nuevastendencias endosfamiliasdecementososeos:acrílicos y … · de los adhesivos ode los cemcntos...

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REVISTA ~IEXICANA [lE FfsICA 45 SlJI'LEME:"TO I. 49-;) JUNIO 1999 Nuevas tendencias en dos familias de cementos oseos: acrílicos y basados en fosfatos de calcio J.A. PlaneIJ, M.p. Ginehra, E. Fernándel, 1. Khairoun, J. ClémenI y EJ. Gil Departamemo de Ciencia de los ,\/meriales e Ingenierfa MeralIírgica Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Barcelona, Universidad Politécnica tle entallmya Av, Diagolla/647, 08028 Barce/olla, £s['0I1a F.c.~1. Driessens Departame1l1 Dental A1aterials Science, U,,;\'crsity Hospital, Demal Clillic de Pillte/aOlI 185, B-9000 Game, Bé/gica Recibido el 20 de marzo de 1998: aceptado el 29 de mayo de 1998 En este artículo se describen brevemente los rasgos fundamentales de dos familias de cementos óseos. los acrílicos y los basados en fosfatos de calcio. La nafUra!cZ<ly propiedades de ambos materiales es muy distinta, y por tanto también son diferentes sus campos de aplicación . .\Iientras los cementos acrílicos tienen una función primordialmente mecánica. el papel que se esp.:ra de los cementos de fosfatos de calcio está ligado con su carácter bioactivo: promover la regeneración del tejido óseo, de forma que el biomaterial sea progresivamente substituido por hueso ncoformado. Descriptores: Biomatcrialcs: ccmenlos óseos, cementos (lseos acrílicos; fosfatos de calcio; hidroxiapatita The main features 01'Iwo familics of bOlle ccmcnts are prcsented: acrylic and calcium phosphate based. Since Iheir nature and properties are very differenl. also their applicalions differ. Whilsl Ihe main funclion of the acrylic hone cemcnts is mcchanicaL the role of calcium phosphatc hone cerm:nts is relateo to thcir hioactivity: to promote lhe hone tissue regeneration. mnking il possihle their own subSlilution by newJy formeo hone. Kt.'Yl1'ords: Biomalcrials: bOlle cemcnls; acrylic bOllecements; calcium phosphates: hidroxyapatite PAes: R7.45.-k 1. Introducción Uno de los grandes desafíos a los que se enfrenta la ciencia de materiales de nuestro tiempo es el diseño de una nueva generaci6n de biomaterialcs para la substituci6n y regenera- ción de las diversas partcs del cuerpo humano, que supere las expectativas actuales de éxito dc los implantes a largo plazo. La composición y la forma de cada biomaterial depende de la función que debe cumplir en el organismo. Este traba- jo se va a ccntrar en algunos biomatcriales que sc utilizan cn forma de cemento. 2, Características de un material tipo cemento La utilidad práctica de un cemento está cn función de la capa. cidad que posec d~ formar, después de ser mezclada su fase en polvo con una fase líquida, una masa coherente que con el transcurso del tiempo endurece, presentando cierta resisten. cia mecánica. Dentro de los cemcntos cabe distinguir los que se basan en compuestos orgánicos, que debcn su acción cc- mentan te a reacciones de polimcrización, como scría el caso de los adhesivos o de los cemcntos acrílicos de polimctilmc- tacrilalo, y los hasados en compuestos inorgánicos. como los cemenlos dc fosfatos de calcio. En general. Sl' considera que la transformación de la pasta . inicial a la condición de un cuerpo sólido tienc lugar en dos etapas. En la primera. la masa pierde su plasticidad de mane- ra que si se moldea nuevamente la plasticidad no se recupera. n se recupera sólo parcialmente. En la segunda ctapa tiene lugar la consolidación, aumentando la dureza y la resistencia mecánica hasta obtenerse una consistencia sólida. Estas dos clapas se conocen C0l110 los procesos de fraguado y endure- cimiento. Algunas ventajas que cabe esperar de la obtención de un biomaterialtipo cemento son las siguientes: a) Moldeahilidad: no es necesario dar forma al implante (/ priori, sino que es el mismo cirujano el que moldea el material in siru, introduciéndolo en estado pastoso en la cavidad que conviene llenar. Esto se traduce en una buena adaptaci6n a la regi6n que debe ser reconstruida. Con el fraguado in Jitu sc consiguc simultáneamente una buena fijación. b) En algunos casos se pueden obtener, modificando con- venientemente las variables de procesado. materiales con la fluidez inicial sufkiente para que sea.l inyec- tables. Esto puede suponer una gran ventaja de apli- cación del material, en lo que respecta a la técnica quinírgica. e) Una propiedad que se deriva de la rnoldeabilidad y de la adaptación del material a la cavidad es la buena apo- sición entre el cemento y el tejido óseo circundantc.

