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BIOMECÂNICA

BIOMECÂNICA INTERNA

Prof. Kelser de Souza Kock

http://www.biofisicaunisul.blogspot.com.br/



Biomecânica interna

Biomecânica óssea

Biomecânica articular

Biomecânica do músculo esquelético


Biomecânica do osso

◦ Material complexo bifásico

Sais minerais inorgânicos

Dureza e rigidez

Matriz orgânica de colágeno e substâncias de bases

Flexibilidade e maleabilidade



◦ Microscopicamente

Sistema haversiano

Camadas concêntricas de matriz mineralizada circundando

um canal central contendo vasos sanguíneos e fibras

nervosas



◦ Sistema haversiano



◦ Macroscopicamente

Ossos corticais

Alta densidade

Ossos esponjosos

Densidade variável


Biomecânica do osso Tração / Compressão

Deformação

Módulo de elasticidade (Young)


Biomecânica do osso Módulo de elasticidade (Young)

compressão

Material Módulo de Young

(1010 Pa)

Limite de

ruptura (107 Pa)

Alumínio 7 20

Cobre 12 40

Granito 5 20

Aço 20 50

Fêmur / Úmero 0,94 16,7

vértebra 0,0088 0,19

Disco intervertebral 0,0011 1,10


Biomecânica do osso Módulo de elasticidade (Young)

Exemplo

Estudos com ossos humanos demonstram que para

deformações menores que 0,5 % eles se comportam

elasticamente.

Calcule a força de compressão no limite elástico do:

a) Fêmur (área transversa = 6,5 cm2)

b) Úmero (área transversa = 3,0 cm2)

E para fratura? Como seria esse cálculo?



◦ Material anisotrópico, exibindo diferentes

propriedade mecânicas quando exposto a

cargas em diferentes direções.

◦ O osso maduro é mais forte e rígido em

compressão.



◦ A maioria das fraturas são produzidas por

uma combinação de vários modos de cargas



◦ O osso vivo fadiga quando a frequência de

carga impede a remodelação necessária para

prevenir a falha.



◦ O osso remodela-se em respostas às

demandas mecânicas ás quais está sujeito.

◦ Ele é depositado onde é preciso e é

absorvido onde não é preciso



◦ O comportamento mecânico de um osso é

influenciado por sua geometria



◦ Com a evolução da idade há uma marcada

redução na quantidade de tecido ósseo.

◦ Essas mudanças diminuem a rigidez e a

resistência óssea.


Sinartrose (fibrosa)



Anfiartrose (cartilaginosa)



Diartrose (sinovial)



Flexibilidade articular

ADM permitida em uma articulação

ADM → ângulo que uma articulação

passa da posição anatômica para o

limite extremo do movimento de

determinado segmento em uma

direção específica




Influências:

Formato da superfície óssea

Tecido adiposo peri-articular

Tensão dos ligamentos e músculos




Técnicas

Alongamento ativo e passivo

Alongamento balístico e estático

FNP




Alongamento

Minimizar o efeito dos fusos

musculares

Maximizar o efeito dos OTG





Órgão Tendinoso de Golgi Fuso Muscular

Localização Dentro dos tendões, próximo da

junção musculotendinosa em série

com as fibras musculares

Entremeados entre as fibras

musculares e paralelamente a

estas

Estímulo na tensão muscular no comprimento muscular

Resposta - Inibe a elaboração de tensão no

músculo alongado

- Inicia a elaboração de tensão

nos músculos antagonistas

- Inicia a contração rápida do

músculo alongado

- Inibe a elaboração de tensão

nos músculos antagonistas

Efeito Global Promove o relaxamento no

músculo que está desenvolvendo a

tensão

Inibe o estiramento no músculo

que está sendo alongado

Biomecânica da cartilagem articular



Funções:

a área de distribuição de carga

Prover superfície de sustentação

macia e resistente ao desgaste



Material multifásico

Colágeno

Fluidos

íons



Propriedades biomecânicas

Matriz sólida

Resistência friccional do fluido

intersticial através dos poros

permeáveis da matriz sólida

Ambos: nível de pressurização,

capacidade de sustentar carga e

lubrificação do tecido



Lesões

Interrupção da capacidade normal

do fluido em sustentar cargas e

lubrificar o tecido.

