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ESTUDO SOBRE BIOCERÂMICAS COM APLICAÇÕES OFTALMOLÓGICAS
Zurba, N.K.(1); Fredel, M.C.(1); Fernandes, M.H.V.(2); Barra, G.M.O.(1)
Avenida Marcolino Martins Cabral, no 3472, Passagem. CEP: 88705-004.
Tubarão, Santa Catarina. E-mail: [email protected].
(1)
Universidade Federal de Santa Catarina, Brasil
(2)
Universidade de Aveiro, Portugal
RESUMO
A aplicação de hidroxiapatita, HA, na área oftalmológica pode ser verificada em
produtos destinados ao suporte de intervenções cirúrgicas e em próteses intraoculares de anoftalmos. Considerando essa aplicação, foi relacionada a
biocompatibilidade e biofuncionalidade de algumas superfícies biocerâmicas com o
meio biológico, bem como o design envolvido. A sistematização desse conhecimento
pode contribuir para o desenvolvimento de novos produtos oftalmológicos em HA.
Palavras-chave: prótese, hidroxiapatita, oftalmologia, intra-ocular.
INTRODUÇÃO
A aplicação de hidroxiapatita, HA, na área oftalmológica pode ser verificada em
produtos destinados ao suporte de intervenções cirúrgicas e em próteses intraoculares de anoftalmos. O presente artigo busca um aprofundamento sobre
acessibilidade visual com ênfase nessa aplicação, em continuidade à Dissertação de
Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais
(1)
. As biocerâmicas, ao
possibilitarem um tratamento mais efetivo no corpo do indivíduo, servem também de
base científica como um “Material de Acessibilidade” (2) .
A acessibilidade visual é assunto preocupante para um mundo onde existe
cerca de 38 milhões de cegos, definindo a cegueira – a mais grave deficiência visual
- como a incapacidade de contar dedos a uma distância de 3 metros. Com visão
subnormal, a população mundial sobe para 110 milhões de pessoas, cuja acuidade
visual é inferior a 0,3 (6/18). A Organização Mundial de Saúde
(3)
alerta e propõe a
redução da cegueira evitável a menos de 0,5%, pois se não forem tomadas medidas
efetivas e sistemáticas, o número de cegos no mundo deverá estar duplicado no ano
de 2020, gerando uma degradação social.
2
Devido a restrições sócio-econômicas, países em desenvolvimento apresentam
taxas de cegueira 10 a 40 vezes mais elevadas que países industrializados, onde a
causa está diretamente relacionada com o envelhecimento da população. No Brasil,
são cerca de 140 mil cegos e 16.644.842 pessoas com incapacidade ou alguma
grande dificuldade de enxergar (4), uma realidade que exige tratamento.
Neste contexto, o presente artigo tem por objetivo conhecer algumas
características de biocerâmicas com aplicações oftalmológicas, visando a utilização
da HA no design de novos produtos para acessibilidade visual.
METODOLOGIA
A metodologia consistiu em estudos realizados na vigência do Doutorado em
Ciência e Engenharia de Materiais, notadamente pela disciplina de Biomateriais
ministrada no trimestre 2004-3, junto ao Programa de Pós-graduação da UFSC. A
revisão bibliográfica concentrou-se em implantes de anoftalmos em hidroxiapatita.
O aprofundamento sobre aplicação de hidroxiapatita na área oftalmológica
ocorreu com a participação em evento no Congresso Materiais 2005 (5), realizado em
Aveiro, Portugal. Na apresentação, foi abordada a confecção e mobilidade dos
implantes biocerâmicos em HA (Figura 1).
Figura 1 – Mobilidade de implantes com biocerâmicas
(5)
.
3
Técnicas cirúrgicas de implante de HA e seus respectivos resultados tem por
base o estudo in vivo
(6)
realizado com 43 pacientes. Foram divididos em 4 grupos,
segundo as técnicas cirúrgicas empregadas (enucleação, evisceração com e sem
conservação corneal, e em cavidades antigas), e realizado um acompanhamento
pós-operatório entre 7 meses e 2 anos.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E DISCUSSÕES
Histórico de aplicação de produtos oftalmológicos
O homem em suas primeiras manifestações artísticas dava pouca importância
à reprodução do órgão visual, o que ficou evidenciado nas pinturas rupestres
encontradas nas cavernas européias de Altamira e Lascaux. A história comprova
que o interesse pela reprodução dos olhos cresceu paralelamente com o
desenvolvimento das artes plásticas.
