universidade de sÃo paulo faculdade de medicina de ... · bicarbonato de sódio e ácido cítrico....

UNIVERSIDADE DE SO PAULO

FACULDADE DE MEDICINA DE RIBEIRO PRETO

Bruno Cimatti

Desenvolvimento e caracterizao de um cimento sseo esponjoso para

preenchimento de falhas sseas. Anlise morfomtrica e ensaio

mecnico.

Ribeiro Preto

2012

BRUNO CIMATTI


preenchimento de falhas sseas. Anlise morfomtrica e ensaio

mecnico.

VERSO CORRIGIDA.

Verso original disponvel na seo de ps-graduao do Departamento de

Biomecnica, Medicina e Reabilitao do Aparelho Locomotor.

Dissertao apresentada Faculdade de

Medicina de Ribeiro Preto da

Universidade de So Paulo para obteno

de ttulo de Mestre em Cincias da Sade

Aplicadas ao Aparelho Locomotor

rea de concentrao: Ortopedia,

Biomecnica.

Orientador: Prof. Dr. Edgard Eduard Engel

Ribeiro Preto

2012

Autorizo a reproduo e divulgao total ou parcial deste trabalho, por qualquer

meio convencional ou eletrnico, para fins de estudo e pesquisa, desde que citada a

fonte.

Cimatti, Bruno

Desenvolvimento e caracterizao de um cimento sseo

esponjoso para preenchimento de falhas sseas. Anlise

morfomtrica e ensaio mecnico. Ribeiro Preto, 2012.

107 p.: il.; 30 cm

Dissertao de Mestrado, apresentada Faculdade de Medicina

de Ribeiro Preto/USP. rea de concentrao: Ortopedia,

Biomecnica.

Orientador: Engel, Edgard Eduard

1. Cimento sseo. 2. Cimento sseo poroso. 3.

Polimetilmetacrilato (PMMA). 4.Substitutos sseos. 5. Ortopedia.

6. Oncologia.

Esta tese foi redigida de

acordo com as Diretrizes para

apresentao de dissertaes e

teses da USP: documento

eletrnico e impresso parte I

(ABNT).

FOLHA DE APROVAO

Bruno Cimatti


preenchimento de falhas sseas. Anlise morfomtrica e ensaio mecnico.

Dissertao apresentada Faculdade de Medicina

de Ribeiro Preto da Universidade de So Paulo

para obteno de ttulo de Mestre em Cincias da

Sade Aplicadas ao Aparelho Locomotor

rea de concentrao: Ortopedia, Biomecnica.

Aprovado em:_____/_____/_____

Banca Examinadora

Prof. Dr._______________________________________________________________

Instituio:______________________________Assinatura:______________________

Prof. Dr._______________________________________________________________

Instituio:______________________________Assinatura:_____________________

Prof. Dr._______________________________________________________________

Instituio:______________________________Assinatura:______________________

DEDICATRIA

Dedico este trabalho aos meus pais Luiz Carlos e Maria Helena pelo amor,

carinho, apoio e dedicao em toda a minha vida.

minha irm Nathalia, minha av D. Tia, meus tios e famlia pelo carinho e

por sempre me apoiarem.

Renata, pelo amor, pacincia, companheirismo e incentivo.

AGRADECIMENTOS

Agradeo, primeiramente, ao meu orientador Prof. Edgard Eduard Engel,

Obrigado pelos ensinamentos, orientaes, companheirismo e principalmente por

termos nos tornado amigos durante o projeto. Obrigado pela honra de ser o primeiro

aluno de mestrado do senhor.

Aos Professores Dr. Jos Batista Volpon, Dr. Marcello Henrique Nogueira-

Barbosa e Dr. Antnio Carlos Shimano pelos ensinamentos, por sempre me orientarem

e me apoiarem durante esta etapa.

Ao engenheiro de materiais Dr. Paulo Donato Frighetto pelas contribuies,

amizade e participao ativa no trabalho.

Ao Centro de Cincias das Imagens e Fsica Mdica do Hospital das Clnicas da

FMRP/USP pela contribuio no trabalho.

Aos funcionrios do Laboratrio de Bioengenharia, pelo apoio, amizade e

participao no projeto: Carlos Alberto Moro, Reginaldo Trevillato da Silva, Luiz

Henrique Alves Pereira, Francisco Carlos Mazzocato e Maria Teresinha de Morais.

secretria de ps-graduao do Programa de Cincias da Sade Aplicadas ao

Aparelho Locomotor Rita de Cssia Stela Cossalter e as secretrias do departamento de

Biomecnica, Medicina e Reabilitao do Aparelho Locomotor pela colaborao.

Amira Mohamede Hussein pela orientao durante o aprimoramento, pela

indicao ao Prof. Edgard e pela amizade.

Aos funcionrios da Oficina de Preciso da Faculdade de Medicina de Ribeiro

Preto, em especial ao Otvio Terra, pelos servios prestados.

A todos os amigos pelo convvio, companheirismo e de uma forma ou outra

sempre me ajudam.

FAPESP, CAPES e FAEPA, pelo apoio financeiro.

A educao a arma mais poderosa que

voc pode usar para mudar o mundo.

Nelson Mandela

RESUMO

CIMATTI, BRUNO. Desenvolvimento e caracterizao de um cimento sseo

esponjoso para preenchimento de falhas sseas. Anlise morfomtrica e ensaio

mecnico. 2012. 107 p. Dissertao (mestrado) Faculdade de Medicina de Ribeiro

Preto, Universidade de So Paulo, Ribeiro Preto, 2012.

Introduo: O tratamento dos tumores sseos benignos frequentemente

realizado por abordagem intralesional com curetagem do tumor e preenchimento da

falha ssea com substncias biolgicas ou sintticas. Entre as biolgicas esto os vrios

tipos de enxertos e o maior representante das sintticas o cimento sseo ou

polimetilmetacrilato (PMMA). O uso do cimento sseo compacto pode apresentar

problemas devido necrose trmica, ao afrouxamento assptico, incapacidade de

remodelao e elasticidade inadequada em relao ao osso normal. O

desenvolvimento de um cimento sseo esponjoso que atenda a estas demandas

mecnicas e biolgicas e que seja de fcil manipulao no ambiente cirrgico tem

estimulado alguns pesquisadores. Basicamente, possvel formar poros no interior do

cimento por mistura de substncias hidrossolveis ou por reao qumica produtora de

gs. Objetivo: Desenvolver e caracterizar fisicamente e mecanicamente um cimento

sseo com poros intercomunicantes de aspecto estrutural esponjoso. Material e

mtodos: A produo de cimento esponjoso foi realizada misturando-se o PMMA com

bicarbonato de sdio e cido ctrico. Foram confeccionados 90 corpos de prova com 40

mm de altura por 20 mm de dimetro distribudos em 6 grupos (n=15): G1 formado por

cimento esponjoso em que antes da polimerizao do cimento foram adicionados

bicarbonato de sdio e cido ctrico na proporo de 10% em relao ao componente

slido do cimento (polmero); G2 - cimento esponjoso na proporo de 20%; G3 -

cimento esponjoso na proporo de 30%; G4 - cimento sseo de PMMA compacto; G5

- formado por cimento de poliuretana de mamona (Biosteo) na proporo de 20%;

G6 formado de corpos de prova cilndricos de osso esponjoso extrado com trefina de

cndilos tibiais proximais de bovinos. A qualidade do cimento esponjoso foi avaliada

por macroscopia, clculo de densidade, imerso em azul de metileno, tomografia

computadorizada, microscopia eletrnica de varredura e ensaio mecnico de

compresso. Resultados: A melhor forma de produo de cimento esponjoso foi pela

mistura de PMMA e componentes efervescentes. O teste da imerso em azul de

metileno mostrou que os G2 e G3 apresentaram melhor intercomunicabilidade. As

anlises com o microscpio eletrnico de varredura (MEV) mostraram uma ampla

variao no tamanho e distribuio dos poros que medem de 50m a 3mm. Em relao

aos ensaios mecnicos no houve diferenas significativas entres os grupos de cimento

esponjoso G1, G2 e G3. Estes grupos apresentaram valores pouco inferiores aos do

grupo G6 de osso esponjoso bovino. O grupo G4 (PMMA compacto) apresentou valores

extremamente altos quando comparado ao osso esponjoso bovino e ao cimento

esponjoso. O grupo G5 de cimento sseo de mamona no atingiu os valores aceitveis

de resistncia mecnica. Concluso: Foi possvel desenvolver um cimento esponjoso

base de polimetilmetacrilato pela mistura com os aditivos efervescentes, bicarbonato de

sdio e cido ctrico, que apresenta caractersticas fsicas e mecnicas desejadas como

substituto sseo esponjoso nas curetagens para tratamento de tumores sseos benignos.

O cimento de mamona esponjoso na forma testada mostrou-se inadequado para os fins

pretendidos.

Palavras-chave: Cimento sseo, Cimento sseo poroso, Polimetilmetacrilato

(PMMA), Substitutos sseos, Ortopedia, Oncologia.

ABSTRACT

CIMATTI, BRUNO. Development and characterization of a cancellous cement

repair of bone defects. Morphometric analisys and mechanical testing. 2012. 107 p.

Dissertation ( Master). School of Medicine of RibeiroPreto, University of So Paulo,

2012.

Introduction: Benign bone tumors are usually treated by intralesional curettage.

The bone defect may be filled with synthetic or biological substitutes.

Polymetylmethacrylate (PMMA) is the most popular synthetic substitute and the solid

form is associated to thermal necrosis, aseptic loosening, bone remodeling prevention

and distinct elasticity. Research of porous cement that solves these drawbacks and can

be molded intraoperatively has encouraged many authors. For surgical purposes,

porosity can be achieved by mixing hydrosoluble substances or by gas-foaming

reactions. Objective: Development and physical and mechanical characterization of a

bone cement with interconnecting pores and cancellous bone like structural aspect.

