Departamento de Engenharia Mecânica, LABMAT, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis SC, Campus Universitário.
Palavras-chave: análise de falha, prótese ortopédica, fratura.
Resumo
A colocação de prótese no corpo humano tem, como primeiro registro, o reparo de uma fratura no céu da boca com placa de ouro por Petronius em 1565. Técnicas mais modernas de cirurgia, como a fixação de uma placa de aço revestida de níquel e parafusada no osso, foram realizadas por Hansmann em 1886. Desde então diversos metais têm sido testados como materiais de prótese. O aço inox foi introduzido como material de prótese em 1926, a liga Co-Cr-Mo em 1936 e o titânio tem tido grande uso desde 1970 conforme Fraker (1987).
Como propriedades importantes para um material de prótese destacam-se: biocompatibilide, resistência à corrosão, e a resistência à fadiga. A resistência à corrosão em materiais de prótese é o principal requisito, pois o corpo humano é um ambiente agressivo a muitos materiais devido à presença de sais e eletrólitos que facilmente atacam muitos metais. A resistência à fadiga deve ser levada em conta, pois o local fraturado dificilmente fica totalmente imobilizado. Desta forma, uma prótese pode sofrer esforços mecânicos como flexão e torção que podem acelerar a formação de trinca e conseqüentemente a fadiga.
Estudo do caso:
- Antecedentes: um cliente que fora submetido a uma cirurgia de colocação de prótese no antebraço direito (antebraço é constituído pelos ossos ulna e rádio), apresentou sintoma de intensas dores, e exames de raios-X, realizado 40 dias após a cirurgia, indicou que a prótese estava fraturada. Uma nova cirurgia removeu a prótese fraturada (figura 1) e instalou-se uma outra, o que possibilitou plena recuperação do paciente. Por sua vez, este solicitou uma análise de falha da prótese inicialmente instalada, visando identificar a causa da fratura.
- Análises:
1) Análise Química e Metalográfica: A Análise química do material revelou tratar-se de aço inoxidável austenítico, de composição base similar ao 316 (17 Cr - 12 Ni), portanto, dentro do esperado, e a análise metalográfica não revelou presença de defeitos que pudessem explicar a origem da fratura a partir de um defeito do material;
2) Análise Macroscópica: Através da inspeção visual identificou-se a presença de deformação plástica (figura 1), sugerindo ter havido esforço de torção no material;
3) Análise microscópica: Utilizando-se da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) constatou-se a presença de estrias (ou marcas) de fadiga, com diferentes direções de propagação (figuras 2 e 3) e indícios de amassamento entre as fraturas (figura 3), sugerindo que o material foi solicitado mesmo depois da fratura.
Seqüência de eventos: Concluiu-se então que a nucleação e propagação da trinca ocorreu da seguinte forma: Nas regiões 1 e 4 (conforme figuras 2 e 4), a trinca se propagou em plano transversal à espessura da placa, iniciando na borda externa e propagando em direção à periferia do orifício (isto é, de fora para dentro).
Uma vez completada a fratura nesta região, posteriormente, teria ocorrido a fratura nas regiões 2 e 3, onde a propagação ocorreria de cima para baixo, gerando as estrias horizontais. Isto, devido às regiões 1 e 4 terem sido deslocadas entre si, gerando torção.
A seqüência de eventos, baseado nas condições observadas das regiões 1, 2, 3 e 4 do local da falha, está esquematizado na figura 4.
As análises realizadas permitiram evidenciar que a fratura ocorreu por fadiga, não havendo defeito no material que justificasse a nucleação prematura, o que levou a inferir que a fratura teve origem em um excesso de esforços mecânicos.
Dois meses após o encerramento das análises, obteve-se a chapa fotográfica de raios-X dada pelo paciente, e a partir dela foram encontrados elementos que confirmaram o estudo anterior proposto, no qual a causa da falha foi devido à não fixação adequada da prótese (o posicionamento incorreto da prótese sobre o osso possibilitou excesso de carregamento) e a falta de imobilização do antebraço.
Referências:
Fraker, A.C. "Corrosion of Metallic Implants and Prosthetic Devices", ASM Handbook vol.13: Corrosion. ASM International, 1987-1998.