Os antigos egípcios, com a preocupação de embelezar suas estátuas,
confeccionavam olhos artificiais em ouro e pedras preciosas, o que provavelmente
suscitou a experimentação no homem. A própria arquitetura egípcia famosa pelas
Pirâmides e túmulos dos faraós sofreu forte influência pela feição humana e pelos
olhos, a exemplo do Templo de Luxor e esculturas femininas.
Ambroise-Paré (1510-1590) idealizou um aro metálico que contornava a cabeça
terminando em uma peça oval convexa que se adaptava à região orbital e pintada,
simulava a região óculo-palpebral. As primeiras próteses cavitárias eram muito
rudimentares causando pressão no fundo da cavidade anoftálmica com conseqüente
edema
palpebral,
irritação,
infecção
e
complicações
advindas
do
mau
posicionamento das pálpebras. Em 1579, o vidro foi utilizado pela primeira vez para
confeccionar próteses, proporcionando boa tolerância a este material.
A Alemanha, desde 1835, foi o centro de produção dos melhores olhos
artificiais. Ludwig Muller-Uri nesta época foi o primeiro a fabricar um olho artificial
para um ser humano a pedido de um médico da cidade de Meiningem que
relacionou sua habilidade em confeccionar olhos de boneca. O resultado estético foi
tão surpreendente que este trabalho altamente especializado, passou a ser uma
4
tradição familiar conservada até hoje por seus descendentes que ainda produzem
próteses em uma clínica de protéticos na cidade de Weesbaden.
Para a melhora da cosmética da cavidade anoftálmica, a primeira introdução de
um implante intra-orbitário, de vidro, com o objetivo de aumentar o volume da
cavidade foi descrita em 1885, por Mulles
(7)
. As taxas de extrusão eram
extremamente altas, chegando a 93%.
Relata-se que a partir da II Guerra Mundial a resina acrílica, material utilizado
em próteses odontológicas, começou a substituir o cristal na confecção de olhos
artificiais. Nesta época houve grande demanda devido à legião de mutilados
provenientes do conflito que necessitavam de recuperação estética. O material
utilizado para a confecção dos implantes foi sendo modificado, até chegar-se aos
implantes bioreativos porosos.
O aprimoramento da técnica de confecção de próteses oculares contribui para
a auto-estima dos indivíduos que delas necessitam
(8)
, em vários e complexos
aspectos que a perda da visão e a mutilação do órgão implicam. Com o objetivo de
melhorar a mobilidade, Cutler
(9)
propôs em 1947 a fixação de um pino, em um
segundo tempo operatório, ao implante intra-orbitário já presente, sobre o qual se
encaixa a prótese. O polietileno poroso utilizado nessas próteses recebeu a
aprovação do FDA (Food & Drug Administration) para sua utilização em cirurgia
reconstrutiva em 1985, mas é utilizado desde 1947.
Os implantes de hidroxiapatita começaram a serem utilizados no período
compreendido entre 1983 e 1985, quando o Dr. Arthur Perry, da Califórnia, Estados
Unidos, concluiu com bons resultados os primeiros experimentos em animais. Desde
1985 a 1989, testou em 80 pacientes e o novo implante foi aprovado pelo FDA,
sendo permitida a utilização da HA como implante orbitário em todo o território
americano a partir de agosto de 1989.
Em 1949 iniciaram os implantes de Lentes Intra-Oculares (LIOs) de catarata e
vêm sendo aperfeiçoados através dos anos em biopolímeros. Desde a aprovação da
LIO multifocal progressiva, em 1997, que proporciona uma visão para longe e perto,
tem sido estudada a possibilidade do paciente enxergar sem uso de óculos.
5
Biocerâmicas ou biopolímeros com aplicações oftalmológicas?
Como demonstram os antecedentes históricos, os biopolímeros tem se
manifestado de forma crescente na constituição de produtos oftálmicos em
concorrência
a
biocerâmicas.
Em
geral,
apresentam
como
propriedades
macroscópicas flexibilidade, caráter hidrofílico para maior permeabilidade de
oxigênio e transparência. Porém, costumam apresentar algumas desvantagens,
como opacificação, bioadesão de bactérias e degradação (10) .
