1. 1
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV
Facultatea de Design de Produs și Mediu
Departamentul Design de Produs, Mecatronică și
Mediu
PROIECT LA DISCIPLINA
Ingineria Protezării
Student: Golinschi Adina
Grupa: 171001 IMED
BRAȘOV
2013 -2014

2. 2
UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV
Facultatea de Design de Produs și Mediu
Departamentul Design de Produs, Mecatronică și
Mediu
Golinschi Adina Mirela
PROTEZA PARŢIALĂ DE ŞOLD
Proiect la disciplina
Ingineria Protezării
Program de studii: Inginerie Medicală
BRAȘOV
2013 - 2014

3. 3
Cuprins:
PROIECT LA DISCIPLINA...........................................................................1
Ingineria Protezării ..........................................................................................1
1.INTRODUCERE,.........................................................................................4
IMPORTANŢA STUDIULUI.........................................................................4
2.ANATOMIA SI FIZIOLOGIA ARTICULATIEI SOLDULUI ..................7
2.1.LUNGIMEA MEMBRELOR INFERIOARE .....................................15
3.BIOMECANICA ŞOLDULUI..................................................................17
3.1.MIŞCĂRILE ARTICULAŢIEI ŞOLDULUI.......................................17
3.2.Încărcările sistemului anatomic şold-coapsă........................................19
4.Tipul de proteză de şold ............................................................................25
5.Materiale utilizate.......................................................................................27
6. Analiza cu element finit (proiectare CATIA)............................................29
7.Concluzii.....................................................................................................30
Bibliografie....................................................................................................31

4. 4
1.INTRODUCERE,
IMPORTANŢA STUDIULUI
Protezele de sold in momentul actual sunt un domeniu de mare interes in
ortopedie, deoarece luxaţia congenitală de şold este un subiect foarte des întalnit.
Medicului ortoped poate interveni în doua etape ale dezvoltarii pacienţilor cu
luxaţii de sold,intervenţii ce au un impact major asupra acestora . Prima etapa este
cea de nou născut şi sugar, în care trebuie identificate afecţiunile,şi aceasta se
realizeaza prin investigaţii clinice şi ecografice, după care este necesară
menţinerea şoldului centrat, cu luxaţia redusă pentru a asigura dezvoltarea
normală a articulaţiei. A doua etapă este la o vârstă adultă, mai mult sau mai puţin
avansată la care artroza articulară severă impune artroplastia cu o proteză totală de
şold. Îmbunătăţirea asistenţei sanitare şi a examinărilor clinice şi ecografice ale
nou născutului au făcut să dispară cazurile cu luxaţii severe diagnosticate tarziu.
Pe de altă parte, privind lucrurile dinspre celălalt pol de vârstă, incidenţa
coxartrozei secundare displaziei sau a displaziei de şold moderate raportată la
indivizi peste 60 de ani este mai mare decât incidenţa şoldurilor luxate sau
instabile diagnosticate la naştere. Este legitimă astfel întrebarea de unde apar
aceste şolduri cu anomalii arhitectonice la vârste avansate şi mai ales dacă există
posibilitatea de a interveni înainte ca acestea să ajungă în stadiul final de artroză.
Necesitatea unei astfel de intervenţii rezultă pe de o parte din faptul că pacienţii
devin simptomatici înainte de constituirea radiografică a artrozei care să justifice
înlocuirea protetică şi pe de altă parte din faptul că ”artroplastia este o intervenţie
cu un eşec aşteptat”, rezultatele acesteia pe termen lung la tineri cu grad mare de
solicitare articulară fiind departe de a fi optimale.
Fig. 1 Orteza pentru luxatii de sold congenitale la copii (1)

5. 5
Există două tipuri de luxaţii ale şoldului la nou născut şi anume luxaţia
teratologică şi luxaţia tipică.
Luxaţia teratologică apare la un copil cu malformaţii congenitale severe ca
agenezia lombosacrată, anomalii cromozomiale sau boli neuromusculare:
mielomeningocel, artrogripoză. Luxaţia teratologică apare precoce în cursul
dezvoltării intrauterine, este ireductibilă la naştere prin manevra Ortolani, capul
femural este deplasat mult faţă de acetabul iar ţesuturile moi periarticulare sunt
contractate.
Luxaţia tipică apare la un copil aparent normal, fără afectarea congenitală a
altor aparate şi sisteme, fiind denumită în trecut luxaţie congenitală de şold.
Această din urmă anomalie a şoldului la care vom face referire mai departe,
cuprinde o gamă largă de gravitate, pornind de la acoperirea insuficientă a capului
femural de către acoperişul acetabular, instabilitatea şoldului, subluxarea acestuia
şi în cazuri extreme la luxarea completă a capului femural din cavitatea
acetabulară. Afecţiunea este însoţită de modificări de formă ale capului femural,
ale acetabulului sau ale ambelor componente. Capul femural congruent şi stabil în
acetabul este esenţial pentru creşterea şi dezvoltarea normală a articulaţiei şoldului.
În lipsa acestei apoziţii fireşti, acetabulul care în mod normal este semisferic se
aplatizează, în formă de „farfurie” şi devine incongruent cu capul femural. Şoldul
nou născutului este deosebit de plastic, capul femural şi cotilul modelându-se
reciproc, prezenţa lor în contact şi presiunile reciproce exercitate fiziologic fiind
indispensabile pentru dezvoltarea normală a articulaţiei. Reducerea concentrică a
unei luxaţii prezente la naştere poate duce la remodelarea şi dezvoltarea normală a
şoldului în continuare după cum lipsa reducerii concentrice este reflectată de
anatomia leziunilor întâlnite în cazurile depistate tarziu, dezvoltarea vicioasă a
celor două componente articulare datorându-se lipsei presiunilor şi interacţiunilor
reciproce dintre acestea.
La nou născut şi sugar, situaţiile frecvente cu care ne putem întâlni sunt
reprezentate de:
• Şoldul luxat este acela în care capul femural este deplasat faţă de poziţia
sa normală înăuntrul acetabulului, ceea ce duce la separarea celor două suprafeţe
articulare. Luxarea şoldului se poate produce intrauterin, la naştere, în perioada de