Methods: Porous cement was produced by adding the effervescent components sodium

bicarbonate and citric acid to PMMA. Six groups of fifteen cylindrical samples (40 mm

height, 20 mm diameter) were compared. G1, G2 and G3 groups consisted of porous

cement specimens of PMMA with 10%, 20% and 30% of effervescent components

respectively. G4 consisted of solid PMMA cement specimens. G5 group consisted of

porous ricinic polyurethane cement (Biosteo) with 20% effervescent components

specimens. The control group G6 consisted of bovine cancellous bone samples. The

porous cements were characterized in terms of porosity, density, pore interconnectivity

and compressive strength. Macroscopic evaluation and measuring, methylene blue

immersion, Scanning Electron Microscopy (SEM), mechanical testing and a special

computed tomography reading software were employed for these evaluations. Results:

The pilot study showed that adding effervescent components to PMMA was the best

solution for porous cement production. The methylene blue immersion test showed that

G2 and G3 groups had better pore interconnection. Scanning electron microscopy

(SEM) showed a wide variation in pore size, from 50m to 3mm, and pore distribution.

No significant differences between G1, G2 and G3porous cement groups were found

regarding to mechanical strength and Young Modulus. Cancellous bovine bone, G6,

was slightly stronger and less elastic than these groups. This property is potentially

beneficial considering osteointegration as a consequence of Wolfs law. Solid PMMA is

extremely strength and inelastic. These properties do not match with cancellous bone.

The porous ricinic polyurethane cement (Biosteo) is unacceptably weak. Conclusion:

Porous cement was developed by adding effervescent components, sodium bicarbonate

and citric acid, to polymethylmetacrylate. Physical and mechanical properties are very

similar to cancellous bone. Further investigations to evaluate its bone substitute

potential should be encouraged. The porous ricinic polyurethane cement (Biosteo) is

inadequate these purpose.

Key-words: bone cement, porous bone cement, polymethylmetacrylate (PMMA), bone

substitutes, orthopedics, oncology.

NDICE DE FIGURAS

Figura 1. Tomografia computadorizada (TC) da primeira amostra de escolha

realizada com a mistura do PMMA com o bicarbonato de sdio e o cido ctrico. ....... 41

Figura 2. Foto ilustrando cimento sseo poroso inserido em regio proximal da

tbia bovina. .................................................................................................................... 41

Figura 3. Conjunto de para obteno do molde. A: tampa, B: molde cilndrico

vazado, C anel restritor, D base de apoio. ...................................................................... 46

Figura 4. Dispositivo de retirada do corpo de prova. E: pisto, B: molde

cilndrico vazado, F: base de apoio vazada. ................................................................... 46

Figura 5. Extrao dos corpos de prova de osso bovino. .................................... 48

Figura 6. Corpo de prova osso esponjoso bovino. .............................................. 49

Figura 7. Corpos de prova posicionados para anlise macroscpica. Em sentido

horrio: G2: cimento sseo esponjoso 20%; G3: cimento sseo esponjoso 30%; G1:

cimento sseo esponjoso 10%; G5: cimento poliuretana de mamona 20% e G4: cimento

sseo compacto. .............................................................................................................. 50

Figura 8. Mquina Instron, mod. 8872. ............................................................ 52

Figura 9. Anlise visual de preenchimento com azul de metileno grupos

G1(10%), G2(20%) e G3(30%). ..................................................................................... 56

Figura 10. Anlise visual de preenchimento com azul de metileno dos grupos . 57

Figura 11. Imagem do corte transversal de um corpo de prova. ....................... 58

Figura 12. Imagens do MEV grupos cimento esponjoso (a): G1, (b): G2, (c): G3;

........................................................................................................................................ 60


........................................................................................................................................ 61

Figura 14. MEV dos 6 grupos. Os valores de ampliao foram: G1: 64x; G2:

68x; G3: 64x; .................................................................................................................. 62

Figura 15. Grfico representando a mdia (), mediana (---), desvio padro (),

intervalo de confiana (I) e valores mximo e mnimo () da tenso mxima de

compresso em Megapascal segundo o grupo............................................................... 64


intervalo de confiana (I) e valores mximo e mnimo () do mdulo de Young em

Megapascal segundo o grupo. ........................................................................................ 65


intervalo de confiana (I) e valores mximo e mnimo () da fora mxima de

compresso em Newtons (N) segundo o grupo. ........................................................... 66


intervalo de confiana (I) e valores mximo e mnimo () da tenso de escoamento

(off-set 0,2%) em Megapascal segundo o grupo. .......................................................... 67



compresso em Megapascal segundo o grupo............................................................... 68



Megapascal segundo o grupo. ........................................................................................ 69



compresso em Newtons (N) segundo o grupo. ........................................................... 70



(off-set 0,2%) em Megapascal segundo o grupo. .......................................................... 71

Figura 23. Grfico representando a mdia (-), desvio padro (I) da tenso

mxima de compresso em Megapascal segundo o grupo. .......................................... 72

Figura 24. Grfico representando a mdia (-), desvio padro (I) da tenso de

escoamento (off-set 0,2%) em Megapascal segundo o grupo. ..................................... 72

Figura 25. Grfico representando a mdia (-), desvio padro (I) da tenso

mxima de compresso em Megapascal segundo o grupo. .......................................... 73

Figura 26. Grfico representando a mdia (-), desvio padro (I) da tenso de

escoamento (off-set 0,2%) em Megapascal segundo o grupo. ..................................... 74

NDICE DE TABELAS

Tabela 1. Materiais utilizados e quantidade (g) de polmero, monmero,

bicarbonato de sdio (NAHCO3) e cido ctrico (C6H8O7) nos grupos . ....................... 47

Tabela 2. Valores de densidade dos grupos (g/cm3) ........................................... 55

Tabela 3. Anlise realizada pelo TC. Valores de volume total (mm3), porosidade

mdia(%), porcentagem de cimento e osso(%), volume mdio(mm3) e densidade

mdia(HU). ..................................................................................................................... 58

Tabela 4. Tenso mxima de compresso, mdulo de Young, fora mxima de

compresso e tenso de escoamento segundo os grupos. ............................................... 63

NDICE DE FLUXOGRAMAS

Fluxograma 1. Preparo do cimento de PMMA esponjoso .................................. 43

Fluxograma 2. Preparo do cimento de mamona esponjoso ................................ 44

NDICE DE APNDICES

APNDICE A Relatrio Ensaio Mecnico grupo G1. .................................... 96

APNDICE B. Relatrio Ensaio Mecnico grupo G2. ..................................... 98

APNDICE C. Relatrio Ensaio Mecnico grupo G3 .................................... 100

APNDICE D. Relatrio Ensaio Mecnico grupo G4 .................................... 102

APNDICE E. Relatrio ensaio mecnico grupo G5. .................................... 104

APNDICE F. Relatrio ensaio mecnico grupo G6. ..................................... 106

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

-TCP Trifosfato de clcio

BTU British Termal Unit

CEMEQ Centro de Mtodos Quantitativos

COR Composto sseo de ricinos

CPD Corpo de prova

ISO International Organization for Standardization

MEV Microscopia Eletrnica de Varredura

MMA metilmetacrilato

PMMA - polimetilmetacrilato

PTFE politetrafluoretileno

PTQ prtese total de quadril

TC Tomografia Computadorizada

Tg temperatura de transio vtrea

USP Universidade de So Paulo

HCFMRP/USP - Hospital das Clnicas da Faculdade de Medicina de Ribeiro Preto da

Universidade de So Paulo

LISTA DE SMBOLOS

C graus Celsius.

g grama.

GPa gigapascal.

h altura.

HU - unidades Hounsfield (Hounsfield units).

KV quilovolt.

KN kilonewton.

J Joules.

m massa.

mA - miliampere.

ml mililitro.

mm milmetro.

mm3 milmetro cbico.

MPa megapascal.

N Newton.

r raio.

s segundo.

V volume.

densidade.

pi.

% - porcentagem.

Sumrio

1. Introduo ................................................................................................................... 24

1.1. Histrico da utilizao do cimento sseo acrlico ................................................... 24

1.2. Indicao clnica do uso de cimento nas cirurgias ortopdicas oncolgicas ........... 24

1.3. Avaliao crtica do uso de cimento em cirurgias ortopdicas oncolgicas ............ 25

1.3.1. Temperatura durante a polimerizao do cimento ................................................ 26

1.3.2. Comportamento mecnico .................................................................................... 27

1.3.3. Biocompatibilidade ............................................................................................... 28

1.4. Remodelao ssea (lei de Wolff) ........................................................................... 28

1.5. Cimento Esponjoso .................................................................................................. 29

1.6. Escolha do cimento sseo ........................................................................................ 30

1.7. Escolha dos componentes e dos mtodos de produo de poros ............................. 31

1.8. Poliuretana derivada do leo de mamona ................................................................ 33

1.9. Ensaio Mecnico ...................................................................................................... 35

2. Objetivos ..................................................................................................................... 38

2.1. Objetivo Geral.......................................................................................................... 38

2.2. Objetivos Especficos .............................................................................................. 38

3. Materiais e mtodos .................................................................................................... 40

3.1. Consideraes gerais................................................................................................ 40

3.2. Estudo Piloto ............................................................................................................ 40

3.3. Preparo do cimento sseo acrlico (PMMA) ........................................................... 41

3.4. Preparo do cimento de mamona (Biosteo) ........................................................... 43

3.5. Confeco dos conjuntos para obteno do molde .................................................. 45

3.6. Grupos ...................................................................................................................... 46

3.7. Armazenamento dos corpos de prova. ..................................................................... 48

3.8. Preparao dos corpos de prova de osso bovino...................................................... 48

3.9. Avaliao Morfomtrica .......................................................................................... 49

3.9.1. Exame Macroscpico ............................................................................................ 49

3.9.2. Clculo da densidade ............................................................................................ 50

3.9.3. Azul de Metileno .................................................................................................. 50

3.9.4. Tomografia Computadorizada (TC) ..................................................................... 51

3.9.5. Microscopia Eletrnica de Varredura (MEV) ...................................................... 51

3.10. Ensaios Mecnicos ................................................................................................. 52

3.10.1. Ensaios de compresso ....................................................................................... 52

3.11. Anlise dos Resultados .......................................................................................... 53

4. Resultados ................................................................................................................... 55

4.1. Anlise Morfomtrica .............................................................................................. 55

4.1.1. Clculo da densidade ............................................................................................ 55

4.1.2. Azul de metileno ................................................................................................... 55

4.1.3. Tomografia computadorizada (TC) ...................................................................... 57

4.1.4. Microscopia Eletrnica de Varredura (MEV) ...................................................... 58

4.2. Ensaios mecnicos ................................................................................................... 63

4.2.1. Cimento esponjoso de PMMA versus osso esponjoso bovino ............................. 68

4.2.2. Cimento PMMA slido versus osso esponjoso bovino ........................................ 72

4.2.3. Cimento esponjoso de mamona versus osso esponjoso bovino ............................ 73

5. Discusso .................................................................................................................... 76