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Page 1: Nuevastendencias endosfamiliasdecementososeos:acrílicos y … · de los adhesivos ode los cemcntos acrílicos de polimctilmc-tacrilalo, y los hasados en compuestos inorgánicos

REVISTA ~IEXICANA [lE FfsICA 45 SlJI'LEME:"TO I. 49-;) JUNIO 1999

Nuevas tendencias en dos familias de cementos oseos: acrílicos y basados enfosfatos de calcio

J.A. PlaneIJ, M.p. Ginehra, E. Fernándel, 1. Khairoun, J. ClémenI y EJ. GilDepartamemo de Ciencia de los ,\/meriales e Ingenierfa MeralIírgica

Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Barcelona, Universidad Politécnica tle entallmyaAv, Diagolla/647, 08028 Barce/olla, £s['0I1a

F.c.~1.DriessensDepartame1l1 Dental A1aterials Science, U,,;\'crsity Hospital, Demal Clillic

de Pillte/aOlI 185, B-9000 Game, Bé/gica

Recibido el 20 de marzo de 1998: aceptado el 29 de mayo de 1998

En este artículo se describen brevemente los rasgos fundamentales de dos familias de cementos óseos. los acrílicos y los basados en fosfatosde calcio. La nafUra!cZ<ly propiedades de ambos materiales es muy distinta, y por tanto también son diferentes sus campos de aplicación ..\Iientras los cementos acrílicos tienen una función primordialmente mecánica. el papel que se esp.:ra de los cementos de fosfatos de calcioestá ligado con su carácter bioactivo: promover la regeneración del tejido óseo, de forma que el biomaterial sea progresivamente substituidopor hueso ncoformado.

Descriptores: Biomatcrialcs: ccmenlos óseos, cementos (lseos acrílicos; fosfatos de calcio; hidroxiapatita

The main features 01' Iwo familics of bOlle ccmcnts are prcsented: acrylic and calcium phosphate based. Since Iheir nature and propertiesare very differenl. also their applicalions differ. Whilsl Ihe main funclion of the acrylic hone cemcnts is mcchanicaL the role of calciumphosphatc hone cerm:nts is relateo to thcir hioactivity: to promote lhe hone tissue regeneration. mnking il possihle their own subSlilution bynewJy formeo hone.

Kt.'Yl1'ords: Biomalcrials: bOlle cemcnls; acrylic bOlle cements; calcium phosphates: hidroxyapatite

PAes: R7.45.-k

1. Introducción

Uno de los grandes desafíos a los que se enfrenta la cienciade materiales de nuestro tiempo es el diseño de una nuevageneraci6n de biomaterialcs para la substituci6n y regenera-ción de las diversas partcs del cuerpo humano, que supere lasexpectativas actuales de éxito dc los implantes a largo plazo.

La composición y la forma de cada biomaterial dependede la función que debe cumplir en el organismo. Este traba-jo se va a ccntrar en algunos biomatcriales que sc utilizan cnforma de cemento.

2, Características de un material tipo cemento

La utilidad práctica de un cemento está cn función de la capa.cidad que posec d~ formar, después de ser mezclada su faseen polvo con una fase líquida, una masa coherente que con eltranscurso del tiempo endurece, presentando cierta resisten.cia mecánica. Dentro de los cemcntos cabe distinguir los quese basan en compuestos orgánicos, que debcn su acción cc-mentan te a reacciones de polimcrización, como scría el casode los adhesivos o de los cemcntos acrílicos de polimctilmc-tacrilalo, y los hasados en compuestos inorgánicos. como loscemenlos dc fosfatos de calcio.