6. 6
nou născut şi în perioada de sugar. In majoritatea cazurilor de displazie de şold,
capul femural este situat postero superior faţă de acetabul.
• Şoldul luxabil este acela în care capul femural poate fi deplasat complet
înafară din poziţia în care se află în acetabul, prin aplicare cu blândeţe a unei forţe
direcţionate posterior, cu şoldul în adducţie.
• Dacă are loc doar o deplasare de cîţiva mm cu o mişcare de piston, după
care capul femural revine în poziţia sa iniţială, este vorba despre un şold
subluxabil (a nu se confunda subluxabil cu subluxat, care este o cu totul altă
entitate).
• Şoldul subluxat este un şold luxabil la care în poziţie redusă capul
femural şi acetabulul sunt doar parţial în contact.
• Şoldul luxabil împreună cu cel subluxabil alcătuiesc împreună şoldul
instabil.
Fig. 2 Tipurile de sold : A. normal; B. subluxat ; C. luxat ; D. instabil
La adolescent şi la adult, principalele categorii despre care discutăm sunt:
• Şoldul displazic se referă la situaţia în care capul femural se află localizat
în acetabul, arcul cervico-obturator este intact, nu există subluxaţie însă fie
acoperirea insuficientă a capul femural este superioară, evidenţiabilă pe radiografia
antero-posterioară, fie există o acoperire anterioară insuficientă sau alte deficienţe
de versiune la nivel acetabular sau/şi femural.
• Şoldul subluxat, reprezintă situaţia în care capul femural şi acetabulul
păstrează doar parţial contactul pe care îl au în mod firesc, deplasarea superioară a
capului femural fiind reflectată cel mai bine de întreruperea arcului cervico-
obturator.

7. 7
• Şoldul luxat, reprezintă situaţia limită în care capul femural este deplasat
complet în afara cavităţii acetabulare. Luxaţiile complete pot fi ”sprijinite” situaţie
în care capul femural a încercat în cursul dezvoltării să îşi facă un locaş undeva pe
aripa iliacă sau mai adesea nesprijinite, în care capul femural stă suspendat într-o
chingă fibroasă deasupra nivelului la care este situat acetabulul.
• Şoldul instabil este o noţiune de importanţă majoră în apariţia
simptomatologiei clinice şi dezvoltarea secundară a artrozei. În acelaşi timp însă
este destul de imprecis definită la adolescent şi adult faţă de nou născut sau sugar,
unde după cum am arătat cuprinde situaţiile în care capul femural normal situat în
acetabul, poate fi subluxat sau luxat în timpul examenului clinic. (2)
2.ANATOMIA SI FIZIOLOGIA
ARTICULATIEI SOLDULUI
Articulaţia şoldului (coxofemurală) este o articulaţie de tip sinovial şi face
legătura între osul femural (capul femural) şi scheletul bazinului (cavitatea
acetabulară) (fig. 1.).
Fig. 3 Scheletul osos al articulaţiei şoldului şi bazinului.

8. 8
Femurul este un os lung, pereche şi nesimetric, care alcătuieşte scheletul
coapsei.
Prezintă o extremitate superioară (capul femural), un corp (corpul femural)
şi o extremitate inferioară (condilii femurali). Capul femural are forma aproape
sferică şi se află la extremitatea superioară a femurului. Capul femural se
continuă cu gâtul femurului. Acesta prezintă în zona lateral o proeminenţă
masivă numită marele trohanter. Medial şi inferior acestuia este situat micul
trohanter, cu rol de inserţie al muşchilor pe suprafaţa osoasă.
Fig. 4 Unghiurile de înclinaţie ale capului femural faţă de axul lung al corpului femural, în
cazul: adulţilor (a); copiilor noi născuţi (b); persoanelor în vârstă(c).
Fig. 5 Anatomia articulaţiei şoldului: secţiunea coronară (a); vederea anterioară (b); vederea
posterioară(c).