5.1. Escolha dos componentes e do mtodo ................................................................... 77

5.2. Expectativa do desempenho biolgico baseado nos resultados do ensaio mecnico e

comparao com osso esponjoso .................................................................................... 78

5.3. Expectativa do desempenho biolgico baseado na avaliao morfomtrica ........... 79

5.4. Utilizao da TC para obteno de medidas de relevncia clnica .......................... 80

5.5. Discusso dos resultados ......................................................................................... 80

5.6. Avaliao inicial do cimento de mamona ................................................................ 81

5.7. Aplicao clnica...................................................................................................... 82

5.8. Possibilidades de aplicao do cimento esponjoso e trabalhos futuros ................... 83

6. Concluso.................................................................................................................... 85

7. Referncias.................................................................................................................. 87

8. Apndices.................................................................................................................... 96

INTRODUO

Introduo 24

1 Introduo

1.1 Histrico da utilizao do cimento sseo acrlico

O polimetilmetacrilato (PMMA), tambm conhecido como cimento sseo

acrlico, foi desenvolvido pela indstria qumica em 1843 e chamado de cido acrlico

devido ao cheiro acre do monmero. Em 1928 foi patenteado na Alemanha, sendo

produzido e comercializado por vrios fabricantes (BARROS, 2001). Observou-se que

a mistura do monmero a um polmero produzia uma massa que poderia ser manipulada

e modelada. Assim, tornou-se um dos primeiros biomateriais usado primeiramente por

dentistas para formatar dentes artificiais e dentaduras (BARROS, 2001;

WEBB; SPENCER, 2007).

O polimetilmetacrilato foi utilizado pela primeira vez em cirurgia ortopdica

pelo mdico americano Edward Haboush que em 1951 documentou a utilizao do

chamado acrlico dental, usado por dentistas, para fixao de uma prtese de quadril

(HABOUSH, 1953; KHN, 2005; VAN DE BELTH et al., 2002;

WEBB; SPENCER, 2007).

Scales e Herschell (1945) e Judet e Judet (1950) empregaram o PMMA para

fixao de prtese da cabea do fmur para tratamento de osteoartrose. No entanto, o

maior avano do uso de PMMA na prtese total de quadril foi o estudo de Charnley

publicado em 1970 sobre a fixao dos componentes acetabular e femoral e a

transferncia de foras para o osso (CHARNLEY, 1970; WEBB; SPENCER, 2007).

1.2 Indicao clnica do uso de cimento nas cirurgias ortopdicas oncolgicas

As aplicaes do cimento sseo acrlico em Ortopedia e Traumatologia so as

mais variadas. Alm do uso clssico na fixao de prteses, ele vem sendo utilizado

para substituir o osso de m qualidade, como na osteoporose, tanto para substitu-lo,

como nas vertebroplastias, como para aumentar a resistncia mecnica de

osteossnteses. Outra aplicao a de carreador de substncias, principalmente

antibiticos, proporcionando uma elevada concentrao do determinado frmaco numa

regio anatmica sem que a concentrao sistmica ultrapasse nveis perigosos ou

indesejveis (GARCIA FILHO et al.,1993).

Introduo 25

Em Oncologia Ortopdica a fixao de endoprteses e eventualmente a

substituio de segmentos sseos, por exemplo, o esterno, pode ser feita com cimento

sseo acrlico. No entanto, sua aplicao mais frequente como substituto de osso

esponjoso.

O tratamento dos tumores sseos benignos, agressivos ou no, frequentemente

realizado por abordagem intralesional com curetagem do tumor, tratamento adjuvante

local e correo da falha ssea. A tcnica de curetagem foi bastante desenvolvida ao

longo dos anos sendo que hoje consenso abordagem atravs de janela ampla,

utilizao de vrios tamanhos de curetas em ordem decrescente e, finalmente, o uso de

fresas esfricas em perfuradores de alta rotao para garantir a resseco completa do

tecido tumoral associada ao efeito trmico. Os mtodos de tratamento adjuvante

tambm j foram bastante estudados sendo as mais utilizadas hoje a eletrocauterizao,

a criocauterizao, a utilizao de fenol e a cimentao (GARCIA FILHO et al.,1993).

O tratamento das falhas sseas baseado no seu preenchimento com substncias

biolgicas ou sintticas. Entre as biolgicas esto os vrios tipos de enxertos e o maior

representante das sintticas o cimento sseo. Desde a utilizao do cimento sseo no

tratamento do Tumor de Clulas Gigantes em 1972, o mtodo vem sendo

exaustivamente estudado (CAMARGO et al., 2002). Vrios trabalhos procuraram

estabelecer sua eficcia do ponto de vista clnico, com relao biocompatibilidade e

aparecimento de complicaes, e mecnico, com relao resistncia mecnica da

reconstruo (FRAQUET et al., 2009; ODONNELL et al., 1994; VON STEYERN et

al., 2007). A possibilidade de o cimento ter dupla utilidade associando preenchimento e

adjuvncia pelo calor o tornaram ainda mais atrativo.

A literatura internacional recente tem abordado mais frequentemente a

intensidade dos efeitos necrotizantes da temperatura alcanada durante a polimerizao

na regio perifrica implantao do cimento e o desenvolvimento de tcnicas

percutneas de tratamento de metstases sseas nas vrtebras e ossos da bacia. A

associao de drogas quimioterpicas ao cimento para tratamento antineoplsico local

associado ao tratamento ortopdico tambm desperta a ateno dos centros de pesquisa.

1.3 Avaliao crtica do uso de cimento em cirurgias ortopdicas oncolgicas

Apesar das inmeras vantagens do uso do cimento acrlico como substituto de

falhas sseas, existem problemas que estimulam o desenvolvimento de mtodos mais

Introduo 26

seguros e modernos. Os problemas descritos so a necrose do osso subcondral em

curetagens epifisrias, a ausncia de osteointegrao com formao de pelcula fibrosa,

a falncia mecnica do osso por necrose ou falta de suporte mecnico, o afrouxamento

do cimento com deformao da articulao e artrose secundria. Devido importncia

destas complicaes uma discusso detalhada apresentada a seguir.

1.3.1 Temperatura durante a polimerizao do cimento

A polimerizao do cimento uma reao exotrmica. Em estudos in vitro, foi

observado que a produo de calor aumentada pela espessura do cimento, aumento da

temperatura ambiente e aumento da proporo de monmero para o polmero. Em

alguns estudos foram registradas temperaturas entre 70C e 120C (DIPISA; SIH;

BERMAN, 1976; WEBB; SPENCER, 2007). Belkoff et al.(2003) encontraram uma

variao de 39C a 113C em seu estudo. sabido que o colgeno desnatura com

exposies prolongadas que excedem os 56C. Por este motivo o risco de danos

trmicos ao osso tem sido cogitado por diversos autores ((DIPISA; SIH;

BERMAN, 1976; MJOBERG et al., 1984; WEBB; SPENCER, 2007).

Contudo, em estudos in vivo, tm sido registrados picos mais baixos de

temperatura. Reckling e Dillon (1977) mediram a temperatura na interface de 20

prteses totais de quadril (PTQ), a temperatura mxima foi de 48C. Estes modestos

aumentos foram atribudos aos efeitos de conveco do suprimento sanguneo local,

conduo trmica com implantes metlicos, grande rea da superfcie de interface e

baixa condutividade trmica do cimento. Harving, Soballe e Burger (1991) registraram

temperaturas na interface que excederam os 56C, durante o seu pico, mas se

mantiveram apenas por dois a trs minutos. Mesmo que tais temperaturas possam ser

alcanadas, estudos em animais indicam que nenhum efeito adverso possa decorrer

destas condies (LINDER, 1977; WEBB; SPENCER, 2007).

O superaquecimento do cimento e do osso adjacente pode ser visto como til e

danoso. considerado til nos casos de curetagem de tumores em que a necrose

perifrica ao tecido neoplsico curetado aumentaria a margem de segurana. O dano

est relacionado necrose do tecido normal provocando reabsoro e afrouxamento do

cimento em relao ao osso.

Em alguns casos de prteses cimentadas pode ser vista, na radiografia, uma fina

camada radiolucente na interface osso/cimento, constituda principalmente de

fibroblastos, macrfagos e clulas gigantes de corpo estranho. O aparecimento desta

Introduo 27

interface fibrtica atribudo s altas temperaturas de polimerizao combinados com a

liberao de monmeros metilmetacrilato (MMA) txicos, ambos gerando danos ao

tecido circundante. A soltura na interface osso/cimento nas prteses articulares

cimentadas o principal contribuinte para o afrouxamento do implante

(MITZNER et al., 2009).

1.3.2 Comportamento mecnico

No contexto do uso do cimento para fixao de prtese total de quadril as

propriedades mecnicas so da maior importncia. O Mdulo de Elasticidade (Mdulo

de Young) do cimento de 2400 MPa. Isto , cerca de dez vezes menor que o do osso

cortical e cem vezes inferior ao da haste metlica de ao inoxidvel da prtese (WEBB;

SPENCER, 2007). Assim, atua como uma camada intercalar elstica entre duas

camadas rgidas. Fato que intensificado pela menor elasticidade do cimento do que

temperatura ambiente em testes de laboratrio. Este fenmeno explicado pela

temperatura de transio vtrea (Tg) que varia de acordo com o peso molecular e

estrutura do monmero (WEBB; SPENCER, 2007). Essa diferena nos mdulos de

elasticidade parece proteger a fixao da prtese. Mas so as interfaces, principalmente

entre o cimento e o osso, que tem a menor resistncia do conjunto, sendo a regio mais

comum de soltura da prtese (HARRIGAN et al., 1992).

Quando consideramos um bloco de cimento preenchendo uma falha ssea

metafisria, a diferena dos mdulos de elasticidade pode provocar a reabsoro ssea a

sua volta e consequentemente a soltura do bloco (LEE, 2000). O Mdulo de

Elasticidade do cimento entre 2 e 3 GPa maior que o do osso trabecular que varia de

0,5 GPa a 1 GPa (BOGER, 2008). aceito que este seja um fator importante na

formao de tecido fibroso em volta do bloco de cimento. Tecido este que no tem

capacidade mecnica de sustentao permitindo deformao do osso que quando se trata

da camada subcondral periarticular pode levar artrose.

