM and TEM revealed morphological and structural aspectscharacteristic of the hydroxyapatite with the formation of nanometric crystalagglomerates Samples microbial activity evaluation with human saliva showed thatpure HA has the effect of inhibiting microbial growth CFU counting was observed toreduce For the samples with antibiotic there was a CFU equal zero proving that theprocess used for gentamicin incorporation to the HA kept the antibiotic property of thematerial and that the same was released during the tests
Key words Hydroxyapatite gelatin antibiotic gentamicin sulfate
107
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Modelo do esqueleto humano 17Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers 19Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita 29Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina 35Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-
Negativas 36Figura 6 - Espectro infravermelho comparativo entre amostras de gelatina
comercial hidroxiapatita comercial e HA preparada em meiogelatinoso 40
Figura 7 - Fluxograma do esquema de obtenccedilatildeo das placas utilizadas paracontagem do teste qualitativo 62
Figura 8 - Fluxograma do preparo das amostras de HA para o testemicrobioloacutegico quantitativo 63
Figura 9 - Difratogramas de raios X das amostras de HA obtidas porprecipitaccedilatildeo em meio aquoso (a) e gelatinoso (b) HA1 (c) HA6 (d)HA10 e (e) HA60 apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo de varredura2ordmmin entre 5 e 90ordm 65
Figura 10 - Identificaccedilatildeo dos planos atraveacutes dos iacutendices de Miller ldquohklrdquo nosdifratogramas das amostras de HA obtidas por precipitaccedilatildeo em meioaquoso (a) HAGNT e gelatinoso (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo devarredura 2ordmmin entre 5 e 90ordm 66
Figura 11 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HAGNT 68Figura 12 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HA10 68Figura 13 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA e
HAGNT 75Figura 14 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA1 e
HA1GNT 75Figura 15 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA6 e
HA6GNT 76Figura 16 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA10 e
HA10GNT 76Figura 17 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA60 e
HA60GNT 76Figura 18 - Micrografias das amostras HA (A) e HAGNT (B) com aumento de
200x e HA (C) e HAGNT (D) com aumento de 700x 78Figura 19 - Micrografias das amostras HA1 (A) e HA1GNT (B) com aumento de
200x e HA1 (C) e HA1GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 20 - Micrografias das amostras HA6 (A) e HA6PGNT (B) com aumento
de 200x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 21 - Micrografias das amostras HA10 (A) e HA10GNT (B) com aumento
de 200x e HA10 (C) e HA10GNT (D) com aumento de 700x 80
Figura 22 - Micrografias das amostras HA60 (A) e HA60GNT (B) com aumentode 200x e HA60 (C) e HA60GNT (D) com aumento de 700x 80
108
Figura 23 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA (A) e HAGNT (B) comaumento de 120rsquo000x e HA P(C) e HAGNT (D) com aumento de250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 82
Figura 24 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA6 (A) e HA6GNT (B)com aumento de 120rsquo000x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumentode 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 83
Figura 25 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA10 (A) com aumentode 120rsquo000x e (B) com aumento de 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a80kV 84
Figura 26 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita sem calcinaccedilatildeo (a) HA(b) HA1 (c) HA6P (d) HA10 e (e) HA60 obtidas em pastilha deKBr 85
Figura 27 - Espectro IVTF das amostras (a) gelatina pura (b) HA + gelatina e (c)HA obtidas em pastilha de KBr 87
Figura 28 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita apoacutes calcinaccedilatildeo a700ordmC (a) HA (b) HA1 (c) HA6 (d) HA10 e (e) HA60 obtidas empastilha de KBr 88
Figura 29 - Espectro IVTF das amostras (a) sulfato de gentamicina puro (b) HA+ sulfato de gentamicina puro e (c) HA obtidas em pastilha de KBr 89
Figura 30 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita com adiccedilatildeo de 1 emmassa do antibioacutetico (a) HAGNT (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT obtidas em pastilha de KBr 92
Figura 31 - Curva TG para amostra HA com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 93
Figura 32 - Curva TG para amostra HA1 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 33 - Curva TG para amostra HA10 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 34 - Unidades formadoras de colocircnia (UFCml) dos diferentesmicrorganismos contidos na saliva (a) controle BHI puro mais 10 microLde saliva e (b) controle BHI puro mais 100 microL de saliva 95
Figura 35 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana da amostra de HA comvariaccedilatildeo da quantidade de material semeado igual a 10 20 50 e 100microL respectivamente nas placas A B C e D incubadas em caldoBHI contendo 01 mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar 96
Figura 36 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana atraveacutes da contagem dasunidades formadoras de colocircnia das amostras de controle com suasrespectivas contagem em UFC de saliva Os pontos vermelhosrepresentam as colocircnias contadas em UFC 96
Figura 37 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA comadiccedilatildeo de gentamicina (HAGNTA e HAGNTB) e sem gentamicina(HAA e HAB) incubadas em caldo BHI com 01mL de salivahumana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A e Bmostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina C eD mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 97
Figura 38 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA1 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA1GNTA e HA1GNTB) e sem
109
gentamicina (HA1A e HA1B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 39 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA6 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA6GNTA e HA6GNTB) e semgentamicina (HA6A e HA6B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 40 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA10 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA10GNTA e HA10GNTB) e semgentamicina (HA10A e HA10B) incubadas em caldo BHI com01mL de saliva humana por 24 horas e semeadas em placas deaacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) semgentamicina C e D mostram a ausecircncia de crescimento bacterianonas placas semeadas com HA com gentamicina 99
Figura 41 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras dehidroxiapatita HA60 com adiccedilatildeo de gentamicina (HA60GNTA eHA60GNTB) e sem gentamicina (HA60A e HA60B) incubadas emcaldo BHI com 01mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano(UFCmL) sem gentamicina C e D mostram a ausecircncia decrescimento bacteriano nas placas semeadas com HA comgentamicina 99
Figura 42 - Amostras de controle apoacutes 48 horas de incubaccedilatildeo ambas expressasem UFCmL 100
Figura 43 - Amostras HA sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 44 - Amostras HA1 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 45 - Amostras HA6 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 46 - Amostras HA10 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 47 - Amostras HA60 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 48 - Meacutedia e erro padratildeo dos valores transformados em Log(x) deUFCmL de bacteacuterias totais de saliva expostas agrave quantidadesdiferentes de HAacute plt005 com HA6 plt001 com Controle eplt0001 com HA60 (ANOVA com poacutes-teste de Bonferroni) 105
110
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores para os indicadores de qualidade do refinamento Rietveld
para as amostras HAGNT e HA10 69
Tabela 2 - Valores de anaacutelise quantitativa de fases as amostras HAGNT e
HA10 69
Tabela 3 - Valores da razatildeo CaP obtidos por espectroscopia de energia
dispersiva (EDS) da amostras sem adiccedilatildeo de gentamicina e com
adiccedilatildeo de gentamicina 70
Tabela 4 - Tipos diferentes de fosfato de caacutelcio obtidos por diferentes razotildeesCaP 71
Tabela 5 - Valores de espectrometria de fluorescecircncia de raios X (FRX) das
amostras HA (amostra sem adiccedilatildeo de gentamicina) HA10GNT e
HA60GNT (amostras com adiccedilatildeo de gentamicina) 71
Tabela 6 - Resumo da distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica das amostras de HAsintetizadas 74
Tabela 7 - Valores de aacuterea superficial especiacutefica de HA variando a
concentraccedilatildeo de gelatina durante o preparo das amostras 77
Tabela 8 - Bandas de IV observadas nos espectros das amostras de HA
gelatina e gentamicina 90
Tabela 9 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo e com a adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI
com 01 mL de saliva humana e semeadas em placas de aacutegar
Contagens apoacutes 24 e 48 horas 103
Tabela 10 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI com 01 mL de
saliva humana e semeadas em placas de aacutegar Contagens apoacutes 24
e 48 horas para coleta de dados para tratamento estatiacutestico 104
111
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
2 - Posiccedilatildeo do pico de BraggAring - Unidade de AngstronASTM - American Society for Testing and MaterialsBET - Meacutetodo utilizado na obtenccedilatildeo da aacuterea superficial especiacuteficaBHI - Brain Heart InfusionCaP - Razatildeo molar entre caacutelcio e foacutesforoDRX - Difraccedilatildeo de raios XDSC - Calorimetria de varredura diferencialEDS - Espectroscopia por energia dispersivaFRX - Fluorescecircncia de raios XIV - InfravermelhoIVTF - Espectroscopia de infravermelho com transformada de FourrierJCPDS - Joint Committee on Powder Difraction StandardsMET - Microscopia eletrocircnica de transmissatildeoMEV - Microscopia eletrocircnica de varreduraHA - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso
HA1 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1
HA6 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1
HA10 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1
HA60 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 60 gL-1
HAGNT - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso com 1 de sulfatode gentamicina em quantidade de massa
HA1GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA6GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA10GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA60GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
Rwp - Iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos pontos do perfilSBF - Simulated Body FluidTCP - Fosfato tricaacutelcicoTG - Anaacutelise termogravimeacutetricaUFC - Unidade formadora de colocircniaaacute-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoacirc-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoν - Banda de estiramentoδ - Banda de deformaccedilatildeo
112
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 14
11 REVISAtildeO DE LITERATURA 17
111 Tecido Oacutesseo 17
112 Biomateriais 21
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais 22
1122 Aplicaccedilatildeo dos Biomateriais 23
1123 Biocompatibilidade 25
1124 Hidroxiapatita (HA) 27
113 Antibioacuteticos 33
1131 Gentamicina 34
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina 37
2 OBJETIVOS 38
21 OBJETIVO GERAL 38
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 38
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO 39
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO 39
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X 41
321 Meacutetodo de Rietveld 42
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO
BET 44
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE
TRANSMISSAtildeO (MET) 47
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS) 49
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 51
4 MATERIAIS E MEacuteTODOS 53
41 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
AQUOSO 53
42 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
GELATINOSO 55
113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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Baixar livros de LiteraturaBaixar livros de Literatura de CordelBaixar livros de Literatura InfantilBaixar livros de MatemaacuteticaBaixar livros de MedicinaBaixar livros de Medicina VeterinaacuteriaBaixar livros de Meio AmbienteBaixar livros de MeteorologiaBaixar Monografias e TCCBaixar livros MultidisciplinarBaixar livros de MuacutesicaBaixar livros de PsicologiaBaixar livros de QuiacutemicaBaixar livros de Sauacutede ColetivaBaixar livros de Serviccedilo SocialBaixar livros de SociologiaBaixar livros de TeologiaBaixar livros de TrabalhoBaixar livros de Turismo
102
DEDICATOacuteRIA
Dedico esta dissertaccedilatildeo aos meuspais Raul e Oralina por todo o apoiodepositado agrave minha esposa Luciane
pelo amor incondicional e ao meufilho Lucas minha paixatildeo
103
AGRADECIMENTOS
A Deus pelo dom da vida e por trilhar meu caminho ao lado de pessoas tatildeo
especiais
Agrave minha orientadora Profordf Drordf Christiane P F Borges por sua contribuiccedilatildeo
e compreensatildeo dedicada ao longo deste estudo
Ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica Aplicada e a UEPG pela
oportunidade de realizaccedilatildeo deste estudo
Aos professores do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica Aplicada pela
disposiccedilatildeo em nos oferecer seu conhecimento incentivo e trabalho em especial agrave
minha co-orientadora Prof Drordf Sandra Regina M Antunes ao Prof Dr Faacutebio Andreacute
do Santos por sua valiosa ajuda e aos professores Prof Dr Augusto Celso Antunes
Prof Dr Andreacute Victor Chaves de Andrade Profordf Drordf Jacqueline Aparecida Marques
e ao Prof Dr Joseacute Caetano Zurita da Silva (in memorian) pelo exemplo de
dedicaccedilatildeo e profissionalismo idealizador deste Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo
Aos colegas Fernando Perotta de Oliveira amigo e professor Liliam Cristina
Angelo Marilei Mendes Rodrigo Sayka e agrave Fabiane Santos pelos momentos de
descontraccedilatildeo e companheirismo mas especialmente por toda a ajuda recebida
A todos os funcionaacuterios pelo suporte e pela atenccedilatildeo dispensada e em
especial aos teacutecnicos Valdeci e Sandra do DEQUIMUEPG
Ao Laboratoacuterio da UFPR onde foi realizada anaacutelise de MET
Agrave Universidade Jaume I Castellon de La Plana pela colaboraccedilatildeo com as
anaacutelises BET
Agrave CAPESPROAP pelo suporte financeiro e a todos os demais que direta ou
indiretamente contribuiacuteram com o desenvolvimento desta pesquisa
104
O valor das coisas natildeo estaacute no tempo em que elas duram
mas na intensidade com que acontecem
Por isso existem momentos inesqueciacuteveis
coisas inexplicaacuteveis e pessoas incomparaacuteveis
Fernando Pessoa
105
RESUMO
A utilizaccedilatildeo de biomateriais remonta agrave antiguidade e recentemente as bioceracircmicastecircm sido fortemente investigadas como material para implantes oacutesseos Dentre osdiferentes biomateriais a hidroxiapatita (HA) possui grande importacircncia por ser umdos compostos que forma a fase mineral oacutessea Assim a HA tem sido amplamenteestudada especialmente pelo fato de ser um composto bioativo A siacutentese defosfatos de caacutelcio via precipitaccedilatildeo apresenta vantagens como baixo custo esimplicidade mas a maioria dos procedimentos descritos na literatura apresentaformaccedilatildeo de produtos natildeo estequiomeacutetricos e mistura de fases Neste trabalho foiestudada a siacutentese de HA analisando a influecircncia da concentraccedilatildeo de gelatina nomeio de precipitaccedilatildeo nas caracteriacutesticas da hidroxiapatita obtida Tambeacutem foirealizada a incorporaccedilatildeo de gentamicina agraves amostras de HA obtidas e a anaacutelise doefeito antimicrobiano A hidroxiapatita foi obtida atraveacutes de precipitaccedilatildeo em meioaquoso e gelatinoso sendo posteriormente secada peneirada e calcinada a 700ordmCForam utilizadas as concentraccedilotildees de gelatina de 1 6 10 e 60 gL-1 Em seguidafoi efetuada a adiccedilatildeo de sulfato de gentamicina na proporccedilatildeo de 1 em massa Asamostras foram caracterizadas por difraccedilatildeo de raios X distribuiccedilatildeo do tamanho departiacutecula aacuterea superficial especiacutefica pelo meacutetodo BET anaacutelise teacutermicaespectroscopia no infravermelho e microscopia eletrocircnica de varredura etransmissatildeo A anaacutelise de DRX revelou a presenccedila da fase de HA em todas asamostras e atraveacutes do refinamento pelo meacutetodo de Rietveld verificou-se paraamostra obtida sem adiccedilatildeo de gelatina a presenccedila de carbonato de caacutelcio e HApura para amostra preparada em meio gelatinoso indicando que a presenccedila degelatina estabilizou da fase hidroxiapatita As anaacutelises FRX e EDS indicaram que arazatildeo CaP ficou ligeiramente acima da esperada para obtenccedilatildeo de hidroxiapatitaestequiomeacutetrica A anaacutelise de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica e aacuterea superficial pelomeacutetodo BET indicaram diferenccedilas no tamanho meacutedio de aglomerados e na aacutereasuperficial do material relativas agrave siacutentese e ao processo de preparaccedilatildeo dasamostras para receber o antibioacutetico o qual se processou com moagem em moinhode bolas As anaacutelises de MEV e MET revelaram aspectos morfoloacutegicos eestruturais caracteriacutesticos da hidroxiapatita observando-se formaccedilatildeo deaglomerados de cristais nanomeacutetricos A avaliaccedilatildeo da atividade microbioloacutegica dasamostras frente agrave saliva humana mostrou que a HA possui efeito inibidor nocrescimento microbiano tem sido observada reduccedilatildeo na contagem de UFC Paraas amostras com a adiccedilatildeo do antibioacutetico obteve-se contagem UFC igual a zerocomprovando que o processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HAmanteve a propriedade antibioacutetica do material e que o mesmo foi liberado duranteos testes
Palavras-chave Hidroxiapatita gelatina antibioacutetico sulfato de gentamicina
106
ABSTRACT
The use of biomaterials comes from old times and recently bioceramics have beendeeply investigated as a source of material for bone implant Amongst the differentbiomaterials hydroxyapatite (HA) has great importance for being one of thecompounds which forms the bone mineral phase Therefore HA has been largelystudied mainly due to the fact that it is a bioactive compound Calcium phosphatesynthesis via precipitation presents great advantages such as low cost and simplicitybut most procedures described in literature regard the formation of non stoichiometricproducts and phase mixture This work studied the HA synthesis by analyzing theinfluence of gelatin concentration in the precipitation means on the characteristics ofthe hydroxyapatite obtained Gentamicin was also incorporated to the HA samplesand antimicrobial activity was analyzed The hydroxyapatite was obtained throughprecipitation in aqueous and gelatin means being later on dried sieved and calcinedat 700ordmC Gelatin concentrations of 1 6 10 and 60 gL-1 were used Thengentamicin sulfate was added 1 in mass Samples were characterized through X-ray diffraction specific superficial area through the BET method thermal analysisinfrared spectroscopy and transmission and scanning electronic microscopy The X-ray diffraction revealed the presence of HA phase in all samples and by refiningthrough the Rietveld method it could be seen in the gelatin free sample thepresence of calcium carbonate and pure HA for the sample prepared in gelatinindicating that the presence of gelatin made the hydroxyapatite phase stable XRFand EDS indicated that CaP ratio was slightly above what had been expected toobtain stoichiometric hydroxyapatite The granulometric distribution analysis andsuperficial area through the BET method indicated differences in the average size ofagglomerates and the superficial area of the material in relation to the synthesis andsamples preparation process to receive the antibiotic which was processed throughmilling in a ball mill SEM and TEM revealed morphological and structural aspectscharacteristic of the hydroxyapatite with the formation of nanometric crystalagglomerates Samples microbial activity evaluation with human saliva showed thatpure HA has the effect of inhibiting microbial growth CFU counting was observed toreduce For the samples with antibiotic there was a CFU equal zero proving that theprocess used for gentamicin incorporation to the HA kept the antibiotic property of thematerial and that the same was released during the tests
Key words Hydroxyapatite gelatin antibiotic gentamicin sulfate
107
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Modelo do esqueleto humano 17Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers 19Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita 29Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina 35Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-
Negativas 36Figura 6 - Espectro infravermelho comparativo entre amostras de gelatina
comercial hidroxiapatita comercial e HA preparada em meiogelatinoso 40
Figura 7 - Fluxograma do esquema de obtenccedilatildeo das placas utilizadas paracontagem do teste qualitativo 62
Figura 8 - Fluxograma do preparo das amostras de HA para o testemicrobioloacutegico quantitativo 63
Figura 9 - Difratogramas de raios X das amostras de HA obtidas porprecipitaccedilatildeo em meio aquoso (a) e gelatinoso (b) HA1 (c) HA6 (d)HA10 e (e) HA60 apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo de varredura2ordmmin entre 5 e 90ordm 65
Figura 10 - Identificaccedilatildeo dos planos atraveacutes dos iacutendices de Miller ldquohklrdquo nosdifratogramas das amostras de HA obtidas por precipitaccedilatildeo em meioaquoso (a) HAGNT e gelatinoso (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo devarredura 2ordmmin entre 5 e 90ordm 66
Figura 11 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HAGNT 68Figura 12 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HA10 68Figura 13 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA e
HAGNT 75Figura 14 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA1 e
HA1GNT 75Figura 15 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA6 e
HA6GNT 76Figura 16 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA10 e
HA10GNT 76Figura 17 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA60 e
HA60GNT 76Figura 18 - Micrografias das amostras HA (A) e HAGNT (B) com aumento de
200x e HA (C) e HAGNT (D) com aumento de 700x 78Figura 19 - Micrografias das amostras HA1 (A) e HA1GNT (B) com aumento de
200x e HA1 (C) e HA1GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 20 - Micrografias das amostras HA6 (A) e HA6PGNT (B) com aumento
de 200x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 21 - Micrografias das amostras HA10 (A) e HA10GNT (B) com aumento
de 200x e HA10 (C) e HA10GNT (D) com aumento de 700x 80
Figura 22 - Micrografias das amostras HA60 (A) e HA60GNT (B) com aumentode 200x e HA60 (C) e HA60GNT (D) com aumento de 700x 80
108
Figura 23 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA (A) e HAGNT (B) comaumento de 120rsquo000x e HA P(C) e HAGNT (D) com aumento de250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 82
Figura 24 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA6 (A) e HA6GNT (B)com aumento de 120rsquo000x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumentode 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 83
Figura 25 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA10 (A) com aumentode 120rsquo000x e (B) com aumento de 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a80kV 84
Figura 26 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita sem calcinaccedilatildeo (a) HA(b) HA1 (c) HA6P (d) HA10 e (e) HA60 obtidas em pastilha deKBr 85
Figura 27 - Espectro IVTF das amostras (a) gelatina pura (b) HA + gelatina e (c)HA obtidas em pastilha de KBr 87
Figura 28 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita apoacutes calcinaccedilatildeo a700ordmC (a) HA (b) HA1 (c) HA6 (d) HA10 e (e) HA60 obtidas empastilha de KBr 88
Figura 29 - Espectro IVTF das amostras (a) sulfato de gentamicina puro (b) HA+ sulfato de gentamicina puro e (c) HA obtidas em pastilha de KBr 89
Figura 30 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita com adiccedilatildeo de 1 emmassa do antibioacutetico (a) HAGNT (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT obtidas em pastilha de KBr 92
Figura 31 - Curva TG para amostra HA com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 93
Figura 32 - Curva TG para amostra HA1 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 33 - Curva TG para amostra HA10 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 34 - Unidades formadoras de colocircnia (UFCml) dos diferentesmicrorganismos contidos na saliva (a) controle BHI puro mais 10 microLde saliva e (b) controle BHI puro mais 100 microL de saliva 95
Figura 35 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana da amostra de HA comvariaccedilatildeo da quantidade de material semeado igual a 10 20 50 e 100microL respectivamente nas placas A B C e D incubadas em caldoBHI contendo 01 mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar 96
Figura 36 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana atraveacutes da contagem dasunidades formadoras de colocircnia das amostras de controle com suasrespectivas contagem em UFC de saliva Os pontos vermelhosrepresentam as colocircnias contadas em UFC 96
Figura 37 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA comadiccedilatildeo de gentamicina (HAGNTA e HAGNTB) e sem gentamicina(HAA e HAB) incubadas em caldo BHI com 01mL de salivahumana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A e Bmostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina C eD mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 97
Figura 38 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA1 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA1GNTA e HA1GNTB) e sem
109
gentamicina (HA1A e HA1B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 39 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA6 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA6GNTA e HA6GNTB) e semgentamicina (HA6A e HA6B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 40 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA10 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA10GNTA e HA10GNTB) e semgentamicina (HA10A e HA10B) incubadas em caldo BHI com01mL de saliva humana por 24 horas e semeadas em placas deaacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) semgentamicina C e D mostram a ausecircncia de crescimento bacterianonas placas semeadas com HA com gentamicina 99
Figura 41 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras dehidroxiapatita HA60 com adiccedilatildeo de gentamicina (HA60GNTA eHA60GNTB) e sem gentamicina (HA60A e HA60B) incubadas emcaldo BHI com 01mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano(UFCmL) sem gentamicina C e D mostram a ausecircncia decrescimento bacteriano nas placas semeadas com HA comgentamicina 99
Figura 42 - Amostras de controle apoacutes 48 horas de incubaccedilatildeo ambas expressasem UFCmL 100
Figura 43 - Amostras HA sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 44 - Amostras HA1 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 45 - Amostras HA6 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 46 - Amostras HA10 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 47 - Amostras HA60 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 48 - Meacutedia e erro padratildeo dos valores transformados em Log(x) deUFCmL de bacteacuterias totais de saliva expostas agrave quantidadesdiferentes de HAacute plt005 com HA6 plt001 com Controle eplt0001 com HA60 (ANOVA com poacutes-teste de Bonferroni) 105
110
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores para os indicadores de qualidade do refinamento Rietveld
para as amostras HAGNT e HA10 69
Tabela 2 - Valores de anaacutelise quantitativa de fases as amostras HAGNT e
HA10 69
Tabela 3 - Valores da razatildeo CaP obtidos por espectroscopia de energia
dispersiva (EDS) da amostras sem adiccedilatildeo de gentamicina e com
adiccedilatildeo de gentamicina 70
Tabela 4 - Tipos diferentes de fosfato de caacutelcio obtidos por diferentes razotildeesCaP 71
Tabela 5 - Valores de espectrometria de fluorescecircncia de raios X (FRX) das
amostras HA (amostra sem adiccedilatildeo de gentamicina) HA10GNT e
HA60GNT (amostras com adiccedilatildeo de gentamicina) 71
Tabela 6 - Resumo da distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica das amostras de HAsintetizadas 74
Tabela 7 - Valores de aacuterea superficial especiacutefica de HA variando a
concentraccedilatildeo de gelatina durante o preparo das amostras 77
Tabela 8 - Bandas de IV observadas nos espectros das amostras de HA
gelatina e gentamicina 90
Tabela 9 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo e com a adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI
com 01 mL de saliva humana e semeadas em placas de aacutegar
Contagens apoacutes 24 e 48 horas 103
Tabela 10 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI com 01 mL de
saliva humana e semeadas em placas de aacutegar Contagens apoacutes 24
e 48 horas para coleta de dados para tratamento estatiacutestico 104
111
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
2 - Posiccedilatildeo do pico de BraggAring - Unidade de AngstronASTM - American Society for Testing and MaterialsBET - Meacutetodo utilizado na obtenccedilatildeo da aacuterea superficial especiacuteficaBHI - Brain Heart InfusionCaP - Razatildeo molar entre caacutelcio e foacutesforoDRX - Difraccedilatildeo de raios XDSC - Calorimetria de varredura diferencialEDS - Espectroscopia por energia dispersivaFRX - Fluorescecircncia de raios XIV - InfravermelhoIVTF - Espectroscopia de infravermelho com transformada de FourrierJCPDS - Joint Committee on Powder Difraction StandardsMET - Microscopia eletrocircnica de transmissatildeoMEV - Microscopia eletrocircnica de varreduraHA - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso
HA1 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1
HA6 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1
HA10 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1
HA60 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 60 gL-1
HAGNT - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso com 1 de sulfatode gentamicina em quantidade de massa
HA1GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA6GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA10GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA60GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
Rwp - Iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos pontos do perfilSBF - Simulated Body FluidTCP - Fosfato tricaacutelcicoTG - Anaacutelise termogravimeacutetricaUFC - Unidade formadora de colocircniaaacute-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoacirc-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoν - Banda de estiramentoδ - Banda de deformaccedilatildeo
112
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 14
11 REVISAtildeO DE LITERATURA 17
111 Tecido Oacutesseo 17
112 Biomateriais 21
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais 22
1122 Aplicaccedilatildeo dos Biomateriais 23
1123 Biocompatibilidade 25
1124 Hidroxiapatita (HA) 27
113 Antibioacuteticos 33
1131 Gentamicina 34
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina 37
2 OBJETIVOS 38
21 OBJETIVO GERAL 38
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 38
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO 39
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO 39
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X 41
321 Meacutetodo de Rietveld 42
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO
BET 44
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE
TRANSMISSAtildeO (MET) 47
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS) 49
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 51
4 MATERIAIS E MEacuteTODOS 53
41 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
AQUOSO 53
42 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
GELATINOSO 55
113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
Milhares de Livros para Download Baixar livros de AdministraccedilatildeoBaixar livros de AgronomiaBaixar livros de ArquiteturaBaixar livros de ArtesBaixar livros de AstronomiaBaixar livros de Biologia GeralBaixar livros de Ciecircncia da ComputaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia da InformaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia PoliacuteticaBaixar livros de Ciecircncias da SauacutedeBaixar livros de ComunicaccedilatildeoBaixar livros do Conselho Nacional de Educaccedilatildeo - CNEBaixar livros de Defesa civilBaixar livros de DireitoBaixar livros de Direitos humanosBaixar livros de EconomiaBaixar livros de Economia DomeacutesticaBaixar livros de EducaccedilatildeoBaixar livros de Educaccedilatildeo - TracircnsitoBaixar livros de Educaccedilatildeo FiacutesicaBaixar livros de Engenharia AeroespacialBaixar livros de FarmaacuteciaBaixar livros de FilosofiaBaixar livros de FiacutesicaBaixar livros de GeociecircnciasBaixar livros de GeografiaBaixar livros de HistoacuteriaBaixar livros de Liacutenguas
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103
AGRADECIMENTOS
A Deus pelo dom da vida e por trilhar meu caminho ao lado de pessoas tatildeo
especiais
Agrave minha orientadora Profordf Drordf Christiane P F Borges por sua contribuiccedilatildeo
e compreensatildeo dedicada ao longo deste estudo
Ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica Aplicada e a UEPG pela
oportunidade de realizaccedilatildeo deste estudo
Aos professores do Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo em Quiacutemica Aplicada pela
disposiccedilatildeo em nos oferecer seu conhecimento incentivo e trabalho em especial agrave
minha co-orientadora Prof Drordf Sandra Regina M Antunes ao Prof Dr Faacutebio Andreacute
do Santos por sua valiosa ajuda e aos professores Prof Dr Augusto Celso Antunes
Prof Dr Andreacute Victor Chaves de Andrade Profordf Drordf Jacqueline Aparecida Marques
e ao Prof Dr Joseacute Caetano Zurita da Silva (in memorian) pelo exemplo de
dedicaccedilatildeo e profissionalismo idealizador deste Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo
Aos colegas Fernando Perotta de Oliveira amigo e professor Liliam Cristina
Angelo Marilei Mendes Rodrigo Sayka e agrave Fabiane Santos pelos momentos de
descontraccedilatildeo e companheirismo mas especialmente por toda a ajuda recebida
A todos os funcionaacuterios pelo suporte e pela atenccedilatildeo dispensada e em
especial aos teacutecnicos Valdeci e Sandra do DEQUIMUEPG
Ao Laboratoacuterio da UFPR onde foi realizada anaacutelise de MET
Agrave Universidade Jaume I Castellon de La Plana pela colaboraccedilatildeo com as
anaacutelises BET
Agrave CAPESPROAP pelo suporte financeiro e a todos os demais que direta ou
indiretamente contribuiacuteram com o desenvolvimento desta pesquisa
104
O valor das coisas natildeo estaacute no tempo em que elas duram
mas na intensidade com que acontecem
Por isso existem momentos inesqueciacuteveis
coisas inexplicaacuteveis e pessoas incomparaacuteveis
Fernando Pessoa
105
RESUMO
A utilizaccedilatildeo de biomateriais remonta agrave antiguidade e recentemente as bioceracircmicastecircm sido fortemente investigadas como material para implantes oacutesseos Dentre osdiferentes biomateriais a hidroxiapatita (HA) possui grande importacircncia por ser umdos compostos que forma a fase mineral oacutessea Assim a HA tem sido amplamenteestudada especialmente pelo fato de ser um composto bioativo A siacutentese defosfatos de caacutelcio via precipitaccedilatildeo apresenta vantagens como baixo custo esimplicidade mas a maioria dos procedimentos descritos na literatura apresentaformaccedilatildeo de produtos natildeo estequiomeacutetricos e mistura de fases Neste trabalho foiestudada a siacutentese de HA analisando a influecircncia da concentraccedilatildeo de gelatina nomeio de precipitaccedilatildeo nas caracteriacutesticas da hidroxiapatita obtida Tambeacutem foirealizada a incorporaccedilatildeo de gentamicina agraves amostras de HA obtidas e a anaacutelise doefeito antimicrobiano A hidroxiapatita foi obtida atraveacutes de precipitaccedilatildeo em meioaquoso e gelatinoso sendo posteriormente secada peneirada e calcinada a 700ordmCForam utilizadas as concentraccedilotildees de gelatina de 1 6 10 e 60 gL-1 Em seguidafoi efetuada a adiccedilatildeo de sulfato de gentamicina na proporccedilatildeo de 1 em massa Asamostras foram caracterizadas por difraccedilatildeo de raios X distribuiccedilatildeo do tamanho departiacutecula aacuterea superficial especiacutefica pelo meacutetodo BET anaacutelise teacutermicaespectroscopia no infravermelho e microscopia eletrocircnica de varredura etransmissatildeo A anaacutelise de DRX revelou a presenccedila da fase de HA em todas asamostras e atraveacutes do refinamento pelo meacutetodo de Rietveld verificou-se paraamostra obtida sem adiccedilatildeo de gelatina a presenccedila de carbonato de caacutelcio e HApura para amostra preparada em meio gelatinoso indicando que a presenccedila degelatina estabilizou da fase hidroxiapatita As anaacutelises FRX e EDS indicaram que arazatildeo CaP ficou ligeiramente acima da esperada para obtenccedilatildeo de hidroxiapatitaestequiomeacutetrica A anaacutelise de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica e aacuterea superficial pelomeacutetodo BET indicaram diferenccedilas no tamanho meacutedio de aglomerados e na aacutereasuperficial do material relativas agrave siacutentese e ao processo de preparaccedilatildeo dasamostras para receber o antibioacutetico o qual se processou com moagem em moinhode bolas As anaacutelises de MEV e MET revelaram aspectos morfoloacutegicos eestruturais caracteriacutesticos da hidroxiapatita observando-se formaccedilatildeo deaglomerados de cristais nanomeacutetricos A avaliaccedilatildeo da atividade microbioloacutegica dasamostras frente agrave saliva humana mostrou que a HA possui efeito inibidor nocrescimento microbiano tem sido observada reduccedilatildeo na contagem de UFC Paraas amostras com a adiccedilatildeo do antibioacutetico obteve-se contagem UFC igual a zerocomprovando que o processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HAmanteve a propriedade antibioacutetica do material e que o mesmo foi liberado duranteos testes
Palavras-chave Hidroxiapatita gelatina antibioacutetico sulfato de gentamicina
106
ABSTRACT
The use of biomaterials comes from old times and recently bioceramics have beendeeply investigated as a source of material for bone implant Amongst the differentbiomaterials hydroxyapatite (HA) has great importance for being one of thecompounds which forms the bone mineral phase Therefore HA has been largelystudied mainly due to the fact that it is a bioactive compound Calcium phosphatesynthesis via precipitation presents great advantages such as low cost and simplicitybut most procedures described in literature regard the formation of non stoichiometricproducts and phase mixture This work studied the HA synthesis by analyzing theinfluence of gelatin concentration in the precipitation means on the characteristics ofthe hydroxyapatite obtained Gentamicin was also incorporated to the HA samplesand antimicrobial activity was analyzed The hydroxyapatite was obtained throughprecipitation in aqueous and gelatin means being later on dried sieved and calcinedat 700ordmC Gelatin concentrations of 1 6 10 and 60 gL-1 were used Thengentamicin sulfate was added 1 in mass Samples were characterized through X-ray diffraction specific superficial area through the BET method thermal analysisinfrared spectroscopy and transmission and scanning electronic microscopy The X-ray diffraction revealed the presence of HA phase in all samples and by refiningthrough the Rietveld method it could be seen in the gelatin free sample thepresence of calcium carbonate and pure HA for the sample prepared in gelatinindicating that the presence of gelatin made the hydroxyapatite phase stable XRFand EDS indicated that CaP ratio was slightly above what had been expected toobtain stoichiometric hydroxyapatite The granulometric distribution analysis andsuperficial area through the BET method indicated differences in the average size ofagglomerates and the superficial area of the material in relation to the synthesis andsamples preparation process to receive the antibiotic which was processed throughmilling in a ball mill SEM and TEM revealed morphological and structural aspectscharacteristic of the hydroxyapatite with the formation of nanometric crystalagglomerates Samples microbial activity evaluation with human saliva showed thatpure HA has the effect of inhibiting microbial growth CFU counting was observed toreduce For the samples with antibiotic there was a CFU equal zero proving that theprocess used for gentamicin incorporation to the HA kept the antibiotic property of thematerial and that the same was released during the tests
Key words Hydroxyapatite gelatin antibiotic gentamicin sulfate
107
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Modelo do esqueleto humano 17Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers 19Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita 29Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina 35Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-
Negativas 36Figura 6 - Espectro infravermelho comparativo entre amostras de gelatina
comercial hidroxiapatita comercial e HA preparada em meiogelatinoso 40
Figura 7 - Fluxograma do esquema de obtenccedilatildeo das placas utilizadas paracontagem do teste qualitativo 62
Figura 8 - Fluxograma do preparo das amostras de HA para o testemicrobioloacutegico quantitativo 63
Figura 9 - Difratogramas de raios X das amostras de HA obtidas porprecipitaccedilatildeo em meio aquoso (a) e gelatinoso (b) HA1 (c) HA6 (d)HA10 e (e) HA60 apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo de varredura2ordmmin entre 5 e 90ordm 65
Figura 10 - Identificaccedilatildeo dos planos atraveacutes dos iacutendices de Miller ldquohklrdquo nosdifratogramas das amostras de HA obtidas por precipitaccedilatildeo em meioaquoso (a) HAGNT e gelatinoso (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo devarredura 2ordmmin entre 5 e 90ordm 66
Figura 11 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HAGNT 68Figura 12 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HA10 68Figura 13 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA e
HAGNT 75Figura 14 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA1 e
HA1GNT 75Figura 15 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA6 e
HA6GNT 76Figura 16 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA10 e
HA10GNT 76Figura 17 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA60 e
HA60GNT 76Figura 18 - Micrografias das amostras HA (A) e HAGNT (B) com aumento de
200x e HA (C) e HAGNT (D) com aumento de 700x 78Figura 19 - Micrografias das amostras HA1 (A) e HA1GNT (B) com aumento de
200x e HA1 (C) e HA1GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 20 - Micrografias das amostras HA6 (A) e HA6PGNT (B) com aumento
de 200x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 21 - Micrografias das amostras HA10 (A) e HA10GNT (B) com aumento
de 200x e HA10 (C) e HA10GNT (D) com aumento de 700x 80
Figura 22 - Micrografias das amostras HA60 (A) e HA60GNT (B) com aumentode 200x e HA60 (C) e HA60GNT (D) com aumento de 700x 80
108
Figura 23 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA (A) e HAGNT (B) comaumento de 120rsquo000x e HA P(C) e HAGNT (D) com aumento de250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 82
Figura 24 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA6 (A) e HA6GNT (B)com aumento de 120rsquo000x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumentode 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 83
Figura 25 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA10 (A) com aumentode 120rsquo000x e (B) com aumento de 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a80kV 84
Figura 26 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita sem calcinaccedilatildeo (a) HA(b) HA1 (c) HA6P (d) HA10 e (e) HA60 obtidas em pastilha deKBr 85
Figura 27 - Espectro IVTF das amostras (a) gelatina pura (b) HA + gelatina e (c)HA obtidas em pastilha de KBr 87
Figura 28 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita apoacutes calcinaccedilatildeo a700ordmC (a) HA (b) HA1 (c) HA6 (d) HA10 e (e) HA60 obtidas empastilha de KBr 88
Figura 29 - Espectro IVTF das amostras (a) sulfato de gentamicina puro (b) HA+ sulfato de gentamicina puro e (c) HA obtidas em pastilha de KBr 89
Figura 30 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita com adiccedilatildeo de 1 emmassa do antibioacutetico (a) HAGNT (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT obtidas em pastilha de KBr 92
Figura 31 - Curva TG para amostra HA com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 93
Figura 32 - Curva TG para amostra HA1 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 33 - Curva TG para amostra HA10 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 34 - Unidades formadoras de colocircnia (UFCml) dos diferentesmicrorganismos contidos na saliva (a) controle BHI puro mais 10 microLde saliva e (b) controle BHI puro mais 100 microL de saliva 95
Figura 35 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana da amostra de HA comvariaccedilatildeo da quantidade de material semeado igual a 10 20 50 e 100microL respectivamente nas placas A B C e D incubadas em caldoBHI contendo 01 mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar 96
Figura 36 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana atraveacutes da contagem dasunidades formadoras de colocircnia das amostras de controle com suasrespectivas contagem em UFC de saliva Os pontos vermelhosrepresentam as colocircnias contadas em UFC 96
Figura 37 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA comadiccedilatildeo de gentamicina (HAGNTA e HAGNTB) e sem gentamicina(HAA e HAB) incubadas em caldo BHI com 01mL de salivahumana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A e Bmostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina C eD mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 97
Figura 38 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA1 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA1GNTA e HA1GNTB) e sem
109
gentamicina (HA1A e HA1B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 39 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA6 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA6GNTA e HA6GNTB) e semgentamicina (HA6A e HA6B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 40 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA10 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA10GNTA e HA10GNTB) e semgentamicina (HA10A e HA10B) incubadas em caldo BHI com01mL de saliva humana por 24 horas e semeadas em placas deaacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) semgentamicina C e D mostram a ausecircncia de crescimento bacterianonas placas semeadas com HA com gentamicina 99
Figura 41 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras dehidroxiapatita HA60 com adiccedilatildeo de gentamicina (HA60GNTA eHA60GNTB) e sem gentamicina (HA60A e HA60B) incubadas emcaldo BHI com 01mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano(UFCmL) sem gentamicina C e D mostram a ausecircncia decrescimento bacteriano nas placas semeadas com HA comgentamicina 99
Figura 42 - Amostras de controle apoacutes 48 horas de incubaccedilatildeo ambas expressasem UFCmL 100
Figura 43 - Amostras HA sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 44 - Amostras HA1 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 45 - Amostras HA6 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 46 - Amostras HA10 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 47 - Amostras HA60 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 48 - Meacutedia e erro padratildeo dos valores transformados em Log(x) deUFCmL de bacteacuterias totais de saliva expostas agrave quantidadesdiferentes de HAacute plt005 com HA6 plt001 com Controle eplt0001 com HA60 (ANOVA com poacutes-teste de Bonferroni) 105
110
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores para os indicadores de qualidade do refinamento Rietveld
para as amostras HAGNT e HA10 69
Tabela 2 - Valores de anaacutelise quantitativa de fases as amostras HAGNT e
HA10 69
Tabela 3 - Valores da razatildeo CaP obtidos por espectroscopia de energia
dispersiva (EDS) da amostras sem adiccedilatildeo de gentamicina e com
adiccedilatildeo de gentamicina 70
Tabela 4 - Tipos diferentes de fosfato de caacutelcio obtidos por diferentes razotildeesCaP 71
Tabela 5 - Valores de espectrometria de fluorescecircncia de raios X (FRX) das
amostras HA (amostra sem adiccedilatildeo de gentamicina) HA10GNT e
HA60GNT (amostras com adiccedilatildeo de gentamicina) 71
Tabela 6 - Resumo da distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica das amostras de HAsintetizadas 74
Tabela 7 - Valores de aacuterea superficial especiacutefica de HA variando a
concentraccedilatildeo de gelatina durante o preparo das amostras 77
Tabela 8 - Bandas de IV observadas nos espectros das amostras de HA
gelatina e gentamicina 90
Tabela 9 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo e com a adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI
com 01 mL de saliva humana e semeadas em placas de aacutegar
Contagens apoacutes 24 e 48 horas 103
Tabela 10 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI com 01 mL de
saliva humana e semeadas em placas de aacutegar Contagens apoacutes 24
e 48 horas para coleta de dados para tratamento estatiacutestico 104
111
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
2 - Posiccedilatildeo do pico de BraggAring - Unidade de AngstronASTM - American Society for Testing and MaterialsBET - Meacutetodo utilizado na obtenccedilatildeo da aacuterea superficial especiacuteficaBHI - Brain Heart InfusionCaP - Razatildeo molar entre caacutelcio e foacutesforoDRX - Difraccedilatildeo de raios XDSC - Calorimetria de varredura diferencialEDS - Espectroscopia por energia dispersivaFRX - Fluorescecircncia de raios XIV - InfravermelhoIVTF - Espectroscopia de infravermelho com transformada de FourrierJCPDS - Joint Committee on Powder Difraction StandardsMET - Microscopia eletrocircnica de transmissatildeoMEV - Microscopia eletrocircnica de varreduraHA - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso
HA1 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1
HA6 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1
HA10 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1
HA60 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 60 gL-1
HAGNT - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso com 1 de sulfatode gentamicina em quantidade de massa
HA1GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA6GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA10GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA60GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
Rwp - Iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos pontos do perfilSBF - Simulated Body FluidTCP - Fosfato tricaacutelcicoTG - Anaacutelise termogravimeacutetricaUFC - Unidade formadora de colocircniaaacute-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoacirc-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoν - Banda de estiramentoδ - Banda de deformaccedilatildeo
112
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 14
11 REVISAtildeO DE LITERATURA 17
111 Tecido Oacutesseo 17
112 Biomateriais 21
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais 22
1122 Aplicaccedilatildeo dos Biomateriais 23
1123 Biocompatibilidade 25
1124 Hidroxiapatita (HA) 27
113 Antibioacuteticos 33
1131 Gentamicina 34
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina 37
2 OBJETIVOS 38
21 OBJETIVO GERAL 38
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 38
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO 39
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO 39
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X 41
321 Meacutetodo de Rietveld 42
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO
BET 44
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE
TRANSMISSAtildeO (MET) 47
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS) 49
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 51
4 MATERIAIS E MEacuteTODOS 53
41 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
AQUOSO 53
42 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
GELATINOSO 55
113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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81DIAS K S ALMEIDA D S SILVA A B L MARQUES M S MENEZESI A C SANTOS T C MELLO I C M CARVALHO A C S ANTONIOLLIA R MARCcedilAL R M Avaliaccedilatildeo dos efeitos miorelaxante antiespasmoacutedico eantinociceptivo do extrato aquoso da Phoradendron piperiodes RevistaBrasileira de Farmacognosia vol17 p 373-377 2007
82SILVA A B L DIAS K S MARQUES M S MENEZES I A C SANTOST C MELLO I C M LISBOA A C C D CAVALCANTI S C HMARCcedilAL R M ANTONIOLLI A R Avaliaccedilatildeo do efeito antinociceptivo e datoxicidade aguda do extrato aquoso da Hyptis fruticosa Salmz ex BenthRevista Brasileira de Farmacognosia vol16 p 475-479 2006
83CAMPOS G M Estatiacutestica praacutetica para docentes e poacutes-graduandosdisponiacutevel em lthttpwwwforpuspbrrestauradoragmcgmc_livrogmc_livro_cap13html gt Acesso em 12 de junho de 2009
84UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA Biblioteca Central ProfFaris Michaele Manual de normalizaccedilatildeo bibliograacutefica para trabalhoscientiacuteficos Ponta Grossa UEPG 2005
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104
O valor das coisas natildeo estaacute no tempo em que elas duram
mas na intensidade com que acontecem
Por isso existem momentos inesqueciacuteveis
coisas inexplicaacuteveis e pessoas incomparaacuteveis
Fernando Pessoa
105
RESUMO
A utilizaccedilatildeo de biomateriais remonta agrave antiguidade e recentemente as bioceracircmicastecircm sido fortemente investigadas como material para implantes oacutesseos Dentre osdiferentes biomateriais a hidroxiapatita (HA) possui grande importacircncia por ser umdos compostos que forma a fase mineral oacutessea Assim a HA tem sido amplamenteestudada especialmente pelo fato de ser um composto bioativo A siacutentese defosfatos de caacutelcio via precipitaccedilatildeo apresenta vantagens como baixo custo esimplicidade mas a maioria dos procedimentos descritos na literatura apresentaformaccedilatildeo de produtos natildeo estequiomeacutetricos e mistura de fases Neste trabalho foiestudada a siacutentese de HA analisando a influecircncia da concentraccedilatildeo de gelatina nomeio de precipitaccedilatildeo nas caracteriacutesticas da hidroxiapatita obtida Tambeacutem foirealizada a incorporaccedilatildeo de gentamicina agraves amostras de HA obtidas e a anaacutelise doefeito antimicrobiano A hidroxiapatita foi obtida atraveacutes de precipitaccedilatildeo em meioaquoso e gelatinoso sendo posteriormente secada peneirada e calcinada a 700ordmCForam utilizadas as concentraccedilotildees de gelatina de 1 6 10 e 60 gL-1 Em seguidafoi efetuada a adiccedilatildeo de sulfato de gentamicina na proporccedilatildeo de 1 em massa Asamostras foram caracterizadas por difraccedilatildeo de raios X distribuiccedilatildeo do tamanho departiacutecula aacuterea superficial especiacutefica pelo meacutetodo BET anaacutelise teacutermicaespectroscopia no infravermelho e microscopia eletrocircnica de varredura etransmissatildeo A anaacutelise de DRX revelou a presenccedila da fase de HA em todas asamostras e atraveacutes do refinamento pelo meacutetodo de Rietveld verificou-se paraamostra obtida sem adiccedilatildeo de gelatina a presenccedila de carbonato de caacutelcio e HApura para amostra preparada em meio gelatinoso indicando que a presenccedila degelatina estabilizou da fase hidroxiapatita As anaacutelises FRX e EDS indicaram que arazatildeo CaP ficou ligeiramente acima da esperada para obtenccedilatildeo de hidroxiapatitaestequiomeacutetrica A anaacutelise de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica e aacuterea superficial pelomeacutetodo BET indicaram diferenccedilas no tamanho meacutedio de aglomerados e na aacutereasuperficial do material relativas agrave siacutentese e ao processo de preparaccedilatildeo dasamostras para receber o antibioacutetico o qual se processou com moagem em moinhode bolas As anaacutelises de MEV e MET revelaram aspectos morfoloacutegicos eestruturais caracteriacutesticos da hidroxiapatita observando-se formaccedilatildeo deaglomerados de cristais nanomeacutetricos A avaliaccedilatildeo da atividade microbioloacutegica dasamostras frente agrave saliva humana mostrou que a HA possui efeito inibidor nocrescimento microbiano tem sido observada reduccedilatildeo na contagem de UFC Paraas amostras com a adiccedilatildeo do antibioacutetico obteve-se contagem UFC igual a zerocomprovando que o processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HAmanteve a propriedade antibioacutetica do material e que o mesmo foi liberado duranteos testes
Palavras-chave Hidroxiapatita gelatina antibioacutetico sulfato de gentamicina
106
ABSTRACT
The use of biomaterials comes from old times and recently bioceramics have beendeeply investigated as a source of material for bone implant Amongst the differentbiomaterials hydroxyapatite (HA) has great importance for being one of thecompounds which forms the bone mineral phase Therefore HA has been largelystudied mainly due to the fact that it is a bioactive compound Calcium phosphatesynthesis via precipitation presents great advantages such as low cost and simplicitybut most procedures described in literature regard the formation of non stoichiometricproducts and phase mixture This work studied the HA synthesis by analyzing theinfluence of gelatin concentration in the precipitation means on the characteristics ofthe hydroxyapatite obtained Gentamicin was also incorporated to the HA samplesand antimicrobial activity was analyzed The hydroxyapatite was obtained throughprecipitation in aqueous and gelatin means being later on dried sieved and calcinedat 700ordmC Gelatin concentrations of 1 6 10 and 60 gL-1 were used Thengentamicin sulfate was added 1 in mass Samples were characterized through X-ray diffraction specific superficial area through the BET method thermal analysisinfrared spectroscopy and transmission and scanning electronic microscopy The X-ray diffraction revealed the presence of HA phase in all samples and by refiningthrough the Rietveld method it could be seen in the gelatin free sample thepresence of calcium carbonate and pure HA for the sample prepared in gelatinindicating that the presence of gelatin made the hydroxyapatite phase stable XRFand EDS indicated that CaP ratio was slightly above what had been expected toobtain stoichiometric hydroxyapatite The granulometric distribution analysis andsuperficial area through the BET method indicated differences in the average size ofagglomerates and the superficial area of the material in relation to the synthesis andsamples preparation process to receive the antibiotic which was processed throughmilling in a ball mill SEM and TEM revealed morphological and structural aspectscharacteristic of the hydroxyapatite with the formation of nanometric crystalagglomerates Samples microbial activity evaluation with human saliva showed thatpure HA has the effect of inhibiting microbial growth CFU counting was observed toreduce For the samples with antibiotic there was a CFU equal zero proving that theprocess used for gentamicin incorporation to the HA kept the antibiotic property of thematerial and that the same was released during the tests
Key words Hydroxyapatite gelatin antibiotic gentamicin sulfate
107
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Modelo do esqueleto humano 17Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers 19Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita 29Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina 35Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-