9. 9
Axul lung al gâtului femural este înclinat faţă de axul lung al corpului
femural cu 125° - 135°, unghiul format având numele de „unghi de înclinaţie”.
Datorită faptului că este orientat, nu numai de jos în sus, ci şi dinapoi – înainte,
face cu planul frontal un unghi de 15° - 20° , denumit „unghi de declinaţie”. La
adulţi, unghiul de înclinaţie al gâtului femural variază între 125° - 135°, iar în
cazul noilor născuţi acest unghi este de circa 140°. Pe măsură ce oamenii
înaintează în vârstă, unghiul de înclinaţie al gâtului femural descreşte, ajungând la
valori mai mici de 115° în cazul persoanelor în vârstă(fig. 3).
Suprafeţele articulare sunt acoperite de un strat de cartilaj hialin. Acest
cartilaj lipseşte în partea anterioară a fosei capului femural, cât şi în fosa
acetabulului.
Mijloacele de unire ale suprafeţelor articulare sunt reprezentate de o capsulă
întărită de un număr de ligamente, dintre care unul se află în interiorul articulaţiei,
ligamentul capului femural (fig. 3. a). Capsula articulară are forma unui manşon
conoid, cu baza mare înserată pe coxal şi cu baza mică prinsă pe femur. Este
foarte rezistentă si formată din două feluri de fibre: unele longitudinale,
superficiale şi altele circulare, profunde. Cele superficiale se grupează formând
fascicule de întărire a capsulei; cele profunde se condensează constituind un
fascicul circular numit zona orbiculară.
Stabilitatea articulaţiei şoldului este dată de o serie de ligamente şi muchi.
Ligamentele articulare sunt în număr de trei şi reprezintă porţiuni mai condensate
ale capsulei. Acestea sunt: ligamentul iliofemural, ligamentul pubofemural şi
ligamentul ischiofemural. Ele au o mare importanţă în asigurarea solidităţii şi
stabilităţii articulaţiei, atât în regim static cât şi dinamic. Ligamentul iliofemural
(ligamentul iliofemorale) este cel mai puternic ligament al articulaţiei (fig 3. b). El
suportă greutăţi cuprinse între 350 – 500 kg. Are forma unui evantai situat pe faţa
anterioară a articulaţiei. Se inseră prin vârf pe spina iliacă anteroinferioară, iar prin
bază pe linia interotrohanteriană. Ligamentul iliofemural limitează mişcarea de
extensiune, rotaţia externă şi adducţia. În poziţie ortostatică , coapsa este extinsă şi
cele două fascicule ale ligamentului apasă asupra colului femural, contribuind la
menţinerea capului în cavitatea acetabulară.
Ligamentul pubofemural (ligamentul pubofemorale) este situat, de
asemenea, pe faţa anterioară a articulaţiei (fig. 3. b). El se inseră pe eminenţa
iliopubiană pe de o parte, iar pe de alta, fibrele lui se termină fixându-se înaintea

10. 10
trohanterului mic. Acest ligament limitează mişcarea de abducţie şi rotaţie
externă.
Ligamentul ischiofemural (ligamentul inschiofemorale) se găseşte pe faţa
posteroinferioară a articulaţiei (fig. 3. c). El se inserează pe ischion, înapoia şi
dedesubtul acetabulului. De aici se îndreaptă în sus şi în afară spre osul femural. O
parte a fibrelor sale se continuă cu cele ale zonei orbiculare , altele se fixează la
baza trohanterului mare. Ligamentul ischiofemural limitează mişcarea de rotaţie
internă şi adducţia.
În continuare vom detalia datele privind structurile osoase, interesându-ne în
special două puncte: marginea supero-externa a acetabului si marginea infero-
interna. Cele două puncte determinând axul cotilului (acetabului).
Unghiul pe care îl face axul cotilului cu vertical reprezinta înclinaţia
cotilului.
Fig. 6 Axul cotilului (3)
Capul femural este parte componentă a FEMURULUI PROXIMAL
( proximal este un termen uzual în medicină, care reprezintă, în traducere liberă,
“ apropiat”- deci părţile unui segment care sunt apropiate de originea
segmentului respective sau de linia mediană a corpului se numesc proximale,
cele care sunt mai îndepărtate, se numesc DISTALE. De exemplu, partea
femurului care este apropiată de bazin se numeste PROXIMALĂ, cea care este
apropiată de genunchi, deci departe de originea membrului inferior, se
numeste DISTALĂ).