Outro fator fsico relacionado ao afrouxamento assptico a contrao

volumtrica e medido pelo monmero durante a fase final da polimerizao (KINDT-

LARSEN, 1995). Usando um modelo de deslocamento de fluidos, Chanrley, em 1970,

observou que h um aumento do volume do cimento durante a polimerizao, seguido

de ligeiro encolhimento, embora no retorne ao seu volume inicial, gerando uma

pequena falha que pode acarretar a incongruncia na interface cimento/osso.

Introduo 28

1.3.3 Biocompatibilidade

O cimento de polimetilmetacrilato uma estrutura densa e inabsorvvel. Sua

presena no permite a invaso vascular para nutrio de regies confinadas pelo

cimento. Esta tambm uma causa terica de reabsoro ssea ou necrose ssea na

periferia do bloco de cimento.

A substituio progressiva do elemento que preenche a falha por tecido sseo

tambm tema de intensa investigao cientfica. Cimentos de fosfato de clcio, no

entanto, apesar de mostrarem boa biocompatibilidade e osteoconduo, tm

propriedades mecnicas inadequadas, baixa biodegradabilidade in vivo, maior

fragilidade, perodos longos de endurecimento e menor flexibilidade do que o osso

natural (AMBARD; MUENINGHOFF, 2006). Muitos grupos de pesquisa tentaram

melhorar os biomateriais disponveis comercialmente (WEBB; SPENCER 2007;

YANG, 1998; ADEL-KADER et al., 2001), porm nenhum avano significativo foi

conseguido at o momento e o padro continua sendo o uso de cimento acrlico PMMA

compacto (MITZNER et al., 2009).

Outro fator bastante discutido a capacidade de partculas de cimento provocarem o

afrouxamento assptico, supostamente por ativao de macrfagos. Pequenas partculas

produzidas a partir do desgaste do cimento so vistas como iniciadores primrios das

reaes biolgicas mediadas por ativao de osteoclastos que provocam a ostelise

assptica (INGHAM; FISHER, 2000; WEBB, 2007).

1.4 Remodelao ssea (lei de Wolff)

A arquitetura trabecular do osso esponjoso parece ser estruturada de forma ideal

para a sua funo de suporte de carga, sugerindo que sua formao regida por foras

mecnicas (HUISKES, 2000). De acordo com Julius Wolff, cirurgio ortopedista e

anatomista alemo, em sua lei postulada em 1892, Toda mudana na forma e funo do

osso ou na sua funo isoladamente seguida de alteraes em sua arquitetura interna e

igualmente alteraes definitivas na sua conformao externa, de acordo com leis

matemticas (WOLFF, 1892). Segundo essa lei, aumentos da tenso aplicada sobre o

osso fazem com que ocorra remodelao com resultante aumento da massa ssea.

A intensidade necessria de tenso e a intensidade desta remodelao no esto

estabelecidas (FORWOOD, 2001). Acredita-se que uma diminuio na elasticidade do

cimento em relao ao osso esponjoso possa levar a um estmulo do crescimento sseo

e, portanto, o preenchimento natural da falha ssea total ou parcialmente.

Introduo 29

1.5 Cimento Esponjoso

Com o intuito de aumentar a osteointegrao do cimento sseo e de aproximar

suas propriedades mecnicas s do osso esponjoso, muitos pesquisadores vem

estudando formas para obteno de um cimento poroso ou esponjoso em que os poros

estejam interconectados de forma similar ao osso esponjoso (AHN et al.; 2009;

HESARAKI; MOZTARZADEH; SHARIFI, 2007; ALMIRALL et al., 2004). Outras

caractersticas desejadas so a diminuio da temperatura durante a polimerizao e a

diminuio da resistncia mecnica em relao ao cimento slido (AHN et al., 2009;

HESARAKI; MOZTARZADEH; SHARIFI, 2007).

Alm do uso clnico o cimento esponjoso alvo de pesquisa para o

desenvolvimento de substratos para engenharia celular. Nestes casos a forma de

obteno da porosidade nem sempre pode ser repetida no ambiente cirrgico. Neste

sentido, as tcnicas de formao de poros por troca hidrotrmica em corais, mistura por

dupla-fase e fabricao de forma livre, no tm interesse cirrgico.

As tcnicas que podem ser repetidas no ambiente cirrgico so as de mistura

com substncias produtoras de bolhas de gs ou com substncias solveis ou

absorvveis. Entre as produtoras de gs duas tcnicas so mais comuns. A mistura com

perxido de hidrognio (ALMIRALL et al., 2004) ou a mistura de aditivos

efervescentes em que se destaca o bicarbonato de sdio misturado a um cido fraco

(HESARAKI; MOZTARZADEH; SHARIFI, 2007; HESARAKI, ZAMANIAN,

MOZTARZADEH, 2008). Entre as substncias solveis e absorvveis esto os cristais

como sucrose, manitol e carbonato de sdio (TAKAGI; CHOW, 2001; MARKOVIC;

TAKAGI; CHOW, 2000), fibras reabsorvveis (XU; QUINN, 2002), partculas

congeladas (BARRALET et al., 2002), leos dispersveis (BOHNER, 2001), trifostato

de clcio (-TCP) (BERUTO et al.,2000), carboximetilcelulose (VAN MULLEM;

DE WIJN; VAANDRAGER, 1988) e hialuronato de sdio (BOGER et al.,2008).

As aplicaes clnicas do cimento esponjoso tambm so vrias: vertebroplastias

(URRUTIA et al.; 2008, BOGER et al.; 2008, ANH et al. 2009), cirurgias reconstrutivas

craniofaciais (VAANDRAGER; VAN MULLEM; DE WIJN, 1983; BRUENS et al.,

2003), eliminao gradativa de drogas para intensificar efeito local (MACCAURO et

al., 2007; VERRON et al., 2010) substituio de segmentos de ossos longos

(HAUTAMKI et al., 2008), e, com este estudo, o preenchimento de falhas sseas aps

resseco de tumores em cirurgias oncolgicas ortopdicas.

Introduo 30

As vantagens encontradas na literatura relacionadas a esta abordagem so

diversas: diminuio do pico de temperatura alcanado durante a polimerizao com

consequente menor risco de osteonecrose, possibilidade de associao com protenas e

diferentes tipos de drogas como anti-inflamatrios, antibiticos e antitumorais,

interconectividade por macroporosidade e/ou microporosidade possibilitando circulao

de fluidos (ALMIRALL et al., 2004), biocompatibilidade (HESARAKI;

MOZTARZADEH; SHARIFI, 2007), osteoconduo (SHINZATO et al., 2003) e,

quando so usados cimentos absorvveis, a acelerao da reabsoro por aumento da

superfcie de contato (MIO-FARINA et al., 2009).

Desvantagens tambm so referidas. Uma delas seria uma liberao maior de

partculas do que o cimento convencional compacto. A questo das propriedades

mecnicas tambm discutvel, pois ao mesmo tempo em que se deseja um material

com maior elasticidade ele poderia no suportar as cargas fisiolgicas (BERUTO et al.,

2000). Investigaes biomecnicas so necessrias para demonstrar a estabilidade

mecnica, o risco de fraturas e a incidncia de artrose (BOGER et al., 2008). A

discrepncia das caractersticas mecnicas entre cimento PMMA e osso esponjoso ainda

se apresenta como um problema a ser resolvido (BECK; BOGER, 2009). Resultante a

isso a busca de substitutos esponjosos a partir de cimentos absorvveis tambm uma

linha profcua de investigao (ALMIRALL et al., 2004).

1.6 Escolha do cimento sseo

So diversos os trabalhos que citam o PMMA no formato poroso (BERUTO

et al., 2000; BOGER et al., 2008; HAUTAMAKI et al., 2008; SHI et al., 2010), porm

mais recentemente o interesse tem sido dirigido mais intensamente para o cimento de

fosfato de clcio (CFC) que absorvvel (BOGER et al., 2008; HESARAKI;

MOZTARZADEH; SHARIFI , 2007; MIO-FARIA et al., 2009).

De acordo com a literatura, os trabalhos encontrados que utilizam o CFC,

observa-se o enfoque realizado a partir do ano 2000 ao cimento absorvvel devido

biocompatibilidade esperada. Takagi e Chow (2001) produziram macroporos em CFC e

hidroxiapatita a partir de grnulos de sacarose, onde obtiveram poros entre 125m e

150m e menor resistncia mecnica com o aumento da macroporosidade. Ressaltaram

a utilidade em diversas aplicaes clnicas devido s taxas de reabsoro e provvel

Introduo 31

remodelao ssea serem mais rpidas.

Em 2003 a produo de cimento esponjoso a partir de CFC pela reao com

bicarbonato de sdio e cido ctrico para a produo de gs carbnico e a consequente

formao de poros foi patenteada por Edwards, Highan e Zitelli (EDWARDS;

HGHAN; ZITELLI, 2003). Relatando a produo de poros intercomunicveis.

Bodde et al.(2007) desenvolveram um espaador sseo, base de CFC mais

adio de bicarbonato de sdio e fosfato dissdico. Observaram no haver crescimento

sseo, alegando rpida reabsoro e consequente colapso da estrutura porosa do

implante. Cita que o micromovimento das partculas de cimento influencia

negativamente a induo ssea.

Apesar dos resultados apresentados com o CFC seu custo e disponibilidade

ainda dificultam o acesso.

Boger et al.(2008) utilizaram o PMMA associado ao hialuronato de sdio em

diversas concentraes para aplicao nas vertebroplastias. Pelo fato do cimento ser

poroso encontraram uma menor resistncia mecnica. Mencionaram que a menor

diferena entre as resistncias mecnicas pode diminuir o risco de fraturas das vrtebras

vizinhas.

O PMMA um substituto sseo disponvel em grandes quantidades, de baixa

toxicidade e custo acessvel. Razes que o levaram a ser amplamente utilizado. A

possibilidade de melhorar a capacidade de osteointegrao e diminuir as complicaes

na forma slida associada s virtudes acima fizeram com que a escolha do cimento

recasse sobre o PMMA.

1.7 Escolha dos componentes e dos mtodos de produo de poros

Realizando busca na literatura vrios mtodos e componentes so encontrados

para a produo de poros. Porm, o intuito do trabalho que sejam aplicveis e

reprodutveis em sala intra-operatria.

A primeira patente foi realizada pelo alemo Dobrivoje Tomic (1981) que

relatou um cimento sseo poroso base de PMMA com os reagentes carbonato de

clcio e fosfato dissdico formando uma mistura efervescente com liberao de gs

carbnico.