Negativas 36Figura 6 - Espectro infravermelho comparativo entre amostras de gelatina
comercial hidroxiapatita comercial e HA preparada em meiogelatinoso 40
Figura 7 - Fluxograma do esquema de obtenccedilatildeo das placas utilizadas paracontagem do teste qualitativo 62
Figura 8 - Fluxograma do preparo das amostras de HA para o testemicrobioloacutegico quantitativo 63
Figura 9 - Difratogramas de raios X das amostras de HA obtidas porprecipitaccedilatildeo em meio aquoso (a) e gelatinoso (b) HA1 (c) HA6 (d)HA10 e (e) HA60 apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo de varredura2ordmmin entre 5 e 90ordm 65
Figura 10 - Identificaccedilatildeo dos planos atraveacutes dos iacutendices de Miller ldquohklrdquo nosdifratogramas das amostras de HA obtidas por precipitaccedilatildeo em meioaquoso (a) HAGNT e gelatinoso (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo devarredura 2ordmmin entre 5 e 90ordm 66
Figura 11 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HAGNT 68Figura 12 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HA10 68Figura 13 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA e
HAGNT 75Figura 14 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA1 e
HA1GNT 75Figura 15 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA6 e
HA6GNT 76Figura 16 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA10 e
HA10GNT 76Figura 17 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA60 e
HA60GNT 76Figura 18 - Micrografias das amostras HA (A) e HAGNT (B) com aumento de
200x e HA (C) e HAGNT (D) com aumento de 700x 78Figura 19 - Micrografias das amostras HA1 (A) e HA1GNT (B) com aumento de
200x e HA1 (C) e HA1GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 20 - Micrografias das amostras HA6 (A) e HA6PGNT (B) com aumento
de 200x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 21 - Micrografias das amostras HA10 (A) e HA10GNT (B) com aumento
de 200x e HA10 (C) e HA10GNT (D) com aumento de 700x 80
Figura 22 - Micrografias das amostras HA60 (A) e HA60GNT (B) com aumentode 200x e HA60 (C) e HA60GNT (D) com aumento de 700x 80
108
Figura 23 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA (A) e HAGNT (B) comaumento de 120rsquo000x e HA P(C) e HAGNT (D) com aumento de250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 82
Figura 24 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA6 (A) e HA6GNT (B)com aumento de 120rsquo000x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumentode 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 83
Figura 25 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA10 (A) com aumentode 120rsquo000x e (B) com aumento de 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a80kV 84
Figura 26 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita sem calcinaccedilatildeo (a) HA(b) HA1 (c) HA6P (d) HA10 e (e) HA60 obtidas em pastilha deKBr 85
Figura 27 - Espectro IVTF das amostras (a) gelatina pura (b) HA + gelatina e (c)HA obtidas em pastilha de KBr 87
Figura 28 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita apoacutes calcinaccedilatildeo a700ordmC (a) HA (b) HA1 (c) HA6 (d) HA10 e (e) HA60 obtidas empastilha de KBr 88
Figura 29 - Espectro IVTF das amostras (a) sulfato de gentamicina puro (b) HA+ sulfato de gentamicina puro e (c) HA obtidas em pastilha de KBr 89
Figura 30 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita com adiccedilatildeo de 1 emmassa do antibioacutetico (a) HAGNT (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT obtidas em pastilha de KBr 92
Figura 31 - Curva TG para amostra HA com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 93
Figura 32 - Curva TG para amostra HA1 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 33 - Curva TG para amostra HA10 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 34 - Unidades formadoras de colocircnia (UFCml) dos diferentesmicrorganismos contidos na saliva (a) controle BHI puro mais 10 microLde saliva e (b) controle BHI puro mais 100 microL de saliva 95
Figura 35 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana da amostra de HA comvariaccedilatildeo da quantidade de material semeado igual a 10 20 50 e 100microL respectivamente nas placas A B C e D incubadas em caldoBHI contendo 01 mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar 96
Figura 36 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana atraveacutes da contagem dasunidades formadoras de colocircnia das amostras de controle com suasrespectivas contagem em UFC de saliva Os pontos vermelhosrepresentam as colocircnias contadas em UFC 96
Figura 37 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA comadiccedilatildeo de gentamicina (HAGNTA e HAGNTB) e sem gentamicina(HAA e HAB) incubadas em caldo BHI com 01mL de salivahumana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A e Bmostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina C eD mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 97
Figura 38 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA1 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA1GNTA e HA1GNTB) e sem
109
gentamicina (HA1A e HA1B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 39 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA6 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA6GNTA e HA6GNTB) e semgentamicina (HA6A e HA6B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 40 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA10 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA10GNTA e HA10GNTB) e semgentamicina (HA10A e HA10B) incubadas em caldo BHI com01mL de saliva humana por 24 horas e semeadas em placas deaacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) semgentamicina C e D mostram a ausecircncia de crescimento bacterianonas placas semeadas com HA com gentamicina 99
Figura 41 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras dehidroxiapatita HA60 com adiccedilatildeo de gentamicina (HA60GNTA eHA60GNTB) e sem gentamicina (HA60A e HA60B) incubadas emcaldo BHI com 01mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano(UFCmL) sem gentamicina C e D mostram a ausecircncia decrescimento bacteriano nas placas semeadas com HA comgentamicina 99
Figura 42 - Amostras de controle apoacutes 48 horas de incubaccedilatildeo ambas expressasem UFCmL 100
Figura 43 - Amostras HA sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 44 - Amostras HA1 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 45 - Amostras HA6 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 46 - Amostras HA10 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 47 - Amostras HA60 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 48 - Meacutedia e erro padratildeo dos valores transformados em Log(x) deUFCmL de bacteacuterias totais de saliva expostas agrave quantidadesdiferentes de HAacute plt005 com HA6 plt001 com Controle eplt0001 com HA60 (ANOVA com poacutes-teste de Bonferroni) 105
110
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores para os indicadores de qualidade do refinamento Rietveld
para as amostras HAGNT e HA10 69
Tabela 2 - Valores de anaacutelise quantitativa de fases as amostras HAGNT e
HA10 69
Tabela 3 - Valores da razatildeo CaP obtidos por espectroscopia de energia
dispersiva (EDS) da amostras sem adiccedilatildeo de gentamicina e com
adiccedilatildeo de gentamicina 70
Tabela 4 - Tipos diferentes de fosfato de caacutelcio obtidos por diferentes razotildeesCaP 71
Tabela 5 - Valores de espectrometria de fluorescecircncia de raios X (FRX) das
amostras HA (amostra sem adiccedilatildeo de gentamicina) HA10GNT e
HA60GNT (amostras com adiccedilatildeo de gentamicina) 71
Tabela 6 - Resumo da distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica das amostras de HAsintetizadas 74
Tabela 7 - Valores de aacuterea superficial especiacutefica de HA variando a
concentraccedilatildeo de gelatina durante o preparo das amostras 77
Tabela 8 - Bandas de IV observadas nos espectros das amostras de HA
gelatina e gentamicina 90
Tabela 9 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo e com a adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI
com 01 mL de saliva humana e semeadas em placas de aacutegar
Contagens apoacutes 24 e 48 horas 103
Tabela 10 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI com 01 mL de
saliva humana e semeadas em placas de aacutegar Contagens apoacutes 24
e 48 horas para coleta de dados para tratamento estatiacutestico 104
111
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
2 - Posiccedilatildeo do pico de BraggAring - Unidade de AngstronASTM - American Society for Testing and MaterialsBET - Meacutetodo utilizado na obtenccedilatildeo da aacuterea superficial especiacuteficaBHI - Brain Heart InfusionCaP - Razatildeo molar entre caacutelcio e foacutesforoDRX - Difraccedilatildeo de raios XDSC - Calorimetria de varredura diferencialEDS - Espectroscopia por energia dispersivaFRX - Fluorescecircncia de raios XIV - InfravermelhoIVTF - Espectroscopia de infravermelho com transformada de FourrierJCPDS - Joint Committee on Powder Difraction StandardsMET - Microscopia eletrocircnica de transmissatildeoMEV - Microscopia eletrocircnica de varreduraHA - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso
HA1 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1
HA6 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1
HA10 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1
HA60 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 60 gL-1
HAGNT - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso com 1 de sulfatode gentamicina em quantidade de massa
HA1GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA6GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA10GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA60GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
Rwp - Iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos pontos do perfilSBF - Simulated Body FluidTCP - Fosfato tricaacutelcicoTG - Anaacutelise termogravimeacutetricaUFC - Unidade formadora de colocircniaaacute-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoacirc-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoν - Banda de estiramentoδ - Banda de deformaccedilatildeo
112
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 14
11 REVISAtildeO DE LITERATURA 17
111 Tecido Oacutesseo 17
112 Biomateriais 21
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais 22
1122 Aplicaccedilatildeo dos Biomateriais 23
1123 Biocompatibilidade 25
1124 Hidroxiapatita (HA) 27
113 Antibioacuteticos 33
1131 Gentamicina 34
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina 37
2 OBJETIVOS 38
21 OBJETIVO GERAL 38
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 38
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO 39
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO 39
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X 41
321 Meacutetodo de Rietveld 42
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO
BET 44
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE
TRANSMISSAtildeO (MET) 47
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS) 49
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 51
4 MATERIAIS E MEacuteTODOS 53
41 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
AQUOSO 53
42 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
GELATINOSO 55
113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
8 REFEREcircNCIAS
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105
RESUMO
A utilizaccedilatildeo de biomateriais remonta agrave antiguidade e recentemente as bioceracircmicastecircm sido fortemente investigadas como material para implantes oacutesseos Dentre osdiferentes biomateriais a hidroxiapatita (HA) possui grande importacircncia por ser umdos compostos que forma a fase mineral oacutessea Assim a HA tem sido amplamenteestudada especialmente pelo fato de ser um composto bioativo A siacutentese defosfatos de caacutelcio via precipitaccedilatildeo apresenta vantagens como baixo custo esimplicidade mas a maioria dos procedimentos descritos na literatura apresentaformaccedilatildeo de produtos natildeo estequiomeacutetricos e mistura de fases Neste trabalho foiestudada a siacutentese de HA analisando a influecircncia da concentraccedilatildeo de gelatina nomeio de precipitaccedilatildeo nas caracteriacutesticas da hidroxiapatita obtida Tambeacutem foirealizada a incorporaccedilatildeo de gentamicina agraves amostras de HA obtidas e a anaacutelise doefeito antimicrobiano A hidroxiapatita foi obtida atraveacutes de precipitaccedilatildeo em meioaquoso e gelatinoso sendo posteriormente secada peneirada e calcinada a 700ordmCForam utilizadas as concentraccedilotildees de gelatina de 1 6 10 e 60 gL-1 Em seguidafoi efetuada a adiccedilatildeo de sulfato de gentamicina na proporccedilatildeo de 1 em massa Asamostras foram caracterizadas por difraccedilatildeo de raios X distribuiccedilatildeo do tamanho departiacutecula aacuterea superficial especiacutefica pelo meacutetodo BET anaacutelise teacutermicaespectroscopia no infravermelho e microscopia eletrocircnica de varredura etransmissatildeo A anaacutelise de DRX revelou a presenccedila da fase de HA em todas asamostras e atraveacutes do refinamento pelo meacutetodo de Rietveld verificou-se paraamostra obtida sem adiccedilatildeo de gelatina a presenccedila de carbonato de caacutelcio e HApura para amostra preparada em meio gelatinoso indicando que a presenccedila degelatina estabilizou da fase hidroxiapatita As anaacutelises FRX e EDS indicaram que arazatildeo CaP ficou ligeiramente acima da esperada para obtenccedilatildeo de hidroxiapatitaestequiomeacutetrica A anaacutelise de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica e aacuterea superficial pelomeacutetodo BET indicaram diferenccedilas no tamanho meacutedio de aglomerados e na aacutereasuperficial do material relativas agrave siacutentese e ao processo de preparaccedilatildeo dasamostras para receber o antibioacutetico o qual se processou com moagem em moinhode bolas As anaacutelises de MEV e MET revelaram aspectos morfoloacutegicos eestruturais caracteriacutesticos da hidroxiapatita observando-se formaccedilatildeo deaglomerados de cristais nanomeacutetricos A avaliaccedilatildeo da atividade microbioloacutegica dasamostras frente agrave saliva humana mostrou que a HA possui efeito inibidor nocrescimento microbiano tem sido observada reduccedilatildeo na contagem de UFC Paraas amostras com a adiccedilatildeo do antibioacutetico obteve-se contagem UFC igual a zerocomprovando que o processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HAmanteve a propriedade antibioacutetica do material e que o mesmo foi liberado duranteos testes
Palavras-chave Hidroxiapatita gelatina antibioacutetico sulfato de gentamicina
106
ABSTRACT
The use of biomaterials comes from old times and recently bioceramics have beendeeply investigated as a source of material for bone implant Amongst the differentbiomaterials hydroxyapatite (HA) has great importance for being one of thecompounds which forms the bone mineral phase Therefore HA has been largelystudied mainly due to the fact that it is a bioactive compound Calcium phosphatesynthesis via precipitation presents great advantages such as low cost and simplicitybut most procedures described in literature regard the formation of non stoichiometricproducts and phase mixture This work studied the HA synthesis by analyzing theinfluence of gelatin concentration in the precipitation means on the characteristics ofthe hydroxyapatite obtained Gentamicin was also incorporated to the HA samplesand antimicrobial activity was analyzed The hydroxyapatite was obtained throughprecipitation in aqueous and gelatin means being later on dried sieved and calcinedat 700ordmC Gelatin concentrations of 1 6 10 and 60 gL-1 were used Thengentamicin sulfate was added 1 in mass Samples were characterized through X-ray diffraction specific superficial area through the BET method thermal analysisinfrared spectroscopy and transmission and scanning electronic microscopy The X-ray diffraction revealed the presence of HA phase in all samples and by refiningthrough the Rietveld method it could be seen in the gelatin free sample thepresence of calcium carbonate and pure HA for the sample prepared in gelatinindicating that the presence of gelatin made the hydroxyapatite phase stable XRFand EDS indicated that CaP ratio was slightly above what had been expected toobtain stoichiometric hydroxyapatite The granulometric distribution analysis andsuperficial area through the BET method indicated differences in the average size ofagglomerates and the superficial area of the material in relation to the synthesis andsamples preparation process to receive the antibiotic which was processed throughmilling in a ball mill SEM and TEM revealed morphological and structural aspectscharacteristic of the hydroxyapatite with the formation of nanometric crystalagglomerates Samples microbial activity evaluation with human saliva showed thatpure HA has the effect of inhibiting microbial growth CFU counting was observed toreduce For the samples with antibiotic there was a CFU equal zero proving that theprocess used for gentamicin incorporation to the HA kept the antibiotic property of thematerial and that the same was released during the tests
Key words Hydroxyapatite gelatin antibiotic gentamicin sulfate
107
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Modelo do esqueleto humano 17Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers 19Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita 29Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina 35Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-
Negativas 36Figura 6 - Espectro infravermelho comparativo entre amostras de gelatina
comercial hidroxiapatita comercial e HA preparada em meiogelatinoso 40
Figura 7 - Fluxograma do esquema de obtenccedilatildeo das placas utilizadas paracontagem do teste qualitativo 62
Figura 8 - Fluxograma do preparo das amostras de HA para o testemicrobioloacutegico quantitativo 63
Figura 9 - Difratogramas de raios X das amostras de HA obtidas porprecipitaccedilatildeo em meio aquoso (a) e gelatinoso (b) HA1 (c) HA6 (d)HA10 e (e) HA60 apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo de varredura2ordmmin entre 5 e 90ordm 65
Figura 10 - Identificaccedilatildeo dos planos atraveacutes dos iacutendices de Miller ldquohklrdquo nosdifratogramas das amostras de HA obtidas por precipitaccedilatildeo em meioaquoso (a) HAGNT e gelatinoso (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo devarredura 2ordmmin entre 5 e 90ordm 66
Figura 11 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HAGNT 68Figura 12 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HA10 68Figura 13 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA e
HAGNT 75Figura 14 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA1 e
HA1GNT 75Figura 15 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA6 e
HA6GNT 76Figura 16 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA10 e
HA10GNT 76Figura 17 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA60 e
HA60GNT 76Figura 18 - Micrografias das amostras HA (A) e HAGNT (B) com aumento de
200x e HA (C) e HAGNT (D) com aumento de 700x 78Figura 19 - Micrografias das amostras HA1 (A) e HA1GNT (B) com aumento de
200x e HA1 (C) e HA1GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 20 - Micrografias das amostras HA6 (A) e HA6PGNT (B) com aumento
de 200x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 21 - Micrografias das amostras HA10 (A) e HA10GNT (B) com aumento
de 200x e HA10 (C) e HA10GNT (D) com aumento de 700x 80
Figura 22 - Micrografias das amostras HA60 (A) e HA60GNT (B) com aumentode 200x e HA60 (C) e HA60GNT (D) com aumento de 700x 80
108
Figura 23 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA (A) e HAGNT (B) comaumento de 120rsquo000x e HA P(C) e HAGNT (D) com aumento de250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 82
Figura 24 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA6 (A) e HA6GNT (B)com aumento de 120rsquo000x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumentode 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 83
Figura 25 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA10 (A) com aumentode 120rsquo000x e (B) com aumento de 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a80kV 84
Figura 26 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita sem calcinaccedilatildeo (a) HA(b) HA1 (c) HA6P (d) HA10 e (e) HA60 obtidas em pastilha deKBr 85
Figura 27 - Espectro IVTF das amostras (a) gelatina pura (b) HA + gelatina e (c)HA obtidas em pastilha de KBr 87
Figura 28 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita apoacutes calcinaccedilatildeo a700ordmC (a) HA (b) HA1 (c) HA6 (d) HA10 e (e) HA60 obtidas empastilha de KBr 88
Figura 29 - Espectro IVTF das amostras (a) sulfato de gentamicina puro (b) HA+ sulfato de gentamicina puro e (c) HA obtidas em pastilha de KBr 89
Figura 30 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita com adiccedilatildeo de 1 emmassa do antibioacutetico (a) HAGNT (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT obtidas em pastilha de KBr 92
Figura 31 - Curva TG para amostra HA com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 93
Figura 32 - Curva TG para amostra HA1 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 33 - Curva TG para amostra HA10 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 34 - Unidades formadoras de colocircnia (UFCml) dos diferentesmicrorganismos contidos na saliva (a) controle BHI puro mais 10 microLde saliva e (b) controle BHI puro mais 100 microL de saliva 95
Figura 35 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana da amostra de HA comvariaccedilatildeo da quantidade de material semeado igual a 10 20 50 e 100microL respectivamente nas placas A B C e D incubadas em caldoBHI contendo 01 mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar 96
Figura 36 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana atraveacutes da contagem dasunidades formadoras de colocircnia das amostras de controle com suasrespectivas contagem em UFC de saliva Os pontos vermelhosrepresentam as colocircnias contadas em UFC 96
Figura 37 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA comadiccedilatildeo de gentamicina (HAGNTA e HAGNTB) e sem gentamicina(HAA e HAB) incubadas em caldo BHI com 01mL de salivahumana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A e Bmostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina C eD mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 97
Figura 38 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA1 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA1GNTA e HA1GNTB) e sem
109
gentamicina (HA1A e HA1B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 39 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA6 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA6GNTA e HA6GNTB) e semgentamicina (HA6A e HA6B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 40 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA10 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA10GNTA e HA10GNTB) e semgentamicina (HA10A e HA10B) incubadas em caldo BHI com01mL de saliva humana por 24 horas e semeadas em placas deaacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) semgentamicina C e D mostram a ausecircncia de crescimento bacterianonas placas semeadas com HA com gentamicina 99
Figura 41 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras dehidroxiapatita HA60 com adiccedilatildeo de gentamicina (HA60GNTA eHA60GNTB) e sem gentamicina (HA60A e HA60B) incubadas emcaldo BHI com 01mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano(UFCmL) sem gentamicina C e D mostram a ausecircncia decrescimento bacteriano nas placas semeadas com HA comgentamicina 99
Figura 42 - Amostras de controle apoacutes 48 horas de incubaccedilatildeo ambas expressasem UFCmL 100
Figura 43 - Amostras HA sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 44 - Amostras HA1 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 45 - Amostras HA6 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 46 - Amostras HA10 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 47 - Amostras HA60 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 48 - Meacutedia e erro padratildeo dos valores transformados em Log(x) deUFCmL de bacteacuterias totais de saliva expostas agrave quantidadesdiferentes de HAacute plt005 com HA6 plt001 com Controle eplt0001 com HA60 (ANOVA com poacutes-teste de Bonferroni) 105
110
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores para os indicadores de qualidade do refinamento Rietveld
para as amostras HAGNT e HA10 69
Tabela 2 - Valores de anaacutelise quantitativa de fases as amostras HAGNT e
HA10 69
Tabela 3 - Valores da razatildeo CaP obtidos por espectroscopia de energia
dispersiva (EDS) da amostras sem adiccedilatildeo de gentamicina e com
adiccedilatildeo de gentamicina 70
Tabela 4 - Tipos diferentes de fosfato de caacutelcio obtidos por diferentes razotildeesCaP 71
Tabela 5 - Valores de espectrometria de fluorescecircncia de raios X (FRX) das
amostras HA (amostra sem adiccedilatildeo de gentamicina) HA10GNT e
HA60GNT (amostras com adiccedilatildeo de gentamicina) 71
Tabela 6 - Resumo da distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica das amostras de HAsintetizadas 74
Tabela 7 - Valores de aacuterea superficial especiacutefica de HA variando a
concentraccedilatildeo de gelatina durante o preparo das amostras 77
Tabela 8 - Bandas de IV observadas nos espectros das amostras de HA
gelatina e gentamicina 90
Tabela 9 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo e com a adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI
com 01 mL de saliva humana e semeadas em placas de aacutegar
Contagens apoacutes 24 e 48 horas 103
Tabela 10 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI com 01 mL de
saliva humana e semeadas em placas de aacutegar Contagens apoacutes 24
e 48 horas para coleta de dados para tratamento estatiacutestico 104
111
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
2 - Posiccedilatildeo do pico de BraggAring - Unidade de AngstronASTM - American Society for Testing and MaterialsBET - Meacutetodo utilizado na obtenccedilatildeo da aacuterea superficial especiacuteficaBHI - Brain Heart InfusionCaP - Razatildeo molar entre caacutelcio e foacutesforoDRX - Difraccedilatildeo de raios XDSC - Calorimetria de varredura diferencialEDS - Espectroscopia por energia dispersivaFRX - Fluorescecircncia de raios XIV - InfravermelhoIVTF - Espectroscopia de infravermelho com transformada de FourrierJCPDS - Joint Committee on Powder Difraction StandardsMET - Microscopia eletrocircnica de transmissatildeoMEV - Microscopia eletrocircnica de varreduraHA - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso
HA1 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1
HA6 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1
HA10 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1
HA60 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 60 gL-1
HAGNT - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso com 1 de sulfatode gentamicina em quantidade de massa
HA1GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA6GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA10GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA60GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
Rwp - Iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos pontos do perfilSBF - Simulated Body FluidTCP - Fosfato tricaacutelcicoTG - Anaacutelise termogravimeacutetricaUFC - Unidade formadora de colocircniaaacute-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoacirc-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoν - Banda de estiramentoδ - Banda de deformaccedilatildeo
112
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 14
11 REVISAtildeO DE LITERATURA 17
111 Tecido Oacutesseo 17
112 Biomateriais 21
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais 22
1122 Aplicaccedilatildeo dos Biomateriais 23
1123 Biocompatibilidade 25
1124 Hidroxiapatita (HA) 27
113 Antibioacuteticos 33
1131 Gentamicina 34
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina 37
2 OBJETIVOS 38
21 OBJETIVO GERAL 38
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 38
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO 39
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO 39
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X 41
321 Meacutetodo de Rietveld 42
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO
BET 44
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE
TRANSMISSAtildeO (MET) 47
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS) 49
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 51
4 MATERIAIS E MEacuteTODOS 53
41 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
AQUOSO 53
42 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
GELATINOSO 55
113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
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106
ABSTRACT