Alguns produtos oftalmológicos, tais como lentes de contato dióptricas rígidas,
hidrofílicas ou coloridas são constituídas em PMMA e outros biopolímeros. Quando
rígidas, as lentes podem causar transtornos endoteliais
(11)
. Para que sejam filtrantes
de radiação UV, devem apresentar em sua composição substâncias do grupo das
bezofenonas, que barram a passagem dos raios UV mesmo quando incolor (12).
Servindo como cristalino artificial, as LIOs de catarata são constituídas por
biopolímeros como o PMMA, silicone, hidrogel e acrysoft, que ao longo do uso
podem perder sua capacidade de transmitância, tornando-se opacas. Devido à
fragilidade e dureza, o uso de biocerâmicas em LIOs de catarata não é
recomendado, por causar cortes e injúrias nos tecidos moles.
A aplicação de biocerâmicas na área oftalmológica assume, de fato, maior
aplicação na confecção de próteses e implantes cavitários. Sua função é preencher
a cavidade orbital e melhorar a aparência do paciente, com uso intra-ocular em
implantes esféricos ou pinos. Quando o paciente tem seu olho eviscerado ou
enucleado devido a causas como trauma ou complicações cirúrgicas, utiliza-se
prótese intra-ocular de anoftalmo, como ilustra a Figura 2.
Figura 2 – Prótese externa de anoftalmo conjugada à aplicação de biocerâmicas porosas.
6
As próteses de anoftalmos têm sido desenvolvidas artesanalmente e de forma
manual por protéticos. Esse procedimento vem sendo realizado sem grandes
critérios de padrão de cor e forma. Segundo a American Society of Ocularists, partese de uma análise visual do aspecto do olho saudável do paciente, buscando copiar
sua aparência através do espelhamento de características na prótese a ser
confeccionada (Figura 3).
O uso de novas tecnologias, como a análise de imagem, pode contribuir para o
melhoramento estético das próteses. Utiliza-se, também, embutir um botão em um
disco de alumínio, que será pintado, polido e deve resultar em uma prótese a ser
sobreposta sobre a esclera branca.
Figura 3 – Processo manual de fabricação de prótese a partir de um botão.
O uso de duas peças magnéticas em próteses oculares foi verificado como
alternativa de uso e processamento, conjugando biomateriais metálicos, conforme
ilustra a Figura 4.
Além de próteses magnéticas, utilizam-se pinos intra-oculares para fixação,
embora comumente apresentem complicações. Foram descritas taxas de 37% de
extrusão com pinos em titânio e 27% de extrusão com pinos combinados de titânio e
hidroxiapatita
(13) e (14)
. As altas taxas de extrusão devem-se ao fato de que existem
diferentes forças de atrito entre os materiais: entre o implante intra-orbitário e o pino,
e entre o pino e a prótese externa, favorecendo a extrusão deste pino (15).
Figura 4 - Processo de fabricação de próteses magnéticas.
7
Implantes porosos de anoftalmos
O material utilizado para a confecção dos implantes foi sendo modificado, até
chegar-se aos implantes bioreativos. Em geral, os implantes possuem microporos
que favorecem a proliferação vascular, aumentando a mobilidade e diminuindo os
riscos de infecção, de migração e de extrusão. As próteses de anoftalmos
representam um importante campo de aplicação de biocerâmicas porosas, utilizadas
isoladas ou conjugadas a outros biomateriais, como metais e polímeros.
Implantes porosos de anoftalmos totalmente integrados são aqueles que
combinam biocompatibilidade através da integração do tecido orbitário fibrovascular
e mobilidade por fixação dos músculos extra-oculares. A vascularização contribui
para fixar o implante nos tecidos orbitários, fazendo com o que o risco de extrusão
praticamente desapareça. Posteriormente, quando o implante já está vascularizado,
ocorre o acoplamento da prótese externa. A presença de tecido fibrovascular
aumenta a resistência à infecção e, se esta ocorrer, pode ser tratada com
antibióticos, sem necessidade de recorrer à extração do implante. Os principais
biomateriais pesquisados em implantes porosos foram: HA, polietileno e alumina.
Hidroxiapatita
A prótese intra-ocular de hidroxiapatita (HA) é um implante que pode ser
composto por HA Coralina natural. É utilizada para restaurar o volume da cavidade
do orbital que foi cirurgicamente removido, e pode ser produzida em diversos
diâmetros
(16)
, conforme necessidade do paciente (Figura 5). Historicamente, o uso
de implantes oculares sintéticos não-porosos tem avançado em complicações como
migração, infecção, mobilidade e estética. A HA foi utilizada previamente em cirurgia
ortopédica e maxilofacial e se mostrou biocompatível, não-tóxica e não-alergênica.