Introduo 32

Na clnica, Van Mullen, de Winj e Vaandrager (1983, 1988) realizaram

trabalhos precursores no desenvolvimento e aplicao do cimento poroso, como

substncia foi inclusa ao PMMA a carboximetilcelulose de sdio aquosa, encontraram

ausncia de interconexo entre os poros e crescimento sseo somente na superfcie do

material.

Beruto et al.(2000) adicionaram PMMA ao TCP, que uma substncia

hidrossolvel. Em seus resultados encontraram poros intercomunicantes, com tamanho

de 100m e constataram o aumento do tempo de cura. Sucedeu uma diminuio na

resistncia mecnica com propriedades similares a matrizes cermicas de hidroxiapatita

porosas e alguns ossos naturais.

Almirall et al. (2004) apresentaram um trabalho pautado no tema da engenharia

de tecidos com a tentativa de criar substncias com macroporos e bioabsorvveis,

utilizaram o CFC adicionando-o a TCP associado a uma soluo de gua oxigenada

(H2O2), como resultados encontraram uma porcentagem de porosidade mdia de 66% e

que possvel controlar a porosidade a partir da alterao da concentrao dos

componentes.

Bisig, Bohner e Schneider (2006) patentearam um cimento sseo poroso base

de PMMA, com a mistura de um lquido no miscvel base de iopromida e cido

hialurnico, citando como caracterstica do material a boa biocompatibilidade.

Boger et al.(2008) utilizaram hialuronato de sdio associado ao PMMA.

Encontraram poros com o tamanho de 25-260m e porcentagem de porosidade de 56%,

porm no citam se os poros so intercomunicveis. No estudo piloto foram realizados

testes para a obteno de porosidade com o uso do hialuronato de sdio em forma de

hidrogel, no resultando em intercomunicabilidade entre os poros.

Hesaraki, Moztarzadeh e Sharifi (2007) apresentaram um estudo onde utilizaram

cido ctrico e bicarbonato de sdio, porm com a utilizao do cimento de fosfato de

clcio, no mesmo encontraram que o tamanho e o volume dos poros foraminfluenciados

pela proporo de aditivos na frmula.

Hesaraki, Zamanian e Moztarzadeh (2008) compararam cido ctrico e cido

actico, que foram utilizados no estudo piloto, reagindo com o CFC, a comparao

encontrou com o cido actico resulta numa fase de apatita maior, porm menos

injetvel e poroso que o cido ctrico.

Introduo 33

Mio-Faria et al. (2009) realizaram um teste experimental em coelhos

realizando o preenchimento sseo, o cimento poroso foi desenvolvido a partir de

CFC (-TCP) e albmen desidratada. Seus resultados foram de 35 % de reposio

ssea, em 12 semanas. Os tamanhos dos poros variaram de 100 a 300m. Cita

interconectividade em poros menores que 50m.

A patente mais recente foi desenvolvida por Shoji (2012) onde utilizou uma

mistura do CFC com um agente espessante na composio, resultando em um cimento

esponjoso, a partir de reao liberadora de gs carbnico, com porosidade mdia de

60% ou mais, permitindo assim entrada de clulas e protenas sseas morfogenticas.

1.8 Poliuretana derivada do leo de mamona

A partir da mamona (Ricinuscommunis), vegetal tpico do Brasil, extrai-se

industrialmente, por saponificao ou destilao fracionada, o leo de rcino que contm

89% de cido ricinoleico (KAWATA, 2001). O leo de rcino um produto que faz

parte da fabricao de plsticos, pinturas, lubrificantes e cosmticos e apresenta efeitos

analgsicos, anti-inflamatrios e bactericida, sendo utilizado em curativos (VIEIRA et

al., 2000).

Para o Brasil, com uma das maiores reservas de mamona do planeta, a sntese

das poliuretanas de origem vegetal se torna muito interessante, assim como outros usos

desse vegetal (MARIA; PADILHA FILHO; CASTRO, 2003; OHARA et al., 1995).

Em 1984, foi desenvolvida uma nova poliuretana vegetal extrada do leo de

mamona que tem demonstrado bons resultados com relao biocompatibilidade,

osteointegrao, ao antimicrobiana (PERASSI et al., 2008). Essa poliuretana foi

desenvolvida no Instituto de Qumica de So Carlos da Universidade de So Paulo pelo

Professor Gilberto Orivaldo Chierice (MASTRANTONIO; RAMALHO, 2003).

A poliuretana derivada do leo de mamona apresenta fcil processabilidade,

flexibilidade de formulao, controle de pico exotrmico, excelentes propriedades

estruturais, ausncia de emisso de vapores txicos, baixo custo e biodegradvel

(IGNCIO, 1995), tem propriedades bactericidas e fungicidas, aceita esterilizao e

colocao de parafusos e pode incorporar carbonato de clcio permitindo a remodelao

ssea (OHARA et al., 1995; KAWATA, 2001).

http://pt.wikipedia.org/wiki/Saponifica%C3%A7%C3%A3ohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Destila%C3%A7%C3%A3o_fracionadahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Pl%C3%A1sticohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Lubrificantehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Cosm%C3%A9ticohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Analg%C3%A9sicohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Anti-inflamat%C3%B3riohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Bactericidahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Band-Aid

Introduo 34

A poliuretana do leo de mamona sem adio de clcio apresenta plasticidade,

podendo variar do estado de gel at o slido. Na consistncia de gel pode substituir

materiais como o silicone (OHARA et al., 1995; KAWATA, 2001), j na forma slida,

normalmente vem associado ao carbonato de clcio, tornando-o microporoso, fazendo

que este material seja indicado para enxertia ssea (OHARA et al., 1995; KAWATA,

2001; IGNCIO, 1995). A adio de carbonato de clcio confere melhores padres de

resistncia e elasticidade em relao ao tecido sseo (CLARO NETO, 1997;

KAWATA, 2001). Ela est sendo aplicada na reconstruo do tecido sseo danificado

por acidentes ou doenas (MASTRANTONIO; RAMALHO, 2003).

Diversos autores atestaram a biocompatibilidade e a ausncia de citotoxicidade

da poliuretana de mamona. A biocompatibilidade da poliuretana de mamona foi

analisada aps implantao no fmur de coelhos; nesta espcie a poliuretana no

txica, formando uma reao fibrosa, que evoluiu para neoformao ssea aps 40 dias

(OHARA et al., 1995).

Em outro estudo, a poliuretana derivada do leo de mamona foi implantada na

cmara anterior do olho de camundongos. Os autores verificaram que este material foi

bem tolerado pelos camundongos, no inicio houve uma reao inflamatria que foi

diminuindo com o passar do tempo (VILARINHO; HETEM; RAMALHO, 1996).

A biocompatibilidade do material foi tambm comprovada aps implantao da

poliuretana em alvolo dental de ratos. Neste caso, ocorreu a osteointegrao

progressiva da resina, sem reao inflamatria ou de corpo estranho aps seis semanas

(CARVALHO et al., 1997; MARIA; PADILHA FILHO; CASTRO, 2003).

citado que o polmero de mamona, quando utilizado para o reparo de falhas

sseas, pode receber em seus poros a invaso de vasos sanguneos e consequentemente

de osteoblastos. A poliuretana vai sendo reabsorvida e em seu lugar ocorre o

crescimento do tecido sseo (CLARO NETO, 1997).

O polmero derivado do leo de mamona foi utilizado com sucesso na confeco

de prteses para pacientes com fraturas e tumores de coluna, no lugar do silicone em

pacientes com cncer de prstata, na reconstruo de mandbulas, na obturao de

dentes perfurados (MASTRANTONIO; RAMALHO, 2003) e sobre defeitos sseos ao

redor de implantes osteointegrados (AZEVEDO et al, 1997).

Introduo 35

Maria, Padilha Filho, Castro (2003) avaliaram a implantao de poliuretana de

mamona na tbia de ces e aps 30, 60 e 90 dias verificaram que a poro proximal dos

implantes estava recoberta por tecido fibroso e que os implantes encontravam-se

deslocados em relao ao local inicial de implantao. Ao corte longitudinal da tbia,

alguns implantes soltaram-se espontaneamente e outros foram retirados com muita

facilidade.

O exame histolgico do osso mostrou aspectos semelhantes em todos os grupos.

No foram observados fenmenos correspondentes a processos infecciosos ou de

rejeio nos tecidos estudados, porm no houve osteointegrao como sugeriam os

trabalhos anteriormente citados (MARIA; PADILHA FILHO; CASTRO, 2003).

Em estudos realizados com coelhos, observou-se que os implantes tambm se

destacavam com facilidade, embora as poliuretanas estivessem firmemente adaptadas ao

invlucro de osso (IGNCIO, 1995; IGNCIO et al., 1996, 1997; MARIA; PADILHA

FILHO; CASTRO, 2003). A ausncia de fixao da poliuretana no local de implantao

um indicativo de que no ocorreu a interligao mecnica entre o implante e o osso

hospedeiro (MARIA; PADILHA FILHO; CASTRO, 2003). Portanto, as caractersticas

biolgicas dos implantes de poliuretana de mamona merecem maior investigao.

Atualmente existem no Brasil duas formas comercializadas de poliuretana de mamona.

A forma original, tambm conhecida como Composto sseo de Rcinos (COR),

fabricada pela Poliquil

e a outra (Biosteo

) produzida pela Biomecnica. Elas

apresentam diferenas qumicas significativas e na maioria dos trabalhos citados acima

o cimento utilizado no especificado. Portanto, possvel que os resultados sejam

diferentes para cada marca.

1.9 Ensaio Mecnico

As propriedades mecnicas definem o comportamento de um material quando

sujeito a esforos de natureza mecnica (BARROS, 2001). O ensaio mecnico o

mecanismo prtico realizado no laboratrio para identificar estas propriedades. Alguns

ensaios, chamados destrutivos, identificam as foras necessrias para destruio do

material e a forma como ocorre esta destruio. Nestes casos a aplicao das foras

pode variar de intensidade, direo e ritmo. Os ensaios de compresso so exemplos de

ensaios destrutivos (SOUZA, 1982).

Introduo 36

O ensaio mecnico de materiais envolve a aplicao de foras de intensidade

conhecida e a medida da deformao produzida. As foras podem ser divididas em

relao ao sentido de aplicao: trao, toro e flexo, compresso e cisalhamento.