The use of biomaterials comes from old times and recently bioceramics have beendeeply investigated as a source of material for bone implant Amongst the differentbiomaterials hydroxyapatite (HA) has great importance for being one of thecompounds which forms the bone mineral phase Therefore HA has been largelystudied mainly due to the fact that it is a bioactive compound Calcium phosphatesynthesis via precipitation presents great advantages such as low cost and simplicitybut most procedures described in literature regard the formation of non stoichiometricproducts and phase mixture This work studied the HA synthesis by analyzing theinfluence of gelatin concentration in the precipitation means on the characteristics ofthe hydroxyapatite obtained Gentamicin was also incorporated to the HA samplesand antimicrobial activity was analyzed The hydroxyapatite was obtained throughprecipitation in aqueous and gelatin means being later on dried sieved and calcinedat 700ordmC Gelatin concentrations of 1 6 10 and 60 gL-1 were used Thengentamicin sulfate was added 1 in mass Samples were characterized through X-ray diffraction specific superficial area through the BET method thermal analysisinfrared spectroscopy and transmission and scanning electronic microscopy The X-ray diffraction revealed the presence of HA phase in all samples and by refiningthrough the Rietveld method it could be seen in the gelatin free sample thepresence of calcium carbonate and pure HA for the sample prepared in gelatinindicating that the presence of gelatin made the hydroxyapatite phase stable XRFand EDS indicated that CaP ratio was slightly above what had been expected toobtain stoichiometric hydroxyapatite The granulometric distribution analysis andsuperficial area through the BET method indicated differences in the average size ofagglomerates and the superficial area of the material in relation to the synthesis andsamples preparation process to receive the antibiotic which was processed throughmilling in a ball mill SEM and TEM revealed morphological and structural aspectscharacteristic of the hydroxyapatite with the formation of nanometric crystalagglomerates Samples microbial activity evaluation with human saliva showed thatpure HA has the effect of inhibiting microbial growth CFU counting was observed toreduce For the samples with antibiotic there was a CFU equal zero proving that theprocess used for gentamicin incorporation to the HA kept the antibiotic property of thematerial and that the same was released during the tests
Key words Hydroxyapatite gelatin antibiotic gentamicin sulfate
107
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Modelo do esqueleto humano 17Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers 19Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita 29Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina 35Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-
Negativas 36Figura 6 - Espectro infravermelho comparativo entre amostras de gelatina
comercial hidroxiapatita comercial e HA preparada em meiogelatinoso 40
Figura 7 - Fluxograma do esquema de obtenccedilatildeo das placas utilizadas paracontagem do teste qualitativo 62
Figura 8 - Fluxograma do preparo das amostras de HA para o testemicrobioloacutegico quantitativo 63
Figura 9 - Difratogramas de raios X das amostras de HA obtidas porprecipitaccedilatildeo em meio aquoso (a) e gelatinoso (b) HA1 (c) HA6 (d)HA10 e (e) HA60 apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo de varredura2ordmmin entre 5 e 90ordm 65
Figura 10 - Identificaccedilatildeo dos planos atraveacutes dos iacutendices de Miller ldquohklrdquo nosdifratogramas das amostras de HA obtidas por precipitaccedilatildeo em meioaquoso (a) HAGNT e gelatinoso (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo devarredura 2ordmmin entre 5 e 90ordm 66
Figura 11 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HAGNT 68Figura 12 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HA10 68Figura 13 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA e
HAGNT 75Figura 14 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA1 e
HA1GNT 75Figura 15 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA6 e
HA6GNT 76Figura 16 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA10 e
HA10GNT 76Figura 17 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA60 e
HA60GNT 76Figura 18 - Micrografias das amostras HA (A) e HAGNT (B) com aumento de
200x e HA (C) e HAGNT (D) com aumento de 700x 78Figura 19 - Micrografias das amostras HA1 (A) e HA1GNT (B) com aumento de
200x e HA1 (C) e HA1GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 20 - Micrografias das amostras HA6 (A) e HA6PGNT (B) com aumento
de 200x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 21 - Micrografias das amostras HA10 (A) e HA10GNT (B) com aumento
de 200x e HA10 (C) e HA10GNT (D) com aumento de 700x 80
Figura 22 - Micrografias das amostras HA60 (A) e HA60GNT (B) com aumentode 200x e HA60 (C) e HA60GNT (D) com aumento de 700x 80
108
Figura 23 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA (A) e HAGNT (B) comaumento de 120rsquo000x e HA P(C) e HAGNT (D) com aumento de250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 82
Figura 24 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA6 (A) e HA6GNT (B)com aumento de 120rsquo000x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumentode 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 83
Figura 25 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA10 (A) com aumentode 120rsquo000x e (B) com aumento de 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a80kV 84
Figura 26 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita sem calcinaccedilatildeo (a) HA(b) HA1 (c) HA6P (d) HA10 e (e) HA60 obtidas em pastilha deKBr 85
Figura 27 - Espectro IVTF das amostras (a) gelatina pura (b) HA + gelatina e (c)HA obtidas em pastilha de KBr 87
Figura 28 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita apoacutes calcinaccedilatildeo a700ordmC (a) HA (b) HA1 (c) HA6 (d) HA10 e (e) HA60 obtidas empastilha de KBr 88
Figura 29 - Espectro IVTF das amostras (a) sulfato de gentamicina puro (b) HA+ sulfato de gentamicina puro e (c) HA obtidas em pastilha de KBr 89
Figura 30 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita com adiccedilatildeo de 1 emmassa do antibioacutetico (a) HAGNT (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT obtidas em pastilha de KBr 92
Figura 31 - Curva TG para amostra HA com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 93
Figura 32 - Curva TG para amostra HA1 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 33 - Curva TG para amostra HA10 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 34 - Unidades formadoras de colocircnia (UFCml) dos diferentesmicrorganismos contidos na saliva (a) controle BHI puro mais 10 microLde saliva e (b) controle BHI puro mais 100 microL de saliva 95
Figura 35 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana da amostra de HA comvariaccedilatildeo da quantidade de material semeado igual a 10 20 50 e 100microL respectivamente nas placas A B C e D incubadas em caldoBHI contendo 01 mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar 96
Figura 36 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana atraveacutes da contagem dasunidades formadoras de colocircnia das amostras de controle com suasrespectivas contagem em UFC de saliva Os pontos vermelhosrepresentam as colocircnias contadas em UFC 96
Figura 37 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA comadiccedilatildeo de gentamicina (HAGNTA e HAGNTB) e sem gentamicina(HAA e HAB) incubadas em caldo BHI com 01mL de salivahumana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A e Bmostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina C eD mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 97
Figura 38 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA1 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA1GNTA e HA1GNTB) e sem
109
gentamicina (HA1A e HA1B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 39 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA6 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA6GNTA e HA6GNTB) e semgentamicina (HA6A e HA6B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 40 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA10 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA10GNTA e HA10GNTB) e semgentamicina (HA10A e HA10B) incubadas em caldo BHI com01mL de saliva humana por 24 horas e semeadas em placas deaacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) semgentamicina C e D mostram a ausecircncia de crescimento bacterianonas placas semeadas com HA com gentamicina 99
Figura 41 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras dehidroxiapatita HA60 com adiccedilatildeo de gentamicina (HA60GNTA eHA60GNTB) e sem gentamicina (HA60A e HA60B) incubadas emcaldo BHI com 01mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano(UFCmL) sem gentamicina C e D mostram a ausecircncia decrescimento bacteriano nas placas semeadas com HA comgentamicina 99
Figura 42 - Amostras de controle apoacutes 48 horas de incubaccedilatildeo ambas expressasem UFCmL 100
Figura 43 - Amostras HA sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 44 - Amostras HA1 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 45 - Amostras HA6 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 46 - Amostras HA10 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 47 - Amostras HA60 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 48 - Meacutedia e erro padratildeo dos valores transformados em Log(x) deUFCmL de bacteacuterias totais de saliva expostas agrave quantidadesdiferentes de HAacute plt005 com HA6 plt001 com Controle eplt0001 com HA60 (ANOVA com poacutes-teste de Bonferroni) 105
110
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores para os indicadores de qualidade do refinamento Rietveld
para as amostras HAGNT e HA10 69
Tabela 2 - Valores de anaacutelise quantitativa de fases as amostras HAGNT e
HA10 69
Tabela 3 - Valores da razatildeo CaP obtidos por espectroscopia de energia
dispersiva (EDS) da amostras sem adiccedilatildeo de gentamicina e com
adiccedilatildeo de gentamicina 70
Tabela 4 - Tipos diferentes de fosfato de caacutelcio obtidos por diferentes razotildeesCaP 71
Tabela 5 - Valores de espectrometria de fluorescecircncia de raios X (FRX) das
amostras HA (amostra sem adiccedilatildeo de gentamicina) HA10GNT e
HA60GNT (amostras com adiccedilatildeo de gentamicina) 71
Tabela 6 - Resumo da distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica das amostras de HAsintetizadas 74
Tabela 7 - Valores de aacuterea superficial especiacutefica de HA variando a
concentraccedilatildeo de gelatina durante o preparo das amostras 77
Tabela 8 - Bandas de IV observadas nos espectros das amostras de HA
gelatina e gentamicina 90
Tabela 9 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo e com a adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI
com 01 mL de saliva humana e semeadas em placas de aacutegar
Contagens apoacutes 24 e 48 horas 103
Tabela 10 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI com 01 mL de
saliva humana e semeadas em placas de aacutegar Contagens apoacutes 24
e 48 horas para coleta de dados para tratamento estatiacutestico 104
111
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
2 - Posiccedilatildeo do pico de BraggAring - Unidade de AngstronASTM - American Society for Testing and MaterialsBET - Meacutetodo utilizado na obtenccedilatildeo da aacuterea superficial especiacuteficaBHI - Brain Heart InfusionCaP - Razatildeo molar entre caacutelcio e foacutesforoDRX - Difraccedilatildeo de raios XDSC - Calorimetria de varredura diferencialEDS - Espectroscopia por energia dispersivaFRX - Fluorescecircncia de raios XIV - InfravermelhoIVTF - Espectroscopia de infravermelho com transformada de FourrierJCPDS - Joint Committee on Powder Difraction StandardsMET - Microscopia eletrocircnica de transmissatildeoMEV - Microscopia eletrocircnica de varreduraHA - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso
HA1 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1
HA6 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1
HA10 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1
HA60 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 60 gL-1
HAGNT - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso com 1 de sulfatode gentamicina em quantidade de massa
HA1GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA6GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA10GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA60GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
Rwp - Iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos pontos do perfilSBF - Simulated Body FluidTCP - Fosfato tricaacutelcicoTG - Anaacutelise termogravimeacutetricaUFC - Unidade formadora de colocircniaaacute-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoacirc-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoν - Banda de estiramentoδ - Banda de deformaccedilatildeo
112
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 14
11 REVISAtildeO DE LITERATURA 17
111 Tecido Oacutesseo 17
112 Biomateriais 21
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais 22
1122 Aplicaccedilatildeo dos Biomateriais 23
1123 Biocompatibilidade 25
1124 Hidroxiapatita (HA) 27
113 Antibioacuteticos 33
1131 Gentamicina 34
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina 37
2 OBJETIVOS 38
21 OBJETIVO GERAL 38
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 38
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO 39
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO 39
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X 41
321 Meacutetodo de Rietveld 42
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO
BET 44
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE
TRANSMISSAtildeO (MET) 47
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS) 49
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 51
4 MATERIAIS E MEacuteTODOS 53
41 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
AQUOSO 53
42 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
GELATINOSO 55
113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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Milhares de Livros para Download Baixar livros de AdministraccedilatildeoBaixar livros de AgronomiaBaixar livros de ArquiteturaBaixar livros de ArtesBaixar livros de AstronomiaBaixar livros de Biologia GeralBaixar livros de Ciecircncia da ComputaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia da InformaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia PoliacuteticaBaixar livros de Ciecircncias da SauacutedeBaixar livros de ComunicaccedilatildeoBaixar livros do Conselho Nacional de Educaccedilatildeo - CNEBaixar livros de Defesa civilBaixar livros de DireitoBaixar livros de Direitos humanosBaixar livros de EconomiaBaixar livros de Economia DomeacutesticaBaixar livros de EducaccedilatildeoBaixar livros de Educaccedilatildeo - TracircnsitoBaixar livros de Educaccedilatildeo FiacutesicaBaixar livros de Engenharia AeroespacialBaixar livros de FarmaacuteciaBaixar livros de FilosofiaBaixar livros de FiacutesicaBaixar livros de GeociecircnciasBaixar livros de GeografiaBaixar livros de HistoacuteriaBaixar livros de Liacutenguas
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107
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Modelo do esqueleto humano 17Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers 19Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita 29Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina 35Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-
Negativas 36Figura 6 - Espectro infravermelho comparativo entre amostras de gelatina
comercial hidroxiapatita comercial e HA preparada em meiogelatinoso 40
Figura 7 - Fluxograma do esquema de obtenccedilatildeo das placas utilizadas paracontagem do teste qualitativo 62
Figura 8 - Fluxograma do preparo das amostras de HA para o testemicrobioloacutegico quantitativo 63
Figura 9 - Difratogramas de raios X das amostras de HA obtidas porprecipitaccedilatildeo em meio aquoso (a) e gelatinoso (b) HA1 (c) HA6 (d)HA10 e (e) HA60 apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo de varredura2ordmmin entre 5 e 90ordm 65
Figura 10 - Identificaccedilatildeo dos planos atraveacutes dos iacutendices de Miller ldquohklrdquo nosdifratogramas das amostras de HA obtidas por precipitaccedilatildeo em meioaquoso (a) HAGNT e gelatinoso (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT apoacutes calcinaccedilatildeo a 700ordmC com passo devarredura 2ordmmin entre 5 e 90ordm 66
Figura 11 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HAGNT 68Figura 12 - Difratograma com refinamento por Rietveld da amostra HA10 68Figura 13 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA e
HAGNT 75Figura 14 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA1 e
HA1GNT 75Figura 15 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA6 e
HA6GNT 76Figura 16 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA10 e
HA10GNT 76Figura 17 - Histogramas das anaacutelises granulomeacutetricas das amostras HA60 e
HA60GNT 76Figura 18 - Micrografias das amostras HA (A) e HAGNT (B) com aumento de
200x e HA (C) e HAGNT (D) com aumento de 700x 78Figura 19 - Micrografias das amostras HA1 (A) e HA1GNT (B) com aumento de
200x e HA1 (C) e HA1GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 20 - Micrografias das amostras HA6 (A) e HA6PGNT (B) com aumento
de 200x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumento de 700x 79Figura 21 - Micrografias das amostras HA10 (A) e HA10GNT (B) com aumento
de 200x e HA10 (C) e HA10GNT (D) com aumento de 700x 80
Figura 22 - Micrografias das amostras HA60 (A) e HA60GNT (B) com aumentode 200x e HA60 (C) e HA60GNT (D) com aumento de 700x 80
108
Figura 23 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA (A) e HAGNT (B) comaumento de 120rsquo000x e HA P(C) e HAGNT (D) com aumento de250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 82
Figura 24 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA6 (A) e HA6GNT (B)com aumento de 120rsquo000x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumentode 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 83
Figura 25 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA10 (A) com aumentode 120rsquo000x e (B) com aumento de 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a80kV 84
Figura 26 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita sem calcinaccedilatildeo (a) HA(b) HA1 (c) HA6P (d) HA10 e (e) HA60 obtidas em pastilha deKBr 85
Figura 27 - Espectro IVTF das amostras (a) gelatina pura (b) HA + gelatina e (c)HA obtidas em pastilha de KBr 87
Figura 28 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita apoacutes calcinaccedilatildeo a700ordmC (a) HA (b) HA1 (c) HA6 (d) HA10 e (e) HA60 obtidas empastilha de KBr 88
Figura 29 - Espectro IVTF das amostras (a) sulfato de gentamicina puro (b) HA+ sulfato de gentamicina puro e (c) HA obtidas em pastilha de KBr 89
Figura 30 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita com adiccedilatildeo de 1 emmassa do antibioacutetico (a) HAGNT (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT obtidas em pastilha de KBr 92
Figura 31 - Curva TG para amostra HA com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 93
Figura 32 - Curva TG para amostra HA1 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 33 - Curva TG para amostra HA10 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 34 - Unidades formadoras de colocircnia (UFCml) dos diferentesmicrorganismos contidos na saliva (a) controle BHI puro mais 10 microLde saliva e (b) controle BHI puro mais 100 microL de saliva 95
Figura 35 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana da amostra de HA comvariaccedilatildeo da quantidade de material semeado igual a 10 20 50 e 100microL respectivamente nas placas A B C e D incubadas em caldoBHI contendo 01 mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar 96
Figura 36 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana atraveacutes da contagem dasunidades formadoras de colocircnia das amostras de controle com suasrespectivas contagem em UFC de saliva Os pontos vermelhosrepresentam as colocircnias contadas em UFC 96
Figura 37 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA comadiccedilatildeo de gentamicina (HAGNTA e HAGNTB) e sem gentamicina(HAA e HAB) incubadas em caldo BHI com 01mL de salivahumana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A e Bmostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina C eD mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 97
Figura 38 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA1 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA1GNTA e HA1GNTB) e sem
109
gentamicina (HA1A e HA1B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 39 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA6 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA6GNTA e HA6GNTB) e semgentamicina (HA6A e HA6B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 40 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA10 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA10GNTA e HA10GNTB) e semgentamicina (HA10A e HA10B) incubadas em caldo BHI com01mL de saliva humana por 24 horas e semeadas em placas deaacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) semgentamicina C e D mostram a ausecircncia de crescimento bacterianonas placas semeadas com HA com gentamicina 99
Figura 41 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras dehidroxiapatita HA60 com adiccedilatildeo de gentamicina (HA60GNTA eHA60GNTB) e sem gentamicina (HA60A e HA60B) incubadas emcaldo BHI com 01mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano(UFCmL) sem gentamicina C e D mostram a ausecircncia decrescimento bacteriano nas placas semeadas com HA comgentamicina 99
Figura 42 - Amostras de controle apoacutes 48 horas de incubaccedilatildeo ambas expressasem UFCmL 100
Figura 43 - Amostras HA sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 44 - Amostras HA1 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 45 - Amostras HA6 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 46 - Amostras HA10 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 47 - Amostras HA60 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 48 - Meacutedia e erro padratildeo dos valores transformados em Log(x) deUFCmL de bacteacuterias totais de saliva expostas agrave quantidadesdiferentes de HAacute plt005 com HA6 plt001 com Controle eplt0001 com HA60 (ANOVA com poacutes-teste de Bonferroni) 105
110
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores para os indicadores de qualidade do refinamento Rietveld
para as amostras HAGNT e HA10 69
Tabela 2 - Valores de anaacutelise quantitativa de fases as amostras HAGNT e
HA10 69
Tabela 3 - Valores da razatildeo CaP obtidos por espectroscopia de energia
dispersiva (EDS) da amostras sem adiccedilatildeo de gentamicina e com
adiccedilatildeo de gentamicina 70
Tabela 4 - Tipos diferentes de fosfato de caacutelcio obtidos por diferentes razotildeesCaP 71
Tabela 5 - Valores de espectrometria de fluorescecircncia de raios X (FRX) das
amostras HA (amostra sem adiccedilatildeo de gentamicina) HA10GNT e
HA60GNT (amostras com adiccedilatildeo de gentamicina) 71
Tabela 6 - Resumo da distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica das amostras de HAsintetizadas 74
Tabela 7 - Valores de aacuterea superficial especiacutefica de HA variando a
concentraccedilatildeo de gelatina durante o preparo das amostras 77
Tabela 8 - Bandas de IV observadas nos espectros das amostras de HA
gelatina e gentamicina 90
Tabela 9 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo e com a adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI
com 01 mL de saliva humana e semeadas em placas de aacutegar
Contagens apoacutes 24 e 48 horas 103
Tabela 10 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI com 01 mL de
saliva humana e semeadas em placas de aacutegar Contagens apoacutes 24
e 48 horas para coleta de dados para tratamento estatiacutestico 104
111
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
2 - Posiccedilatildeo do pico de BraggAring - Unidade de AngstronASTM - American Society for Testing and MaterialsBET - Meacutetodo utilizado na obtenccedilatildeo da aacuterea superficial especiacuteficaBHI - Brain Heart InfusionCaP - Razatildeo molar entre caacutelcio e foacutesforoDRX - Difraccedilatildeo de raios XDSC - Calorimetria de varredura diferencialEDS - Espectroscopia por energia dispersivaFRX - Fluorescecircncia de raios XIV - InfravermelhoIVTF - Espectroscopia de infravermelho com transformada de FourrierJCPDS - Joint Committee on Powder Difraction StandardsMET - Microscopia eletrocircnica de transmissatildeoMEV - Microscopia eletrocircnica de varreduraHA - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso
HA1 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1
HA6 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1
HA10 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1
HA60 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 60 gL-1
HAGNT - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso com 1 de sulfatode gentamicina em quantidade de massa
HA1GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA6GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA10GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA60GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
Rwp - Iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos pontos do perfilSBF - Simulated Body FluidTCP - Fosfato tricaacutelcicoTG - Anaacutelise termogravimeacutetricaUFC - Unidade formadora de colocircniaaacute-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoacirc-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoν - Banda de estiramentoδ - Banda de deformaccedilatildeo
112
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 14
11 REVISAtildeO DE LITERATURA 17
111 Tecido Oacutesseo 17
112 Biomateriais 21
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais 22
1122 Aplicaccedilatildeo dos Biomateriais 23
1123 Biocompatibilidade 25
1124 Hidroxiapatita (HA) 27
113 Antibioacuteticos 33
1131 Gentamicina 34
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina 37
2 OBJETIVOS 38
21 OBJETIVO GERAL 38
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 38
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO 39
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO 39
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X 41
321 Meacutetodo de Rietveld 42
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO
BET 44
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE
TRANSMISSAtildeO (MET) 47
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS) 49
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 51
4 MATERIAIS E MEacuteTODOS 53
41 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
AQUOSO 53
42 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
GELATINOSO 55
113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
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108
Figura 23 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA (A) e HAGNT (B) comaumento de 120rsquo000x e HA P(C) e HAGNT (D) com aumento de250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 82
Figura 24 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA6 (A) e HA6GNT (B)com aumento de 120rsquo000x e HA6 (C) e HA6GNT (D) com aumentode 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a 80kV 83
Figura 25 - Micrografias de transmissatildeo das amostras HA10 (A) com aumentode 120rsquo000x e (B) com aumento de 250rsquo000x (regiatildeo destacada) a80kV 84
Figura 26 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita sem calcinaccedilatildeo (a) HA(b) HA1 (c) HA6P (d) HA10 e (e) HA60 obtidas em pastilha deKBr 85
Figura 27 - Espectro IVTF das amostras (a) gelatina pura (b) HA + gelatina e (c)HA obtidas em pastilha de KBr 87
Figura 28 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita apoacutes calcinaccedilatildeo a700ordmC (a) HA (b) HA1 (c) HA6 (d) HA10 e (e) HA60 obtidas empastilha de KBr 88
Figura 29 - Espectro IVTF das amostras (a) sulfato de gentamicina puro (b) HA+ sulfato de gentamicina puro e (c) HA obtidas em pastilha de KBr 89
Figura 30 - Espectro IVTF das amostras de hidroxipatita com adiccedilatildeo de 1 emmassa do antibioacutetico (a) HAGNT (b) HA1GNT (c) HA6GNT (d)HA10GNT e (e) HA60GNT obtidas em pastilha de KBr 92
Figura 31 - Curva TG para amostra HA com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 93
Figura 32 - Curva TG para amostra HA1 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 33 - Curva TG para amostra HA10 com taxa de aquecimento de 5ordmCminem atmosfera de N2 94
Figura 34 - Unidades formadoras de colocircnia (UFCml) dos diferentesmicrorganismos contidos na saliva (a) controle BHI puro mais 10 microLde saliva e (b) controle BHI puro mais 100 microL de saliva 95
Figura 35 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana da amostra de HA comvariaccedilatildeo da quantidade de material semeado igual a 10 20 50 e 100microL respectivamente nas placas A B C e D incubadas em caldoBHI contendo 01 mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar 96
Figura 36 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana atraveacutes da contagem dasunidades formadoras de colocircnia das amostras de controle com suasrespectivas contagem em UFC de saliva Os pontos vermelhosrepresentam as colocircnias contadas em UFC 96
Figura 37 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA comadiccedilatildeo de gentamicina (HAGNTA e HAGNTB) e sem gentamicina(HAA e HAB) incubadas em caldo BHI com 01mL de salivahumana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A e Bmostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina C eD mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 97
Figura 38 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA1 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA1GNTA e HA1GNTB) e sem
109
gentamicina (HA1A e HA1B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 39 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA6 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA6GNTA e HA6GNTB) e semgentamicina (HA6A e HA6B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 40 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA10 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA10GNTA e HA10GNTB) e semgentamicina (HA10A e HA10B) incubadas em caldo BHI com01mL de saliva humana por 24 horas e semeadas em placas deaacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) semgentamicina C e D mostram a ausecircncia de crescimento bacterianonas placas semeadas com HA com gentamicina 99
Figura 41 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras dehidroxiapatita HA60 com adiccedilatildeo de gentamicina (HA60GNTA eHA60GNTB) e sem gentamicina (HA60A e HA60B) incubadas emcaldo BHI com 01mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano(UFCmL) sem gentamicina C e D mostram a ausecircncia decrescimento bacteriano nas placas semeadas com HA comgentamicina 99
Figura 42 - Amostras de controle apoacutes 48 horas de incubaccedilatildeo ambas expressasem UFCmL 100