11. 11
Femurul proximal este alcătuit din:
- capul femural- suparafaţa hemisferică ( femoral head) – FH; centrul
hemisferei se numeste CENTRUL CAPULUI FEMURAL
- colul femural ( femoral neck)
- masivul trohanterian ( partea externă). Acesta prezintă doua proeminenţe:
trohanterul mare ( greater trochanter)- GT
- trohanterul mic ( lesser trochanter)- LT
Aşadar, colul femoral este zona care face legătura între capul femoral şi
masivul trohanterian.Colul femoral, pe secţiune, are forma aproximativ
cilindrică.Axul cilindrului se numeste ‘ AXUL COLULUI FEMURAL ‘=
FEMORAL NECK AXIS..
Pentru a determina axa colului femoral, se duc două tangente paralele la
corticalele (superioară şi inferioară ) colului femoral ( corticala este partea externă
a osului. Colul femoral are o corticală superioară, cu convexitatea în jos, inferior şi
o corticala inferioară, cu convexitatea în sus).
Deci, cele doua tangente paralele delimitează un cilindru, iar axul cilindrului
este axul colului femoral.
Fig. 7

12. 12
Fig. 8
Fig. 9

13. 13
Fig. 10
Există, pentru evaluarea echilibrului bazinului şi a egalitatii (sau
inegalităţii )de lungimi a membrelor inferioare, o serie de linii care trebuie, dacă
bazinul este normal, să fie paralele intre ele, şi perpendiculare pe verticală:
4 - LINIA BI-TUBEROZITARĂ- care trece tangent la tuberozităţile
ischiadice- sunt punctele cele mai joase ale oaselor bazinului. În mod

14. 14
normal, LINIA BI-TUBEROZITARA TRECE PRIN TROHANTERELE MICI
( de ambele părţi) , aceasta însemnând că membrele inferioare sunt egale în
lungime. Există cazuri când , conformaţional, această linie nu trece prin trohantere,
ci mai sus sau mai jos, dar trece LA ACELAŞI NIVEL prin ambele femure,
altfel, picioarele sunt inegale. Atunci avem două linii—una care trece prin
micile trohantere şi una care trece tangent la tuberozităţi.Acestea, în mod normal,
SUNT PARALELE.
5- LINIA BI-SPINOASĂ- care trece prin spinele iliace antero-superioare-
sunt punctele palpabile anterior de la nivelul oaselor bazinului
6- LINIA BI-CRESTĂ- care trece tangent la creştele iliace, punctele
palpabile lateral ale oaselor bazinului
7- Linia care uneste centrele capetelor femurale.
TOATE ACESTE LINII, IN MOD NORMAL, SUNT PARALELE.
Fig. 11

15. 15
Aceleaşi repere se evidenţiază şi pe radiografii. Acestea sunt toate
reprezentări antero-posterioare ( de faţă, cum spunem noi, anterior view, sau
antero-posterior view). De profil ( lateral view, cum se spune in literatură), colul
femoral este înclinat anterior faţă de diafiză, ceea ce se numeste ANTEVERSIE.
Unghiul pe care îl fac, de profil, AXA COLULUI şi AXA DIAFIZEI, se numeşte
UNGHI DE ANTEVERSIE, care este în medie de 10 grade. Este foarte important
la proteze, întrucât, dacă nu se respectă acest unghi, proteza se poate luxa (
iese capul protezei din noul cotil)
.
Fig. 12
2.1.LUNGIMEA MEMBRELOR INFERIOARE
Lungimea membrelor inferioare poate fi masurata radiologic prin 2
metode uzuale:
• diferenţa de lungime dintre centrele celor două capete femurale şi
linia orizontală de referinţă: linia orizontală de referinţă este linia trasată prin
partea inferioară a tuberozităţilor ischiadice. Sau, poate fi folosită linia

16. 16
orizontala trasă prin partea cea mai distală a «U»-urilor radiologice (aceasta
linie este mai sigură decât cea ischiadică). «U»-ul radiologic este o structura
anatomica îngustă care are o pozitie verticală şi este mai putin afectată de rotaţia
pelvisului. Apoi se trasează cite o linie verticală, perpendiculară pe linia
orizontală de referinţă care trece prin centrul fiecarui cap femural. Diferenţa de
lungime dintre cele două linii verticale reprezintă diferenţa de lungime dintre
membrele inferioare.
• diferenta de lungime dintre două linii orizontale ce trec prin centrul
trohanterelor mici şi linia orizontală de referinţă: linia orizontală de referinta
trece fie distal ischiadic, fie distal de “U”-urile radiologice. Prin centrul
fiecarui trohanter mic este trasată o orizontală paralelă cu linia orizontală de
referinta. Diferenţa de distanţă dintre cele două linii orizontale trohanteriene şi
linia orizontală de referinţă, reprezintă diferenţa de lungime dintre membrele
inferioare.
În final, orice masuratoare trebuie redusă cu 20% (sau înmultita cu 0,8),
valoare ce reprezintă marirea anatomiei osoase pe radiografie.
Dincolo de masurători, clinicianul trebuie să întrebe întotdeauna pacientul
despre felul în care percepe inegalitatea de lungime dintre membrele inferioare.
Cunoasterea acumularilor de tensiuni interne care apar într-o articulaţie
atât în cazuri fiziologice cât şi în cazuri patologice ne ajută la proiectarea
unui anumit tip de proteză. Biomaterialul din care poate fi realizată proteza trebuie
să absoarbă încărcările de supratensiune şi să le distribuie în mod uniform osului,
fara a-l suprasolicita. O suprasolicitare a osului determina în timp o fisură
sau chiar fractura la nivelul maxim de acumulari tensionare care se pot agrava pe
un suport patologic. Analiza în element finit se poate realiza atât 2D cât şi 3D.
Inserarea protezei poate fi simulată pe calculator. Alegerea protezei se va face în
functie de parametrii biologici, biomecanici ale pacientului respectiv şi de
caracteristicile protezei.
După inserarea protezei este ideal să se efectueze o alta analiza în element
finit, introducând datele specifice acestui caz (coeficientul Poisson, modulul
de elasticitate ale protezei ) pentru a verifica eficienţa implantului.
Prin urmare, pentru a produce o proteza anatomică cu durabilitate cat
mai crescută, este necesar să urmam cateva etape începand cu masuratorile Rx şi

