Adaptabilidad de la fibra de basalto a fijadores óseos

Abstract

El cuerpo humano tiene la sorprendente capacidad de regenerar el tejido dañado de un hueso fracturado. A esta cualidad hay que añadirle el hecho de que los huesos evolucionan adaptándose a las solicitaciones mecánicas a las que se encuentran sometidos. Esta virtud, consecuencia de la evolución de la naturaleza hacia estructuras optimizadas, deriva en el deseo de emular e imitar estas estructuras por parte de la ciencia e ingeniería. Es el caso de los materiales de los fijadores óseos utilizados para el tratamiento de fracturas, y en los que predominan actualmente los metales como el acero inoxidable o el titanio. En el caso de los materiales compuestos, cuyo comportamiento mecánico se asemeja al hueso mucho más que los materiales metálicos, puede residir la próxima generación de fijadores más flexibles. La fibra de carbono ya se emplea con éxito para el tratamiento de muchos tipos de fracturas, pero materiales como los compuestos de fibra de basalto suponen un salto más allá al tener unas propiedades mecánicas más afines al hueso, especialmente por su módulo de Young en la dirección de la fibra. En este trabajo, se desarrollan en primer lugar los conceptos necesarios para comprender la preferencia por materiales de los fijadores cuyas propiedades mecánicas se asemejen a las del hueso. Para ello es necesario estudiar la biomecánica ósea, los procesos biológicos que tienen lugar durante la reparación ósea, los fundamentos de los fijadores óseos y las propiedades de los biomateriales. Una vez desarrollados estos conceptos, se fabricarán una serie de laminados de fibra de basalto-epoxy para realizar una caracterización mecánica y evaluar sus propiedades. El análisis de los resultados obtenidos en los ensayos permitirá establecer un principio de valoración de la viabilidad del material para su aplicación en fijadores óseos.

The human body has the extraordinary capacity of regenerating the damaged tissue of a fractured bone. To this virtue it must be added the fact that bone’s mechanical properties evolve adapting themselves to the loads to which they are submitted. This circumstance, consequence of the evolution of nature towards optimized structures, derives on science and engineering’s desire of emulating and imitating these forms. It is the case of the materials used in bone internal fixation, nowadays dominated by metals like stainless steel or titanium alloys. In the case of composite materials, whose mechanical behaivour is much closer to that of bones than metals, can be found the next generation of flexible plates for bone fixation. Carbon fiber has already been used successfully as a bone implant material, but other fibers such as basalt may be a better alternative as their mechanical properties are far more similar to those of bone, especially for their Young’s modulus in the fiber direction. In this work, all concepts necessary to comprehend the preference for mechanically bone-like fixator materials are developed. For this purpose, it is necessary to study the biomechanics of bone, the biological processes related to bone healing, the fundaments of bone fixation and the definition of biomaterial’s properties. Once all this has been clarified, a basalt fiber-epoxy laminate will be fabricated to make a mechanical characterization and evaluate its properties. The analysis of the results will allow us to establish a primary assessment of the viability of basalt fibers for their use in bone internal fixation.