corrosion
Páginas: 67 (16525 palabras)
Publicado: 16 de septiembre de 2013
Capítulo 1
Capítulo 1
Introducción
En este capítulo se plantea la problemática actual de los biomateriales utilizados para el
reemplazo de tejidos duros, haciendo énfasis en las ventajas y limitaciones que tiene la
aleació n Ti6Al4V para esta aplicación. Seguidamente se describen brevemente los
métodos existentes de modificación superficial de esta aleación para convertir lasuperficie bioinerte en una bioactiva, destacando la posibilidad de aplicar
recubrimientos de vidrios bioactivos. Finalmente, se presenta una revisión detallada de
los fundamentos de la mecánica de contacto Hertziano y de los mecanismos de daño en
sólidos monolíticos y sistemas de recubrimientos monocapa y bicapa.
1.1.
Biomateriales para el reemplazo del hueso
La degradación de las propiedadesde los tejidos asociadas a traumas y enfermedades
relacionadas o no con el envejecimiento, hace necesario el uso de materiales biomédicos
para reparar o reemplazar dichos tejidos. En el caso del hueso, un ejemplo de esta
pérdida de propiedades es la disminución en su densidad a partir de los 30 años de edad
que puede traducirse en una reducción de su resistencia mecánica de hasta el 40%, que1
Introducción
puede ser aún mayor en el caso de las mujeres (Fig. 1.1). El efecto de la reducción en la
densidad ósea en las propiedades mecánicas puede verse acentuado por la degradación
Resistencia del hueso (fracción de 20-29 años)
debida a tensiones cíclicas y al desgaste superficial en las articulaciones [1].
1,0
0,9
HOMBRES
0,8
0,7
0,6
MUJERESIncremento de la
probabilidad de fractura
0,5
0,4
30
40
50
60
70
80
90
100
Edad (años)
Figura 1.1. Efecto de la edad en la resistencia mecánica del hueso y en la probabilidad
de fractura (adaptado de [1]).
El trabajo interdisciplinario de médicos, biólogos, físicos, ingenieros y profesionales de
otras áreas ha sido el principal motor para que a aplicación de losmateriales en el
l
campo de la medicina ha ya sufrido una importante evolución durante las últimas tres
décadas. Esta mayor utilización de los materiales en la medicina ha sido, sin duda, uno
de los factores de mayor repercusión en el aumento de la esperanza de vida observado
durante la segunda parte del siglo XX (Fig. 1.2). La importancia creciente de la
aplicación de los materiales en lamedicina queda mejor ejemplificada atendiendo a las
estadísticas recientes de procedimientos quirúrgicos (Tabla 1.1) y del mercado de los
biomateriales en los EEUU (Tabla 1.2). Existen varios factores que han contribuido al
incremento de estas estadísticas [3]:
1. Limitada disponibilidad, inmuno-rechazo y otros aspectos relacionados con los
transplantes que han hecho que las necesidades seansuplidas en muchos casos por
implantes (aprox. 5 millones por año en el mundo).
2
Capítulo 1
2. La
población
mayor
de
50
años
esta
creciendo
rápidamente
debido
fundamentalmente a la mayor expectativa de vida y al crecimiento de la población
mundial.
3. En el caso del hueso, el progresivo deterioro de la calidad del tejido conectivo con la
edad,especialmente a partir de los 30 años.
4. Aumento de la fiabilidad de implantes y prótesis, corroborada por cirujanos y
pacientes.
5. Mejora de habilidades quirúrgicas, equipos e instalaciones hospitalarias para llevar a
cabo las cirugías y tratamientos relacionados.
6. Avances en las prestaciones de los materiales utilizados para los implantes y sus
diseños.
7. Normas internacionales y regulacionesgubernamentales que aumentan la fiabilidad
de los implantes y prótesis.
100
Supervivencia en el
año 2000
Supervivencia (%)
80
60
40
Supervivencia en el
año 1900
20
0
0
20
40
60
80
100
Edad (años)
Figura 1.2. Incremento en la esperanza de vida en los Estados Unidos y Europa durante
el siglo XX (adaptado de [1]).