17. 17
CT, continuând cu recreerea modelului femoral cu ajutorul sistemului CAD, pentru
ca în final să verificăm tot cu ajutorul computerului poziţia modelului creat.
Fenomenul de remodelare osoasă reprezintă un factor deosebit de
important, datorită căruia interfaţa implant-os va trebui atent modelată.
Sunt necesare studii ulterioare (analiza numerică) care să evalueze
ansamblul implant-os în cazul protezelor personalizate obţinute prin prototipare.
3.BIOMECANICA ŞOLDULUI
3.1.MIŞCĂRILE ARTICULAŢIEI ŞOLDULUI
Articulaţia şoldului se prezintă ca o articulaţie sferoidală tipică, cu trei axe
de mişcare. În ortostatism, cu sprijinul pe ambrele membre pelviene, capul
femural este solicitat la compresiune. Această solicitare se datorează greutăţii
corpului situat deasupra articulaţiei coxofemurale (articulaţia şoldului).
Sprijinindu-se pe ambele capete femurale, bazinul nu necesită pentru stabilizarea
sa în plan frontal decât forţe musculare foarte mici. Greutatea corpului este
transmisă direct şi egal la cele două capete femurale. La nivelul articulaţiei
şoldului se pot produce următoarele mişcări: flexia – extensia, abducţie – adducţie
şi mişcarea de rotaţie internă – externă(fig. 5). Datorită lungimii colului femural şi
unghiul de înclinaţie, mişcările de flexie – extensie şi cele de abducţie – adducţie
se asociază cu mişcările de rotaţie.
Fig. 13 Amplitudinea mişcărilor efectuate de către membrele inferioare în articulaţia
şoldului: mişcarea de flexie – extensie (a); aducţie – adducţie (b); rotaţie internă –externă (c).

18. 18
Mişcarea de flexie – extensie (fig. 5. a) se execută în jurul unui ax
transversal care trece prin vârful trohanterului mare. Prin mişcarea de flexie,
coapsa se apropie de peretele anterior al abdomenului, iar în extensie ea se
depărtează. În flexie, partea anterioară a capsulei şi ligamentul iliofemural se
relaxează. Limitarea acestei mişcări se face de către muşchii posteriori ai coapsei.
Amplitudinea totală a mişcării de flexie – extensie depinde de poziţia în care se
găseşte genunchiul: astfel, dacă acesta este întins, flexia coapsei va fi limitată la
aproximativ 90°. Când genunchiul este flexat, flexia coapsei atinge aproximativ
130° - 140°. Muşchii flexori ai coapsei sunt: muşchiul iliopsoas şi dreptul femural
cu acţiune principal şi muşchiul fasciei lata, muşchiul croitor cu acţiune mai
redusă. Mişcarea de extensie este produsă de muşchiul gluteul mare care are
acţiune principală şi de gluteul mijlociu, bicepsul femural, semitendinosul,
semimembranosul şi adductorii (ultimii cu o acţiune redusă) (figura 3.6).
Fig. 14 Muşchii ce execută mişcările coapsei în articulaţia şoldului: vederea anterioară (a);
vederea posterioară (b).
Mişcarea de abducţie – adducţie (fig. 5. b) se execută în jurul unui ax
sagital care trece prin centrul capului femural. Când coapsa este extinsă,
amplitudinea maximă a mişcării de abducţiei este de 30 ° - 45°, iar când se
găseşte în flexie, abducţia poate atinge aproximativ 70°. Muşchii abductori sunt:
piriformul, tensorul fasciei lata şi gluteul mijlociu. Mişcarea de abducţie este
limitată de întinderea ligamentului iliopretrohanterian (când coapsa este în
extensie) şi a celui pubofemural (când coapsa se află în flexie) (fig. 6).
Adducţia este efectuată de către cei trei muşchi adductori cărora i se adaugă
acţiunea muşchilor iliopsoas, gracilis şi pectineu, în mod secundar. Amplitudinea
adducţiei este de aproximativ 30°. Mişcarea de adducţie este limitată de întâlnirea
coapselor şi când ligamentul pretrohanterian se încrucişează cu cel al capului
femural.