En general. Sl' considera que la transformación de la pasta. inicial a la condición de un cuerpo sólido tienc lugar en dos

etapas. En la primera. la masa pierde su plasticidad de mane-ra que si se moldea nuevamente la plasticidad no se recupera.n se recupera sólo parcialmente. En la segunda ctapa tienelugar la consolidación, aumentando la dureza y la resistenciamecánica hasta obtenerse una consistencia sólida. Estas dosclapas se conocen C0l110 los procesos de fraguado y endure-cimiento.

Algunas ventajas que cabe esperar de la obtención de unbiomaterialtipo cemento son las siguientes:

a) Moldeahilidad: no es necesario dar forma al implante (/priori, sino que es el mismo cirujano el que moldea elmaterial in siru, introduciéndolo en estado pastoso enla cavidad que conviene llenar. Esto se traduce en unabuena adaptaci6n a la regi6n que debe ser reconstruida.Con el fraguado in Jitu sc consiguc simultáneamenteuna buena fijación.

b) En algunos casos se pueden obtener, modificando con-venientemente las variables de procesado. materialescon la fluidez inicial sufkiente para que sea.l inyec-tables. Esto puede suponer una gran ventaja de apli-cación del material, en lo que respecta a la técnicaquinírgica.

e) Una propiedad que se deriva de la rnoldeabilidad y dela adaptación del material a la cavidad es la buena apo-sición entre el cemento y el tejido óseo circundantc.

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50 J.A. PLANELL el ul.

TAIlLA 1. Variables que afectan a las propiedades de un material

CClllcnlante.

TABLA 11. Algunas propiedades mecánicas de los cementos óseos

acrílicos.

Variables

de la faseen polvo

Variahles

de la fase

líquida

Variahlcs

Naturaleza de los constituyentes sólidos principales

Proporción relativa de los constituyentes sólidos

Aditivos (semillas, acelcrantcs. retardadores ...)

Tamaño de partícula de los constituyente sólidosNaturaleza de los constituyentes líquidos principales

Aditivos ("cclemnles, retardadores ... )

pI!Relación líquido/polvo (LlP)

~1ódulo c1ústico Resistencia a Resistencia a Tenacidad a la

a tracción a tracción compresión fractura

(GP,) (MPa) (MP,) (MPa.m1/2)

2-3 40-45 8G-IIO 1.5

3. Cementos óseos acrílicosde mezcla

Factores Temperatura

nmbicntalcs HumedadpH ambiental

La existencia de un huen contacto entre el biomatcrialy el hueso es fundamental en los materiales bioaclivos,para que se pueda dar crecimiento óseo sobre el bio-material, con la formación de un enlace entre ambos.

d) Otra consecuencia de las características del material essu f<ícilmanipulación.

Por otra parte. en el diseño de un cemento que pueda serempleado en la rdctica médica, existen una serie de requisi-tos generales que dehen ser tenidos en cuenta. Entre los m<-Ísimportantes cahe destacar los siguientes: a) ausencia de to-xicidad; h) ausencia de efectos exotérmicos durante el fra-guado; c) capacidad de fraguar en contacto con los Iluidosintracorporales, sin que la pasta del cemento sufra descohe-siún; d) tiempos de fraguado y endurecimiento ra/.onahles;e) ausencia de contracción de volumen durante el fraguado;1) adquisición de una resistencia mecánica apropiada en untiempo adecuado; g) hioactividad.

La optimización dc un cemento en hase a estos requisitosplanteados como ohjetivo, se puede llevar a caho a parlir dela modificación de una serie de variahles de procesado quese derivan de la naturaleza de los sistemas ccmentantes, co-mo sc ha descrito en el apartado anterior. Estas variahles seellumeran de modo resumido en la Tahla 1.

