Análisis numérico de un modelo de lubricación visco-elastohidrodinámico aplicado a prótesis de rodilla

Abstract

El desgaste del polietileno que conforma el componente tibial de las prótesis de rodilla, es reconocido como el principal problema limitante en la duración de estos implantes. La dificultad de realizar mediciones in vivo de las variables elasto-hidrodinámicas que influyen sobre el desgaste del polímero , motivó el estudio numérico de modelos teóricos. Trabajos anteriores se centraron en el estudio de los espesores de la película lubricante (H), campos de presiones (P) y coeficiente de fricción (φ), mostrando una optimización en la lubricación de la junta ante la presencia de un material elástico de baja rigidez, con capacidad de exudar y absorber fluido. No obstante, los materiales poliméricos actualmente utilizados o investigados para ser empleados en prótesis articulares son viscoelásticos, pudiendo esta característica modificar las predicciones previas y por consiguiente las propuestas de diseño basadas en ellas. En este trabajo se presenta un modelo de lubricación de una prótesis de rodilla compuesta por un componente femoral metálico y un componente tibial conteniendo en su superficie articular un material viscoelástico lineal. Debido al alto acoplamiento entre las ecuaciones y a la no linealidad del modelo, se utiliza un método numérico basado en elementos finitos para resolver el sistema. Los resultados muestran que las variables H, P y φ sufren modificaciones de considerable magnitud respecto de los modelos elásticos previos. Las conclusiones se orientan a la optimización de la lubricación del implante a través de las propiedades del material polimérico y de las propiedades reológicas del fluido lubricante.

El desgaste del polietileno que conforma el componente tibial de las prótesis de rodilla, es reconocido como el principal problema limitante en la duración de estos implantes. La dificultad de realizar mediciones in vivo de las variables elasto-hidrodinámicas que influyen sobre el desgaste del polímero , motivó el estudio numérico de modelos teóricos. Trabajos anteriores se centraron en el estudio de los espesores de la película lubricante (H), campos de presiones (P) y coeficiente de fricción (φ), mostrando una optimización en la lubricación de la junta ante la presencia de un material elástico de baja rigidez, con capacidad de exudar y absorber fluido. No obstante, los materiales poliméricos actualmente utilizados o investigados para ser empleados en prótesis articulares son viscoelásticos, pudiendo esta característica modificar las predicciones previas y por consiguiente las propuestas de diseño basadas en ellas. En este trabajo se presenta un modelo de lubricación de una prótesis de rodilla compuesta por un componente femoral metálico y un componente tibial conteniendo en su superficie articular un material viscoelástico lineal. Debido al alto acoplamiento entre las ecuaciones y a la no linealidad del modelo, se utiliza un método numérico basado en elementos finitos para resolver el sistema. Los resultados muestran que las variables H, P y φ sufren modificaciones de considerable magnitud respecto de los modelos elásticos previos. Las conclusiones se orientan a la optimización de la lubricación del implante a través de las propiedades del material polimérico y de las propiedades reológicas del fluido lubricante