COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE CLAVOS ENDOMEDULARES DE FABRICACIÓN
ARGENTINA

Pisano1 M., Bahnyckyj1 M., Carrizo1 N., Pazos1 L.
INTI Mecánica
mpisano@inti.gob.ar

OBJETIVO
Para la aprobación de clavos endomedulares,
es necesaria la comparación del desempeño
mecánico con productos con éxito clínico
probado. Por otro lado, no hay publicaciones
referidas al desempeño mecánico de clavos
endomedulares de fabricación local que pueda
utilizarse para ese fin. Se espera generar
información a partir de la cual las autoridades
regulatorias y los propios fabricantes puedan
usar de referencia para evaluar sus productos.

DESCRIPCIÓN
El estudio se realizó sobre 13 diseños
diferentes de clavos endomedulares (IM), de 11
fabricantes argentinos diferentes. Las
características de los implantes se muestran en
la Tabla 1.
Tabla 1 Características de los clavos estudiados
Fabricante Uso Diámetro [mm]
Sección
transversal Material
M1 Fémur 11 Canulada Acero
M2 Fémur 12 Canulada Acero
M3 Fémur 13 Canulada Acero
M4
1 Fémur 12 Ranurada Acero
2 Fémur 10 Ranurada Titanio
M5 Fémur 10 Maciza Acero
M6 Fémur 12 Canulada Acero
M7
1 Tibia 10 Canulada Acero
2 Tibia 9 Canulada Titanio
M8 Tibia 12 Maciza Acero
M9 Tibia 10 Maciza Titanio
M10 Tibia 10 Canulada Acero
M11 Tibia 9 Canulada Acero

Se realizaron ensayos estáticos de flexión en
cuatro puntos de acuerdo a los requisitos de la
norma ASTM F1264. La Figura 1 muestra la
configuración del ensayo, donde L es la
distancia total entre los rodillos de apoyo, c, la
distancia entre los rodillos de carga y s, la
distancia entre los rodillos de carga y los de
apoyo.
Para cada diseño de clavo, se ensayaron entre
tres y cinco muestras iguales. La distancia
entre los rodillos de apoyo L, se ajustó
dependiendo de la longitud de trabajo de cada
modelo del clavo. Los valores de c y s se
ajustaron de manera que satisfagan s = c = L /
3, según lo propuesto por la norma ASTM
F1264. Todos los clavos se ensayaron en el
plano anatómico medio-lateral.

Figura 1: Configuración del ensayo de flexión.
Los ensayos se realizaron controlados por
desplazamiento a una velocidad de 5 mm/min y
se obtuvieron las curvas Carga vs.
Desplazamiento. Se calculó la rigidez
estructural equivalente [Nm2], EIe, y el momento
de fluencia, My, [Nm]. La rigidez estructural
caracteriza el comportamiento elástico de los
clavos y permite comparar los resultados de
productos con el mismo uso previsto, pero
fabricados con diferentes materiales y/o que
posean diferentes geometrías (por ejemplo,
sección maciza, sección canulada, sección
ranurada, sección en forma de trébol, etc.). La
rigidez estructural permite determinar la
estabilidad intrínseca que el clavo puede
proporcionar a una fractura, pero sin considerar
el deslizamiento de la interface clavo/hueso. La
rigidez estructural equivalente se calcula
utilizando la Ecuación 1,

 
12
2
)(
2 


 y
F
cLs
EI e (1)
Donde F/y representa la pendiente de la
porción lineal de la curva Carga vs.
Desplazamiento, obtenida de los ensayos.
El momento de fluencia o resistencia a la
flexión, caracteriza el comportamiento plástico
del producto. La resistencia a la flexión debe
ser considerada en la elección de implante,
particularmente, en los casos en que la
distribución de carga se reduce al mínimo o la
magnitud de la carga es severa o ambos (es
decir, con bloqueo distal o proximal, fracturas
subtrocantéreas, fractura conminuta, pérdida
segmentaria, etc.). El momento de fluencia se
calculó a partir de la Ecuación 2.

2
sF
M yy  (2)
donde Fy es la carga al 0,2% de deformación
plástica. Asimismo se midió la microdureza
vickers (MHV).