Aunque entre las variahles se han incluido los factoresamhientales, para poner de manifiesto el efecto que éstos tie-nen en las propiedades del cemento, hay que tener en cuentaque en el diseño d~ un cemento para aplicaciones quinírgicasestos factores vienen determinados estrictamente por las con-diciones lisiológicas. Por tanto, será necesario llevar a caho laexperimentación en condiciones que simulen lo más fielmen-te posihle el amhiente físico-químico existente en la regióndonde dehe ser implantado el cemcnto, y donde, por consi-guiente, deberá tcner lugar su fraguado y su endurecimicnto.~ A continuación vamos a exponer hrevementc algunos ras-go." cspecíticos de dos familias de ccmcntos ulilil.ados en elúmbilO de los biomateriales: los cemcntos óseos acrílicos ylos hasados en fosfatos de calcio.

Los cementos óseos acrílicos est<Ín sicndo utilizados en ci-rugía ortopédica para la fijación de prótesis articulares desdeinicios de los años 60. Su función primordial es la de me-jorar la distrihución de cargas entre el implante y el hucso,aumcntando la superficie de contacto y cvitando la conccn-tración dc tensiones cn ciertos puntos. Por otra parte, el lIc-nado por parte dcl cemento de la cavidad cxistente entre laprótesis lllet~í1icay el hucso hacc posible una huena fijaciónprimaria de la misma. El proceso de curado del cemento esel resultado de una polimcrización por radicales libres dc unamezcla de partículas sólidas de polimetil mctacrilato (PM-MA) Ysu mnnómero metacrilato dc mctilo (tvltvlA), iniciadapor pcróxido de henl.oilo (BPO) y activada por la presenciade una amina tcrciaria, siendo la más comúnmentc empicadala N,N-dimctil-4-loluidina (DMT). Adem~ís, con el fin de fa-cilitar la observación del cemento con técnicas radiológicasse añade al polvo del cemento un agente radiopaco, habitual-mente sulfato de bario.

La microestructura Ilnal del cemcnto acrílico es la de unmaterial hif:ísico: partículas dc PMMA cmhehidas en unamatril. dc monómero polimcrizado durante el fraguado dclccmento, con cicrto grado de porosidad, depcndiendo delprocedimicnto utilizado para la preparación del mismo.

La llorma ASTM F 451 fija ciertos requisitos acerca dclas características de fraguado dcl cemento y dc su comporta-miento llleclÍnico [1]. En cuanto al comportamiento mccánicodel mismo, la litcratura es ahundantc y los valores no siempreson coincidentes. en parte debido a la disparidad de condicio-ncs de ensayo. En la Tahla Il se dJn valores oricntativos dealgunas de sus propicdades [2].

Tenicndo en cuenta que en ciertos casos el rallo de losimplantcs de articulaciones sc puede atrihuir a la fractura delcemento, en los últimos años se han dirigido mültiples csfuer-zos a mcjorar su tenacidad a la fractura y su vida a fatiga (2].Entre los métodos propucstos cahe destacar los dirigidos a rc-ducir la porosidad del ccmento mediante ccntrifugación. pre-paración en vacío, presurización, etc. Otras vías apuntan ala ll10dillcación dc la composición química del ccmcnto. me-diante la utilización tic otros mon6mcros o activadorcs. o hienla adición de segundas fases que ejcrzan una función de re-fuerzo.

En cuanto al comportamicnto in I'i\'o de los cementos6seos acrílicos. si hien los resultados clínicos ohtcnidos soncn general satisfactorios, cstos materiales puedcn rrovocar

Rel'. Me.\". Fú. 45 SI (1999) 49-)~

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NUEVAS TENDENCIAS EN DOS FAt\lILIAS DE CEMENTOS OSEOS: ACI<íLICOS y BASADOS EN FOSFATOS DE CALCIO 51

TA RLA 111. Fosf.ltos de calcio que pueden precipitnr a temperatura ambiente () corporal.