Figura 43 - Amostras HA sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 44 - Amostras HA1 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 45 - Amostras HA6 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 46 - Amostras HA10 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 47 - Amostras HA60 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 48 - Meacutedia e erro padratildeo dos valores transformados em Log(x) deUFCmL de bacteacuterias totais de saliva expostas agrave quantidadesdiferentes de HAacute plt005 com HA6 plt001 com Controle eplt0001 com HA60 (ANOVA com poacutes-teste de Bonferroni) 105
110
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores para os indicadores de qualidade do refinamento Rietveld
para as amostras HAGNT e HA10 69
Tabela 2 - Valores de anaacutelise quantitativa de fases as amostras HAGNT e
HA10 69
Tabela 3 - Valores da razatildeo CaP obtidos por espectroscopia de energia
dispersiva (EDS) da amostras sem adiccedilatildeo de gentamicina e com
adiccedilatildeo de gentamicina 70
Tabela 4 - Tipos diferentes de fosfato de caacutelcio obtidos por diferentes razotildeesCaP 71
Tabela 5 - Valores de espectrometria de fluorescecircncia de raios X (FRX) das
amostras HA (amostra sem adiccedilatildeo de gentamicina) HA10GNT e
HA60GNT (amostras com adiccedilatildeo de gentamicina) 71
Tabela 6 - Resumo da distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica das amostras de HAsintetizadas 74
Tabela 7 - Valores de aacuterea superficial especiacutefica de HA variando a
concentraccedilatildeo de gelatina durante o preparo das amostras 77
Tabela 8 - Bandas de IV observadas nos espectros das amostras de HA
gelatina e gentamicina 90
Tabela 9 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo e com a adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI
com 01 mL de saliva humana e semeadas em placas de aacutegar
Contagens apoacutes 24 e 48 horas 103
Tabela 10 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI com 01 mL de
saliva humana e semeadas em placas de aacutegar Contagens apoacutes 24
e 48 horas para coleta de dados para tratamento estatiacutestico 104
111
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
2 - Posiccedilatildeo do pico de BraggAring - Unidade de AngstronASTM - American Society for Testing and MaterialsBET - Meacutetodo utilizado na obtenccedilatildeo da aacuterea superficial especiacuteficaBHI - Brain Heart InfusionCaP - Razatildeo molar entre caacutelcio e foacutesforoDRX - Difraccedilatildeo de raios XDSC - Calorimetria de varredura diferencialEDS - Espectroscopia por energia dispersivaFRX - Fluorescecircncia de raios XIV - InfravermelhoIVTF - Espectroscopia de infravermelho com transformada de FourrierJCPDS - Joint Committee on Powder Difraction StandardsMET - Microscopia eletrocircnica de transmissatildeoMEV - Microscopia eletrocircnica de varreduraHA - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso
HA1 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1
HA6 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1
HA10 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1
HA60 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 60 gL-1
HAGNT - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso com 1 de sulfatode gentamicina em quantidade de massa
HA1GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA6GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA10GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA60GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
Rwp - Iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos pontos do perfilSBF - Simulated Body FluidTCP - Fosfato tricaacutelcicoTG - Anaacutelise termogravimeacutetricaUFC - Unidade formadora de colocircniaaacute-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoacirc-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoν - Banda de estiramentoδ - Banda de deformaccedilatildeo
112
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 14
11 REVISAtildeO DE LITERATURA 17
111 Tecido Oacutesseo 17
112 Biomateriais 21
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais 22
1122 Aplicaccedilatildeo dos Biomateriais 23
1123 Biocompatibilidade 25
1124 Hidroxiapatita (HA) 27
113 Antibioacuteticos 33
1131 Gentamicina 34
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina 37
2 OBJETIVOS 38
21 OBJETIVO GERAL 38
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 38
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO 39
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO 39
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X 41
321 Meacutetodo de Rietveld 42
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO
BET 44
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE
TRANSMISSAtildeO (MET) 47
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS) 49
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 51
4 MATERIAIS E MEacuteTODOS 53
41 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
AQUOSO 53
42 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
GELATINOSO 55
113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
8 REFEREcircNCIAS
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Milhares de Livros para Download Baixar livros de AdministraccedilatildeoBaixar livros de AgronomiaBaixar livros de ArquiteturaBaixar livros de ArtesBaixar livros de AstronomiaBaixar livros de Biologia GeralBaixar livros de Ciecircncia da ComputaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia da InformaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia PoliacuteticaBaixar livros de Ciecircncias da SauacutedeBaixar livros de ComunicaccedilatildeoBaixar livros do Conselho Nacional de Educaccedilatildeo - CNEBaixar livros de Defesa civilBaixar livros de DireitoBaixar livros de Direitos humanosBaixar livros de EconomiaBaixar livros de Economia DomeacutesticaBaixar livros de EducaccedilatildeoBaixar livros de Educaccedilatildeo - TracircnsitoBaixar livros de Educaccedilatildeo FiacutesicaBaixar livros de Engenharia AeroespacialBaixar livros de FarmaacuteciaBaixar livros de FilosofiaBaixar livros de FiacutesicaBaixar livros de GeociecircnciasBaixar livros de GeografiaBaixar livros de HistoacuteriaBaixar livros de Liacutenguas
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109
gentamicina (HA1A e HA1B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 39 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA6 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA6GNTA e HA6GNTB) e semgentamicina (HA6A e HA6B) incubadas em caldo BHI com 01mLde saliva humana por 24 horas e semeadas em placas de aacutegar A eB mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) sem gentamicina Ce D mostram a ausecircncia de crescimento bacteriano nas placassemeadas com HA com gentamicina 98
Figura 40 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA10 comadiccedilatildeo de gentamicina (HA10GNTA e HA10GNTB) e semgentamicina (HA10A e HA10B) incubadas em caldo BHI com01mL de saliva humana por 24 horas e semeadas em placas deaacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano (UFCmL) semgentamicina C e D mostram a ausecircncia de crescimento bacterianonas placas semeadas com HA com gentamicina 99
Figura 41 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras dehidroxiapatita HA60 com adiccedilatildeo de gentamicina (HA60GNTA eHA60GNTB) e sem gentamicina (HA60A e HA60B) incubadas emcaldo BHI com 01mL de saliva humana por 24 horas e semeadasem placas de aacutegar A e B mostram o crescimento bacteriano(UFCmL) sem gentamicina C e D mostram a ausecircncia decrescimento bacteriano nas placas semeadas com HA comgentamicina 99
Figura 42 - Amostras de controle apoacutes 48 horas de incubaccedilatildeo ambas expressasem UFCmL 100
Figura 43 - Amostras HA sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 44 - Amostras HA1 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 45 - Amostras HA6 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 101
Figura 46 - Amostras HA10 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 47 - Amostras HA60 sem adiccedilatildeo de gentamicina apoacutes 48 horas deincubaccedilatildeo ambas expressas em UFCmL 102
Figura 48 - Meacutedia e erro padratildeo dos valores transformados em Log(x) deUFCmL de bacteacuterias totais de saliva expostas agrave quantidadesdiferentes de HAacute plt005 com HA6 plt001 com Controle eplt0001 com HA60 (ANOVA com poacutes-teste de Bonferroni) 105
110
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores para os indicadores de qualidade do refinamento Rietveld
para as amostras HAGNT e HA10 69
Tabela 2 - Valores de anaacutelise quantitativa de fases as amostras HAGNT e
HA10 69
Tabela 3 - Valores da razatildeo CaP obtidos por espectroscopia de energia
dispersiva (EDS) da amostras sem adiccedilatildeo de gentamicina e com
adiccedilatildeo de gentamicina 70
Tabela 4 - Tipos diferentes de fosfato de caacutelcio obtidos por diferentes razotildeesCaP 71
Tabela 5 - Valores de espectrometria de fluorescecircncia de raios X (FRX) das
amostras HA (amostra sem adiccedilatildeo de gentamicina) HA10GNT e
HA60GNT (amostras com adiccedilatildeo de gentamicina) 71
Tabela 6 - Resumo da distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica das amostras de HAsintetizadas 74
Tabela 7 - Valores de aacuterea superficial especiacutefica de HA variando a
concentraccedilatildeo de gelatina durante o preparo das amostras 77
Tabela 8 - Bandas de IV observadas nos espectros das amostras de HA
gelatina e gentamicina 90
Tabela 9 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo e com a adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI
com 01 mL de saliva humana e semeadas em placas de aacutegar
Contagens apoacutes 24 e 48 horas 103
Tabela 10 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI com 01 mL de
saliva humana e semeadas em placas de aacutegar Contagens apoacutes 24
e 48 horas para coleta de dados para tratamento estatiacutestico 104
111
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
2 - Posiccedilatildeo do pico de BraggAring - Unidade de AngstronASTM - American Society for Testing and MaterialsBET - Meacutetodo utilizado na obtenccedilatildeo da aacuterea superficial especiacuteficaBHI - Brain Heart InfusionCaP - Razatildeo molar entre caacutelcio e foacutesforoDRX - Difraccedilatildeo de raios XDSC - Calorimetria de varredura diferencialEDS - Espectroscopia por energia dispersivaFRX - Fluorescecircncia de raios XIV - InfravermelhoIVTF - Espectroscopia de infravermelho com transformada de FourrierJCPDS - Joint Committee on Powder Difraction StandardsMET - Microscopia eletrocircnica de transmissatildeoMEV - Microscopia eletrocircnica de varreduraHA - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso
HA1 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1
HA6 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1
HA10 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1
HA60 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 60 gL-1
HAGNT - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso com 1 de sulfatode gentamicina em quantidade de massa
HA1GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA6GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA10GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA60GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
Rwp - Iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos pontos do perfilSBF - Simulated Body FluidTCP - Fosfato tricaacutelcicoTG - Anaacutelise termogravimeacutetricaUFC - Unidade formadora de colocircniaaacute-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoacirc-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoν - Banda de estiramentoδ - Banda de deformaccedilatildeo
112
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 14
11 REVISAtildeO DE LITERATURA 17
111 Tecido Oacutesseo 17
112 Biomateriais 21
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais 22
1122 Aplicaccedilatildeo dos Biomateriais 23
1123 Biocompatibilidade 25
1124 Hidroxiapatita (HA) 27
113 Antibioacuteticos 33
1131 Gentamicina 34
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina 37
2 OBJETIVOS 38
21 OBJETIVO GERAL 38
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 38
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO 39
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO 39
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X 41
321 Meacutetodo de Rietveld 42
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO
BET 44
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE
TRANSMISSAtildeO (MET) 47
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS) 49
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 51
4 MATERIAIS E MEacuteTODOS 53
41 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
AQUOSO 53
42 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
GELATINOSO 55
113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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110
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores para os indicadores de qualidade do refinamento Rietveld
para as amostras HAGNT e HA10 69
Tabela 2 - Valores de anaacutelise quantitativa de fases as amostras HAGNT e
HA10 69
Tabela 3 - Valores da razatildeo CaP obtidos por espectroscopia de energia
dispersiva (EDS) da amostras sem adiccedilatildeo de gentamicina e com
adiccedilatildeo de gentamicina 70
Tabela 4 - Tipos diferentes de fosfato de caacutelcio obtidos por diferentes razotildeesCaP 71
Tabela 5 - Valores de espectrometria de fluorescecircncia de raios X (FRX) das
amostras HA (amostra sem adiccedilatildeo de gentamicina) HA10GNT e
HA60GNT (amostras com adiccedilatildeo de gentamicina) 71
Tabela 6 - Resumo da distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica das amostras de HAsintetizadas 74
Tabela 7 - Valores de aacuterea superficial especiacutefica de HA variando a
concentraccedilatildeo de gelatina durante o preparo das amostras 77
Tabela 8 - Bandas de IV observadas nos espectros das amostras de HA
gelatina e gentamicina 90
Tabela 9 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo e com a adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI
com 01 mL de saliva humana e semeadas em placas de aacutegar
Contagens apoacutes 24 e 48 horas 103
Tabela 10 - Avaliaccedilatildeo da atividade antimicrobiana das amostras de HA sem
adiccedilatildeo de gentamicina incubadas em caldo BHI com 01 mL de
saliva humana e semeadas em placas de aacutegar Contagens apoacutes 24
e 48 horas para coleta de dados para tratamento estatiacutestico 104
111
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
2 - Posiccedilatildeo do pico de BraggAring - Unidade de AngstronASTM - American Society for Testing and MaterialsBET - Meacutetodo utilizado na obtenccedilatildeo da aacuterea superficial especiacuteficaBHI - Brain Heart InfusionCaP - Razatildeo molar entre caacutelcio e foacutesforoDRX - Difraccedilatildeo de raios XDSC - Calorimetria de varredura diferencialEDS - Espectroscopia por energia dispersivaFRX - Fluorescecircncia de raios XIV - InfravermelhoIVTF - Espectroscopia de infravermelho com transformada de FourrierJCPDS - Joint Committee on Powder Difraction StandardsMET - Microscopia eletrocircnica de transmissatildeoMEV - Microscopia eletrocircnica de varreduraHA - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso
HA1 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1
HA6 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1
HA10 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1
HA60 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 60 gL-1
HAGNT - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso com 1 de sulfatode gentamicina em quantidade de massa
HA1GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA6GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA10GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA60GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
Rwp - Iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos pontos do perfilSBF - Simulated Body FluidTCP - Fosfato tricaacutelcicoTG - Anaacutelise termogravimeacutetricaUFC - Unidade formadora de colocircniaaacute-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoacirc-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoν - Banda de estiramentoδ - Banda de deformaccedilatildeo
112
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 14
11 REVISAtildeO DE LITERATURA 17
111 Tecido Oacutesseo 17
112 Biomateriais 21
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais 22
1122 Aplicaccedilatildeo dos Biomateriais 23
1123 Biocompatibilidade 25
1124 Hidroxiapatita (HA) 27
113 Antibioacuteticos 33
1131 Gentamicina 34
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina 37
2 OBJETIVOS 38
21 OBJETIVO GERAL 38
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 38
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO 39
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO 39
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X 41
321 Meacutetodo de Rietveld 42
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO
BET 44
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE
TRANSMISSAtildeO (MET) 47
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS) 49
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 51
4 MATERIAIS E MEacuteTODOS 53
41 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
AQUOSO 53
42 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
GELATINOSO 55
113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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80MOSTAFA N Y Characterization thermal stability and sintering ofhidroxyapatite powders prepared by different routes Matherials Chemistryand Physics vol94 p333-341 2005
81DIAS K S ALMEIDA D S SILVA A B L MARQUES M S MENEZESI A C SANTOS T C MELLO I C M CARVALHO A C S ANTONIOLLIA R MARCcedilAL R M Avaliaccedilatildeo dos efeitos miorelaxante antiespasmoacutedico eantinociceptivo do extrato aquoso da Phoradendron piperiodes RevistaBrasileira de Farmacognosia vol17 p 373-377 2007
82SILVA A B L DIAS K S MARQUES M S MENEZES I A C SANTOST C MELLO I C M LISBOA A C C D CAVALCANTI S C HMARCcedilAL R M ANTONIOLLI A R Avaliaccedilatildeo do efeito antinociceptivo e datoxicidade aguda do extrato aquoso da Hyptis fruticosa Salmz ex BenthRevista Brasileira de Farmacognosia vol16 p 475-479 2006
83CAMPOS G M Estatiacutestica praacutetica para docentes e poacutes-graduandosdisponiacutevel em lthttpwwwforpuspbrrestauradoragmcgmc_livrogmc_livro_cap13html gt Acesso em 12 de junho de 2009
84UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA Biblioteca Central ProfFaris Michaele Manual de normalizaccedilatildeo bibliograacutefica para trabalhoscientiacuteficos Ponta Grossa UEPG 2005
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111
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
2 - Posiccedilatildeo do pico de BraggAring - Unidade de AngstronASTM - American Society for Testing and MaterialsBET - Meacutetodo utilizado na obtenccedilatildeo da aacuterea superficial especiacuteficaBHI - Brain Heart InfusionCaP - Razatildeo molar entre caacutelcio e foacutesforoDRX - Difraccedilatildeo de raios XDSC - Calorimetria de varredura diferencialEDS - Espectroscopia por energia dispersivaFRX - Fluorescecircncia de raios XIV - InfravermelhoIVTF - Espectroscopia de infravermelho com transformada de FourrierJCPDS - Joint Committee on Powder Difraction StandardsMET - Microscopia eletrocircnica de transmissatildeoMEV - Microscopia eletrocircnica de varreduraHA - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso
HA1 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1
HA6 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1
HA10 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1
HA60 - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 60 gL-1
HAGNT - Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio aquoso com 1 de sulfatode gentamicina em quantidade de massa
HA1GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 1 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA6GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 6 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA10GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
HA60GNT- Hidroxiapatita sintetizada por precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso em concentraccedilatildeode gelatina igual a 10 gL-1 com 1 de sulfato de gentamicina em quantidade demassa
Rwp - Iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos pontos do perfilSBF - Simulated Body FluidTCP - Fosfato tricaacutelcicoTG - Anaacutelise termogravimeacutetricaUFC - Unidade formadora de colocircniaaacute-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoacirc-TCP - Polimorfo de fosfato tricaacutelcicoν - Banda de estiramentoδ - Banda de deformaccedilatildeo
112
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 14
11 REVISAtildeO DE LITERATURA 17
111 Tecido Oacutesseo 17
112 Biomateriais 21
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais 22
1122 Aplicaccedilatildeo dos Biomateriais 23
1123 Biocompatibilidade 25
1124 Hidroxiapatita (HA) 27
113 Antibioacuteticos 33
1131 Gentamicina 34
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina 37
2 OBJETIVOS 38
21 OBJETIVO GERAL 38
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 38
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO 39
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO 39
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X 41
321 Meacutetodo de Rietveld 42
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO
BET 44
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE
TRANSMISSAtildeO (MET) 47
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS) 49
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 51
4 MATERIAIS E MEacuteTODOS 53
41 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
AQUOSO 53
42 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
GELATINOSO 55
113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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73MOREIRA E L EON J ROSSI A M 2006 Anaacutelise por difraccedilatildeo de raio-xde uma hidroxiapatita carbonatada usando o meacutetodo de Rietveld Livro deResumos 28ordm SBQ p 152 2006
74ARAUacuteJO J C SENA L BASTOS I N SOARES G D A Siacutentese dahidroxiaptita e refinamento estrutural por difraccedilatildeo de raios X Quiacutemica Novavol 30 nordm 8 p 1853-1859 2007
75RIBEIRO C RIGO E C S SEPUacuteLVEDA P BRESSIANI J CBRESSIANI A H A Formation of calcium phosphate layer on ceramicswithdifferent reactivities Material Science and Engineering vol 24 p 631-6362004
163
76NARBAT M K ORANG F HASHTJIN M S GOUDARZI A Fabrication ofporous hydroxyapatite-gelatin composite scaffolds for bone tissue engineeringIranian Biomedical Journal vol10 nordm 4 p 215-223 2006
77KIM H W KNOWLES J C KIM H E Porous scaffolds of gelatinndashhydroxyapatite nanocomposites obtained by biomimetic approachcharaterization and antibiotic drug release Journal of Biomedical MaterialsResearch vol 74-B 686-698 2005
78GOUVEIA D S COUTINHO A C S GUIMARAtildeES L M F BRESSIANIA H A BRESSIANI J C Efeito da velocidade de adiccedilatildeo do H3PO4 e daincorporaccedilatildeo do Mg2+ na siacutentese do HA 51ordm Congresso de Ceracircmica Livrode Resumos Salvador 12p 2007
79LANDI E TAMPIERI A CELOTTI G VICHI L SANDRI M Influence ofsynthesis and sintering parameters on the characteristics of carbonate apatiteBiomaterials vol 25 p 1763-1770 2004
80MOSTAFA N Y Characterization thermal stability and sintering ofhidroxyapatite powders prepared by different routes Matherials Chemistryand Physics vol94 p333-341 2005
81DIAS K S ALMEIDA D S SILVA A B L MARQUES M S MENEZESI A C SANTOS T C MELLO I C M CARVALHO A C S ANTONIOLLIA R MARCcedilAL R M Avaliaccedilatildeo dos efeitos miorelaxante antiespasmoacutedico eantinociceptivo do extrato aquoso da Phoradendron piperiodes RevistaBrasileira de Farmacognosia vol17 p 373-377 2007
82SILVA A B L DIAS K S MARQUES M S MENEZES I A C SANTOST C MELLO I C M LISBOA A C C D CAVALCANTI S C HMARCcedilAL R M ANTONIOLLI A R Avaliaccedilatildeo do efeito antinociceptivo e datoxicidade aguda do extrato aquoso da Hyptis fruticosa Salmz ex BenthRevista Brasileira de Farmacognosia vol16 p 475-479 2006
83CAMPOS G M Estatiacutestica praacutetica para docentes e poacutes-graduandosdisponiacutevel em lthttpwwwforpuspbrrestauradoragmcgmc_livrogmc_livro_cap13html gt Acesso em 12 de junho de 2009
84UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA Biblioteca Central ProfFaris Michaele Manual de normalizaccedilatildeo bibliograacutefica para trabalhoscientiacuteficos Ponta Grossa UEPG 2005
Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
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112
SUMAacuteRIO
1 INTRODUCcedilAtildeO 14
11 REVISAtildeO DE LITERATURA 17
111 Tecido Oacutesseo 17
112 Biomateriais 21
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais 22
1122 Aplicaccedilatildeo dos Biomateriais 23
1123 Biocompatibilidade 25
1124 Hidroxiapatita (HA) 27
113 Antibioacuteticos 33
1131 Gentamicina 34
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina 37
2 OBJETIVOS 38
21 OBJETIVO GERAL 38
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 38
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO 39
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO 39
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X 41
321 Meacutetodo de Rietveld 42
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO
BET 44
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE
TRANSMISSAtildeO (MET) 47
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS) 49
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 51
4 MATERIAIS E MEacuteTODOS 53
41 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
AQUOSO 53
42 SIacuteNTESE DA HIDROXIAPATITA POR PRECIPITACcedilAtildeO EM MEIO
GELATINOSO 55
113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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77KIM H W KNOWLES J C KIM H E Porous scaffolds of gelatinndashhydroxyapatite nanocomposites obtained by biomimetic approachcharaterization and antibiotic drug release Journal of Biomedical MaterialsResearch vol 74-B 686-698 2005
78GOUVEIA D S COUTINHO A C S GUIMARAtildeES L M F BRESSIANIA H A BRESSIANI J C Efeito da velocidade de adiccedilatildeo do H3PO4 e daincorporaccedilatildeo do Mg2+ na siacutentese do HA 51ordm Congresso de Ceracircmica Livrode Resumos Salvador 12p 2007
79LANDI E TAMPIERI A CELOTTI G VICHI L SANDRI M Influence ofsynthesis and sintering parameters on the characteristics of carbonate apatiteBiomaterials vol 25 p 1763-1770 2004
80MOSTAFA N Y Characterization thermal stability and sintering ofhidroxyapatite powders prepared by different routes Matherials Chemistryand Physics vol94 p333-341 2005
81DIAS K S ALMEIDA D S SILVA A B L MARQUES M S MENEZESI A C SANTOS T C MELLO I C M CARVALHO A C S ANTONIOLLIA R MARCcedilAL R M Avaliaccedilatildeo dos efeitos miorelaxante antiespasmoacutedico eantinociceptivo do extrato aquoso da Phoradendron piperiodes RevistaBrasileira de Farmacognosia vol17 p 373-377 2007
82SILVA A B L DIAS K S MARQUES M S MENEZES I A C SANTOST C MELLO I C M LISBOA A C C D CAVALCANTI S C HMARCcedilAL R M ANTONIOLLI A R Avaliaccedilatildeo do efeito antinociceptivo e datoxicidade aguda do extrato aquoso da Hyptis fruticosa Salmz ex BenthRevista Brasileira de Farmacognosia vol16 p 475-479 2006
83CAMPOS G M Estatiacutestica praacutetica para docentes e poacutes-graduandosdisponiacutevel em lthttpwwwforpuspbrrestauradoragmcgmc_livrogmc_livro_cap13html gt Acesso em 12 de junho de 2009
84UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA Biblioteca Central ProfFaris Michaele Manual de normalizaccedilatildeo bibliograacutefica para trabalhoscientiacuteficos Ponta Grossa UEPG 2005
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113
43 IMPREGNACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS DE HIDROXIAPATITA COM
SULFATO DE GENTAMICINA 56
44 CARACTERIZACcedilAtildeO DAS AMOSTRAS 57
441 Teste em presenccedila de saliva 60
4411 Teste qualitativo da mistura HA + saliva 61
4412 Teste quantitativo (contagem UFC) da amostras de HA impregnadas
com gentamicina 63
5 RESULTADOS E DISCUSSAtildeO 64
51 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X (DRX) 64
511 Refinamento pelo meacutetodo de Rietveld 67
52 DISTRIBUICcedilAtildeO GRANULOMEacuteTRICA E AacuteREA SUPERFICIAL
ESPECIacuteFICA 74
53 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) 78
54 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE TRANSMISSAtildeO (MET) 82
55 INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURRIER (IVTF) 85
56 ANAacuteLISE TEacuteRMICA 93
57 TESTE MICROBIOLOacuteGICO EM PRESENCcedilA DE SALIVA HUMANA 95
571 Tratamento estatiacutestico dos dados coletados nas contagens de UFCmL 104
6 CONCLUSOtildeES 107
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS 108
8 REFEREcircNCIAS 109
114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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84UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA Biblioteca Central ProfFaris Michaele Manual de normalizaccedilatildeo bibliograacutefica para trabalhoscientiacuteficos Ponta Grossa UEPG 2005
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114
1 INTRODUCcedilAtildeO
Dentre muitos materiais utilizados como substituintes ou enxerto nos reparos
do tecido oacutesseo uma classe muito importante eacute constituiacuteda pelos fosfatos de caacutelcio
Este grupo de biomateriais eacute estudado haacute longo tempo e tem se aprimorado
constantemente Os fosfatos de caacutelcio satildeo utilizados amplamente no reparo de
tecidos oacutesseos injuriados na forma de implantes ou enxertos Suas propriedades
lhes conferem o caraacuteter de biocompatiacuteveis tornando-os fundamentais para a
utilizaccedilatildeo em novos experimentos sendo por sua vez estudados natildeo somente por
suas propriedades como materiais de reconstruccedilatildeo tecidual mas tambeacutem pelo seu
comportamento frente agrave exposiccedilatildeo ao meio in vivo suas propriedades fiacutesicas como
resistecircncia agrave traccedilatildeo flexibilidade cristalinidade tamanho de partiacuteculas aleacutem de
rotas alternativas de obtenccedilatildeo1-5
Um dos fosfatos de caacutelcio mais utilizados no reparo de tecidos oacutesseos eacute a
hidroxiapatita (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 que eacute um componente da estrutura oacutessea
humana usado tambeacutem como reserva de foacutesforo e que constitui uma fase menos