A escolha do ensaio mecnico mais interessante ou adequado depende da

finalidade do material, tipos de esforos que ir ser submetido, e propriedades

mecnicas que se deseja medir (SOUZA, 1982).

OBJETIVOS

Objetivos 38

2 Objetivos

2.1 Objetivo Geral

O objetivo deste estudo foi desenvolver e caracterizar fisicamente,

mecanicamente e microestruturalmente um cimento sseo esponjoso base de

polimetilmetacrilato (PMMA) para o preenchimento de falhas sseas em oncologia

ortopdica.

2.2 Objetivos Especficos

- Identificar o processo mais adequado de produo do cimento esponjoso base

de PMMA.

- Caracterizar os poros quanto ao tamanho e intercomunicabilidade.

- Caracterizar as propriedades mecnicas comparando-as com as do cimento

convencional de PMMA, do osso esponjoso bovino e do cimento esponjoso de

poliuretana de mamona.

- Caracterizar as propriedades mecnicas do cimento esponjoso produzido a

partir de poliuretana de mamona (Biosteo) pela mesma tcnica.

MATERIAIS E MTODOS

Materiais e mtodos 40

3 Materiais e mtodo

3.1 Consideraes gerais

Tanto os ensaios mecnicos quanto a anlise morfomtrica foram realizados em

corpos de prova. Nas normas internacionais para avaliao das caractersticas mecnicas

de cimento acrlico de uso cirrgico - ISO 5833 os corpos de prova so de dimenses

reduzidas ( 6 mm de dimetro x 12 mm de altura). Neste estudo foi analisado um

cimento esponjoso com poros grandes, eventualmente maiores que o dimetro dos

corpos de prova sugeridos. Para diminuir a variabilidade das amostras imposta pela

conformao espacial do cimento optamos por utilizar corpos de prova (CPDs)

cilndricos de tamanho maior (20 mm de dimetro x 40 mm de altura).

3.2 Estudo Piloto

Numa fase inicial foi desenvolvido o cimento esponjoso. Inicialmente procurou-

se criar o aspecto esponjoso do cimento despejando-o ainda em forma lquida em

recipiente contendo esferas de substncias que fossem facilmente dissolvidas. O

primeiro material usado para este fim foi o gelo. No entanto, a temperatura do gelo no

permitia a polimerizao do PMMA. Outros materiais utilizados foram esferas de

glicose anidra e amido de milho. A retirada destes materiais era bastante fcil com jato

dgua, mas as esferas, apesar de coalescentes, formavam trabculas muito finas de

cimento e a superfcie externa do bloco apresentava poucos orifcios de contato com a

parede do recipiente.

A melhor alternativa foi a mistura do polmero na forma de p com bicarbonato

de sdio e cido ctrico (Figura 1). Aps a mistura com o monmero lquido, em que se

acrescenta pequena quantidade de gua, ocorre polimerizao do metilmetacrilato e a

formao de bolhas de gs segundo a reao:

C6H8O7(aq) + 3NaHCO3(aq) 3H2O(l) + 3CO2(g) + Na3C6H5O7(aq)

cido ctrico + bicarbonato de sdio gua + dixido de carbono + citrato de sdio


Figura 1. Tomografia computadorizada (TC) da primeira amostra de escolha realizada com a

mistura do PMMA com o bicarbonato de sdio e o cido ctrico.

Estas bolhas de gs, na avaliao macroscpica, tambm coalescem e se

distribuem aleatoriamente pelo cimento mesmo na superfcie externa (Figura 2). Assim,

obteve-se um cimento que aparentemente tinha as caractersticas desejadas: grandes

espaos vazios entre as trabculas de cimento que pareciam permitir contato com o

meio externo e livre circulao de lquido no seu interior, sem perder grosseiramente a

resistncia mecnica. Este material merecia um estudo mais detalhado.

Figura 2. Foto ilustrando cimento sseo poroso inserido em regio proximal da tbia bovina.

3.3 Preparo do cimento sseo acrlico (PMMA)

Todos os procedimentos foram realizados no Laboratrio de Bioengenharia do


Departamento de Biomecnica, Medicina e Reabilitao do Aparelho Locomotor da

Faculdade de Medicina de Ribeiro Preto USP.

A preparao do cimento sseo foi realizada em uma sala com temperatura de

23 1C e umidade relativa do ar de 50% 10% controladas por um

desumidificador/umidificador de ar porttil ABS da marca ETEC, um ar condicionado

da marca Springer 18000 BTUs e medidas por um termo-higrmetro da marca ETEC

modelo HT-200. Todos os experimentos foram realizados em uma capela apropriada

com sistema de exausto e iluminao utilizando equipamentos de proteo individual.

Todos os equipamentos eram ligados 2 horas antes de cada experimento para melhor

controle e padronizao das condies ambientais que seguiram a norma internacional

ISO 5833 para cimento acrlico.

A mistura manual foi realizada de acordo com as prescries do manual de

instrues do cimento acrlico base de PMMA utilizado no experimento (Cimento

cirrgico Jonhson & Jonhson, marca De Puy

Smart Set Endurance MV, England).

Quarenta gramas do componente em p (polmero) foram depositados na cuba

de ao inoxidvel. Em seguida, foram adicionadas as propores definidas por cada

grupo de cido ctrico e de bicarbonato de sdio. Com uma colher, os componentes

foram revolvidos at que se obteve uma mistura homognea. Em seguida foi adicionado

o lquido (monmero) e novamente os componentes foram misturados com uma colher

com uma frequncia de aproximadamente 100 movimentos/minuto, conforme

Boger et al.(2008), at que a mistura ficasse homognea. Trs minutos aps a mistura

do p e do lquido foram acrescentados 5 ml de gua destilada mantendo-se a

movimentao com a colher. Neste momento comeam a se formar as bolhas de gs

oriundas da reao do bicarbonato com o cido ctrico e a gua.

Esta substncia amorfa foi introduzida no conjunto de moldagem 4 minutos

aps o incio do experimento que corresponde a um minuto aps a adio da gua, para

formar os cilindros de dimenses padronizadas. Em mdia foram produzidos oito

corpos de prova para cada dose de cimento. A colocao do cimento nos moldes

demorava em mdia 1 minuto e meio e aps 8 minutos de experimento os conjuntos

eram tampados para que a expanso do cimento provocada pela formao de gs

ocorresse em todos os sentidos, preenchendo todo o volume dos cilindros. Utilizando

este protocolo a secagem completa do cimento ocorreu, em mdia, em 20 minutos.


Os corpos de prova eram desenformados aps 48 horas e acondicionados em

recipientes individuais, protegidos da luz e com temperatura e umidade controladas

evitando excessos, conforme Boger (2008). Este tempo de espera para retirada do

molde, devido s amostras apresentarem um menor risco de quebra devido ao perodo

de secagem do cimento sseo.

O modo de preparo est descrito no Fluxograma 1:

Fluxograma 1. Preparo do cimento de PMMA esponjoso

3.4 Preparo do cimento de mamona (Biosteo)

No experimento com o cimento base de mamona foi utilizado somente o poliol

e o pr-polmero juntamente com o bicarbonato de sdio e o cido ctrico, desprezando

o carbonato de clcio presente na composio comercial do polmero. Este descarte foi

baseado em experimentos anteriores em que a incluso do carbonato de clcio

ocasionou a no formao de poros nos corpos de prova.

Foram depositados na cuba de ao 2 gramas de bicarbonato de sdio e 2 gramas

de cido ctrico onde foram revolvidos at que se obtivesse uma mistura homognea.

Polmero + monmero Adio de 5 ml de gua aos

3 minutos

Colocao no molde aos 4

minutos

Tamponamento aos 8

minutos

Fim do experimento aos 20

minutos

Retirada do molde dois dias

aps o experimento


Em seguida foi adicionada a quantidade de 8,5 gramas de poliol e 10,0 gramas de

pr-polmero (quantias presentes em uma unidade do Biosteo).

Novamente os componentes foram misturados com uma colher com uma

frequncia de aproximadamente 100 movimentos/minuto at que a mistura ficasse

homognea. Cinco minutos aps a mistura do p e do lquido foram acrescentados 3 ml

de gua destilada (no incio da fase de modelagem, logo aps a fase adesiva),

mantendo-se a movimentao com a colher. Foi feita uma reformulao na quantidade

de gua baseada na proporo dos compostos.

Esta substncia amorfa foi introduzida no conjunto de moldagem 6 minutos aps

o incio do experimento que corresponde a um minuto aps a adio da gua, para

formar os cilindros de dimenses padronizadas onde ocorreu a expanso das bolhas de

gs. Em mdia trs corpos de prova eram produzidos com cada pacote de cimento. A

secagem completa ocorreu em mdia em 20 minutos.

Os corpos de prova eram desenformados e armazenados aps 48 horas,

conforme citado anteriormente. O modo de preparo est descrito no Fluxograma 2.

Fluxograma 2. Preparo do cimento de mamona esponjoso

Poliol + pr-polmero Adio de 3 ml de gua aos

5 minutos

Colocao no molde aos 6

minutos

Tamponamento aos 8

minutos

Fim do experimento aos 20

minutos

Retirada do molde dois dias

aps o experimento


3.5 Confeco dos conjuntos para obteno do molde

O conjunto de moldagem produzido na Oficina de Preciso da Prefeitura do

Campus da Universidade de So Paulo de Ribeiro Preto alm de padronizar o

tamanho dos corpos de prova cilndricos ajudou a desenform-los.

As dez unidades eram constitudas de cilindros vazados de

politetrafluoretileno (PTFE ou TEFLON

) que foram produzidos com dimetro interno

de 21 mm. O fundo foi formado por outro cilindro de 21 mm de dimetro que era

introduzido no primeiro. Um anel limitava a introduo do cilindro a 50 mm de

profundidade. O cimento era introduzido pelo outro orifcio (figura 3). Para

desenformar o corpo de prova, o anel era retirado e o pisto era introduzido, com o

auxlio de uma furadeira de bancada, at a sua exposio pelo orifcio do cilindro maior.

Desta forma foram evitados danos aos corpos de prova (figura 4).

Aps a mistura dos componentes do cimento ocorria grande expanso devido

formao das bolhas de gs. Neste momento os cilindros do conjunto para obteno do

molde eram cobertos por uma tampa firmemente adaptada para promover o completo

preenchimento do molde pelo cimento evitando o extravasamento pelo orifcio aberto.