Ca/P

1.350.51.0

1.331.51.67

rosfnto de calcio

rosfato de calcio amorfo (ACP)Fosfato monoc:ílcico monohidratado (MCP1\1)

Fosfato didlcico dihidratado (DCPO)Fosfato oclacálcico (OCP)

Ifidroxiapatita deficiente en calcio (COilA)

Hidroxiapatita precipitada (PflA)

Fórmula

Ca(lI,PO,h.II,OCaIlPO,.2Il,O

Call(llpo.l )2(PO'¡).1.5~hOCag(IIPO,)(PO,h(OH)

CaIOWo.l)r¡(Ollh

pll

4--90-22-6

5.5-7.06.5-9.59.5-12

cierta reacción biológica adversa. Las causas principales deesta reacción son dos. Por una parte. la reacción de curadodel cemento es exotérmica. y el aumento de temperatura pue-de producir necrosis ósea. Por otra parte, aunque el PM~lAes un polímero biocompatihle una vez curado. al introducirseel cemento en estado pastoso éste contiene residuos de bajopeso molecular (M~lA mon6mero. DMT) que son tóxicos,y que p<lsan a través de los fluidos fisiológicos a los tejidosadyacentes y al aparato circulatorio.

4. Cementus de lilsfatus de calciu

Deoido a su composición, los cementos basados en fosfa-tos dc calcio surgieron con fuerza como posihles materialesadecuados para conseguir no sólo la substitución del tejido uórgano dañado. sino su regeneración.

Un primer paso en este sentido fue dado por W.E. Browny LC Chow en 1983 [3]. al descuhrir la posibilidad de oble-ner hidroxiapatita monolítica a temperatura amhiente, a partirde una reacción de tipo cemento entre una fase sólida forma-da por polvos de fosfatos de calcio. y una fase líquida. Seaíladían así a las propiedades de hiocompalihilidad y hioac-tividad de las cer~ímicas de fost~ltos de calcio, una serie decaracterísticas específicas de los cementos. COIIIO 1:1J1lOldl>ahilidad y la capacidad de fraguar in sitIl, que podían resol-ver los prohlemas de fijación y adaptación planteados por lasccr<Ímicas de fosf<ltos de calcio.

..t 1. Composición de los cementos de fO.¡;fatos de caldo

No todos los fosfatos de calcio del sistema Ca(OHb-H:¡P01-H:zO pueden obtenerse por precipitación a temperatura alll-

hien(c o corporal. sino únicamente los que se reportan en 1"Tabla III [4J.

La composición de la fase sólida del cemento variarj de-pendiendo dc la reacci6n de fraguado que se quiera conse-guir. Todos los fosfatos de calcio mencionados en la l~lhla111 son posihles candidatos como reactivos del cemento. Aéstos hay que añadir los fosfatos de calcio que se ohtienen aalias temperaturas. y olros fosfat06 de calcio que contienencomponentes hiocompatihlcs, como Na+, K+, t\.1g2+. Znz+.CO~~, SO~- o CI~. En la Tahla IV se presentan los princi-pales COl11pucsto~ que pueden ser selcccionm.los.

TA l\LA IV. Compuestos a base de fosfalos de calcio adecuados pa-ra utilil<lr como componentes de la fase en polvo de los cemento~de fosfatos de calcio. adcmas de [os recogidos en la Tabla 11I.

Ca/P Compuesto Fórmula1.0 Fosfato didlcico (DCP) CallPO,1.5 rosfalO tridlcico fJ «(3 - TCP) ¡J-Ca3(f'O,h1.5 Fosfato tric:ílcico n (o - TCP) n-Ca3(PO.¡h2.11 I:osfalo tetr:tcálcico (lTCP) Ca.,(pO,hO1.67 Ilidroxiapatita sinterizada (SIIA) CalO(f'OÜ6(OHh1.42 Whitlockita sódica (SWH) CaIONa(PO.¡ h1.11 Rhenanita (RfI) CaNaPO,1.11 Fosfato dlcico pOI,ísit'o (CPP) CaKPO,1.0 Fosfato e<ílcico potásico sódico Ca2NaK(PO.¡h

(CS!'!')1.33 ros falo tri(',í!cico de magnesio MgCa8(PO.1)6

(MTCI')I.2R Whitlockita de magnesio (MWH) CagMg(HPO., )(1'0,)6

11.5 Fosfato de calcio y zinc (CZF') CaZn,(PO,h2.11 Espodiosila (SP) Ca2P04CI1.67 CIOf(lapatita (CLA) CalO(P04)6Cb1.67 r:luorapalita (rA) CalO(POt)6F200 Carb<H1í1toc{¡lcico CaCO]

(calcita o aragonila)00 Dolomita (DOL) CaMg(C03h

No es posihle conocer a priori qué comhinaciones de fos-fatos de calcio darán lugar a un producto cementante. ya queesto puede depender de muchos factores, corno la reactividadde los productos, la morfología de los cristales que precipi-lan. etc. En la Tahla V se muestran algunas formulaciones delos componentes principales de la fase en polvo de los ce-mentos de fosfatos de calcio desarrollados recientemente pordistintos grupos de investigación. Se señala tamhién la faseque precipita en cada caso, según los resultados menciona-Jos en la hihliografía.