soluacutevel dos fosfatos de caacutelcio quando obtidos por uma rota convencional do sistema
Ca(OH)2H3PO4 em pH baacutesico para a formaccedilatildeo da HA como cita Santos2
Estudos de biocompatibilidade da HA satildeo realizados haacute algum tempo e
recentemente seu uso como cimento oacutesseo tem sido testado frente a fluidos
corporais ou fluidos que simulam a concentraccedilatildeo dos minerais constituintes do
sangue Neste caso temos ainda a possibilidade de infecccedilatildeo do tecido reparado do
qual se deseja extinguir senatildeo ao menos diminuir a possibilidade do seu
desenvolvimento no periacuteodo de adaptaccedilatildeo durante o tratamento Assim um dos
115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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115
alvos destes estudos eacute a incorporaccedilatildeo de drogas aos compostos derivados dos
fosfatos de caacutelcio e demais biomateriais utilizados como enxertos oacutesseos3-5 As
possibilidades de estudo satildeo amplas e a perspectiva de melhoria para o paciente
que utiliza o enxerto combinado com a droga eacute evidente
Ensaios microbioloacutegicos do biomaterial in vitro ou in vivo permitem avaliar a
eficaacutecia da droga testada estes testes natildeo satildeo utilizados somente para estabelecer
um padratildeo de funcionalidade mas tambeacutem para determinaccedilatildeo de um valor
quantitativo em relaccedilatildeo ao percentual da droga permitida na utilizaccedilatildeo aleacutem de
estabelecer um padratildeo de eficaacutecia em relaccedilatildeo agrave contenccedilatildeo ou eliminaccedilatildeo dos
microrganismos que possam se desenvolver no local do reparo5
Na avaliaccedilatildeo de substituintes teciduais especialmente oacutesseos eacute possiacutevel
fazer uma associaccedilatildeo entre o enxerto e determinados componentes para aumentar a
resistecircncia mecacircnica do material e a elasticidade entre outros fatores Uma
possibilidade eacute a utilizaccedilatildeo do colaacutegeno que eacute um poliacutemero natural e compotildee parte
da matriz oacutessea dos dentes da pele dos tendotildees e cartilagens com a intenccedilatildeo de
modificar suas propriedades mecacircnicas78
Outro material que pode ser utilizado na alteraccedilatildeo da condiccedilatildeo do meio de
precipitaccedilatildeo ou na associaccedilatildeo com a HA eacute a gelatina que eacute obtida pela hidroacutelise
parcial do colaacutegeno As caracteriacutesticas de hidrocoloacuteide da gelatina e sua propriedade
de formar geacuteis termicamente reversiacuteveis garantem uma infinidade de aplicaccedilotildees
tais como agente de gelificaccedilatildeo estabilizante e emulsificante910
Neste trabalho foram obtidas compoacutesitos de HA-gelatina usando diferentes
concentraccedilotildees de gelatina no meio de precipitaccedilatildeo com a intenccedilatildeo de avaliar a
melhor concentraccedilatildeo para obtenccedilatildeo de um material mais puro atraveacutes de uma rota
alternativa utilizando os precursores Ca(OH)2 e H3PO4 em presenccedila de gelatina
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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Baixar livros de LiteraturaBaixar livros de Literatura de CordelBaixar livros de Literatura InfantilBaixar livros de MatemaacuteticaBaixar livros de MedicinaBaixar livros de Medicina VeterinaacuteriaBaixar livros de Meio AmbienteBaixar livros de MeteorologiaBaixar Monografias e TCCBaixar livros MultidisciplinarBaixar livros de MuacutesicaBaixar livros de PsicologiaBaixar livros de QuiacutemicaBaixar livros de Sauacutede ColetivaBaixar livros de Serviccedilo SocialBaixar livros de SociologiaBaixar livros de TeologiaBaixar livros de TrabalhoBaixar livros de Turismo
116
comercial Este trabalho tambeacutem contempla a incorporaccedilatildeo de um material
antibioacutetico o sulfato de gentamicina associado agraves amostras de HA e HA-gelatina
como agente minimizador de rejeiccedilatildeo do tecido substituiacutedo em virtude da utilizaccedilatildeo
claacutessica deste faacutermaco nos tecidos oacutesseo e epideacutermico por possuir boa capacidade
de penetraccedilatildeo oacutessea sendo amplamente usado no tratamento de pacientes que
passaram por cirurgias ortopeacutedicas1112
117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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Milhares de Livros para Download Baixar livros de AdministraccedilatildeoBaixar livros de AgronomiaBaixar livros de ArquiteturaBaixar livros de ArtesBaixar livros de AstronomiaBaixar livros de Biologia GeralBaixar livros de Ciecircncia da ComputaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia da InformaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia PoliacuteticaBaixar livros de Ciecircncias da SauacutedeBaixar livros de ComunicaccedilatildeoBaixar livros do Conselho Nacional de Educaccedilatildeo - CNEBaixar livros de Defesa civilBaixar livros de DireitoBaixar livros de Direitos humanosBaixar livros de EconomiaBaixar livros de Economia DomeacutesticaBaixar livros de EducaccedilatildeoBaixar livros de Educaccedilatildeo - TracircnsitoBaixar livros de Educaccedilatildeo FiacutesicaBaixar livros de Engenharia AeroespacialBaixar livros de FarmaacuteciaBaixar livros de FilosofiaBaixar livros de FiacutesicaBaixar livros de GeociecircnciasBaixar livros de GeografiaBaixar livros de HistoacuteriaBaixar livros de Liacutenguas
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117
11 REVISAtildeO DE LITERATURA
111 Tecido Oacutesseo
O tecido oacutesseo eacute um tipo de tecido conjuntivo formado por ceacutelulas e
substacircncias que promovem a sustentaccedilatildeo corporal dos animais vertebrados
contribuindo aproximadamente com 15 do peso do corpo13
Figura 1 - Modelo de um esqueleto humano14
A funccedilatildeo do tecido oacutesseo associada agrave conformaccedilatildeo anatocircmica do
esqueleto Figura 1 viabiliza aos organismos algumas vantagens fisioloacutegicas
118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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80MOSTAFA N Y Characterization thermal stability and sintering ofhidroxyapatite powders prepared by different routes Matherials Chemistryand Physics vol94 p333-341 2005
81DIAS K S ALMEIDA D S SILVA A B L MARQUES M S MENEZESI A C SANTOS T C MELLO I C M CARVALHO A C S ANTONIOLLIA R MARCcedilAL R M Avaliaccedilatildeo dos efeitos miorelaxante antiespasmoacutedico eantinociceptivo do extrato aquoso da Phoradendron piperiodes RevistaBrasileira de Farmacognosia vol17 p 373-377 2007
82SILVA A B L DIAS K S MARQUES M S MENEZES I A C SANTOST C MELLO I C M LISBOA A C C D CAVALCANTI S C HMARCcedilAL R M ANTONIOLLI A R Avaliaccedilatildeo do efeito antinociceptivo e datoxicidade aguda do extrato aquoso da Hyptis fruticosa Salmz ex BenthRevista Brasileira de Farmacognosia vol16 p 475-479 2006
83CAMPOS G M Estatiacutestica praacutetica para docentes e poacutes-graduandosdisponiacutevel em lthttpwwwforpuspbrrestauradoragmcgmc_livrogmc_livro_cap13html gt Acesso em 12 de junho de 2009
84UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA Biblioteca Central ProfFaris Michaele Manual de normalizaccedilatildeo bibliograacutefica para trabalhoscientiacuteficos Ponta Grossa UEPG 2005
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118
correlacionadas ao haacutebito de cada espeacutecie como por exemplo ponto de inserccedilatildeo
dos nervos apoio aos muacutesculos adaptaccedilotildees locomotoras produccedilatildeo de ceacutelulas do
sangue bem como proteccedilatildeo a alguns oacutergatildeos vitais (pulmatildeo coraccedilatildeo ceacuterebro)1315
Entre os principais componentes dos ossos estatildeo os elementos
fundamentais que constituem a fraccedilatildeo inorgacircnica como os sais de caacutelcio o foacutesforo e
o magneacutesio conferindo resistecircncia atraveacutes da formaccedilatildeo de cristais responsaacuteveis
pela rigidez Eacute tambeacutem formado por uma fraccedilatildeo orgacircnica chamada ldquomatriz oacutesseardquo
que possui substacircncias intercelulares com abundante presenccedila de fibras colaacutegenas
e glicoproteacuteicas permitindo consideraacutevel flexibilidade agraves unidades oacutesseas1415
Na organizaccedilatildeo macroscoacutepica de um osso eacute possiacutevel observar duas regiotildees
bem distintas uma camada compacta mais externa e outra esponjosa interna
contendo microscopicamente a mesma composiccedilatildeo histoloacutegica
Esse tecido eacute formado por ceacutelulas vivas dispostas em lacunas longitudinais
paralelas (perfil vertical) ou lamelas concecircntricas com camadas circunscritas a partir
de um eixo central denominado de canal de Havers (perfil horizontal) como mostra
a Figura 2 As ceacutelulas que integram esse tecido podem ser os osteoblastos
produzindo a matriz mesenquimal e os osteoacutecitos ceacutelulas com baixo potencial
metaboacutelico inseridas na matriz atuando na manutenccedilatildeo e reposiccedilatildeo dos
componentes orgacircnicos14
119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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119
Figura 2 - Corte do osso Representaccedilatildeo dos canais de Havers16
As ceacutelulas mesenquimatosas indiferenciadas aleacutem da capacidade de se
moverem atraveacutes dos tecidos tecircm o potencial de se dividir rapidamente e se
diferenciar em ceacutelulas especializadas do tecido muacutesculo-esqueleacutetico como exemplo
em ceacutelulas de cartilagem osso tecidos fibrosos densos e muacutesculos Inuacutemeros
fatores sistecircmicos relacionados com a nutriccedilatildeo o equiliacutebrio hormonal ou ainda
combinados com outros fatores locais presenccedila de oxigecircnio citocinas nutrientes
entre outros influenciam a proliferaccedilatildeo e a diferenciaccedilatildeo das ceacutelulas
mesenquimatosas17
Eacute importante realccedilar que o osso in natura possui uma matriz proteacuteica que
perfaz respectivamente 70 do volume e 30 do peso do osso enquanto que a
matriz inorgacircnica que eacute formada principalmente pelo fosfato de caacutelcio corresponde
apenas a 30 do volume e 60 do peso Os complementos restantes equivalem a
outras substacircncias principalmente a aacutegua Eacute conceito baacutesico da Fiacutesica que a
estrutura de subsistecircncia de qualquer substacircncia produto objeto ou do proacuteprio
120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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Milhares de Livros para Download Baixar livros de AdministraccedilatildeoBaixar livros de AgronomiaBaixar livros de ArquiteturaBaixar livros de ArtesBaixar livros de AstronomiaBaixar livros de Biologia GeralBaixar livros de Ciecircncia da ComputaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia da InformaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia PoliacuteticaBaixar livros de Ciecircncias da SauacutedeBaixar livros de ComunicaccedilatildeoBaixar livros do Conselho Nacional de Educaccedilatildeo - CNEBaixar livros de Defesa civilBaixar livros de DireitoBaixar livros de Direitos humanosBaixar livros de EconomiaBaixar livros de Economia DomeacutesticaBaixar livros de EducaccedilatildeoBaixar livros de Educaccedilatildeo - TracircnsitoBaixar livros de Educaccedilatildeo FiacutesicaBaixar livros de Engenharia AeroespacialBaixar livros de FarmaacuteciaBaixar livros de FilosofiaBaixar livros de FiacutesicaBaixar livros de GeociecircnciasBaixar livros de GeografiaBaixar livros de HistoacuteriaBaixar livros de Liacutenguas
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120
corpo humano eacute a responsaacutevel pela sua resistecircncia e sustentaccedilatildeo assim eacute possiacutevel
entender que o colaacutegeno oacutesseo estrutura de sustentaccedilatildeo de vaacuterios tecidos
humanos inclusive do osso apresente relaccedilatildeo direta entre deterioraccedilatildeo e o risco de
fratura71819
Sendo o tecido oacutesseo altamente vascularizado todo o esqueleto recebe a
cada minuto 10 de todo o deacutebito cardiacuteaco revelando a importacircncia de uma eficaz
perfusatildeo sanguiacutenea oacutessea para oferecer nutrientes baacutesicos essenciais agrave adequada
siacutentese de colaacutegeno1819
O colaacutegeno torna o material mais resistente e aumenta sua cristalinidade
aleacutem de reduzir efeitos como irritabilidade e alergenicidade promovendo ainda a
cicatrizaccedilatildeo de fraturas e a regeneraccedilatildeo oacutessea devido agrave sua habilidade em facilitar o
crescimento O colaacutegeno eacute a proteiacutena mais abundante no organismo humano
constituindo cerca de 30 do total das proteiacutenas e 6 do peso corpoacutereo Esta
proteiacutena eacute biodegradaacutevel e de faacutecil obtenccedilatildeo podendo ser extraiacuteda de animais ou
obtida por siacutentese20
Na fase inicial do crescimento oacutesseo ocorre um contato estreito da HA com
as fibrilas do colaacutegeno em locais especiacuteficos denominados de ldquoburacos ldquo que
existem entre as fibrilas que compotildeem a tripla-heacutelice do colaacutegeno Essa disposiccedilatildeo
sobre a matriz proteacuteica baacutesica resulta em um produto bilamelar que eacute responsaacutevel
pelas propriedades mecacircnicas do osso sendo portanto capaz de resistir a todo tipo
de estresse mecacircnico20
Por sua vez o colaacutegeno confere a todos os tipos de tecidos conjuntivos a
sua forma baacutesica e no tecido oacutesseo eacute o principal responsaacutevel pela resistecircncia tecircnsil
121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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121
(resistecircncia agrave fratura) No entanto os tipos as concentraccedilotildees e a organizaccedilatildeo do
colaacutegeno satildeo variaacuteveis em cada tecido inclusive no oacutesseo1820
112 Biomateriais
A busca incansaacutevel do ser humano pela longevidade e por melhores padrotildees
de vida acaba por desencadear a necessidade do estudo desenvolvimento e
aprimoramento de teacutecnicas na aacuterea da medicina Algumas das teacutecnicas
desenvolvidas levaram a uma gama de alternativas para o reparo e a substituiccedilatildeo de
tecidos vivos afetados por traumas patologias e fraturas entre outros Estes
materiais utilizados para a substituiccedilatildeo de tecidos injuriados satildeo denominados de
biomateriais21
Biomateriais satildeo substacircncias de origem natural ou sinteacutetica e que satildeo
toleradas de forma variaacutevel podendo ser absorvidas permanentemente por
diferentes tecidos que constituem os oacutergatildeos dos seres vivos Eles podem substituir
por completo ou partes de um tecido vitimado podendo tambeacutem fazer parte de
tratamento como fonte restauradora parcial1217
Em uma visatildeo mais abrangente um biomaterial eacute um dispositivo meacutedico
elaborado para interagir com sistemas bioloacutegicos a fim de realizar seu reparo
podendo ser de origem bioloacutegica ou natildeo1217
Para ser considerado um biomaterial vaacuterios criteacuterios devem ser atendidos
Segundo a Conferecircncia de Consenso em Biomateriais para Aplicaccedilotildees Cliacutenicas
realizada em 19822 um biomaterial eacute toda substacircncia ou combinaccedilatildeo de
substacircncias (com exceccedilatildeo de drogas) de origem sinteacutetica ou natural que durante um
periacuteodo de tempo indeterminado eacute empregado como um todo ou parte integrante de
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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Baixar livros de LiteraturaBaixar livros de Literatura de CordelBaixar livros de Literatura InfantilBaixar livros de MatemaacuteticaBaixar livros de MedicinaBaixar livros de Medicina VeterinaacuteriaBaixar livros de Meio AmbienteBaixar livros de MeteorologiaBaixar Monografias e TCCBaixar livros MultidisciplinarBaixar livros de MuacutesicaBaixar livros de PsicologiaBaixar livros de QuiacutemicaBaixar livros de Sauacutede ColetivaBaixar livros de Serviccedilo SocialBaixar livros de SociologiaBaixar livros de TeologiaBaixar livros de TrabalhoBaixar livros de Turismo
122
um sistema para tratamento ampliaccedilatildeo ou substituiccedilatildeo de quaisquer tecidos oacutergatildeos
ou funccedilotildees corporais O que significa que estas substacircncias satildeo classificadas desta
maneira porque consistem em materiais de uso meacutedico odontoloacutegico veterinaacuterio
farmacoloacutegico e implantes em contato direto com tecidos do corpo1217
1121 Classificaccedilatildeo dos Biomateriais
De acordo com o comportamento fisioloacutegico os biomateriais podem ser
classificados como
bull Biotoleraacuteveis materiais apenas tolerados pelo organismo sendo isolados dos
tecidos adjacentes por meio da formaccedilatildeo de camada envoltoacuteria de tecido
fibroso
bull Bioinertes materiais tambeacutem tolerados pelo organismo poreacutem a formaccedilatildeo de
envoltoacuterio fibroso eacute praticamente inexistente O material natildeo libera nenhum
tipo de componente sendo os mais utilizados a alumina a zircocircnia o titacircnio e
suas ligas e o carbono
bull Bioativos materiais que estabelecem ligaccedilotildees de natureza quiacutemica com o
tecido oacutesseo (osteointegraccedilatildeo) Os principais materiais desta classe satildeo os
vidros e vitroceracircmicas agrave base de fosfatos de caacutelcio a hidroxiapatita e os
compostos de fosfato de caacutelcio
bull Absorviacuteveis materiais que apoacutes certo periacuteodo de tempo em contato com os
tecidos acabam sendo degradados solubilizados ou fagocitados pelo
organismo Os principais exemplos satildeo o fosfato tricaacutelcico (TCP) e o aacutecido
polilaacutetico217
123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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84UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA Biblioteca Central ProfFaris Michaele Manual de normalizaccedilatildeo bibliograacutefica para trabalhoscientiacuteficos Ponta Grossa UEPG 2005
Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
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123
1122 Aplicaccedilotildees dos Biomateriais
Com o aumento no nuacutemero de pacientes a ciecircncia meacutedica acaba recorrendo
aos avanccedilos na aacuterea de biomateriais para suprir as necessidades ocasionadas pelo
aumento da populaccedilatildeo e a melhora da qualidade de vida almejada por uma
populaccedilatildeo que cresce em expectativa de vida Os problemas com os acidentes de
tracircnsito aleacutem daqueles decorrentes da longevidade da populaccedilatildeo como eacute o caso da
osteoporose satildeo alguns dos fatores que impulsionam o amplo avanccedilo no estudo
dos biomateriais22122
Dos materiais sinteacuteticos utilizados para reparar tecidos oacutesseos as ceracircmicas
(bioceracircmicas) satildeo as mais empregadas Estas se apresentam na forma de poacute
revestimento ou proacuteteses ou ainda como material de substituiccedilatildeo dos tecidos
afetados como ossos juntas e dentes2122
Alguns biomateriais satildeo utilizados como cimentos satildeo materiais que
possuem a capacidade de enrijecimento natural ou artificial pela combinaccedilatildeo de
fases distintas ou recombinaccedilatildeo de fases que pode acontecer pela exclusatildeo da
aacutegua como exemplo Os cimentos de substituiccedilatildeo oacutessea usados como enxertos
odontoloacutegicos agrave base de fosfato de zinco e silicato foram desenvolvidos em 1870 e
tecircm sido utilizados ateacute hoje No iniacutecio destes estudos houve o desenvolvimento de
um cimento de silicato que apresenta excelentes propriedades tais como cor
translucidez e ainda valor profilaacutetico apresentando accedilatildeo anticariogecircnica derivada
dos fluoretos presentes em sua composiccedilatildeo Estes cimentos natildeo devem ser toacutexicos
e devem apresentar forte ligaccedilatildeo aos ossos bem como possuir propriedades
mecacircnicas e quiacutemicas que sejam satisfatoacuterias2422
124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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124
O cimento oacutesseo como enxerto eacute colocado nos espaccedilos vazios entre o
implante e a superfiacutecie oacutessea endosteal que endurece em pouco tempo e assegura
a firme colocaccedilatildeo da proacutetese ao preencher por completo o espaccedilo vazio entre o
implante e o osso A aplicaccedilatildeo de cimentos oacutesseos contempla uma seacuterie de
vantagens das quais trecircs satildeo citadas a seguir
bull as dimensotildees da cavidade formada no osso para poder fixar a proacutetese natildeo
satildeo tatildeo criacuteticas pois o cimento proporciona um encaixe ajustaacutevel
bull como natildeo eacute um ajuste exato natildeo eacute necessaacuterio golpear a proacutetese ao colocaacute-
la na posiccedilatildeo correta evitando possiacuteveis fraturas
bull os cimentos aumentam a capacidade de resistecircncia a cargas da proacutetese ao
distribuir uniformemente as tensotildees entre a proacutetese e o osso
Tendo em vista principalmente as desvantagens observadas procurou-se o
desenvolvimento de um material semelhante ao cimento preparado agrave base de
fosfato de caacutelcio que reuniria as vantagens da biocompatibilidade dos biomateriais agrave
base de fosfato de caacutelcio e dos materiais do tipo do cimento A partir desta busca
houve a produccedilatildeo das ceracircmicas de HA Este material eacute produzido por cristalizaccedilatildeo
direta ldquoin vivordquo e natildeo requer nenhum tipo de aquecimento para a formaccedilatildeo de um
implante estruturalmente estaacutevel A parte soacutelida eacute misturada com a parte liacutequida cuja
composiccedilatildeo pode ser aacutegua sangue soluccedilatildeo salina ou de aacutecido fosfoacuterico diluiacutedo para
formar uma pasta que seraacute utilizada para reparar os defeitos oacutesseos e que ainda
pode ser moldada diretamente na cavidade que receberaacute o preenchimento27
Nas cirurgias ortopeacutedicas muitas vezes haacute necessidade de realizar grandes
substituiccedilotildees do tecido oacutesseo devido a tumores infecccedilotildees e fraturas expostas o que
promove grandes cavidades em funccedilatildeo da perda desse material A utilizaccedilatildeo de
auto-enxertos pode restabelecer a quantidade de massa oacutessea poreacutem em muitos
125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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125
casos a quantidade de osso disponiacutevel natildeo eacute suficiente para o preenchimento
adequado da cavidade Tal fato tem provocado a busca de novos materiais que
possam atuar no preenchimento dessas cavidades e ainda permitir o aporte local de
antibioacuteticos para o tratamento de cavidades infectadas e para prevenccedilatildeo de
infecccedilotildees em fraturas abertas ou em cirurgias de substituiccedilatildeo de proacuteteses ou de
tumores6781222
A aacuterea de Quiacutemica pode contribuir de forma significativa para a evoluccedilatildeo
desta pesquisa e para o aumento do leque de sua aplicabilidade atraveacutes do
desenvolvimento de novos e mais eficazes biomateriais juntamente com os estudos
na aacuterea da Medicina que contemplam o esclarecimento dos mecanismos de
regeneraccedilatildeo oacutessea associados a materiais coadjuvantes para o preacute-tratamento
como na associaccedilatildeo com antibioacuteticos O gesso (CaSO4 frac12 H2O) e especialmente a
HA [Ca10(PO4)6(OH)2] apresentam alta bioatividade isto eacute forte interaccedilatildeo
ceracircmicatecido oacutesseo e biocompatibilidade o que leva este material a ter uma
grande aceitaccedilatildeo como implante pelos tecidos vivos6717
1123 Biocompatibilidade
A biocompatibilidade dos biomateriais eacute baseada na compatibilidade com o
meio fisioloacutegico que eacute resultante do fato de que estes materiais podem conter iacuteons
comuns agravequeles encontrados neste meio (iacuteons caacutelcio magneacutesio potaacutessio soacutedio
bicarbonato etc)2123
A rigor a biocompatibilidade significa que o material e seus possiacuteveis
produtos de degradaccedilatildeo devem ser tolerados pelos tecidos envoltoacuterios e natildeo devem
causar danos ao organismo a curto e longo prazo Aleacutem de biocompatiacutevel o
126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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81DIAS K S ALMEIDA D S SILVA A B L MARQUES M S MENEZESI A C SANTOS T C MELLO I C M CARVALHO A C S ANTONIOLLIA R MARCcedilAL R M Avaliaccedilatildeo dos efeitos miorelaxante antiespasmoacutedico eantinociceptivo do extrato aquoso da Phoradendron piperiodes RevistaBrasileira de Farmacognosia vol17 p 373-377 2007
82SILVA A B L DIAS K S MARQUES M S MENEZES I A C SANTOST C MELLO I C M LISBOA A C C D CAVALCANTI S C HMARCcedilAL R M ANTONIOLLI A R Avaliaccedilatildeo do efeito antinociceptivo e datoxicidade aguda do extrato aquoso da Hyptis fruticosa Salmz ex BenthRevista Brasileira de Farmacognosia vol16 p 475-479 2006
83CAMPOS G M Estatiacutestica praacutetica para docentes e poacutes-graduandosdisponiacutevel em lthttpwwwforpuspbrrestauradoragmcgmc_livrogmc_livro_cap13html gt Acesso em 12 de junho de 2009
84UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA Biblioteca Central ProfFaris Michaele Manual de normalizaccedilatildeo bibliograacutefica para trabalhoscientiacuteficos Ponta Grossa UEPG 2005
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126
implante deve permitir o desempenho imediato e com eficiecircncia em funccedilatildeo da parte
que estaacute sendo substituiacuteda Nesse conceito estatildeo incorporados tambeacutem os
problemas associados agrave degradaccedilatildeo quiacutemica dos materiais visto que o meio
fisioloacutegico pode ser bastante agressivo - mesmo aos materiais considerados
extremamente inertes quimicamente levando agrave reduccedilatildeo da eficiecircncia do implante
Um material somente eacute aceito clinicamente se atende a alguns requisitos
como ser biocompatiacutevel natildeo podendo ser suscetiacutevel agrave degradaccedilatildeo causada pelos
tecidos (como a corrosatildeo de metais) deve ser biofuncional cumprindo a funccedilatildeo
adequada no tempo determinado e finalmente o material deve ser esterilizaacutevel27
Dentre os biomateriais encontram-se diferentes espeacutecies de classes sendo
minerais ou ainda na forma de ligas metaacutelicas como Ti e Nb que satildeo utilizadas
como material de substituiccedilatildeo Existem ainda as associaccedilotildees entre os componentes
minerais e os metaacutelicos que formam materiais com caracteriacutesticas diferenciadas
alterando sua dureza resistecircncia agrave traccedilatildeo e ainda tamanho de partiacutecula Cada fator
eacute dependente do modo de como eacute feita a associaccedilatildeo seja ela durante ou apoacutes a
siacutentese do material como recobrimento ou apenas como dopante por
impregnaccedilatildeo2124
127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
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127
1124 Hidroxiapatita (HA)
A HA eacute um fosfato de caacutelcio hidratado que consiste no componente
majoritaacuterio da fase mineral dos ossos e dentes humanos (cerca de 95)217 Sua
foacutermula quiacutemica eacute representada por Ca10(PO4)6(OH)2 A palavra hidroxiapatita eacute
formada pela junccedilatildeo das palavras hidroacutexi que se refere ao grupo hidroxila (OH1minus)
presente no material e da palavra apatita que designa o mineral A palavra apatita
vem do grego e significa ldquodecepcionordquo em funccedilatildeo de ela ser confundida com
turmalina e berilo A hidroxiapatita compotildee a parte do esqueleto dos vertebrados e
atua tambeacutem como reserva de caacutelcio e foacutesforo2 25
A HA sinteacutetica possui propriedades de biocompatibilidade e osteointegraccedilatildeo
o que a torna substituta do osso humano em implantes e proacuteteses daiacute o grande
interesse em sua produccedilatildeo Estas propriedades somadas agrave sua alta capacidade de
adsorver eou absorver moleacuteculas fazem da hidroxiapatita um excelente suporte para
accedilatildeo prolongada de drogas anticanceriacutegenas no tratamento de tumores oacutesseos e
tambeacutem eficiente no tratamento de remoccedilatildeo de metais pesados em aacuteguas e solos
poluiacutedos21725
Dois tipos de HA devem ser consideradas as sintetizadas a altas
temperaturas e que apresentam boa cristalinidade e cristais grandes e as
hidroxiapatitas sintetizadas a baixas temperaturas que apresentam baixa
cristalinidade e cristais pequenos A HA precipitada por via uacutemida possui
caracteriacutesticas similares as do tecido oacutesseo e dentaacuterio diferente da HA sintetizada a
altas temperaturas2
128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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128
Os fosfatos de caacutelcio disponiacuteveis para comercializaccedilatildeo em geral satildeo
hidroxiapatitas extraiacutedas de ossos ou ainda produzidas pela precipitaccedilatildeo de iacuteons
caacutelcio (Ca2+) e fosfato (PO43minus) Este material na forma de poacute pode ser obtido
comercialmente com diferentes tamanhos de cristais Infelizmente alguns destes
produtos natildeo satildeo livres de impurezas Um exemplo satildeo alguns tipos de HA com
tamanho de partiacutecula variando entre 10 e 40 microm para razatildeo CaP = 162 enquanto
outras possuem valores entre 160 e 200 microm para razatildeo CaP de 166 a 169 A
maioria dos fabricantes produz compostos sinterizados que diferem quimicamente
das carbonato-apatitas bioloacutegicas A sinterizaccedilatildeo da HA (dependendo de sua
estequiometria) gera a decomposiccedilatildeo das fases de fosfato de caacutelcio para oxiapatita
e possivelmente fosfato tetracaacutelcico e fosfato tricaacutelcico (TCP)14
A extraccedilatildeo da hidroxiapatita pode ser feita de osso bovino utilizando um
procedimento onde o osso apoacutes ser limpo e triturado passa por tratamento em
soluccedilotildees de hipoclorito de soacutedio hidroacutexido de soacutedio e peroacutexido de hidrogecircnio sendo
finalmente sinterizado a 1100ordmC e pulverizado para formaccedilatildeo de partiacuteculas com
tamanho entre 200 e 400 microm O estaacutegio final deste procedimento inclui a
esterilizaccedilatildeo da hidroxiapatita a temperaturas entre 100 e 150ordmC4
As ceracircmicas de fosfato de caacutelcio se destacam por apresentarem ausecircncia
de toxidade local ou sistecircmica aleacutem da ausecircncia de inflamaccedilotildees e capacidade de