RESULTADOS
La Tabla 2 muestra todos los resultados
obtenidos. En la Figura 2, se presentan los
resultados de la rigidez estructural en función
del diámetro del clavo. Como era esperable, se
observó que la magnitud de la rigidez depende
fuertemente del diámetro del clavo, esto se
debe a que el momento de inercia varía con el
diámetro a la cuarta potencia. La dispersión
obtenida dentro de las muestras de un mismo
diámetro se puede asociar principalmente con
las diferencias en la sección transversal y al
material del clavo.
Tabla 2 Resultados de los ensayos mecánicos y las
mediciones de Microdureza
Uso Ø [mm]
Rigidez
Estructural
[Nm2]
Momento
de
Fluencia
[Nm]
Dureza
[MHV]
M1 Fémur 11 116 ± 1 109 ± 3 278 ± 27
M2 Fémur 12 131 ± 12 242 ± 3 377 ± 14
M3 Fémur 13 199 ± 19 169 ± 25 289 ± 13
M4
1 Fémur 12 104 ± 5 114 ± 3 300 ± 15
2 Fémur 10 41 ± 2 101 ± 5 299 ± 14
M5 Fémur 10 85 ± 8 96 ± 6 310 ± 9
M6 Fémur 12 143 ± 1 74 ± 1 147 ± 2
M7
1 Tibia 10 54 ± 5 99 ± 2 273 ± 2
2 Tibia 9 31 ± 2 91 ± 1 326 ± 13
M8 Tibia 12 175 ± 12 182 ± 16 331 ± 10
M9 Tibia 10 47 ± 2 145 ± 9 309 ± 3
M10 Tibia 10 71 ± 4 55 ± 11 229 ± 21
M11 Tibia 9 42 ± 3 74 ± 3 239 ± 24

En el caso de los clavos de 12 mm de
diámetro, todas las muestras tuvieron el mismo
módulo de elasticidad debido a que todos
fueron fabricados en acero inoxidable, por lo
tanto, la variación en la rigidez dependió
únicamente del tipo de sección. En estos
casos, la relación entre la rigidez y el tipo de
sección fue directa. La sección maciza tiene el
mayor momento de inercia y los clavos con
esta sección presentaron la mayor rigidez. La
sección ranurada tiene el menor momento de
inercia y los clavos presentaron la menor
rigidez. En el caso de los clavos de 10 mm
hubo una superposición de efectos. Los de
titanio presentaron valores de rigidez menores
debido a su módulo de elasticidad (50% menor
que el módulo del acero inoxidable). En todos
los casos los valores de rigidez estructural
estaban en el rango de valores reportados para
productos equivalentes, clínicamente
aceptados.
En la Figura 3 se presenta el gráfico del
momento de fluencia en función del diámetro.
Aquí, la dispersión fue incluso mayor que la
obtenida para la rigidez estructural. Sin
embargo, hay una tendencia leve pero
perceptible, asociada al aumento del momento
de fluencia con el aumento del diámetro. Esto
podría explicarse porque el momento de
fluencia varía con el diámetro elevado a la
tercera potencia.

Figura 2: Rigidez Estructural Equivalente en función del
diámetro.

El momento de fluencia, al igual que la rigidez
estructural, depende del diámetro del clavo, la
sección transversal y las propiedades
mecánicas del material. Sin embargo, en lugar
del módulo de elasticidad, el momento de
fluencia depende de la tensión de fluencia de la
materia prima. Por otro lado, las mediciones de
microdureza se pueden utilizar para estimar la
tensión de fluencia de la materia prima. En este
trabajo, los clavos presentaron un amplio rango
de valores de microdureza (147-377 MHV) y
esto podría explicar la dispersión en el
momento de fluencia. Tanto la microdureza,
como la tensión de fluencia de las materias
primas dependen, además de la composición
química, de la microestructura (tamaño de
grano, porcentaje de trabajado en frío,
tratamiento térmico), por lo tanto, los
fabricantes deben ser conscientes de este
hecho al momento de comprar el material, a fin
de evitar variaciones en el desempeño
mecánico de los clavos.

Figura 3: Momento de Fluencia en función del diámetro.

CONCLUSIONES
Los valores de rigidez a la flexión fueron
semejantes a lo reportados para productos
extranjeros. La dispersión en los valores de
momento de fluencia, se debe a la amplia
variación de propiedades mecánicas de la
materia prima. La información generada sirve
de referencia para los fabricantes y las
autoridades regulatorias como indicación de la
eficacia y la seguridad.
0
50
100
150
200
250
8 9 10 11 12 13 14
Ri
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