19. 19
Mişcarea de rotaţie internă – externă (fig. 5. c) se realizează în jurul unui
ax vertical care trece prin capul femural. Amplitudinea maximă a mişcării de
rotaţie externă este de 40° - 50°, iar cea a mişcării de rotaţie internă este de aprox.
30° - 45°. În cazurile când coapsa se află în poziţia de flexie şi abducţie (cu
ligamentele relaxate), amplitudinea totală a mişcării poate atinge valoarea de 100°.
Mişcarea de rotaţie externă este limitată de fasciculul ligamentului
iliopretrohanterian, iar mişcarea de rotaţie internă este limitată de ligamentul
ischiofemural şi iliopretrohanterian.
Principalii muşchi ce execută mişcarea de rotaţie externă sunt: muşchiul
gluteul mijlociu, gluteul mare şi piriform. În ceea ce priveşte mişcarea de rotaţie
internă, acesta este executată de muşchii: gluteul mijlociu, gluteul mic şi
semimembranosul (fig. 6). (4)
3.2.Încărcările sistemului anatomic şold-coapsă
Măsurarea experimentală a forţelor care privesc articulaţia şoldului
protezat arată că acestea sunt mai mici decât cele bazate pe modele analitice.
În urma studiilor s-a stabilit că forţele exercitate asupra articulaţiei protezate
sunt în general de 2,6..2,8 ori greutatea corpului în faza mersului cu sprijin
unipodal.
Oricum, în timpul mişcărilor complexe (fugă, saritură, întindere)
sarcina exercitată poate fi de până la zece ori greutatea corpului. De aceea, diferiţi
factori ca: obezitatea, creşterea activităţii fizice sunt componente importante
care se adaugă la sarcina exercitată pe componenta femurală şi favorizează
ruperea tibiei protetice.
Asupra articulaţiei şoldului acţionează forţe în plan frontal şi sagital.
În plan sagital aceste forţe tind să încline coada protezei spre posterior. Centrul de
greutate al corpului se află pe linie mediană, anterior celei de-a doua vertebre
sacrate şi este posterior articulaţiei. Forţele acţionând în aceaşi direcţie cresc când
şoldul încărcat este flectat, ca atunci când subiectul se ridică de pe un scaun, la
urcatul şi coborâtul scărilor, sau în înclinaţie şi întindere.
Forţele care acţionează asupra componentei femurale protetice, atât în
plan sagital cât şi frontal, produc asupra ei un efect de torsiune. Astfel, în timpul
ciclului de mers, forţele sunt direcţionate contrar capului femural protetic, cu un

20. 20
unghi polar între 15-25°, anterior planului sagital al protezei (fig. 15).
Fig. 15
În timpul urcatului scărilor şi îndreptării piciorului care se ridică, forţa
rezultată este aplicată într-un punct chiar îndepartat, anterior capului. Din acest
motiv, ruptura tijei protetice femurale începe de obicei în partea antero-laterală. De
aceea, în modelarea biomecanică a componentei femurale protetice se urmăreşte cu
insistenţă creşterea rezistenţei porţiunii proximale a cozii pentru a umple cât mai
bine metafiza şi a creşte astfel stabilitatea torsională a capului femural.
Din studiile efectuate rezultă că punctul de presiune maximă, la contactul
cap femural-cupă acetabulară, descrie o elipsă, centrul de rotaţie fiind în centrul
geometric al capului femural aproximat cu o sferă . Această mişcare eliptică areun
rol deosebit de important în apariţia unei stări de preuzură de la nivelul cupei
acetabulare protetice (confecţionată din polietilenă hiperdensă - UHMWPE)
Astfel, deşi suprafaţa cupei nu este alterată, în structura acesteia se
observă o slabire a calităţilor mecanice, unidirecţional, prin ruperea
legăturilor cristaline pe direcţia de abducţie-adducţie datorată tensiunilor
tangenţiale din substrat .

21. 21
Fig. 16
În fig 16 sunt reprezentate cele trei axe caracteristice unei articulaţii de
şold. Astfel:
- axa X este caracteristică mişcării de abducţie-adducţie,
- axa Y corespunde.mişcării de flexie+extensie şi
- axa Z este cea de rotaţie.
În mers principala axă este flexie extensie ±20 grade, iar la mişcarea de abducţie
adducţie sunt ±5 grade. Mişcarea de rotaţie se poate neglija. Punctele extreme ale
mişcării se găsesc pe o elipsa. Punctul A este cprespunzător flexiei maxime şi pe
direcţia de flexie extensie are viteza zero , iar pe direcţia de abducţie
adductie are viteza maximă B. Punctul C este asemănător punctului A, diferind
doar sensul mişcarii, la fel si D cu B. (3)