Paralelamente a los avances...
Capítulo 1
Introducción
En este capítulo se plantea la problemática actual de los biomateriales utilizados para el
reemplazo de tejidos duros, haciendo énfasis en las ventajas y limitaciones que tiene la
aleació n Ti6Al4V para esta aplicación. Seguidamente se describen brevemente los
métodos existentes de modificación superficial de esta aleación para convertir lasuperficie bioinerte en una bioactiva, destacando la posibilidad de aplicar
recubrimientos de vidrios bioactivos. Finalmente, se presenta una revisión detallada de
los fundamentos de la mecánica de contacto Hertziano y de los mecanismos de daño en
sólidos monolíticos y sistemas de recubrimientos monocapa y bicapa.
1.1.
Biomateriales para el reemplazo del hueso
La degradación de las propiedadesde los tejidos asociadas a traumas y enfermedades
relacionadas o no con el envejecimiento, hace necesario el uso de materiales biomédicos
para reparar o reemplazar dichos tejidos. En el caso del hueso, un ejemplo de esta
pérdida de propiedades es la disminución en su densidad a partir de los 30 años de edad
que puede traducirse en una reducción de su resistencia mecánica de hasta el 40%, que1
Introducción
puede ser aún mayor en el caso de las mujeres (Fig. 1.1). El efecto de la reducción en la
densidad ósea en las propiedades mecánicas puede verse acentuado por la degradación
Resistencia del hueso (fracción de 20-29 años)
debida a tensiones cíclicas y al desgaste superficial en las articulaciones [1].
1,0
0,9
HOMBRES
0,8
0,7
0,6
MUJERESIncremento de la
probabilidad de fractura
0,5
0,4
30
40
50
60
70
80
90
100
Edad (años)
Figura 1.1. Efecto de la edad en la resistencia mecánica del hueso y en la probabilidad
de fractura (adaptado de [1]).
El trabajo interdisciplinario de médicos, biólogos, físicos, ingenieros y profesionales de
otras áreas ha sido el principal motor para que a aplicación de losmateriales en el
l
campo de la medicina ha ya sufrido una importante evolución durante las últimas tres
décadas. Esta mayor utilización de los materiales en la medicina ha sido, sin duda, uno
de los factores de mayor repercusión en el aumento de la esperanza de vida observado
durante la segunda parte del siglo XX (Fig. 1.2). La importancia creciente de la
aplicación de los materiales en lamedicina queda mejor ejemplificada atendiendo a las
estadísticas recientes de procedimientos quirúrgicos (Tabla 1.1) y del mercado de los
biomateriales en los EEUU (Tabla 1.2). Existen varios factores que han contribuido al
incremento de estas estadísticas [3]:
1. Limitada disponibilidad, inmuno-rechazo y otros aspectos relacionados con los
transplantes que han hecho que las necesidades seansuplidas en muchos casos por
implantes (aprox. 5 millones por año en el mundo).
2
Capítulo 1
2. La
población
mayor
de
50
años
esta
creciendo
rápidamente
debido
fundamentalmente a la mayor expectativa de vida y al crecimiento de la población
mundial.
3. En el caso del hueso, el progresivo deterioro de la calidad del tejido conectivo con la
edad,especialmente a partir de los 30 años.
4. Aumento de la fiabilidad de implantes y prótesis, corroborada por cirujanos y
pacientes.
5. Mejora de habilidades quirúrgicas, equipos e instalaciones hospitalarias para llevar a
cabo las cirugías y tratamientos relacionados.
6. Avances en las prestaciones de los materiales utilizados para los implantes y sus
diseños.
7. Normas internacionales y regulacionesgubernamentales que aumentan la fiabilidad
de los implantes y prótesis.
100
Supervivencia en el
año 2000
Supervivencia (%)
80
60
40
Supervivencia en el
año 1900
20
0
0
20
40
60
80
100
Edad (años)
Figura 1.2. Incremento en la esperanza de vida en los Estados Unidos y Europa durante
el siglo XX (adaptado de [1]).
Paralelamente a los avances...
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