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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.17.2012.tde-13092012-095904
Document
Author
Full name
Bruno Cimatti
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2012
Supervisor
Committee
Engel, Edgard Eduard (President)
Reis, Andréa Candido dos
Shimano, Antonio Carlos
Title in Portuguese
Desenvolvimento e caracterização de um cimento ósseo esponjoso para preenchimento de falhas ósseas. Análise morfométrica e ensaio mecânico
Keywords in Portuguese
Cimento ósseo
Cimento ósseo poroso
Oncologia.
Ortopedia
Polimetilmetacrilato (PMMA)
Substitutos Ósseos
Abstract in Portuguese
Introdução: O tratamento dos tumores ósseos benignos é frequentemente realizado por abordagem intralesional com curetagem do tumor e preenchimento da falha óssea com substâncias biológicas ou sintéticas. Entre as biológicas estão os vários tipos de enxertos e o maior representante das sintéticas é o cimento ósseo ou polimetilmetacrilato (PMMA). O uso do cimento ósseo compacto pode apresentar problemas devido à necrose térmica, ao afrouxamento asséptico, à incapacidade de remodelação e à elasticidade inadequada em relação ao osso normal. O desenvolvimento de um cimento ósseo esponjoso que atenda a estas demandas mecânicas e biológicas e que seja de fácil manipulação no ambiente cirúrgico tem estimulado alguns pesquisadores. Basicamente, é possível formar poros no interior do cimento por mistura de substâncias hidrossolúveis ou por reação química produtora de gás. Objetivo: Desenvolver e caracterizar fisicamente e mecanicamente um cimento ósseo com poros intercomunicantes de aspecto estrutural esponjoso. Material e métodos: A produção de cimento esponjoso foi realizada misturando-se o PMMA com bicarbonato de sódio e ácido cítrico. Foram confeccionados 90 corpos de prova com 40 mm de altura por 20 mm de diâmetro distribuídos em 6 grupos (n=15): G1 formado por cimento esponjoso em que antes da polimerização do cimento foram adicionados bicarbonato de sódio e ácido cítrico na proporção de 10% em relação ao componente sólido do cimento (polímero); G2 - cimento esponjoso na proporção de 20%; G3 - cimento esponjoso na proporção de 30%; G4 - cimento ósseo de PMMA compacto; G5 - formado por cimento de poliuretana de mamona (Bioósteo®) na proporção de 20%; G6 formado de corpos de prova cilíndricos de osso esponjoso extraído com trefina de côndilos tibiais proximais de bovinos. A qualidade do cimento esponjoso foi avaliada por macroscopia, cálculo de densidade, imersão em azul de metileno, tomografia computadorizada, microscopia eletrônica de varredura e ensaio mecânico de compressão. Resultados: A melhor forma de produção de cimento esponjoso foi pela mistura de PMMA e componentes efervescentes. O teste da imersão em azul de metileno mostrou que os G2 e G3 apresentaram melhor intercomunicabilidade. As análises com o microscópio eletrônico de varredura (MEV) mostraram uma ampla variação no tamanho e distribuição dos poros que medem de 50m a 3mm. Em relação aos ensaios mecânicos não houve diferenças 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 ósseo de mamona não atingiu os valores aceitáveis de resistência mecânica. Conclusão: Foi possível desenvolver um cimento esponjoso à base de polimetilmetacrilato pela mistura com os aditivos efervescentes, bicarbonato de sódio e ácido cítrico, que apresenta características físicas e mecânicas desejadas como substituto ósseo esponjoso nas curetagens para tratamento de tumores ósseos benignos. O cimento de mamona esponjoso na forma testada mostrou-se inadequado para os fins pretendidos.
Title in English
Development and characterization of a cancellous cement repair of bone defects. Morphometric analisys and mechanical testing
Keywords in English
bone cement
bone substitutes
oncology.
orthopedics
polymethylmetacrylate (PMMA)
porous bone cement
Abstract in English
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 (Bioósteo®) 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 (Bioósteo®) 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 (Bioósteo®) is inadequate these purpose.
 
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Cimatti.pdf (3.35 Mbytes)
Publishing Date
2012-10-26
 
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