Adem~is de los componentes seleccionados. es importantela relación molar empleada. Tamhién el tamaño de partículadel poh'o de cada componente juega un papel importante en

UI'I'. ,\lc.\', ¡'-{.I'. "5 SI (1999) 49-53

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52 lA. I'LANELL et al.

TABLA V. Algunos sistemas cernentantes formados a base de fos-falOS de calcio. y fases que precipitan en cnda Caso.

Componentes rase que precipita Rcf.

I¡'PO,-¡J-TCP DCPD Lcmaitrc el al.[5J

Il,PO,-TTCP DCrD. HA [5)

~ICP~I-Ca(OHh DCPD.CDHA Driesscns e( (11.[6]

~ICP~I-TTCr DCPD [6]

~lCP~I-(l-TCP DCrD (6]

~lCP~I-CIA-SWH DCrD (6)

~IC r~I-CaC03 DCPD 15)

~ICP~l-,3-TCr DcrD Lcmaitrc el al.[5.71

DCPD-TTCr CDHA. HA Brown el al.[8J

DCP-TTCP CDHA. HA IR]DCPD-n-TCr CDHA 16J

DCP-n-TCr CDHA [6J

DCPD-CaCO, CA- [5)

~ICP~l-(l- TCP-CaCO, DA- Comlanll el af.[9]

~ICP~I-CaKrO, ACr 16]

~ICr~I-Ca2i':aK(PO,h ACP Dricsscns el al. [ 10]

n-Ter CDHA [6)

•CA = Apatila carbonataua: DA = Dhallita

el fraguado y las propiedades finales del cemento. Para fa-cilitar la reacción de fraguado del cemento es común la adi-ción en la fase en polvo del mismo, de pequeñas cantidadesde materiales que actúen C0l110 gérmenes () semillas para lacristalización de la fase producto. Las semillas más utilizadashan sido polvos de PHA o CDHA [11].

En cuan lO a la fase líquida del cemento. su función prima-ria es actuar C0l110 vehículo para la disolución de los reactivosy la precipitación de los productos. Se puede utilizar agua hi-destilada, o hien soluciones acuosas de sales inorgánicas ()incluso compuestos orgánicos. que pueden tener efectos ace-lerantes o retardadores sohre el fraguado del cemento.

La relación líquido/polvo es un factor que influye en laplasticidad inicial de la pasta. y consecuentemente en su in-yectahilidad y en los tiempos de fraguado. También la resis-tencia final se ve afectaJa por este parámetro. puesto que laporosidad del cemento fraguado está directamente reIJciona-da con la relación líquido/polvo empicada.

.1.2. Propiedades físico-químicéls de los cemenlos de fos.falos de calcio

-1.2.1. 1ieml)(H de JiYlguado

La medida del tiempo de fraguado de un pasta de cemento esprohablemente el modo más rápido de verificar si tiene lugaralgún tipo de reacción de fraguado después de mezclar la fa-se líquida y la sólida. Hay distintos procedimientos para me-dir el tiempo de fraguado de un cemento hidráulico. Algunos

métodos se basan en ciertas propiedades físicas del cemen-to. como la evolución de calor. la conductividad eléctrica ola viscosidad, o en ciertas propiedades mecánicas. como laresistencia a la penetración por una aguja (Vicat o Gillmore).Es difícil hacer un resumen comparativo de los tiempos defraguado ohtenidos en las distintas formulaciones de cemen-tos de fosfatos de calcio. ya que los procedimientos seguidospara determinarlos varían de unos autores a otros. Actual-mente se cuenta con distintos procedimientos para modificareste parámetro. como la adición de semillas. la variación dela relación líquido/polvo o la utilización de soluciones acele-rantes [11 J.