Para a elaboração da HA porosa coralina são usados corais da família porites,
de rápida auto-regeneração, e são extraídos aqueles que ficam soltos no arrecife
depois de se romperem por efeito dos ventos. A coleta deve ser feita por pessoal
especializado em Oceanologia, segundo normas de sustentabilidade. O processo de
manufatura permite controlar o diâmetro do poro, embora no caso da HA o diâmetro
do poro dependa da espécie de coral do qual deriva.
8
Figura 5 – Orbitais com biocerâmica hidroxiapatita
(16)
.
Implantes de Hidroxiapatita Porosa Coralina HAP-200 são utilizados em forma
esférica com diâmetros de 18, 19, 20 e 21 mm segundo o tamanho da cavidade a
tratar
(6)
. Este produto apresenta uma morfologia porosa tridimensionalmente
interconectada com um diâmetro médio de poros entre 250-500 µm, uma
composição molar Ca/P cerca de 1,66 e nos estudos pré-clínicos tem demonstrado
ser osteocondutor e não reabsorvível. Implantes de anoftalmos foram desenvolvidos
com HA em estudo
(17)
, obtendo densidade teórica de 3,17g/cc, densidade aparente
de 0,61g/cc e peso total de 2g. O fator de resistência à compressão medido esteve
na ordem de 5 a10 MPa.
A hidroxiapatita, HA, Ca10(PO4)6(OH)2, apresenta excelente biocompatibilidade
por não provocar resposta inflamatória crônica e/ou reações tóxicas com o meio
(18)
.
A obtenção de HAp pelo método de neutralização pode ser desenvolvida utilizando
ácido ortofosfórico H3PO4 (0,3M) e hidróxido de cálcio Ca(OH)2 (0,5M), sob agitação
constante, mantendo pH=7, a temperatura ambiente e a 70ºC. A suspensão foi
mantida em digestão por 24 horas na temperatura em questão, filtrada, lavada, seca
e calcinada a 800 e 1000ºC, obtendo-se um pó fino. Após a obtenção da HA
particulada, esta pode ser conformada e sinterizada como produto.
Como resultados de implantes de HA realizados, a evolução de sinais e
sintomas clínicos pós-operatórios e de longo prazo foram satisfatórios em 93% dos
casos; não se encontraram respostas adversas ou sintomas de rejeição ao
biomaterial de implante
(6)
. Os estudos demonstraram uma integração fibrovascular
em 100% dos casos analisados. Foi encontrada uma conservação de sulco orbitário
superior a 88,4% e uma mobilidade em 83,6%, dos casos, considerados como bons
9
parâmetros estabelecidos pelo protocolo. A tolerância ao implante foi considerada
como boa em 95,3% dos pacientes; apresentaram 2 extrusões. A Hidroxiapatita
Porosa Coralina HAP-200 apresentou bom resultado estético e biocompatibilidade.
Outros estudos histopatológicos
(19)
evidenciaram a formação de tecido
fibrovascular em um implante orbitário de hidroxiapatita 4 semanas após sua
implantação. A reação inflamatória que se procede é leve na maioria dos casos.
Devido à sua superfície rugosa, quando se coloca na cavidade anoftálmica, se
requer um recobrimento para não injuriar a conjuntiva. Para isso, foram
desenvolvidos implantes de diferentes formas e tamanhos que vem preparados com
uma malha de Vicryl ou com uma cobertura de PTFEe (politetrafluoroetileno
expandido de grandes poros).
Polietileno poroso X hidroxiapatita
O polietileno poroso de alta densidade ou Medpor é um material sintético criado
por polimerização de partículas de etileno sob alta pressão e temperatura. Os
implantes esféricos empregados para reabilitar a cavidade anoftálmica têm um
diâmetro de poro entre 100 e 500 µm de diâmetro (habitualmente 200).
Aproximadamente 85% dos poros são maiores que 150 µm. A estrutura do poro é
multidirecional devido à natureza do processo de síntese.
Uma vantagem teórica sobre a hidroxiapatita deve-se à sua textura que é mais
lisa e suave, não necessitando de uma cobertura para não injuriar o tecido
conjuntivo adjacente
(19)
. Além disso, os músculos extra-oculares podem ser
suturados diretamente ao implante, o que simplifica e encurta a intervenção. O
acoplamento da prótese externa pode ser feito com um pino de titânio.
