LA STORIA E I PROTAGONISTI DELL'OSSO ARTIFICIALE

Le protesi in generale si sviluppano alla fine della II guerra mondiale quando molti reduci della guerra avevano bisogno di esse e di una riabilitazione. Lo studio dell'osso nasce già molto tempo prima con Galeno (129-201) il quale essendo medico dei gladiatori, aveva la possibilità di osservare l'interno del corpo umano, un grande privilegio in quell'epoca in cui erano proibite le autopsie. Colui che fece grandi studi sulle ossa è Galileo Galilei (1564-1642), questo argomento viene trattato nella sua famosa opera scientifica "Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze", di cui viene allegato il pdf.

Galileo Galilei

copertina dell'opera scritta da Galileo Galilei



In questa opera studia le dimensioni delle ossa in relazione alla loro resistenza e come viene descritto nell'articolo allegato : "L'argomentazione di Galileo si può riassumere in questo modo. La lunghezza delle ossa di un animale è all'incirca proporzionale alla sua altezza: l = kh, dove k è una costante di proporzionalità. Se si raddoppia l'altezza, raddoppierà la lunghezza delle ossa. Un topo alto dieci volte il normale avrebbe ossa lunghe dieci volte il normale.
La massa del topo, però, dipende dal suo volume (a parità di densità). Se moltiplichiamo per dieci l'altezza del topo, dobbiamo moltiplicare per dieci anche la sua larghezza e lunghezza. E se è vero che un parallelepipedo è un'approssimazione piuttosto grossolana per un topo, la conseguenza di questa trasformazione di scala è che il volume del roditore, e quindi la sua massa, aumenteranno di mille volte. Possiamo scrivere che m = kh³, perché la massa è direttamente proporzionale all'altezza elevata al cubo.
Ma, come dimostra Galileo nei Discorsi, la resistenza di una colonna o di un femore, sotto lo sforzo imposto dal peso del soffitto o dell'animale in esame, dipende dall'area della sezione della colonna o dell'osso. Una colonna più sottile regge meno peso di una colonna più spessa. Ora, l'area della sezione cresce all'aumentare della larghezza e della lunghezza del nostro topo. Se l'ingrandimento lineare è di dieci volte, l'ingrandimento della sezione è di cento volte. Ovvero: S = kh².
La conseguenza necessaria è che un topo dieci volte più alto del normale non potrebbe reggersi sulle zampe, perché queste, in proporzione al peso, sarebbero troppo sottili. L'evoluzione potrebbe produrre dei topi giganteschi: ma soltanto a patto di renderli più massicci e tozzi, di cambiare le loro proporzioni."

rappresentazione dell'osso presa dall'opera di Galileo Galilei

Un altro protagonista della storia dell'osso è Borelli, il quale scrive un libro "De Motu Animalium", in cui fornisce soluzioni grafiche per molti problemi relativi alla meccanica delle ossa, delle articolazioni e dei muscoli schematizzando i diversi sistemi come leve soggette a carichi.

Giovanni Borelli

De Motu Animalium

studi dei carichi sull'osso  compiuti da Borelli

studi dei carichi sull'arto inferiore effettuati da Borelli

LE INDUSTRIE DEL'OSSO ARTIFICIALE

Molteplice aziende si occupa di progettare e testare l'osso artificiale (femore, ginocchio, spalla,..):


GRUPPO BIOIMPIANTI





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BIOMET

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TORNIER

logo tornier





LE TECNOLOGIE E LE SCIENZE DELL'OSSO ARTIFICIALE

Diverse scienze si occupano dell'osso artificiale, in primis troviamo la biomeccanica e i biomateriali che è la scienza che si occupa della biocompatibilità dei componenti protesici. Molti ingegneri biomedici si sono chiesti quale sia il materiale giusto da utilizzare nel campo della biocompatibilità delle protesi: ceramica o metallo ma ancora oggi non si è arrivata a una conclusione. Poiché l'usura della protesi metallica produce detriti molto dannosi per il corpo umano che non riesce a smaltire mentre la ceramica rende la protesi fragile e quindi a un possibile fallimento precoce. La biomeccanica è quella scienza che studia il comportamento delle strutture non più fisiologiche, perché la protesi prende il posto dell'osso umano, quando sono sottoposte a sollecitazione statiche o dinamiche. Invece una tecnica innovativa che viene ora utilizzata molto è la rigenerazione ossea che viene spiegata molto bene nel link.

I RISCHI DELL'OSSO ARTIFICIALE

I rischi riguardati l'osso artificiale sono molteplici, in primo luogo bisogna tenere conto che per l'impianto protesico è necessario un intervento chirurgico.
Nel primo video viene spiegata (6.18 min) che cosa si intende per mini-invasività, mentre nel secondo video vengono mostrati alcuni spezzoni di un intervento chirurgico femorale di un paziente.

In secondo luogo bisogna tenere conto che le protesi falliscono, poiché dopo alcuni anni non sono più in grado di sostenere il peso stesso del paziente e di essere sollecitate, quindi è necessario sottoporsi a un secondo impianto di revisione, contando di nuovo i rischi di un secondo intervento chirurgico.

I fallimenti possono essere di vario tipo:

1. rottura dell'impianto;

2.usura componenti protesici;

3.lussazione;

4.frattura ossea;

5.scollamento: asettico o settico.

GRAFICI DELL'OSSO ARTIFICIALE

percentuali fallimenti osso artificiale

Nel grafico viene mostrato in percentuale le possibili cause del fallimento dell'impianto osseo artificiale. Ben il 53,2% dei pazienti il fallimento avviene per lo scollamento asettico ovvero l'osso che è in contatto con lo stelo artificiale della protesi si addensa mentre alla punta si addensa questo può essere dovuto a un non corretto bilanciamento dei carichi.
Mentre solo il 6,6% dei pazienti subisce uno scollamento settico in cui si intende la vera e propria presenza di infezione.
Ma la cosa sorprendente illustrata dal diagramma che solo il 2,1% è costretto ad affrontare la rottura dell'impianto protesico osseo.


fasce di età per impianto osseo artficiale

Invece in questo secondo grafico vengono mostrati le fasce di età per uomini e donne che sono costretti a subire per la prima volta un impianto osso artificiale.