Aps serem desenformados os corpos de prova foram submetidos usinagem da

extremidade superior e lateral produzindo cilindros regulares de 40 mm de comprimento

por 20 mm de dimetro.

O tamanho do corpo de prova tem grande influncia sobre os resultados dos

ensaios mecnicos. Devido distribuio aleatria e irregularidade do tamanho dos

poros quanto menor a amostra maior a influncia desta irregularidade. Adotamos a

medida dos corpos de prova de 20 mm por 40 mm de forma emprica para diminuir a

influncia desta variao.


Figura 3. Conjunto para obteno do molde. A: tampa, B: molde cilndrico vazado, C anel

restritor, D base de apoio.

Figura 4. Dispositivo de retirada do corpo de prova. E: pisto, B: molde cilndrico vazado,

F: base de apoio vazada.

3.6 Grupos

Foram estudados 6 grupos cada um formado por 15 corpos de prova (CPDs)

cilndricos com 20 mm de dimetro e 40 mm de altura. Um foi usado na anlise de

interconectividade com imerso no azul de metileno e tamanho dos poros com a

microscopia eletrnica de varredura, os outros quatorze CPDs para os ensaios de

compresso. Todos os 15 corpos de prova de cada grupo foram digitalizados com TC e

tiveram suas imagens analisadas pelo software.


Os trs primeiros grupos G1, G2 e G3 foram analisados para determinar a

melhor proporo de bicarbonato de sdio e cido ctrico em relao ao

polimetilmetacrilato (PMMA). Dois grupos controle para comparao com osso

esponjoso bovino (G6) e cimento sseo slido (G4). E um grupo para comparao com

o cimento de poliuretana de mamona (Biosteo

) (G5) para avaliao do potencial deste

material.

O detalhamento de cada grupo o seguinte:

O Grupo 1 (G1) formado por cilindros de cimento esponjoso base de

PMMA (Johnson & Johnson, marca De Puy

) em que antes da polimerizao do

cimento foram adicionados bicarbonato de sdio e cido ctrico na proporo de 10%

em relao ao componente slido do cimento (polmero) (Tabela 1).

O Grupo 2 (G2) formado por cilindros de cimento esponjoso na proporo de

20%.

O Grupo 3 (G3) formado por cilindros de cimento esponjoso na proporo de

30%.

O Grupo 4 (G4) formado por cilindros de cimento sseo de PMMA compacto.

O Grupo 5 (G5) formado por cimento de poliuretana de mamona (Biosteo)

na proporo de 20%.

O Grupo 6 (G6) formado de corpos de prova cilndricos de osso esponjoso

extrado com trefina de cndilos tibiais proximais de bovinos.

A quantidade de polmero, monmero, bicarbonato de sdio (NAHCO3) e cido

ctrico (C6H8O7) nos grupos foi apresentado na Tabela 1.

Tabela 1. Materiais utilizados e quantidade (g) de polmero, monmero, bicarbonato de sdio

(NAHCO3) e cido ctrico (C6H8O7) nos grupos.

Grupos Polmero Monmero NAHCO3 C6H8O7

1 40 18,88 4 4

2 40 18,88 8 8

3 40 18,88 12 12

4 40 18,88 - -

5 8,5(poliol) 10(pr-polmero) 2 2

6 - - - -


3.7 Armazenamento dos corpos de prova.

Depois de desenformados do conjunto de moldagem os CPDs foram

identificados e armazenados em local seco e protegido contra choques. Todos os corpos

de prova seguiram esta sequncia de anlise: avaliaes macroscpicas, tomografias

computadorizadas e ensaios mecnicos.

3.8 Preparao dos corpos de prova de osso bovino

Vinte tbias bovinas, refrigeradas, de frigorfico, foram levadas Oficina de

Preciso do Campus Ribeiro Preto da USP para extrao com trefina de 20 cilindros de

osso esponjoso da regio metafisria proximal, em sentido longitudinal, de 40 mm de

altura e 20 mm de dimetro (Figura 5). Seis corpos de prova foram desengordurados

para medida de densidade e da intercomunicabilidade imergindo-os em solues de

lcool, gua oxigenada e ter etlico. Quatorze corpos de prova de osso bovino

destinados aos ensaios mecnicos foram conservados - 20 C para preservarem suas

caractersticas mecnicas. Antes da realizao dos ensaios eram colocados em geladeira

durante 12 horas e mantidos por duas horas em temperatura ambiente (ROSA, 2007)

(Figura 6).

Figura 5. Extrao dos corpos de prova de osso bovino.


Figura 6. Corpo de prova osso esponjoso bovino.

3.9 Avaliao Morfomtrica

3.9.1 Exame Macroscpico

A avaliao morfomtrica precedeu os ensaios mecnicos. Inicialmente foi

realizada a avaliao macroscpica de cada corpo de prova a fim de observar a

existncia de irregularidades grosseiras. No houve necessidade de descartar corpos de

prova com defeitos de produo.

Para cada corpo de prova foram realizadas trs medidas seriadas da altura e do

dimetro, utilizando-se paqumetro digital Mitutoyo, com resoluo de 0,01 mm,

sendo utilizada a mdia destas medidas. Os corpos de prova tambm foram fotografados

com mquina fotogrfica digital em duas incidncias com diferena de 180 de rotao

(Figura 7).


Figura 7. Corpos de prova posicionados para anlise macroscpica. Em sentido horrio: G2:

cimento sseo esponjoso 20%; G3: cimento sseo esponjoso 30%; G1: cimento sseo esponjoso

10%; G5: cimento poliuretana de mamona 20% e G4: cimento sseo compacto.

3.9.2 Clculo da densidade

O clculo da densidade foi realizado a partir das medidas da altura e do dimetro

e da aferio do peso, em balana de preciso digital (Marte

AS2000C) segundo as

frmulas:

Onde:

Onde:

3.9.3 Azul de Metileno

Um corpo de prova de cada grupo foi imerso durante uma hora em soluo de

azul de metileno a 2%. Aps corte longitudinal do corpo de prova foi avaliada a


distribuio do corante no seu interior.

A intercomunicabilidade dos poros foi considerada adequada quando todos eles

estavam corados. Foram fotografadas as faces interna e externa de cada cilindro. O

nico parmetro de avaliao foi o visual.

3.9.4 Tomografia Computadorizada (TC)

Quatorze corpos de prova de todos os seis grupos foram avaliados pelo

equipamento de tomografia computadorizada multi-slice de 16 camadas de detectores

(modelo Brilliance CT Big Bore Phillips medical systems, 2009, Holanda). Os

exames foram realizados utilizando resoluo espacial de 768 x 768 e escala de nveis

de cinza representada por 12 bits/pixel correspondendo a 4096 valores diferentes de

intensidade de pixel.

O protocolo para aquisio das imagens foi o do osso mastideo, definido pelo

Hospital das Clnicas da Faculdade de Medicina de Ribeiro Preto da Universidade de

So Paulo (HCFMRP/USP), contendo a espessura de corte de 0,28mm, altura e largura

de pixel de 0,45mm.

Para anlise das imagens foi desenvolvido um software em parceria com o

Centro de Cincias das Imagens e Fsica Mdica do HCFMRP/USP. Este recurso

permite a caracterizao microestrutural do objeto considerando a porosidade mdia em

porcentagem, porcentagem do cimento, densidade mdia em Unidades Hounsfield

(HU), volume total e volume mdio em milmetros cbicos (mm3).

Foram digitalizados 8 corpos de prova em cada tomografia, sendo 4

posicionados na face anterior e 4 na face posterior de um molde de isopor. No total

foram realizadas 21 imagens.

3.9.5 Microscopia Eletrnica de Varredura (MEV)

A caracterizao microestrutural dos corpos de prova foi feita utilizando-se um

microscpio eletrnico de varredura da marca Zeiss, modelo EVO MA10, do

Laboratrio de Bioengenharia da Faculdade de Medicina de Ribeiro Preto USP. A

tenso utilizada foi de 20 KV. As imagens foram obtidas e analisadas pelo engenheiro

de materiais Prof. Dr. Paulo Donato Frighetto, responsvel pela operao do MEV.

Para a observao no MEV as amostras foram cortadas na seco transversal, com

disco diamantado em um aparelho da marca Buehler, modelo Isomet 100. A seguir as


amostras foram recobertas com ouro em um pulverizador da marca Bal-Tec (modelo

SCD050-Sputter Coater, Liechtenstein), utilizando corrente de 40 mA por 240s.

3.10 Ensaios Mecnicos

3.10.1 Ensaios de compresso

Os mesmos 14 corpos de prova avaliados pela tomografia computadorizada,

foram submetidos ao teste de compresso na Mquina de Ensaios Mecnicos do

Laboratrio de Bioengenharia da Faculdade de Medicina de Ribeiro Preto USP

(Instron

, mod. 8872, EUA) com clula de carga da prpria empresa, com capacidade

de carga de 5 kN nos experimentos com cimento esponjoso e 25kN nos experimentos

com o cimento compacto e osso bovino (Figura 8).

O software Complete Bluehill 2 Software Suite, adaptado mquina de

ensaios, plota grficos fora x deslocamento e tenso x deformao e tabelas com

valores, mdia, mediana, desvio padro, mxima e mnima dos seguintes parmetros:

Fora mxima de compresso (N), Tenso mxima de compresso (MPa), Tenso de

escoamento (MPa) e Mdulo de Young (MPa).

Figura 8. Mquina Instron, mod. 8872.


3.11 Anlise dos Resultados

Primeiramente realizou-se uma anlise exploratria dos dados. Esta metodologia

tem como objetivo bsico sintetizar uma srie de valores de mesma natureza,

permitindo que se tenha uma viso global da variao desses valores, organizando e

descrevendo os dados de duas maneiras: por meio de tabelas com medidas descritivas e

de grficos. A anlise descritiva dos dados foi realizada com o auxlio software SAS

9.2, utilizando a PROC MEANS (SAS Institute Inc., Cary, USA).

Para atingir o objetivo, foi proposto o teste de Kruskal-Wallis, que uma tcnica

no paramtrica utilizada para comparar dois ou mais grupos. Sendo assim, ela no

requer suposies quanto distribuio normal dos dados. Como h diferena entre

algum par de grupos, foi feito o ps-teste de Dunn. Os resultados foram obtidos com o

auxilio do software gratuito R (R Foundation For Statistical Computing, Viena,

ustria). O nvel de significncia adotado nas anlises foi de 5%.