ligar-se ao tecido hospedeiro Estas caracteriacutesticas podem ser explicadas pela
natureza quiacutemica dos materiais especialmente pelo fato de serem basicamente
formadas por iacuteons caacutelcio e fosfato que participam ativamente do equiliacutebrio iocircnico
entre o fluido bioloacutegico e a ceracircmica como eacute o caso da hidroxiapatita bioloacutegica que
possui em sua constituiccedilatildeo iacuteons em concentraccedilotildees diversificadas tais como Ca2+
129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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129
Mg2+ Na+ e CO32- que permitem o controle destes importantes iacuteons nos diversos
liacutequidos corporais por meio de sua liberaccedilatildeo e armazenamento25
Existem padrotildees de difraccedilatildeo de raios X entre a fase mineral dos ossos e a
hidroxiapatita que comprovam estas razotildees de iacuteons e que explica a alta interaccedilatildeo
entre os tecidos e a hidroxiapatita25
Figura 3 - Arranjo atocircmico da hidroxiapatita26
A superfiacutecie da HA permite a interaccedilatildeo de ligaccedilotildees do tipo dipolo fazendo
com que moleacuteculas de aacutegua e tambeacutem proteiacutenas e colaacutegeno sejam adsorvidos na
superfiacutecie induzindo assim a regeneraccedilatildeo tecidual As principais aplicaccedilotildees da HA
satildeo reparo de defeitos oacutesseos em aplicaccedilotildees odontoloacutegicas e ortopeacutedicas aumento
de rebordo alveolar coadjuvante na colocaccedilatildeo de implantes metaacutelicos regeneraccedilatildeo
guiada de tecidos oacutesseos reconstruccedilatildeo bucomaxilofacial equipamentos
130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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130
percutacircneos reparo e substituiccedilatildeo de paredes orbitais substituiccedilatildeo do globo ocular
recobrimento de implantes metaacutelicos27
Sua estrutura igualmente permite substituiccedilotildees catiocircnicas e aniocircnicas com
grande facilidade O Ca2+ pode ser substituiacutedo por metais tais como o Pb2+ Cd2+
Cu2+ Zn2+ Sr2+ Co2+ Fe2+ entre outros Os grupos fosfato podem ser substituiacutedos
por carbonatos e as hidroxilas por carbonatos fluacuteor e cloro Essas substituiccedilotildees
podem alterar a cristalinidade os paracircmetros de rede as dimensotildees dos cristais a
textura superficial a estabilidade e a solubilidade da estrutura da HA27
Do ponto de vista bioloacutegico o fluacuteor eacute uma das impurezas mais importantes
da HA dos tecidos calcificados Nas hidroxiapatitas de ossos e dentes os
carbonatos ocupam siacutetios dos iacuteons fosfato e dos iacuteons OHminus numa razatildeo de 101 O
fluacuteor pode ser incorporado agrave hidroxiapatita substituindo os grupos OHminus tornando a
estrutura mais estaacutevel e menos soluacutevel que a HA estequiomeacutetrica A accedilatildeo do fluacuteor na
proteccedilatildeo de caacuteries dentaacuterias e no tratamento de osteoporose tem sido muito
pesquisada225
Diferentes meacutetodos de obtenccedilatildeo da HA foram propostos utilizando-se
soluccedilotildees aquosas Um dos meacutetodos eacute a utilizaccedilatildeo de nitrato de caacutelcio como
precursor respeitando a proporccedilatildeo de CaP = 167 como na reaccedilatildeo abaixo1
10 Ca(NO3)2 4H2O + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + x H2O (eq 1)
(agrave 100 ordmC na presenccedila de metanol)
Outras duas rotas possiacuteveis satildeo demonstradas a seguir uma a partir de
hidroacutexido de caacutelcio e aacutecido fosfoacuterico e que eacute o meacutetodo mais convencional como
segue
131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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131
10 Ca(OH)2 + 6 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2O (eq 2)
O Ca(OH)2 eacute menos soluacutevel na aacutegua e o estado dos iacuteons ortofosfatos
depende do pH a reaccedilatildeo de precipitaccedilatildeo envolve a dissoluccedilatildeo de Ca(OH)2 difusatildeo
de espeacutecies iocircnicas como Ca2+ e iacuteons hidroacutexidos e eletroacutelise de iacuteons ortofosfatos
tornando complexas as condiccedilotildees de obtenccedilatildeo do poacute com as caracteriacutesticas
desejadas Entretanto este processo eacute conveniente para o uso industrial de HA uma
vez que o subproduto eacute aacutegua Apoacutes a reaccedilatildeo completa e a retira do excesso de
aacutegua obteacutem-se um gel de HA
7 Ca(OH)2 + 3 Ca (H2PO4)2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 15 H2O (eq 3)
Esta rota eacute bastante semelhante agrave rota anterior obtida a partir do H3PO4 e
do Ca(OH)2 especialmente no controle e no produto obtido jaacute que tambeacutem haacute
formaccedilatildeo de hidroxiapatita e aacutegua1
Estas trecircs rotas representam maneiras alternativas de se obter a HA a partir
de diferentes precursores podendo ainda variar o meio em que se processa a
reaccedilatildeo como eacute o caso da adiccedilatildeo de colaacutegeno (meio gelatinoso) ou em fluido de
corpo simulado (SBF) 2829
Recentemente a utilizaccedilatildeo do processo sol-gel para a siacutentese de HA tornou-
se objeto importante de pesquisa consiste em um meacutetodo quiacutemico via uacutemida o qual
dispensa a utilizaccedilatildeo de alto vaacutecuo e temperaturas elevadas sendo considerada
uma das teacutecnicas mais flexiacutevel e promissora Eacute um meacutetodo utilizado para a
preparaccedilatildeo de um poacute altamente puro devido agrave possibilidade de um controle
132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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132
cuidadoso dos paracircmetros do processo favorecido por uma mistura em niacutevel
molecular dos iacuteons caacutelcio e foacutesforo que eacute capaz de melhorar a homogeneidade
quiacutemica e fiacutesica resultando geralmente em uma microestrutura de granulometria
bastante reduzida e que conteacutem uma mistura de cristais de tamanho da ordem de
submicron a nano sendo muito importante para melhorar a reaccedilatildeo de contato e a
estabilidade da interface osso artificialnatural27
As propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita natildeo satildeo apropriadas para
aplicaccedilotildees de resistecircncia agrave carga (como a ortopedia) sendo utilizada como
cobertura em materiais como titacircnio e suas ligas onde as propriedades bioativas
contribuem enquanto o componente metaacutelico suporta o peso17
Substitutos de ossos e implantes reabsorviacuteveis podem ser produzidos
quando a hidroxiapatita e outras variantes de fosfato de caacutelcio satildeo utilizados na fase
ceracircmica Espumas destas ceracircmicas tecircm a habilidade de manter e estimular o
crescimento de ceacutelulas humanas poros com tamanhos variando entre 100 e 200 microm
permitem o crescimento de osteoblastos acima e dentro dos poros levando agrave
formaccedilatildeo de osteroacuteides que mineralizam dentro dos poros28
As condiccedilotildees de processamento satildeo importantes na obtenccedilatildeo de
microporosidade por exemplo a presenccedila de microporosidade de aproximadamente
1 microm nas paredes dos poros eacute importante para a fixaccedilatildeo efetiva das ceacutelulas e
crescimento interno Tanto a microporosidade quanto a macroporosidade afetam a
morfologia celular e o grau de infiltraccedilatildeo celular3031
O controle de porosidade da hidroxiapatita tambeacutem permite grande potencial
no desenvolvimento de implantes para a liberaccedilatildeo lenta de agentes terapecircuticos
como eacute caso da adiccedilatildeo de antibioacuteticos como a gentamicina que acoplada ao
biomaterial reduz consideravelmente a possibilidade de rejeiccedilatildeo ao implante6-832-39
133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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133
113 Antibioacuteticos
A definiccedilatildeo do termo antibioacutetico proposto por Vuillemin40 em 1889 era
antibiose e definia o antagonismo dos seres vivos em geral O nome antibioacutetico foi
primeiramente usado por Waksman que juntamente com outros microbiologistas
notou que algumas bacteacuterias tinham a capacidade de destruir ou inibir outras
estudando amostras de fezes Em 1942 Waksman redefiniu antibioacutetico como
substacircncias produzidas por microrganismos (bacteacuterias fungos actinomicetes)
antagonistas ao desenvolvimento ou agrave vida de outros microrganismos em altas
diluiccedilotildees no meio bioquiacutemico do nosso corpo exceto substacircncias que quando
puras tecircm uma potente accedilatildeo antimicrobiana como os aacutecidos orgacircnicos peroacutexido de
hidrogecircnio e o aacutelcool Entretanto o uso diaacuterio do termo incluiu os agentes
antibacterianos sinteacuteticos como as sulfonamidas e as quinolonas que natildeo satildeo
produzidos por microrganismos40
A rigor os antibioacuteticos satildeo um grupo de faacutermacos utilizados para tratar as
infecccedilotildees causadas por bacteacuterias Originalmente extraiacutedos de bolores e fungos hoje
podem ser obtidos por siacutentese quiacutemica e utilizados para combater diversas doenccedilas
infecciosas
Os antibioacuteticos podem ser divididos em bactericidas quando eliminam as
bacteacuterias provocando a destruiccedilatildeo da parede bacteriana e bacteriostaacuteticos quando
detecircm o crescimento das bacteacuterias deixando ao sistema imunoloacutegico a tarefa de
eliminar a infecccedilatildeo40
Esta classe de faacutermacos ajuda a combater os sintomas da infecccedilatildeo quer
quando o organismo eacute atacado por bacteacuterias nocivas quer quando as bacteacuterias
134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
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134
presentes no organismo se tornam patogecircnicas Podem prevenir as infecccedilotildees
mesmo nos casos em que o sistema imunoloacutegico se encontra debilitado
Alguns antibioacuteticos satildeo eficazes apenas contra certos tipos de bacteacuterias
enquanto que outros os chamados antibioacuteticos de largo espectro podem combater
uma grande variedade de bacteacuterias4043 A escolha do faacutermaco a utilizar pode
depender tanto do tipo de bacteacuteria como do local de infecccedilatildeo Certas bacteacuterias
tambeacutem podem adquirir uma resistecircncia especial a um determinado antibioacutetico Isto
sucede quando uma bacteacuteria se desenvolve seguindo uma via metaboacutelica que natildeo eacute
bloqueada pela accedilatildeo do faacutermaco ou consegue produzir uma enzima que torna
inativo o proacuteprio antibioacutetico Existem antibioacuteticos especialmente indicados para o
tratamento de infecccedilatildeo graves resistentes a outros antibioacuteticos Para aumentar a
eficaacutecia da terapecircutica e diminuir o risco de resistecircncia aos antibioacuteticos pode
tambeacutem ser prescrito mais do que um antibioacutetico simultaneamente404243
1131 Gentamicina
A gentamicina (C21H43N5O725H2SO4) eacute um antimicrobiano da classe dos
aminoglicosiacutedeos de baixo custo e amplamente utilizado no tratamento de infecccedilotildees
oacutesseas queimaduras septicemia bacteriana infecccedilotildees da pele e do trato intestinal
entre outras 324043 A foacutermula estrutural da gentamicina eacute apresentada na Figura 4
135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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84UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA Biblioteca Central ProfFaris Michaele Manual de normalizaccedilatildeo bibliograacutefica para trabalhoscientiacuteficos Ponta Grossa UEPG 2005
Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
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135
Figura 4 - Foacutermula estrutural da gentamicina44
O sulfato de gentamicina eacute um poacute com coloraccedilatildeo que varia de branco a
amarelado que eacute isolado de Micromonospora echinospora e Micromonospora
purpurea Seu uso sistecircmico principal eacute no tratamento de infecccedilotildees graves por
bacteacuterias Gram-positivas e negativas41
As bacteacuterias Gram-negativas satildeo aquelas na quais a parede celular eacute menos
espessa pois apresentam uma membrana externa cobrindo a fina camada de
peptiacutedeoglicano um componente heteropolimeacuterico da parede celular que lhe daacute
estabilidade mecacircnica riacutegida conforme apresentado na Figura 5 A membrana
externa eacute o que distingue as bacteacuterias Gram-negativas servindo como uma barreira
seletiva para a entrada e saiacuteda de algumas substacircncias da ceacutelula e podendo ainda
causar efeitos toacutexicos graves em animais infectados42 A parede celular da bacteacuteria
Gram-positiva eacute uacutenica e consiste de uma camada espessa composta quase que
completamente por peptiacutedioglicano As muacuteltiplas camadas de peptidioglicano das
bacteacuterias Gram-positivas constituem uma estrutura extremamente forte em tensatildeo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
8 REFEREcircNCIAS
1 SANTOS M H DE OLIVEIRA M SOUZA L P F MANSUR H SVASCONCELOS W S Synthesis control and characterization ofhydroxyapatite prepared by wet precipitation process Materials Researchvol 7 nordm 4 p 625 ndash 630 2004
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Baixar livros de LiteraturaBaixar livros de Literatura de CordelBaixar livros de Literatura InfantilBaixar livros de MatemaacuteticaBaixar livros de MedicinaBaixar livros de Medicina VeterinaacuteriaBaixar livros de Meio AmbienteBaixar livros de MeteorologiaBaixar Monografias e TCCBaixar livros MultidisciplinarBaixar livros de MuacutesicaBaixar livros de PsicologiaBaixar livros de QuiacutemicaBaixar livros de Sauacutede ColetivaBaixar livros de Serviccedilo SocialBaixar livros de SociologiaBaixar livros de TeologiaBaixar livros de TrabalhoBaixar livros de Turismo
136
Figura 5 - Representaccedilatildeo estrutural das bacteacuterias Gram-positivas e Gram-negativas41
A gentamicina eacute um medicamento bastante eficaz mas que possui uma
accedilatildeo diferenciada por se tratar de um antibioacutetico que eacute indicado para vaacuterios tipos de
tratamento desde uma simples dermatite ateacute determinados tipos infecccedilotildees no
sistema nervoso central Por este fato eacute um medicamento considerado natildeo seletivo
pois age paralela e simultaneamente em vaacuterias regiotildees corpo combatendo diferentes
tipos de infecccedilotildees42
A escolha do sulfato de gentamicina como antibioacutetico acoplado ao material
utilizado como possiacutevel enxerto oacutesseo se deu devido a propriedades como sua alta
solubilidade em aacutegua por ser bastante acessiacutevel isto eacute facilidade de compra e
custo relativamente baixo aleacutem de sua vasta aplicabilidade no tratamento de
doenccedilas ligadas aos tecidos oacutesseo muscular e epitelial regiotildees diretamente ligadas
ao local do implante
137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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Milhares de Livros para Download Baixar livros de AdministraccedilatildeoBaixar livros de AgronomiaBaixar livros de ArquiteturaBaixar livros de ArtesBaixar livros de AstronomiaBaixar livros de Biologia GeralBaixar livros de Ciecircncia da ComputaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia da InformaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia PoliacuteticaBaixar livros de Ciecircncias da SauacutedeBaixar livros de ComunicaccedilatildeoBaixar livros do Conselho Nacional de Educaccedilatildeo - CNEBaixar livros de Defesa civilBaixar livros de DireitoBaixar livros de Direitos humanosBaixar livros de EconomiaBaixar livros de Economia DomeacutesticaBaixar livros de EducaccedilatildeoBaixar livros de Educaccedilatildeo - TracircnsitoBaixar livros de Educaccedilatildeo FiacutesicaBaixar livros de Engenharia AeroespacialBaixar livros de FarmaacuteciaBaixar livros de FilosofiaBaixar livros de FiacutesicaBaixar livros de GeociecircnciasBaixar livros de GeografiaBaixar livros de HistoacuteriaBaixar livros de Liacutenguas
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137
1132 Farmacocineacutetica da Gentamicina
A gentamicina natildeo eacute imediatamente absorvida logo apoacutes a administraccedilatildeo oral
embora em locais toacutepicos possa ser absorvida em quantidades significativas desde
que as superfiacutecies corporais (exceto a bexiga urinaacuteria) sejam irrigadas com o
material depois da aplicaccedilatildeo local Jaacute a absorccedilatildeo intramuscular eacute total e raacutepida apoacutes
sua administraccedilatildeo4546
As concentraccedilotildees no coacutertex renal agraves vezes podem ser oito vezes mais altas
que os niacuteveis usuais No liacutequido cefalorraquiacutedeo (liacutequido que banha a medula e o
ceacuterebro) satildeo baixas e dependentes da dose do niacutevel de penetraccedilatildeo e do grau de
inflamaccedilatildeo da meninge (delicadas membranas que revestem e protegem o sistema
nervoso central a medula o tronco encefaacutelico e o enceacutefalo) A concentraccedilatildeo efetiva
agraves secreccedilotildees brocircnquicas a biacutelis e tecido ocular (regiotildees de maior concentraccedilatildeo
aquosa) eacute bastante pequena3745
Nos adultos logo apoacutes a administraccedilatildeo intramuscular observa-se um
aumento significativo na concentraccedilatildeo seacuterica de ateacute quatro vezes o da dose uacutenica
em mgkg de massa corpoacuterea representando niacuteveis medidos de 6 a 8 horas apoacutes a
administraccedilatildeo Apoacutes a administraccedilatildeo intravenosa a concentraccedilatildeo pode chegar agrave
quantidade de 4 a 6 microgmL alcanccedilada apoacutes um periacuteodo de tempo maacuteximo entre 30 e
60 minutos374546
A meia vida da gentamicina eacute de 2 horas e seu mecanismo de accedilatildeo consiste
na inibiccedilatildeo da siacutentese proteacuteica ligando-se agraves proteiacutenas plasmaacuteticas mas em
quantidades despreziacuteveis Ela eacute excretada pelos rins por meio de filtraccedilatildeo
glomerular e encontra-se na urina em forma ativa45-48
138
2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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2 OBJETIVOS
21 OBJETIVO GERAL
Avaliar a influecircncia da adiccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees de gelatina no
meio de precipitaccedilatildeo durante a siacutentese de hidroxiapatita e efetuar a incorporaccedilatildeo de
sulfato gentamicina nas amostras preparadas
22 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
bull Verificar o efeito de diferentes concentraccedilotildees de gelatina nas propriedades
da hidroxiapatita produzida
bull Testar metodologia para incorporaccedilatildeo da gentamicina nos poacutes de
hidroxiapatita preparada com adiccedilatildeo de gelatina com o antibioacutetico
bull Avaliar a atividade microbioloacutegica das amostras preparadas em saliva
humana
139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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139
3 TEacuteCNICAS DE CARACTERIZACcedilAtildeO
31 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) eacute um tipo de
espectroscopia de absorccedilatildeo a qual usa a regiatildeo do infravermelho do espectro
eletromagneacutetico Ela se baseia no fato de que as ligaccedilotildees quiacutemicas das substacircncias
possuem frequumlecircncias de vibraccedilotildees especiacuteficas as quais correspondem a niacuteveis de
energia da moleacutecula denominados nesse caso de niacuteveis vibracionais Tais
frequumlecircncias dependem da forma da superfiacutecie de energia potencial da moleacutecula da
geometria molecular das massas dos aacutetomos e eventualmente do acoplamento
vibracional49
Se a moleacutecula receber luz com ldquoexatamenterdquo a mesma energia de uma
dessas vibraccedilotildees entatildeo a luz seraacute absorvida desde que sejam atendidas
determinadas condiccedilotildees Para que uma vibraccedilatildeo apareccedila no espectro IV a moleacutecula
precisa sofrer uma variaccedilatildeo no momento dipolar durante essa vibraccedilatildeo Natildeo
obstante as frequumlecircncias de ressonacircncia podem ser em uma primeira aproximaccedilatildeo
relacionadas ao comprimento da ligaccedilatildeo e agraves massas dos aacutetomos em cada ponta
As ligaccedilotildees podem vibrar de seis modos estiramento simeacutetrico estiramento
assimeacutetrico tesoura rotaccedilatildeo wag e twist49
Esta teacutecnica trabalha quase que exclusivamente em ligaccedilotildees covalentes e eacute
de largo uso na Quiacutemica especialmente na Quiacutemica Orgacircnica Espectros bem
resolvidos podem ser produzidos com amostras de uma uacutenica substacircncia com
elevada pureza Contudo a teacutecnica costuma ser usada para auxiliar a identificaccedilatildeo
de misturas bem complexas49
140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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140
A anaacutelise da absorccedilatildeo no infravermelho das amostras de hidroxiapatitas
sintetizadas indicaraacute a presenccedila de grupos funcionais por exemplo HPO42- CO3
2-
PO42- nas amostras assim como dos grupos funcionais do composto que seraacute
incorporado e o efeito da incorporaccedilatildeo sobre a frequumlecircncia de vibraccedilatildeo de outros
grupos funcionais5051
As apatitas possuem grupos funcionais caracteriacutesticos como os
evidenciados pela Figura 6 onde se observam as bandas de estiramento O-H a
3540 cm-1e P-O (de PO43minus) em 1050 cm-1 aleacutem das bandas de deformaccedilatildeo de P-O
(de grupos PO43minus) em 605 e 561 cm-1 Assim como a hidroxiapatita a gelatina
tambeacutem possui grupos caracteriacutesticos observados pela presenccedila dos estiramentos
N-H em 3440 cm-1 C-H em 2960 cm-1 e C=O em 1660 cm-148
Figura 6 - Espectro infravermelho de gelatina comercial HA comercial e HA preparada em meiogelatinoso48
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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Baixar livros de LiteraturaBaixar livros de Literatura de CordelBaixar livros de Literatura InfantilBaixar livros de MatemaacuteticaBaixar livros de MedicinaBaixar livros de Medicina VeterinaacuteriaBaixar livros de Meio AmbienteBaixar livros de MeteorologiaBaixar Monografias e TCCBaixar livros MultidisciplinarBaixar livros de MuacutesicaBaixar livros de PsicologiaBaixar livros de QuiacutemicaBaixar livros de Sauacutede ColetivaBaixar livros de Serviccedilo SocialBaixar livros de SociologiaBaixar livros de TeologiaBaixar livros de TrabalhoBaixar livros de Turismo
141
32 DIFRACcedilAtildeO DE RAIOS X
Os raios X satildeo raios eletromagneacuteticos de comprimento de onda bem
determinados produzidos pela aceleraccedilatildeo ou desaceleraccedilatildeo de eleacutetrons de alta
energia Os raios X estatildeo em um intervalo de comprimento de onda entre 10minus5 e 102
Aring e satildeo amplamente usados em anaacutelise quantitativa de fase em cristais Quando
este feixe definido difrata em um cristal desconhecido a medida dos acircngulos de
difraccedilatildeo dos raios emergentes pode elucidar a distacircncia dos aacutetomos no cristal e
consequentemente a estrutura cristalina5253
A difraccedilatildeo de raios X pela rede cristalina ocorre sobre uma larga faixa
angular quando o comprimento de onda dos raios X eacute da ordem do espaccedilamento
entre planos de aacutetomos A difraccedilatildeo de raios X identificaraacute as linhas de difraccedilatildeo
correspondentes aos espaccedilamentos interplanares dos materiais cristalinos O
padratildeo resultante (espectro) que eacute composto de espaccedilamentos planares (no eixo x)
e intensidades (no eixo y) pode ser comparado a padrotildees do Comitecirc da Junta de
Padrotildees de Difraccedilatildeo de Poacutes (JCPDS) da ASTM para os vaacuterios fosfatos de caacutelcio52
A difraccedilatildeo de raios X eacute usada para obter caracteriacutesticas importantes sobre a
estrutura cristalina de um composto qualquer Estas informaccedilotildees satildeo geradas pelo
fenocircmeno fiacutesico da difraccedilatildeo e tambeacutem da interferecircncia ou seja quando os raios
incidem sobre um cristal ocorre a penetraccedilatildeo do raio na rede cristalina e a partir
disso teremos vaacuterias difraccedilotildees e interferecircncias construtivas e destrutivas assim os
raios X iratildeo interagir com os eleacutetrons da rede cristalina e seratildeo difratados permitindo
atraveacutes desta leitura atraveacutes de um dispositivo capaz de detectar e traccedilar o desenho
da estrutura cristalina obter informaccedilotildees como presenccedila de fases caracteriacutesticas e
paracircmetros de rede52
142
321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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321 Meacutetodo de Rietveld
O meacutetodo Rietveld eacute um meacutetodo de refinamento estrutural e natildeo um meacutetodo
de determinaccedilatildeo estrutural embora constituindo uma parte importante no contexto da
caracterizaccedilatildeo estrutural53-55
O meacutetodo Rietveld utiliza os espectros de difraccedilatildeo de raios X e tem como
caracteriacutestica fundamental a utilizaccedilatildeo de um modelo adequado ao estudo a realizar
permitindo extrair dos espectros de difraccedilatildeo informaccedilotildees detalhadas da estrutura
cristalina e informaccedilotildees analiacuteticas dos materiais
O modelo estrutural adotado por Rietveld inclui vaacuterios tipos de paracircmetros
de anaacutelise sendo entre eles
bull Paracircmetros da estrutura cristalina
bull Paracircmetros do perfil das reflexotildees
bull Paracircmetros da intensidade
bull Paracircmetro de correccedilatildeo da orientaccedilatildeo preferencial dos cristalitos da
amostra55-57
Estes paracircmetros permitem calcular atraveacutes do algoritmo um espectro
modelo adequado agrave fase que pretendemos estudar o qual eacute comparado com o
espectro observado e a diferenccedila entre ambos minimizada fazendo variar os
paracircmetros no modelo estabelecido utilizando o processo de minimizaccedilatildeo baseado
no princiacutepio dos miacutenimos quadrados ateacute que o melhor ajuste seja obtido entre o
padratildeo de difraccedilatildeo observado experimentalmente e o caacutelculo de acordo com um
modelo que envolve a estrutura cristalina fatores instrumentais e caracteriacutesticas da
amostra55-57
143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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143
O refinamento da anaacutelise de difraccedilatildeo de raios X eacute obtido pela anaacutelise de
Rietveld na qual pode se utilizar um programa como o GSAS para obtenccedilatildeo de
paracircmetros quantitativos relativos agraves amostras atraveacutes do ajuste dos dados de
difraccedilatildeo usando um modelo matemaacutetico baseado em miacutenimos quadrados Uma das
importantes funccedilotildees do programa GSAS eacute a anaacutelise quantitativa de fases aleacutem da
obtenccedilatildeo dos paracircmetros de ceacutelula unitaacuteria e do volume da ceacutelula5355
O valor de Rwp e o S indicam a qualidade do ajuste do perfil O RBragg indica a
qualidade do refinamento da estrutura (posiccedilotildees atocircmicas ocupaccedilatildeo do siacutetio
atocircmico e deslocamento atocircmico)5355
No programa GSAS o valor do goodness-of-fit S natildeo eacute obtido diretamente
mas pode ser calculado a partir da equaccedilatildeo 4 Re eacute o valor estatisticamente
esperado para Rwp (iacutendice ponderado da qualidade do refinamento em funccedilatildeo dos
pontos do perfil de difraccedilatildeo de raios X) O valor miacutenimo possiacutevel para S eacute 1 e atraveacutes
da anaacutelise da equaccedilatildeo 2 eacute possiacutevel verificar que quanto mais proacuteximo de 1 estiver o
valor de S melhor seraacute o refinamento5459
(eq4)
(eq5)
onde X2 eacute o iacutendice de ajuste ou qualidade do refinamento
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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Baixar livros de LiteraturaBaixar livros de Literatura de CordelBaixar livros de Literatura InfantilBaixar livros de MatemaacuteticaBaixar livros de MedicinaBaixar livros de Medicina VeterinaacuteriaBaixar livros de Meio AmbienteBaixar livros de MeteorologiaBaixar Monografias e TCCBaixar livros MultidisciplinarBaixar livros de MuacutesicaBaixar livros de PsicologiaBaixar livros de QuiacutemicaBaixar livros de Sauacutede ColetivaBaixar livros de Serviccedilo SocialBaixar livros de SociologiaBaixar livros de TeologiaBaixar livros de TrabalhoBaixar livros de Turismo
144
33 AVALIACcedilAtildeO DA AacuteREA SUPERFICIAL ESPECIacuteFICA PELO MEacuteTODO BET
Esta anaacutelise (tambeacutem conhecida como ASA ndash anaacutelise de aacuterea superficial)
mede a aacuterea superficial especiacutefica por unidade de massa A sigla BET tem origem
em Brunaer Emmett e Teller os nomes dos pesquisadores que em 1938
propuseram este meacutetodo A anaacutelise de BET eacute um dos modos mais antigos de
caracterizaccedilatildeo e consiste na medida da fisissorccedilatildeo (adsorccedilatildeo fiacutesica) de um gaacutes
inerte como o N2 e pode ser feita por um uacutenico ponto ou por vaacuterios pontos da
amostra5859
Existem vaacuterias teorias para a medida da aacuterea superficial e porosidade
utilizando a sorccedilatildeo de gaacutes Para determinar a aacuterea superficial amostras de soacutelidos
satildeo preacute-tratadas aplicando-se combinaccedilatildeo de calor e vaacutecuo ou fluxo de gaacutes para
remover contaminaccedilotildees adquiridas da exposiccedilatildeo agrave atmosfera O soacutelido eacute entatildeo
resfriado sob vaacutecuo Um adsorbato (material que foi retido pelo processo de
adsorccedilatildeo) normalmente utilizado eacute o gaacutes nitrogecircnio que eacute admitido ao soacutelido em
aumentos controlados Apoacutes cada dosagem de adsorbato a pressatildeo eacute equilibrada e
a quantidade de gaacutes adsorvido eacute medida O volume do gaacutes adsorvido a cada
pressatildeo a uma temperatura constante define uma isoterma de adsorccedilatildeo da qual a
quantidade de gaacutes exigida para formar uma uacutenica camada sobre a superfiacutecie externa
do soacutelido e seus poros eacute determinada6061
Com a aacuterea coberta por cada moleacutecula de gaacutes adsorvido conhecida a aacuterea
da superfiacutecie pode tambeacutem ser calculada Agrave medida que a adsorccedilatildeo continua a
espessura da camada adsorvida aumenta6061
Os fundamentos da teacutecnica analiacutetica satildeo uma amostra acondicionada em