No existe un criterio general claramente establecido so-bre el valor óptimo que dehe tener el tiempo de fraguado pa-ra la aplicación el ínica. pues las necesidades pueden variar deuna aplicación a otra. En principio conviene que el cementofragüe en un periodo de tiempo corto. Sin embargo. el ciruja-no dehe contar con el tiempo suficiente para la preparación eimplantación de la pasta de cemento.

-1.2.2. Compnrtamiemo del cemento en ambiemefisiológico

Uno de los requisitos que debe cumplir un cemento diseñadopara aplicaciones hiomédicas es que tenga capacidad de fra-guar y endurecer en las condiciones fisiológicas. que supo-nen. entre olras cosas, un grado muy elevado de humedad oel estar en contacto con la sangre y los fluidos fisiológicos.sin que la pasta sufra descohesión o desintegración.

La consideración de este parámetro ha permitido diseñarformulaciones que son estables cuando la pasta del cementose sumerge en una fase líquida inmediatamente después demezclarla, resolviendo un prohlema de gran importancia encuanto a la aplicahilidad del material.

4.2.3. Resistencia mecánica

Los parámetros que se suelen determinar para evaluar la re-sistencia mecánica de los cementos de fosfato de calcio son laresistencia a la compresión y la resistencia a la tracción dia-metrnl. Bermúdez et al. llevaron a cabo un estudio compa-rativo de estas propiedades para varias formulaciones de ce-mentos de fosfatos de calcio [12J. encontrando valores de laresistencia a la compresión hasta 60 MPa y de resistencia a latracción diametral hasta 5 !\.lPa. Aunque estos resultados sonindicativos de los órdenes de magnitud que se pueden obte-ner. hay que tener en cuenta que existen muchos parámetros,aparte de la composición química, que pueden influir en elcomportamiento mecánico de un cemento. como la relaciónlíquido/polvo empleada. el tamaño de partícula del polvo. ola utilización de diversos aditivos.

Un factor claramente determinante en las propiedadesmecánicas de los cementos es su porosidad. De hecho, los va-lores relativamente elevados de porosidad que presentan loscementos explican que su resistencia sea muy inferior a la delas cerámicas de fosfatos de calcio.

Rev. Mex. Fis. 45 SI (1999)49-53

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t<UEVAS TEt<DENCIAS EN DOS FAMILIAS DE CEMENTOS OSEOS: ACRiLlCOS y BASADOS EN FOSFATOS DE CALCIO 53

.J.2A. Propiedades biológicas

La biocompalibilidad de los fosfalos de calcio está amplia-mente documentada por la larga experiencia que existe en elcampo de las cerámicas de fosfatos de calcio. En cuanto a loscementos de fosfatos de calcio, se han llevado a cabo estudiosdel comportamiento in vivo de varias formulaciones. En lo-dos los casos los resultados muestran que son perfectamentehiocompatiblcs. sin provocar ningún tipo de reacción tóxicani innamaei6n local, ni encapsulaci6n por tejido fibroso. Porotrn parlc, muchas de las formulaciones son bioactivas, ob-servándose no sólo la formación de hueso en aposición conel implante sino la paulatina reabsorción del cemento que vasiendo substilUido por hueso neo formado (13).

4.3. Aplicnciones

Gracias a su excelente biocompatibilidad y al efecto promo.tar de la formación de hueso que ponen de manifiesto los es-tudios sohre su comportamiento in vil'O en diversos modelosanimales, los cementos de [osfaros de calcio son materialesmuy prometedores en el campo de la substitución y regene-ración de hueso.