22. 22
Fig. 17.Modelul biomecanic al sistemului anatomic şold – coapsă:forţele ce acţionează
asupra sistemului anatomic (a);descompunerea forţelor ce acţionează asupra sistemului anatomic
(b).
Pentru un subiect uman cu masa 53 kg în poziţia de echilibru ortostatic,
forţele ce acţionează asupra sistemului anatomic şold-coapsă sunt reprezentate în
fig. 7. a, b, acestea fiind reprezentate în planul frontal, unde:
FM – forţa exercitată de către muşchii abductori, FM = 600 N;
FMx,y – componentele pe axele Ox, Oy, a forţei exercitată de către muşchii
abductori, [N];
Rs – forţa de reacţiune din articulaţia şoldului, [N];
Rsx,y – componentele pe axele Ox, Oy, a forţei de reacţiune din şold, [N];
Gc – greutatea coapsei, Gc = 52 N;
A, B, C, O – marele trohanter, articulaţia genunchiului, centrul de greutate
al coapsei, articulaţia şoldului;
α– unghiul pe care îl face muşchiul abductor cu verticala, α= 35°;
β – unghiul de înclinaţie al gâtului femural faţă de orizontală, β = 45°;
a, b, c, d, e, f, g – distanţele ce se formează între componentele forţelor interne
şicentrul de rotaţie al articulaţiei şoldului, respectiv: a = 0,325 m; b = 0,2 m; c
=0,025 m; d = 0,011 m; e = 0,018 m; f = 0,025 m; g = 0,4 m şi AO = 0,035 m;

23. 23
Rgx,y – componentele pe axele Ox, Oy, a forţei de reacţiune din articulaţia
genunchiului, unde Rgx = 3,8 N şi Rgy = 394 N;
Mg – momentul reactiv din articulaţia genunchiului, Mg = 20,3 Nm;
Ms – momentul reactiv din articulaţia ţoldului, [Nm].
Ţinând seama de modelul biomecanic din fig. 7 şi de datele menţionate
anterior, se vor calcula componentele forţelor de reacţiune pe cele două direcţii (Rs
x,y) şi momentul reactiv din articulaţia şoldului (Ms). Pentru determinarea
necunoscutelor este necesar scrierea ecuaţiilor de echilibru. Datorită faptului că
subiectul uman se găseşte în poziţie ortostatică, suma forţelor nu mai este egală cu
forţa de inerţie dată de condiţia dinamică, ci va fi egală cu zero, după cum
urmează:
Astfel, ecuaţiile de echilibru pentru modelul biomecanic prezentat în fig. 7
se particularizează sub forma:
Din sistemul ecuaţiilor de echilibru (3.2) se va obţine:
Se cu noaşte faptul că forţa musculară dezvoltată de muşchiul abductor,
FM = 600 N şi face cu verticala un unghi de α = 35°. Astfel, forţa musculară se
descompune după cele două direcţii Ox, Oy în două componente, FMx,y. Ţinând
cont de modul de descompunere a forţei musculare şi de unghiul α, va rezulta

24. 24
faptul că:
Înlocuind sistemul de ecuaţii (3.4) în sistemul de ecuaţii (3.3) se vor obţine
următoarele:
Înlocuind în sistemul de ecuaţii (3.5) valorile numerice ale parametrilor
specifici modelului biomecanic din fig. 7, s-au obţinute valorile forţelor de
reacţiune şi a momentului reactiv din şold: Rsx = 347,94 N; Rsy = 686,15 N ş i
Ms = -1,23 Nm.
În urma rezultatelor obţinute se poate reface modelul biomecanic al
sistemului anatomic şold – coapsă, reprezentat în fig. 7. Astfel, sensurile forţelor
de reacţiune şi al momentului vor fi corectate, după cum se poate observa în fig. 8.
Fig. 18 Modelul biomecanic al sistemului anatomic şold – coapsă revizuit după
determinarea valorică a forţelor de reacţiune şi a momentului reactiv din articulaţia şoldului. (4)

25. 25
4.Tipul de proteză de şold
Fig. 19 Proteza de resurfatare (5)
Endoproteza are rolul să înlocuiască forma și funcția normală a
articulației și este formată din câteva părți, la fel ca și articulația
dumneavoastră. Tija protetică este ancorată în femur, iar capul protetic se
fixează pe tijă și înlocuiește capul femural deteriorat.
Unul din scopurile artroplastiei este acela de a păstra cât de multă substanță osoasă.
De aceea, în ultimii ani, au apărut implanturi de șold „cu prezervarea
capitalului osos”, cum ar fi proteza de resurfatare șitija scurtă metafizară care
au fost realizate pentru a completa gama de implanturi primare standard, și a
permite astfel în special pacienților cu vârste mai tinere să aibă un stil de viață mai
activ.

26. 26
Fig. 20 Pregatirea capului femural pentru proteza de
resurfatare
În cazul protezei de resurfatare, capul femural este în mare parte menținut și – într-
un mod similar ca îmbracarea unui dinte – este acoperit cu un înveliș metalic. Un
cap mai mare permite o mobilitate mare. Tijele scurte sunt – așa cum și sugerează
numele – tije femurale care au o lungime de doar circa 10 cm, în timp ce cele
standard măsoara 14-18 cm lungime, în funcție de înalțimea pacientului. Astfel de
design-uri protetice „cu prezervarea capitalului osos” sunt destinate persoanelor
active cu osul sănătos de bună calitate. (5)
Fig. 21 (6)