A vascularização do Medpor começa mais tardiamente que a HA, entre a 5ª e a
12ª semana. Questiona-se que não há diferenças significativas no crescimento
vascular e reações inflamatórias entre HA e o polietileno poroso
(19)
. Aponta-se para
a necessidade de pesquisar alternativas de tratamento de cavidades anoftálmicas,
pois o alto custo da HA natural e do polietileno faz com que não sejam materiais
rotineiramente usados. Sugeriu-se, assim, o uso de HA sintética a partir de fosfato
de cálcio combinado com fosfato de sódio (20).
10
Alumina
Outro implante de orbital biocerâmico feito de biomaterial poroso, resistente,
frágil pode ser constituído de alumina (Al2O3), comercialmente conhecido como
POREX
(16)
(Figura 6). Apresenta como característica poros altamente uniformes e
interconectados. O sistema poroso contribui para o aumento fibrovascular que
mantém o implante migrado e seguro no local aplicado por músculos extra-oculares
que ajudam a impedir sua mobilidade.
Figura 6 – Orbital com biocerâmica alumina (16).
Este implante é feito de um material poroso sintético (Al2O3) com 99% de
pureza. O diâmetro médio de seus poros é de 500 µm. Pode-se utilizar sem
cobertura, embora nos casos de enucleação seja recomendável recobrir com um
material autógeno ou material sintético, como PTFE ou o Vicryl. A vascularização
completa do implante ocorre em torno de 6 meses após sua colocação. No ato
médico, as próteses de alumina foram as que apresentaram maior fragmentação
durante a colocação, provavelmente devido à dificuldade de corte (19).
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Pelo presente estudo pode-se concluir que os biopolímeros, tais como PMMA,
hidrogel, silicone e acrysoft, vêm gradativamente ocupando o campo de aplicação de
biocerâmicas com aplicações oftalmológicas. Isso ocorre devido à leveza,
flexibilidade e propriedades ópticas dos biopolímeros, amplamente utilizados em
lentes de contato e em LIOS de catarata. Entretanto, os biopolímeros podem
apresentar problemas de bioadesão de bactérias, degradação e opacificação.
As biocerâmicas, por sua vez, podem estar relacionadas com a causa de cortes
e injúrias oftálmicas na córnea e tecidos moles devido à sua dureza e fragilidade.
11
Em contrapartida, apresentam excelente biocompatibilidade, porosidade que facilita
o crescimento fibrovascular, justificando sua aplicação na constituição de próteses
de anoftalmos e preenchimento cavitário. A Hidroxiapatita Porosa Coralina HAP-200
mostrou-se apropriada para a restauração facial em implantes de anoftalmos,
apresentando elevada biocompatibilidade, boa formação de rede fibrovascular, boa
mobilidade das próteses e resultados estéticos.
Pelo presente estudo conclui-se que biocerâmicas como hidroxiapatita e
alumina apresentam características que permitem suportar o design de produtos e
dispositivos na área oftalmológica. E que o uso de biocerâmicas pesquisado no
tratamento de enfermidades oftálmicas não previne diretamente a cegueira através
de sua aplicação em implantes de anoftalmos, mas ajuda a preservar a
binocularidade do olho saudável, o que pode contribuir de forma indireta para a
acessibilidade visual. Biocerâmicas constituem-se, portanto, em Materiais de
Acessibilidade quando aplicados na área oftalmológica.
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STUDY ABOUT BIOCERAMICS WITH OPHTHALMOLOGICS APPLICATIONS
Zurba, N.K.(1); Fredel, M.C.(1); Fernandes, M.H.V.(2); Barra, G.M.O.(1)
Av. Marcolino Martins Cabral, 3472, Passagem. ZIP: 88705-004.
Tubarão, Santa Catarina. E-mail: [email protected].
(1)
Federal University of Santa Catarina, Brazil
(2)
Aveiro University, Portugal
ABSTRACT
This study is a review about bioceramics ophthalmologics applications, specially the
hydroxyapatite, HA, used in prosthesis and devices of anophthalmics patients.
Regarding the results, the HA can be used in the design of news products to visual
accessibility.
Keywords: prostheses; hydroxyapatite, ophthalmology, intra-ocular.