Se podrían mencionar, entre otras, las siguientes aplica-ciones:

A) En el campo de la ortopedia: (a) sustituci6n de huesoperdido por trauma o cirugía; (b) cemento adhesivo pa-ra cirugfa ortopédica; (c) promoci6n de crecimienlo dehueso a su alrededor

B) En el campo de la odonlologfa y la cirugía maxilofa-cial: (a) base o revestimiento para proteger la pulpa;(b) material protector de la pulpa expuesla; (c) promo-tor de la remineralización en casos de afección perio-dontal; (d) material de obturación temporal; (e) male-Tial reconstructor de las crestas alveolares en pacientesedentados; (f) material de obturaci6n endod6nlica de

1. A1lIwo! Book o/ ASTM Srandards, \'0/, /3.0/: Medica! De\'ices;£'magenc)' medica/sen'ices (Philadelphia. 1994) p. 65.

2. J.A. Planell. M.!\1. Vila, EJ. Gil, ECM. Driessens, en: "Ency-C!OI)cdic lIal1dbook of biomaterials amI bioe/lgineerillg, Part1J: Applicari01l5", editcd by J\1arccl Dcckcr, (New York. USA,1995)p. R79.

3. \V.E. Brown y L.C Chow, 1. Dent. R£,s. 62 (1983) 672.

-1. F.CM. Dricssens and R.M.H. Vcrbceck, "IJiomi/lera!s", (eRCPrcss. Bocn Raton. Floridn. 1990).

;J. J. Lemaitrc.lnnm'. Tech Biol. Met!. 16 (1995) 109.

G. EC~1. Dricssens. el al., 1. A(atel: Sci. Marer: Med. 5 (1994)164.

i. J. Lcrnaitrc, A. t\firtchi y A. Mortier, Sil. huI. Ceram. Sci. Tt.'-e/mol. 52 (19R7) 141.

canales radiculares; (g) cementaci6n de pines de reten-ci6n; (h) obluraci6n de bolsas después de extraccionesdentarias; (i) cemento para fijaci6n de implantes den-lales; (j) cemenlo adhesivo; (k) material de reminerali-zación y de-sensibilización de raíces dentales expues-tas.

Algunas de las formulaciones desarrolladas han sido uli-lizadas con éxito en modelos animales para cranioplástias yeirugra maxilofacial, asf como para la fijaci6n de tornillos yde cla\'os intramedulares. Otras aplicaciones de estos cemen-tos están siendo diseñadas. cn los campos de la fijaci6n deprótesis articulares y de liberación controlada de fármacos.

5. Conclusiones

Los cementos óseos acrílicos y los cementos de fosfatosde calcio son dos tipos de biomateriales que tienen encomún únicamente el ser productos cementantes. Las dife-rencias existentes tanto en composición. como sus propieda-des químicas, físicas o mecánicas, hace que las aplicacionespara las cuales estos dos tipos de materiales son válidas seantotalmente distintas, Y, lo que es más importante, mientras loscementos acrílicos pueden tener un papel sustutivo, debido aque por su carácter inerte se limitan a sustituir una parte delos tejidos dañados, los cementos de fosfatos de calcio pue-den tener un papel importante entre los materiales bioactivos,dirigidos no a la substitución permanente, sino a facilitar laregeneración del propio tejido que inicialmente fue substitui-do.

Agradecimientos

Los aulores desean agradecer a la CICYT la concesi6n de losproyeclos MAT94-0911 y MAT96-098I que han permitidosufragar en parte este trabajo.

8. \V.E. Brown and L.C Chow, "Dental restorative ccmenl pas-les., US Palen!4, 518. 430, May 21, 1985.

9. B.R. Constantz, et a/ .. Science 267 (1995) 1796.

10. r.C.M. Driessens, el al., "Arnorphous calcium phosphatc ce-I11cntsand their transformation imo calcium deficienl hydrox-yapatite", iJioceramics, Vol. 9, edited by T. Kokubo. T. Na-kamura. and F. Miyaji. (Pcrgarnon/Elsevier Sci. Ltd., 1996) p.231.

11. r.C.M. Driessens, J.A. Planell. and EJ. Gil, "Encyclopedic/{alldbook of biomaleria/s and bioengif¡eering, Par! 8: Appli.caliotlS", edited by J\farcel Decker, (New York. USA, 1995) p.855.

12. o. Bcrmudez. M.G. Bollong. F.C.M. Driessens and J.A. Plane~11,J. Mata. Sci. Mater: Med. 4 (1993) 389.

13. lA. Jansen, et a/., 1. Mata. Sei. Maler. Mcd. 6 (1995) 653.

ReJ'.. \/ex. FÍ<. 45 SI (1999) 49-53