um tubo sob vaacutecuo eacute resfriada agrave temperatura criogecircnica e exposta a um gaacutes de
145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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145
anaacutelise sob uma seacuterie de pressotildees controladas com precisatildeo A cada aumento de
pressatildeo o nuacutemero de moleacuteculas adsorvidas na superfiacutecie aumenta A pressatildeo na
qual o equiliacutebrio da adsorccedilatildeo ocorre eacute medida e a lei universal dos gases eacute aplicada
para determinar a quantidade de gaacutes adsorvido5859
Qualquer microporo na superfiacutecie eacute rapidamente preenchido fazendo com
que a superfiacutecie livre se torne completamente coberta e finalmente os poros grandes
satildeo cheios O processo deve continuar ateacute o ponto de condensaccedilatildeo volumeacutetrica do
gaacutes de anaacutelise
Em seguida o processo de desorccedilatildeo deve comeccedilar ao passo que a pressatildeo
eacute sistematicamente reduzida resultando na liberaccedilatildeo das moleacuteculas adsorvidas
Assim como no processo de adsorccedilatildeo a variaccedilatildeo na quantidade de gaacutes na
superfiacutecie do soacutelido eacute quantificada Estes dois conjuntos de dados descrevem as
isotermas de adsorccedilatildeo e desorccedilatildeo As anaacutelises das formas das isotermas revelam
informaccedilotildees sobre as caracteriacutesticas da superfiacutecie e dos poros do material5859
A isoterma de BET utiliza a seguinte equaccedilatildeo para representar dados
experimentais
(eq6)
onde V eacute o volume de gaacutes absorvido agrave pressatildeo p (p0minusp) eacute a pressatildeo de vapor
saturada do adsorbato agrave temperatura de absorccedilatildeo Vm eacute capacidade da
monocamada cminus1 eacute a constante relativa agraves energias de adsorccedilatildeo e liquefaccedilatildeo do
gaacutes Desse modo varia-se a pressatildeo p e se obteacutem os valores de V Assim eacute
possiacutevel construir um graacutefico de PV(p0 ndash p) em funccedilatildeo de p ou de pp0 e desse
146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
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146
modo obter uma reta do tipo y = ax + b sendo possiacutevel pelo valor de c determinar
Vm Tendo esse valor obteacutem-se a aacuterea superficial do soacutelido atraveacutes da equaccedilatildeo
(eq7)
onde NAV eacute o nuacutemero de Avogadro Vm eacute o volume molar igual a 22410 cm3mol-1 a
1 atm e 0ordmC σ eacute a aacuterea ocupada por uma moleacutecula59
147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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147
34 MICROSCOPIA ELETROcircNICA DE VARREDURA (MEV) E DE TRANSMISSAtildeO
(MET)
O Microscoacutepio Eletrocircnico de Varredura eacute um equipamento versaacutetil que
permite a obtenccedilatildeo de informaccedilotildees estruturais e quiacutemicas de amostras diversas49
Apesar da complexidade dos mecanismos para a obtenccedilatildeo da imagem o resultado
eacute uma imagem de muito faacutecil interpretaccedilatildeo O aumento maacuteximo conseguido pelo
MEV fica entre o microscoacutepio oacutetico (MO) e o Microscoacutepio Eletrocircnico de Transmissatildeo
A grande vantagem do MEV em relaccedilatildeo ao microscoacutepio oacutetico eacute sua alta resoluccedilatildeo
da ordem de 2 a 5 nm (20 - 50 Aring) - atualmente existem instrumentos com ateacute 1 nm
(10 Aring) - enquanto que no oacutetico eacute de 05 microm Comparado com o MET a grande
vantagem que o MEV possui estaacute na facilidade de preparaccedilatildeo das amostras49
Entretanto natildeo satildeo apenas estas caracteriacutesticas que fazem do MEV uma
ferramenta tatildeo importante e tatildeo usada na anaacutelise dos materiais A elevada
profundidade de foco (imagem com aparecircncia tridimensional) e a possibilidade de
combinar a anaacutelise microestrutural com a microanaacutelise quiacutemica satildeo fatores que em
muito contribuem para o amplo uso desta teacutecnica A observaccedilatildeo e a anaacutelise de
fratura tiveram um grande avanccedilo com o uso do microscoacutepio eletrocircnico de
varredura49
O princiacutepio de funcionamento do MEV consiste na emissatildeo de feixes de
eleacutetrons por um filamento capilar de tungstecircnio (eletrodo negativo) mediante a
aplicaccedilatildeo de uma diferenccedila de potencial que pode variar de 05 a 30 KV Essa
variaccedilatildeo de voltagem permite a variaccedilatildeo da aceleraccedilatildeo dos eleacutetrons e tambeacutem
provoca o aquecimento do filamento A parte positiva em relaccedilatildeo ao filamento do
microscoacutepio (eletrodo positivo) atrai fortemente os eleacutetrons gerados resultando
148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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148
numa aceleraccedilatildeo em direccedilatildeo ao eletrodo positivo A correccedilatildeo do percurso dos feixes
eacute realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direccedilatildeo agrave abertura
da objetiva A objetiva ajusta o foco dos feixes de eleacutetrons antes que estes atinjam a
amostra analisada49
Um microscoacutepio eletrocircnico de transmissatildeo consiste de um feixe de eleacutetrons
e um conjunto de lentes eletromagneacuteticas que controlam o feixe encerrados em
uma coluna evacuada com uma pressatildeo entre 5 e 10 mmHg49
Um microscoacutepio de transmissatildeo possui cinco ou seis lentes magneacuteticas
aleacutem de vaacuterias bobinas eletromagneacuteticas de deflexatildeo e aberturas localizadas ao
longo do caminho do feixe eletrocircnico Entre estes componentes destacam-se os trecircs
seguintes pela sua importacircncia no processo de difraccedilatildeo eletrocircnica lente objetiva
abertura objetiva e abertura seletiva de difraccedilatildeo A funccedilatildeo das lentes projetoras eacute
apenas a produccedilatildeo de um feixe paralelo e de suficiente intensidade incidente na
superfiacutecie da amostra49
Os eleacutetrons saem da amostra pela superfiacutecie inferior com uma distribuiccedilatildeo
de intensidade e direccedilatildeo controladas principalmente pelas leis de difraccedilatildeo impostas
pelo arranjo cristalino dos aacutetomos na amostra Em seguida a lente objetiva entra em
accedilatildeo formando a primeira imagem desta distribuiccedilatildeo angular dos feixes eletrocircnicos
difratados Apoacutes este processo importantiacutessimo da lente objetiva as lentes restantes
servem apenas para aumentar a imagem ou diagrama de difraccedilatildeo para futura
observaccedilatildeo na tela ou na chapa fotograacutefica49 50
149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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149
341 Microscopia Eletrocircnica de Varredura com Microanaacutelise (EDS)
O EDS (energy dispersive spectrometer) eacute um acessoacuterio essencial no estudo
de caracterizaccedilatildeo microscoacutepica de materiais Quando o feixe de eleacutetrons incide
sobre um mineral os eleacutetrons mais externos dos aacutetomos e os iacuteons constituintes satildeo
excitados mudando de niacuteveis energeacuteticos Ao retornarem para sua posiccedilatildeo inicial
liberam a energia adquirida a qual eacute emitida em comprimento de onda no espectro
de raios-x Um detector instalado na cacircmara de vaacutecuo do MEV mede a energia
associada a esse eleacutetron Como os eleacutetrons de um determinado aacutetomo possuem
energias distintas eacute possiacutevel no ponto de incidecircncia do feixe determinar quais os
elementos quiacutemicos estatildeo presentes naquele local e assim identificar em instantes
que mineral estaacute sendo observado O diacircmetro reduzido do feixe permite a
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo mineral em amostras de tamanhos muito reduzidos (lt
5 microm) permitindo uma anaacutelise quase que pontual49
O uso em conjunto do EDS com a microscopia eletrocircnica de varredura eacute de
grande importacircncia na caracterizaccedilatildeo de diferentes materiais enquanto a MEV
proporciona niacutetidas imagens o EDS permite sua imediata identificaccedilatildeo Aleacutem da
identificaccedilatildeo mineral o equipamento ainda permite o mapeamento da distribuiccedilatildeo de
elementos quiacutemicos por minerais gerando mapas composicionais de elementos
desejados
A MEV tem sido amplamente empregada na caracterizaccedilatildeo de minerais sua
grande vantagem consiste na observaccedilatildeo direta de bordas ou contornos de gratildeos e
na caracterizaccedilatildeo de porosidade inter e intragranular Bordas de gratildeos satildeo locais
onde se concentram um grande nuacutemero de defeitos cristalinos Caracterizar as
microestruturas e identificar seus mecanismos formadores eacute um passo fundamental
150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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150
para se conhecer um determinado mineral bem como prever seu comportamento
nas diversas etapas do seu beneficiamento e processamento industrial49
Outro aspecto importante na caracterizaccedilatildeo de minerais eacute a determinaccedilatildeo
de sua composiccedilatildeo quiacutemica Os microscoacutepios eletrocircnicos de varredura equipados
com detectores de energia dispersiva de raios X satildeo de fundamental importacircncia na
determinaccedilatildeo da composiccedilatildeo dos minerais Com o MEV-EDS eacute possiacutevel determinar
a composiccedilatildeo quiacutemica pontual das fases que compotildeem o mineral constituindo o
EDS ferramenta indispensaacutevel na caracterizaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo espacial de
elementos quiacutemicos49
151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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151
35 ANAacuteLISE TEacuteRMICA
A anaacutelise teacutermica eacute definida como um grupo de meacutetodos pelos quais as
propriedades fiacutesicas ou quiacutemicas de uma substacircncia uma mistura eou um reativo
satildeo medidas como funccedilotildees de temperatura ou tempo enquanto a amostra estaacute
sujeita a um programa de temperatura controlada O programa pode consistir em
aquecer ou resfriar (dinacircmico) ou manter a temperatura constante (isoteacutermica) ou
qualquer sequumlecircncia destes496263
Os meacutetodos teacutermicos satildeo teacutecnicas de multicomponentes e incluem
termogravimetria (TG) anaacutelise diferencial teacutermica e calorimetria de varredura
diferencial (DSC) Estes meacutetodos satildeo de grande utilidade para o controle da
qualidade e aplicaccedilotildees de investigaccedilatildeo sobre produtos industriais como poliacutemeros
farmacos metais e ligas496263
Na termogravimetria (TG) a massa da amostra em uma atmosfera controlada
eacute medida como uma funccedilatildeo de temperatura ou de tempo A TG pode ser usada para
monitorar qualquer reaccedilatildeo que envolve uma fase gasosa como a oxidaccedilatildeo ou
desidrataccedilatildeo Os estudos podem ser realizados a temperaturas de ateacute 1550 degC Este
meacutetodo eacute uacutetil para determinar a pureza e a quantidade de aacutegua na amostra O
termograma traccedila o peso versus a temperatura ou o tempo gerando assim
informaccedilatildeo sobre a estabilidade teacutermica da amostra velocidades de reaccedilatildeo e
composiccedilatildeo 496263
A calorimetria de varredura diferencial (DSC) eacute considerada uma potente
teacutecnica na caracterizaccedilatildeo das estruturas cristalinas ocorridas em um material em
funccedilatildeo da temperatura As transiccedilotildees de fase satildeo acompanhadas por alteraccedilotildees na
152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
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76NARBAT M K ORANG F HASHTJIN M S GOUDARZI A Fabrication ofporous hydroxyapatite-gelatin composite scaffolds for bone tissue engineeringIranian Biomedical Journal vol10 nordm 4 p 215-223 2006
77KIM H W KNOWLES J C KIM H E Porous scaffolds of gelatinndashhydroxyapatite nanocomposites obtained by biomimetic approachcharaterization and antibiotic drug release Journal of Biomedical MaterialsResearch vol 74-B 686-698 2005
78GOUVEIA D S COUTINHO A C S GUIMARAtildeES L M F BRESSIANIA H A BRESSIANI J C Efeito da velocidade de adiccedilatildeo do H3PO4 e daincorporaccedilatildeo do Mg2+ na siacutentese do HA 51ordm Congresso de Ceracircmica Livrode Resumos Salvador 12p 2007
79LANDI E TAMPIERI A CELOTTI G VICHI L SANDRI M Influence ofsynthesis and sintering parameters on the characteristics of carbonate apatiteBiomaterials vol 25 p 1763-1770 2004
80MOSTAFA N Y Characterization thermal stability and sintering ofhidroxyapatite powders prepared by different routes Matherials Chemistryand Physics vol94 p333-341 2005
81DIAS K S ALMEIDA D S SILVA A B L MARQUES M S MENEZESI A C SANTOS T C MELLO I C M CARVALHO A C S ANTONIOLLIA R MARCcedilAL R M Avaliaccedilatildeo dos efeitos miorelaxante antiespasmoacutedico eantinociceptivo do extrato aquoso da Phoradendron piperiodes RevistaBrasileira de Farmacognosia vol17 p 373-377 2007
82SILVA A B L DIAS K S MARQUES M S MENEZES I A C SANTOST C MELLO I C M LISBOA A C C D CAVALCANTI S C HMARCcedilAL R M ANTONIOLLI A R Avaliaccedilatildeo do efeito antinociceptivo e datoxicidade aguda do extrato aquoso da Hyptis fruticosa Salmz ex BenthRevista Brasileira de Farmacognosia vol16 p 475-479 2006
83CAMPOS G M Estatiacutestica praacutetica para docentes e poacutes-graduandosdisponiacutevel em lthttpwwwforpuspbrrestauradoragmcgmc_livrogmc_livro_cap13html gt Acesso em 12 de junho de 2009
84UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA Biblioteca Central ProfFaris Michaele Manual de normalizaccedilatildeo bibliograacutefica para trabalhoscientiacuteficos Ponta Grossa UEPG 2005
Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
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152
entalpia do composto decorrentes de quebra ou formaccedilatildeo de ligaccedilotildees ou
simplesmente de rearranjos na estrutura cristalina 496263
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
presenccedila de saliva
154
7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
155
8 REFEREcircNCIAS
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36SILVERMAN L D LUKASHOVA L HERMEN O T Release of Gentamicinfrom a Tricalcium Phosphate Bone Implant Journal of orthopaedicresearch vol25 p 23-29 2006
159
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39TORRADO S FRUTOS P FRUTOS G Gentamicin bone cementscharacterisation and release (in vitro and in vivo assays)cedil InternationalJournal of Pharmaceuthics vol 217 p 57-69 2001
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83CAMPOS G M Estatiacutestica praacutetica para docentes e poacutes-graduandosdisponiacutevel em lthttpwwwforpuspbrrestauradoragmcgmc_livrogmc_livro_cap13html gt Acesso em 12 de junho de 2009
84UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA Biblioteca Central ProfFaris Michaele Manual de normalizaccedilatildeo bibliograacutefica para trabalhoscientiacuteficos Ponta Grossa UEPG 2005
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Baixar livros de LiteraturaBaixar livros de Literatura de CordelBaixar livros de Literatura InfantilBaixar livros de MatemaacuteticaBaixar livros de MedicinaBaixar livros de Medicina VeterinaacuteriaBaixar livros de Meio AmbienteBaixar livros de MeteorologiaBaixar Monografias e TCCBaixar livros MultidisciplinarBaixar livros de MuacutesicaBaixar livros de PsicologiaBaixar livros de QuiacutemicaBaixar livros de Sauacutede ColetivaBaixar livros de Serviccedilo SocialBaixar livros de SociologiaBaixar livros de TeologiaBaixar livros de TrabalhoBaixar livros de Turismo
153
6 CONCLUSOtildeES
A anaacutelise dos resultados obtidos mostrou que
bull O meacutetodo proposto com precipitaccedilatildeo em meio gelatinoso levou a obtenccedilatildeo
de HA pura natildeo coexistindo outras fases referentes a sistema CaminusP
bull A concentraccedilatildeo de gelatina influencia na morfologia das amostras como
comprovado pela anaacutelise dos resultados de distribuiccedilatildeo granulomeacutetrica aacuterea
superficial especiacutefica e MEV
bull As amostras de HA preparadas possuem efeito inibidor no crescimento
bacteriano
bull O processo utilizado para incorporaccedilatildeo da gentamicina na HA manteve a
propriedade antibioacutetica do faacutermaco e o mesmo foi liberado durante o teste em
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7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
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utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
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associada
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84UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA Biblioteca Central ProfFaris Michaele Manual de normalizaccedilatildeo bibliograacutefica para trabalhoscientiacuteficos Ponta Grossa UEPG 2005
Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
Milhares de Livros para Download Baixar livros de AdministraccedilatildeoBaixar livros de AgronomiaBaixar livros de ArquiteturaBaixar livros de ArtesBaixar livros de AstronomiaBaixar livros de Biologia GeralBaixar livros de Ciecircncia da ComputaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia da InformaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia PoliacuteticaBaixar livros de Ciecircncias da SauacutedeBaixar livros de ComunicaccedilatildeoBaixar livros do Conselho Nacional de Educaccedilatildeo - CNEBaixar livros de Defesa civilBaixar livros de DireitoBaixar livros de Direitos humanosBaixar livros de EconomiaBaixar livros de Economia DomeacutesticaBaixar livros de EducaccedilatildeoBaixar livros de Educaccedilatildeo - TracircnsitoBaixar livros de Educaccedilatildeo FiacutesicaBaixar livros de Engenharia AeroespacialBaixar livros de FarmaacuteciaBaixar livros de FilosofiaBaixar livros de FiacutesicaBaixar livros de GeociecircnciasBaixar livros de GeografiaBaixar livros de HistoacuteriaBaixar livros de Liacutenguas
Baixar livros de LiteraturaBaixar livros de Literatura de CordelBaixar livros de Literatura InfantilBaixar livros de MatemaacuteticaBaixar livros de MedicinaBaixar livros de Medicina VeterinaacuteriaBaixar livros de Meio AmbienteBaixar livros de MeteorologiaBaixar Monografias e TCCBaixar livros MultidisciplinarBaixar livros de MuacutesicaBaixar livros de PsicologiaBaixar livros de QuiacutemicaBaixar livros de Sauacutede ColetivaBaixar livros de Serviccedilo SocialBaixar livros de SociologiaBaixar livros de TeologiaBaixar livros de TrabalhoBaixar livros de Turismo
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7 SUGESTOtildeES PARA TRABALHOS FUTUROS
Satildeo sugestotildees para trabalhos futuros relacionados a este estudo
bull Estudo das propriedades mecacircnicas da hidroxiapatita obtida por precipitaccedilatildeo
nas diferentes concentraccedilotildees utilizadas no meio gelatinoso com e sem
submissatildeo a tratamento teacutermico (calcinaccedilatildeo e sinterizaccedilatildeo)
bull Verificaccedilatildeo das propriedades do material associado ao antibioacutetico para
utilizaccedilatildeo como cimento oacutesseo
bull Estudo da liberaccedilatildeo controlada do antibioacutetico
bull Estudo da incorporaccedilatildeo de outros antibioacuteticos e agentes de terapia
associada
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8 REFEREcircNCIAS
1 SANTOS M H DE OLIVEIRA M SOUZA L P F MANSUR H SVASCONCELOS W S Synthesis control and characterization ofhydroxyapatite prepared by wet precipitation process Materials Researchvol 7 nordm 4 p 625 ndash 630 2004
2 SANTOS L A Desenvolvimento do cimento de fosfato de caacutelcioreforccedilado por fibras para o uso na aacuterea Meacutedico-Odontoloacutegica 2002 274fTese (Doutorado em Materiais e Processos de Fabricaccedilatildeo) ndash UNICAMPCampinas 2002
3 BERUBE P YANG Y CARNES D L STOVER L E BOLAND E JONG J L The effect of sputtered calcium phosphate coatings of differentcristallinity on osteoblat differentiation Journal Periodontal vol 70 nordm 10 p1697-1709 2005
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Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
Milhares de Livros para Download Baixar livros de AdministraccedilatildeoBaixar livros de AgronomiaBaixar livros de ArquiteturaBaixar livros de ArtesBaixar livros de AstronomiaBaixar livros de Biologia GeralBaixar livros de Ciecircncia da ComputaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia da InformaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia PoliacuteticaBaixar livros de Ciecircncias da SauacutedeBaixar livros de ComunicaccedilatildeoBaixar livros do Conselho Nacional de Educaccedilatildeo - CNEBaixar livros de Defesa civilBaixar livros de DireitoBaixar livros de Direitos humanosBaixar livros de EconomiaBaixar livros de Economia DomeacutesticaBaixar livros de EducaccedilatildeoBaixar livros de Educaccedilatildeo - TracircnsitoBaixar livros de Educaccedilatildeo FiacutesicaBaixar livros de Engenharia AeroespacialBaixar livros de FarmaacuteciaBaixar livros de FilosofiaBaixar livros de FiacutesicaBaixar livros de GeociecircnciasBaixar livros de GeografiaBaixar livros de HistoacuteriaBaixar livros de Liacutenguas
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84UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA Biblioteca Central ProfFaris Michaele Manual de normalizaccedilatildeo bibliograacutefica para trabalhoscientiacuteficos Ponta Grossa UEPG 2005
Livros Graacutetis( httpwwwlivrosgratiscombr )
Milhares de Livros para Download Baixar livros de AdministraccedilatildeoBaixar livros de AgronomiaBaixar livros de ArquiteturaBaixar livros de ArtesBaixar livros de AstronomiaBaixar livros de Biologia GeralBaixar livros de Ciecircncia da ComputaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia da InformaccedilatildeoBaixar livros de Ciecircncia PoliacuteticaBaixar livros de Ciecircncias da SauacutedeBaixar livros de ComunicaccedilatildeoBaixar livros do Conselho Nacional de Educaccedilatildeo - CNEBaixar livros de Defesa civilBaixar livros de DireitoBaixar livros de Direitos humanosBaixar livros de EconomiaBaixar livros de Economia DomeacutesticaBaixar livros de EducaccedilatildeoBaixar livros de Educaccedilatildeo - TracircnsitoBaixar livros de Educaccedilatildeo FiacutesicaBaixar livros de Engenharia AeroespacialBaixar livros de FarmaacuteciaBaixar livros de FilosofiaBaixar livros de FiacutesicaBaixar livros de GeociecircnciasBaixar livros de GeografiaBaixar livros de HistoacuteriaBaixar livros de Liacutenguas
Baixar livros de LiteraturaBaixar livros de Literatura de CordelBaixar livros de Literatura InfantilBaixar livros de MatemaacuteticaBaixar livros de MedicinaBaixar livros de Medicina VeterinaacuteriaBaixar livros de Meio AmbienteBaixar livros de MeteorologiaBaixar Monografias e TCCBaixar livros MultidisciplinarBaixar livros de MuacutesicaBaixar livros de PsicologiaBaixar livros de QuiacutemicaBaixar livros de Sauacutede ColetivaBaixar livros de Serviccedilo SocialBaixar livros de SociologiaBaixar livros de TeologiaBaixar livros de TrabalhoBaixar livros de Turismo
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57ANGELO L C Siacutentese e caracterizaccedilatildeo de nanocompostoshidroxiapatita-gelatina obtidos pelo meacutetodo de precipitaccedilatildeo utilizando omeacutetodo de Rietveld e IVTF 2008 122f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em QuiacutemicaAplicada) Universidade Estadual de Ponta Grossa Ponta Grossa 2008
58WEBER C Influecircncia do processamento via emulsatildeo em compoacutesitos dehidroxiapatita-zircocircniacedil 2007 59f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em Engenharia eCiecircncia de Materiais) Universidade Estadual de Ponta Grossa Ponta Grossa2008
59OLIVEIRA F P DE 2008 Influecircncia do processamento na obtenccedilatildeo debioceracircmicas a base de hidroxipatita 2008 119f Dissertaccedilatildeo (Mestradoem Quiacutemica Aplicada) Universidade Estadual de Ponta Grossa PontaGrossa 2008
60TEIXEIRA V G COUTINHO F M B GOMES A S Principais meacutetodos decaracterizaccedilatildeo da porosidade de resinas agrave base de divinilbenzeno QuiacutemicaNova vol24 nordm 6 p 808-818 2001
61SHAWN D J Introduccedilatildeo agrave Quiacutemica de coloacuteides e de superfiacutecies SatildeoPaulo Ed Edgar Blucher 1975
62PIMENTEL A S ARBILLA G Cineacutetica natildeo isoteacutermica da anaacutelise teacutermicados soacutelidos Quiacutemica Nova vol 21 nordm3 p263-266 1998
63 VOGEL J B Anaacutelise quiacutemica quantitativa 6ordf ed Rio de Janeiro LTC2002
64CARRODEacuteGUAS RG2000 Cementos oacutesseos de fosfato de calcio 2000156f Tese (Doutorado) Universidad de La Habana La Habana Centro deBiomateriales 2000
65TAS AC Synthesis of biomimetic Ca-hydroxyapatite powders at 37ordmC insynthetic body fluids Biomaterials vol 21 p 1429-1428 1999
66FONTES SS JUNIOR G G G SADER M S OGASAWARA T Anaacutelisetermodinacircmica aplicada ao beta-fosfato tricaacutelcico dopado com magneacutesio 51ordmCongresso de Ceracircmica Livro de Resumos Salvador 11p 2007
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67APARECIDA A H FOOK M V L SANTOS M L GUASTALDI A CEstudo da influecircncia dos iacuteons K+ Mg2+ SO4
2- e CO32- na cristalizaccedilatildeo
biomimeacutetica de fosfato de caacutelcio amorfo (ACP) e conversatildeo a fosfatooctacaacutelcico (OCP) Quiacutemica Nova vol 30 nordm 4 p 892-896 2007
68FILHO E A ASSIS C M VERCIK L O GUASTALDI A C BiomateriaisDeposiccedilatildeo de hidroxiapatita sobre superfiacutecie de Ti-Cp modificada poraspersatildeo teacutermica Quiacutemica Nova vol 30 nordm 5 p 1229-1232 2007
69American Society for Testing and Materials - ASTM F1185-88 (Reaproved1993) Standard specification for composition of ceramic hydroxylapatitefor surgical implants
70CARVAJAL J R Apostila Structural analysis from powder diffraction data theRietveld method disponiacutevel em lthttpimaisduscesriaidtraiosxmanuaisthe_rietveld_method_97pdf gtAcesso em 20 de janeiro de 2009
71CASAGRANDE S P BLANCO R C Meacutetodo de Rietveld para El estuacutediode estructuras cristalinas Laboratorio de Datacioacuten Facultad de CienciasUniversidad Nacional de Ingenieriacutea 5p 2004
72MOHSENI K Characterization of Precipitated Calcium Carbonate (PCC)compounds on the basis of powder X-ray diffraction data 2007 169fTese (Doutorado em Ciecircncia de Materiais) Universidade Karlsruhe TheranIran 2007
73MOREIRA E L EON J ROSSI A M 2006 Anaacutelise por difraccedilatildeo de raio-xde uma hidroxiapatita carbonatada usando o meacutetodo de Rietveld Livro deResumos 28ordm SBQ p 152 2006
74ARAUacuteJO J C SENA L BASTOS I N SOARES G D A Siacutentese dahidroxiaptita e refinamento estrutural por difraccedilatildeo de raios X Quiacutemica Novavol 30 nordm 8 p 1853-1859 2007
75RIBEIRO C RIGO E C S SEPUacuteLVEDA P BRESSIANI J CBRESSIANI A H A Formation of calcium phosphate layer on ceramicswithdifferent reactivities Material Science and Engineering vol 24 p 631-6362004
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76NARBAT M K ORANG F HASHTJIN M S GOUDARZI A Fabrication ofporous hydroxyapatite-gelatin composite scaffolds for bone tissue engineeringIranian Biomedical Journal vol10 nordm 4 p 215-223 2006
77KIM H W KNOWLES J C KIM H E Porous scaffolds of gelatinndashhydroxyapatite nanocomposites obtained by biomimetic approachcharaterization and antibiotic drug release Journal of Biomedical MaterialsResearch vol 74-B 686-698 2005
78GOUVEIA D S COUTINHO A C S GUIMARAtildeES L M F BRESSIANIA H A BRESSIANI J C Efeito da velocidade de adiccedilatildeo do H3PO4 e daincorporaccedilatildeo do Mg2+ na siacutentese do HA 51ordm Congresso de Ceracircmica Livrode Resumos Salvador 12p 2007
79LANDI E TAMPIERI A CELOTTI G VICHI L SANDRI M Influence ofsynthesis and sintering parameters on the characteristics of carbonate apatiteBiomaterials vol 25 p 1763-1770 2004
80MOSTAFA N Y Characterization thermal stability and sintering ofhidroxyapatite powders prepared by different routes Matherials Chemistryand Physics vol94 p333-341 2005
81DIAS K S ALMEIDA D S SILVA A B L MARQUES M S MENEZESI A C SANTOS T C MELLO I C M CARVALHO A C S ANTONIOLLIA R MARCcedilAL R M Avaliaccedilatildeo dos efeitos miorelaxante antiespasmoacutedico eantinociceptivo do extrato aquoso da Phoradendron piperiodes RevistaBrasileira de Farmacognosia vol17 p 373-377 2007
82SILVA A B L DIAS K S MARQUES M S MENEZES I A C SANTOST C MELLO I C M LISBOA A C C D CAVALCANTI S C HMARCcedilAL R M ANTONIOLLI A R Avaliaccedilatildeo do efeito antinociceptivo e datoxicidade aguda do extrato aquoso da Hyptis fruticosa Salmz ex BenthRevista Brasileira de Farmacognosia vol16 p 475-479 2006
83CAMPOS G M Estatiacutestica praacutetica para docentes e poacutes-graduandosdisponiacutevel em lthttpwwwforpuspbrrestauradoragmcgmc_livrogmc_livro_cap13html gt Acesso em 12 de junho de 2009
84UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA Biblioteca Central ProfFaris Michaele Manual de normalizaccedilatildeo bibliograacutefica para trabalhoscientiacuteficos Ponta Grossa UEPG 2005
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67APARECIDA A H FOOK M V L SANTOS M L GUASTALDI A CEstudo da influecircncia dos iacuteons K+ Mg2+ SO4
2- e CO32- na cristalizaccedilatildeo
biomimeacutetica de fosfato de caacutelcio amorfo (ACP) e conversatildeo a fosfatooctacaacutelcico (OCP) Quiacutemica Nova vol 30 nordm 4 p 892-896 2007
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70CARVAJAL J R Apostila Structural analysis from powder diffraction data theRietveld method disponiacutevel em lthttpimaisduscesriaidtraiosxmanuaisthe_rietveld_method_97pdf gtAcesso em 20 de janeiro de 2009
71CASAGRANDE S P BLANCO R C Meacutetodo de Rietveld para El estuacutediode estructuras cristalinas Laboratorio de Datacioacuten Facultad de CienciasUniversidad Nacional de Ingenieriacutea 5p 2004
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80MOSTAFA N Y Characterization thermal stability and sintering ofhidroxyapatite powders prepared by different routes Matherials Chemistryand Physics vol94 p333-341 2005
81DIAS K S ALMEIDA D S SILVA A B L MARQUES M S MENEZESI A C SANTOS T C MELLO I C M CARVALHO A C S ANTONIOLLIA R MARCcedilAL R M Avaliaccedilatildeo dos efeitos miorelaxante antiespasmoacutedico eantinociceptivo do extrato aquoso da Phoradendron piperiodes RevistaBrasileira de Farmacognosia vol17 p 373-377 2007
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