27. 27
5.Materiale utilizate
Materialele utilizate pentru confectionarea protezelor au trei caracteristici
principale:
1.Biocompatibilitatea (buna toleranta a organismului uman)
2. Rezistenta la coroziune
3. Proprietatile mecanice de rezistenta la frecare, torsiune, presiune, etc
In general, protezele sunt alcatuite din mai multe materiale care urmeaza sa
se articuleze intre ele prin intermediul unor forte de frecare.
Pentru confecţionarea protezei noastre se folosesc aliajele de otel
inoxidabil (inox si cobalt crom) si aliajele pe baza de titan si nichel-titan .
Tija femurala de otel inoxidabil sau de titan poate fi “monobloc” sau
se articulează cu o sfera cu compozitie chimica diferita de a tijei (aliaj cobalt crom,
alumina), aleasa pentru proprietatile sale (rezistenta la frecare, rezistenta la
uzura).
Pentru pacientii tineri se foloseste in special aceasta proteza metal-metal de
resurfatare.
Designul protezei metal-metal de tip Birmingham Hip Resurfacing - BHR a
fost realizat in 1989 si este pusa in practica din februarie 1991, avand deci un timp
de urmarire de 13 ani.
Fabricarea protezei BHR este rezultatul unui inalt nivel tehnologic,
materialul continand un aliaj CrCoC cu o cantitate mare de carbon. Acest aliaj
permite producerea unor componente metalice foarte subtiri, ceea ce inseamna ca
rezectia osului necesara implantarii protezei este minima.
Descrierea materialului
Pentru modelul nostrum de proteza s-a ales ca şi material titanul.
Caracteristicile titanului sunt:
* Simbol chimic: Ti
* Număr atomic: 22

28. 28
* Masă atomică: 47,88 g/mol
* Densitate, (la 20°C): 4,5 g/cmł , (puţin superioară aluminiului)
* Electronegativitate (pe scala Pauling): 1,5
* Punct de topire: 1660 °C
* Punct de fierbere: 3260 °C
* Stare: solidă (metal)
* Culoare: alb-strălucitoare (în stare pură)
* Rezistenţă la tracţiune: excelentă.
Titanul este un metal cristalizat în reţea hexagonală compactă. Are
asemănări cu fierul sau cu nichelul. Este dur şi casant. În stare foarte pură este
maleabil. Conduce bine căldura şi electricitatea. Este mai uşor decât alte metale cu
proprietăţi mecanice şi termice similare.
Formează combinaţii în stările de valenţă 4, 3 şi 2, (primele fiind cele mai
stabile).
Pulberea de Ti arde în aer, şi este singurul elemnt care arde în azot. La
temperatură obişnuită, titanul compact este stabil la aer. Când suprafaţa
metalului este pură, titanul se aprinde în oxigen la 25 °C. Încălzit la 600 grade
Celsius, titanul reactioneaza cu oxigenul formând dioxid de titan, TiO2.
Clasa de combustie: D , (alături de alte metale inflamabile: magneziu,
potasiu, sodiu), in stare de pulbere pura. La temperatură ridicată, se combină cu
carbonul, borul şi siliciul. Nitrura, carbura şi borura de titan sunt compuşi foarte
stabili şi duri. La temperaturi mai mari de 150°C reacţionează cu fluorul, iar la
peste 300°C reacţionează cu clorul. La temperaturi înalte se aliază cu fierul,
obţinându-se aliajul Fe3Ti.
Apa şi acizii diluaţi atacă titanul, cu excepţia acidului fluorhidric. Cu acidul
clorhidric diluat, la încălzire, formează TiCl3. Acidul azotic fierbinte
transformă titanul în oxid hidratat, greu solubil în acizi şi baze.

29. 29
6. Analiza cu element finit (proiectare
CATIA)
Fig. 22 Proiectarea protezei in CATIA
Fig. 23 Proteza de sold supusa solicitarilor statice

30. 30
7.Concluzii
In concluzie putem spune că aceasta proteza, proteza de resurfatare este
rezistenta la solicitarile care pot aparea, deformatiile ulterioare fiind foarte mici.
Această proteză este ideală în special pentru persoanele tinere, care sunt
active şi au osul sănătos şi de bună calitate , deoarece acest tip de investigaţie
presupune menţinerea în mare parte a capului femural.

31. 31
Bibliografie
1. Activ-ortopedic. [Online] http://www.activ-
ortopedic.ro/index.php?route=product/product&product_id=55.
2. Displazia de sold. Bucuresti : teza de doctorat, 2008.
3. Raportul Stiintific si Tehnic (RST) in extenso ,pag.10. [Online]
4. Ciprian Radu,Ileana Rosca,Corneliu Druga,Mihai Cismaru, Biomecanica
si mecatronica sistemelor biomedicale , 2001, Indrumar laborator, lab3. .
5. Medical ortovit. [Online]
http://www.ortovit.eu/pacient/sold/ghid_artroplastie_implant_potrivit.html.
6. [Online] http://emedicine.medscape.com/article/1358168-overview.
7. Artoplastia totala de sold. Mares, Emil. Craiova : teza de doctorat, 2011.