Todas as anlises estatsticas foram realizadas pelo Centro de Mtodos

Quantitativos (CEMEQ) da Faculdade de Medicina de Ribeiro Preto USP.

RESULTADOS

Resultados 55

4 Resultados

4.1 Anlise Morfomtrica

4.1.1 Clculo da densidade

O clculo da densidade mostrou valores aproximados entre os grupos G1, G2 e

G3. O grupo G4 apresentou densidades extremamente altas e o grupo G5, extremamente

baixas. O grupo G6 apresentou densidade mdia pouco superior ao do cimento

esponjoso (Tabela 2).

Tabela 2. Valores de densidade dos grupos (g/cm3)

Grupos G1(10%) G2(20%) G3(30%) G4(0%) G5(Mamona) G6(osso)

Mdia

DP

0,40

0,08

0,33

0,04

0,41

0,04

1,13

0,02

0,24

0,02

0,70

0,09

4.1.2 Azul de metileno

O grupo G1 (10%) apresentou regies internas que no foram coradas. Isto

significa que os poros formados no apresentam intercomunicao. J os grupos G2

(20%) e G3 (30%), com exceo de algumas pequenas regies, foram completamente

corados pelo azul de metileno, mostrando que efetivamente os poros permitem a livre

circulao de lquido no interior do cilindro, demonstrando que so intercomunicantes

(Figura 9).

Resultados 56

Figura 9. Anlise visual de preenchimento com azul de metileno grupos G1(10%), G2(20%) e

G3(30%).

Observa-se a ausncia de porosidade e impregnao no grupo G4. Presena de

impregnao no G5 somente na face externa, excluindo a hiptese de

intercomunicabilidade. Alta impregnao na face externa, porm pouca impregnao na

face interna em G6, mostrando fluidez lenta nas trabculas sseas (Figura 10).

Resultados 57

Figura 10. Anlise visual de preenchimento com azul de metileno dos grupos

G4 (PMMA compacto), G5 (cimento mamona), G6 (osso bovino).

4.1.3 Tomografia computadorizada (TC)

Os resultados preliminares realizados com a TC do cimento esponjoso indicam

uma porosidade mdia entre de 34,4% (G3) e 41%9 (G2), porcentagem de cimento

entre 59 % (G2) e 65,6% (G3), volume total de 12560 mm3, volume mdio entre 7410,4

(G2) e 8235,2 (G3) mm3 e densidade mdia entre 1387,3 (G3) e 1459,0 HU (Tabela 3).

Imagem do corte transversal gerado pela TC apresentada abaixo (figura 11).

Resultados 58

Tabela 3. Anlise realizada pelo TC. Valores de volume total (mm

3), porosidade mdia(%),

porcentagem de cimento e osso(%), volume mdio(mm3) e densidade mdia(HU).

Grupos Volume total

(mm3)

Porosidade

mdia(%)

Porcentagem de

cimento e

osso(G6) (%)

Volume

mdio(mm3)

Densidade

mdia(HU)

G1 12560 36,5 63,5 7975,6 1393,5

G2 12560 41,0 59,0 7410,4 1459,0

G3 12560 34,4 65,6 8235,2 1387,3

G4 12560 3,5 96,5 12120,4 950

G5 12560 34,6 65,4 8214,2 1379,5

G6 12560 29,0 71,0 8917,6 1384,3

Figura 11. Imagem do corte transversal de um corpo de prova.

4.1.4 Microscopia Eletrnica de Varredura (MEV)

Com a microscopia eletrnica de varredura foi possvel caracterizar a

microestrutura, avaliou-se a distribuio e o tamanho dos poros dos diferentes materiais

(Figura 12 e 13).

Resultados 59

Na MEV do grupo G2 (20%) observa-se uma distribuio aleatria e irregular de

poros, no entanto, a distribuio abrange toda a extenso da amostra. O tamanho dos

poros variou bastante de 50m a 3 mm, porm com uma visvel predominncia dos

macroporos acima de 1mm (Figura 12 e 13).

O grupo G1(10%) no apresenta grande diferena de tamanho e distribuio de

poros quando comparado com ao grupo G2, porm apresenta uma menor quantidade de

macroporos. O grupo G3 (30%) quando comparado aos grupos G1 e G2 apresenta um

nmero de macroporos maior e distribuio mais heterognea (Figura 12 e 13).

No grupo G4 (PMMA slido) so encontrados raros poros esparsos na matriz

(Figura 14).

No grupo G5 (mamona) possvel observar poros bem definidos, porm com

grande variao no tamanho e distribuio (Figura 14).

No grupo G6 (osso bovino) notam-se trabculas bem definidas com distribuio

e tamanho dos poros bastante homogneos. A comparao desse grupo aos grupos G2 e

G3 de cimento esponjoso mostra que os tamanhos so semelhantes, mas a distribuio

bastante diferente (Figura 14).

Resultados 60


(a) e (c): ampliao 64x; (b): ampliao 68x.

Resultados 61


(a), (b) e (c): ampliao 100x.

Resultados 62

Figura 14. MEV dos 6 grupos. Os valores de ampliao foram: G1: 64x; G2: 68x; G3: 64x;

G4: 64x; G5: 72x e G6: 60x

Resultados 63

4.2 Ensaios mecnicos

Os dados da: tenso mxima de compresso (MPa), mdulo de Young (MPa),

fora mxima de compresso (N) e tenso de escoamento (off-set 0,2%), so

apresentados na tabela 4. A avaliao global dos resultados de todos os grupos

considerando os parmetros de tenso mxima de compresso e mdulo de Young

(figuras 15 e 16) mostram quatro blocos de comportamentos mecnicos. Em primeiro

lugar os trs grupos de cimento de PMMA esponjoso G1, G2 e G3, o grupo G4 de

cimento PMMA slido, o grupo G5 de cimento esponjoso de mamona e o grupo G6 de

osso esponjoso bovino. Como o objetivo desta obra o desenvolvimento de um

substituto sinttico para o osso esponjoso os dados sero analisados separadamente em

comparao com este grupo (G6).

Tabela 4. Tenso mxima de compresso, mdulo de Young, fora mxima de compresso e

tenso de escoamento segundo os grupos.

Propriedades

mecnicas

Tenso

mxima de

compresso

(MPa)

Mdulo de

Young (MPa)

Fora mxima de

compresso (N)

Tenso de

escoamento

(off-set

0,2%)(MPa)

G1(10%) 5,03 (1,97)d 238,88 (78,71)

d 1570,25 (612,11)

d 4,43 (1,75)

d

G2(20%) 2,73 (0,99) 158,76 (40,51) 857,03 (315,50)

2,21 (0,74)

G3(30%) 3,11 (0,66) 179,59 (43,57) 954,05 (213,90)

2,53 (0,45)

G4(0%) 76,89 (4,85)a 2342,26 (123,49)

a 24290,34 (1525,41)

a 66,96 (5,61)

a

G5(Mamona) 0,20 (0,09) 68,34 (239,40) 61,51 (28,76) 0,09 (0,05)

G6(osso) 8,08 (3,47)b

359,32 (163,22)c

2498,51 (1059,61)b

5,24 (2,47)b

Valores da mdia e desvio padro que apresentaram diferenas estatisticamente significativas

a - G4 > G1, G2, G3 e G5 (p < 0,05)

b - G6 > G2 e G5 (p < 0,05)

c - G6 > G5 (p < 0,05)

d - G1> G5 (p < 0,05)

Resultados 64



compresso em Megapascal segundo o grupo.

Os valores mdios de tenso mxima de compresso para os grupos foram: para

o G1 de 5,03(1,97) MPa, G2 de 2,73 (0,99) MPa, G3 de 3,11 (0,66) MPa, G4 de 76,89

(4,85) MPa, G5 de 0,20 (0,09) MPa, e, para o G6 de 8,08 (3,47) MPa. A anlise dos

resultados de tenso mxima do grupo G4 foi significativamente maior do que no grupo

G1, G2, G3, G5 (p

Resultados 65



Megapascal segundo o grupo.

Os valores mdios de mdulo de Young para os grupos foram: para o G1 de

238,88 (78,71) MPa, G2 de 158,76 (40,51) MPa, G3 de 179,59 (43,57) MPa, G4 de

2342,26 (123,49) MPa, G5 de 68,34 (239,40) MPa, e, para o G6 de

359,32 (163,22) MPa. A anlise dos resultados do mdulo de Young do grupo G4 foi

significativamente maior do que no grupo G1, G2, G3, G5 (p

Resultados 66



compresso em Newtons (N) segundo o grupo.

Os valores mdios de fora mxima de compresso para os grupos foram: para o

G1 de 1570,25 (612,11) N, G2 de 857,03 (315,50) N, G3 de 954,05 (213,90) N, G4 de

24290,34 (1525,41) N, G5 de 61,51 (28,76) N, e, para o G6 de 2498,51 (1059,61) N. A

anlise dos resultados de fora mxima do grupo G4 foi significativamente maior do

que no grupo G1, G2, G3, G5 (p

Resultados 67



(off-set 0,2%) em Megapascal segundo o grupo.

Os valores mdios da tenso de escoamento para os grupos foram: para o G1 de

4,43 (1,75) MPa, G2 de 2,21 ( 0,74) MPa, G3 de 2,53 (0,45) MPa, G4 de 66,96 (5,61)

MPa, G5 de 0,09 (0,05) MPa, e, para o G6 de 5,24 (2,47) MPa. A anlise dos resultados

de limite de escoamento (off-set 0,2%) do grupo G4 foi significativamente maior do que

no grupo G1, G2, G3, G5 (p

Resultados 68

4.2.1 Cimento esponjoso de PMMA versus osso esponjoso bovino

Os quatro grficos abaixo mostram que no houve diferena significativa entre

os grupos de cimento esponjoso de PMMA estudados (Figuras 23, 24, 25 e 26). No

entanto os parmetros tenso mxima de compresso, fora mxima de compresso e

tenso de escoamento apresentam diferenas significativas entre G2 e G6. Na

comparao do mdulo de Young no houve diferenas significativas.



compresso em Megapascal segundo o grupo.

As diferenas significativas foram representadas pelos conectores. Os valores

mdios de tenso mxima de compresso para os grupos foram: para o

G1 de 5,03 (1,97) MPa, G2 de 2,73 (0,99) MPa, G3 de 3,11 (0,66) MPa, e, para o

G6

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