Fator primário na etiologia da OA



Biomecânica dos tendões e ligamentos

◦ Estrutura



◦ Tendões e ligamentos de extremidades são

compostos em grande parte por colágeno

Força e flexibilidade

◦ Ligamentos flava da coluna vertebral tem uma

proporção significativa de elastina

elasticidade



◦ Tendões

Arranjo paralelo das fibras de colágeno

Resistência a tensão unidirecional

◦ Ligamentos

Arranjo desalinhado do colágeno

Resistência a tensão em outras direções



◦ Inserção do ligamento e tendão

Mudança de material fibroso a material próximo a

densidade óssea (redução de resistência)



◦ Deformação antes da falha

Quando a resistência final é ultrapassada, ocorre

falha completa rapidamente e a habilidade de

suporte de carga é diminuída substancialmente

No tendão in vivo, a atividade normal requer apenas

¼ do estresse máximo



Tendão Ligamento flava



◦ Ligamentos

Relaxados Tensionados



◦ A lesão é influenciada pela tensão envolvida e

pela secção transversa do tendão ou

ligamento



◦ O comportamento é viscoelástico, ou taxa-

dependente, acontecendo um aumento de

força com o aumento da taxa de carga

◦ Efeito adicional ocorre na deformação lenta



◦ Alterações no comportamento biomecânico

Envelhecimento

Declínio nas propriedades mecânicas – força e rigidez para

resistir a deformação

◦ Gravidez, imobilização, diabetes, AIH e AINH,

hemodiálise



◦ Unidade estrutural

Fibra muscular



◦ As fibras são compostas de miofibrilas,

alinhadas criando um padrão de banda

◦ Cada repetição deste padrão é um sarcômero,

a unidade funcional contrátil

◦ As miofibrilas são compostas de filamentos

finos de proteína actina e filamenos grossos

da proteína miosina

◦ O citoesqueleto é composto de filamentos

elásticos de titina e inelásticos de nebulina



◦ Teoria do deslizamento

Movimento relativo dos filamentos de actina e

miosina passando uns pelos outros

A força de contração é desenvolvida pelos

movimentos da cabeça da miosina, ou ligações

cruzadas, em contato com os filamentos de actina.

Troponina e tropomiosina, duas proteínas da hélice

de actina, regulam a ação de fazer e desfazer o

contato entre os filamentos

A chave do mecanismo é íon cálcio, que ativa e

desativa e contração



◦ Unidade motora

Um neurônio motor

Menor parte do músculo que pode se contrair

independentemente

Recrutamento = adição de novas unidades motoras

devido á maior excitação do nervo motor



◦ Tendões, endomísio, perimísio, sarcolema,

epimísio -> componentes elásticos em série e

paralelos durante a contração e relaxamento

muscular



◦ Arranjo das fibras



◦ Direção da forças



◦ Retardo eletromecânico



◦ Somação

Respostas eletromecânicas do músculo resultantes

de estímulos sucessivos

◦ Tetania

Tensão máxima consequente á somação



◦ Contração

Concêntrica

Excêntrica

Isométrica



◦ Força

Comprimento-tensão

Componentes ativos (contráteis)

Componentes passivos (elásticos)

Carga-velocidade

Força-tempo

Pré-alongamento

Temperatura



◦ Força

Comprimento-tensão

Componentes ativos (contráteis)

Componentes passivos (elásticos)



◦ Força

Comprimento-tensão (músculos bi-articulares)

Insuficiência Passiva Insuficiência Ativa



◦ Força

Carga-velocidade



◦ Força

Força-tempo

Pré-alongamento

Temperatura



◦ Energia

ATP

◦ Fadiga

Habilidade insuficiente em sintetizar ATP



◦ 3 tipos de fibras musculares

Tipo I

Fibra lenta oxidativa

Tipo IIA

Fibra rápida oxidativa-glicolítica

Tipo IIB

Fibras rápidas glicolíticas



CARACTERÍSTICA

TIPO I TIPO II A TIPO II B

Velocidade de contração Lenta Rápida Rápida

Ritmo de fadiga Lento Intermediário Rápido

Diâmetro Pequeno Intermediário Grande

Concentração de ATPase Baixa Alta Alta

Concentração

mitocondrial

Alta Alta Baixa

Concentração das

enzimas glicolíticas

Baixa Intermediária Alta



◦ Atrofia / Hipotrofia

Desuso

Imobilização

◦ Hipertrofia

Mobilização ativa


Referências ◦ NORDIN, Margareta; FRANKEL, Victor H.. Biomecânica

básica do sistema músculoesquelético. 3. ed. Rio de Janeiro:

Guanabara Koogan, 2003. 401 p. ISBN 852770823X. Número de

Chamada: 612.76 N75

◦ OKUNO, Emico; FRATIN, Luciano. Desvendando a física do

corpo humano: biomecânica. São Paulo: Manole, 2003. 202 p.

ISBN 8520416233. Número de Chamada: 612.76 O36

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