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BIOMECANICA - I

Primera Unidad:

Introducción a la

biomecánica

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TERCER CAPITULO :

BIOMECANICA DE

LOS TEJIDOS

CORPORALES

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TEJIDOS

BASICOS PROPIEDADES

BIOLOGICAS Y

MECANICAS

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TEJIDOS OSEO

Y

CARTILAGINOSO

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Variedad muy diferenciado y

especializado de tejido trofoconectivo. De características biomecánicas de

gran resistencia y rigidez, pero con

tolerancia plástica y elástica.

Constituye el sistema esquelético del cuerpo.

DESCRIPCIÓN

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• El tejido óseo esta constituido por: Células (osteoblastos, osteocitos y osteoclastos) Componentes fibrosos (colágeno y elastinas) Minerales (calcio, fósforo y magnesio) Agua Moléculas afines al agua (proteoglicanos,

glucoproteinas, muco polisacáridos, sulfato de condroitina, acido hialuronico, entre otras.)

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CARACTERÍSTICAS HISTOLOGICAS

La principal característica es la agregación

de sales de calcio y fósforo a la matriz. La fase fibrosa le otorga la plasticidad y

elasticidad, sin lo cual seria quebradizo. La fase celular, se deriva del mesenquima del

mesodermo Las células se ordenan en columnas.

Osteoblastos Osteocitos Osteoclastos

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MESODERMA

MESENQUIMA

TEJ. CONECTIVOEMBRIONARIO

OSTEOIDE

TEJIDO ÓSEO

•Fibroblasto•Colagenas•Vascularizado

•Mucopolisacaridos•Osteoblastos

•Cristales minerales

•Diferenciación

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Variedades del tejido óseo

Compacto: • Se encuentra en la capa mas externa de todos los

huesos y en la diálisis de los huesos largos

Esponjoso: • Formado por laminas oseas que delimitan un sistema

de tubos que permiten aumentar el volumen sin incrementar la carga del hueso.

• Se encuentra en los huesos cortos, la epífisis de los largos y la capa central de los planos.

Periostio:• Se localiza en la capa externa de los huesos a modo

de una corteza

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ACCIÓN DE FUERZAS EXTERNAS

Compresión:

• Por P sobre una zona

• Producida por fuerza muscular, G, externas

• Ensanchamiento y acortamiento

• Necesaria para el deposito de minerales y el crecimiento óseo

• La hipercomprecion puede producir falla

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Tensión:

• Por tracción hacia el periostio a través del tendón muscular

• Produce elongacion y solución de continuidad ( ej.. Esguinces )

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Cizallamiento:

• Producida por la combinación de fuerzas de tensión y compresión, en dirección paralela a la superficie.

• Produce deformación angular

( ej.. Espondilolistesis )

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Torsión:

• Por acción de fuerzas en espiral

• Produce gran daño y falla.

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Inclinación:

• Por Fuerzas aplicadas en sentido de la inclinación

• Produce deformación

Tensión inclinada Deformación convexa

Compresión inclinada deformación cóncava

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• En general, discretas fuerzas de efecto tensil, compresivas y de cizallas sobre el hueso, son importantes para el desarrollo de la resistencia mecánica del tejido óseo.

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RELACIÓN STRÉS - STRAIN( Resistencia - Deformación )

Stres: Carga que soporta por área transversal.

Strain: Deformación respecto a la longitud

original.

* Si es perpendicular, cambia de longitud.

* Si es paralelo, se produce Cizallamiento.

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CRECIMIENTO Y MADURACIÓN ÓSEA Y REGULACION DE RASGOS

Hipótesis de crecimiento y

maduración Regulación de rasgos óseos Orientaciones de los ejes óseos

externos

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HIPÓTESIS DE CRECIMIENTO Y MADURACIÓN

GENOMICA:

FECUNDACIONMADURACION YCRECIMIENTO

GENETICA

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HIPÓTESIS DE CRECIMIENTO Y MADURACIÓN

EPIGENETICA:

FECUNDACION MADURACION YCRECIMIENTO

CONTROLGENETICOPRIMARIO

CONTROLAMBIENTAL

SECUNDARIO

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Tipos y función de los huesos

Huesos Cortos: Función principal de sostén

Huesos Largos: Función principal de movimiento

Huesos Planos: Función principal de protección

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REGULACION DE RASGOS OSEOS

RASGOS OSEOS EXTERNOS:

• Regulados por acción de la matriz periodística y por acción del medio ambiente.

1.- Superficies plana y curvas

2.- Crestas

3.- Tuberosidades o eminencias óseas

4.- Surcos o canales.

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RASGOS OSEOS INTERNOS:

• Basado en las leyes del crecimiento y maduración del tejido óseo.

Ley de Wolf:• Establece que “ Todo cambio en la forma

y función de los huesos, va seguido de cambios definidos en su arquitectura interna y modificaciones en su conformación externa” .

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Ley de Huerter Volkman:•Establece que “ La compresión aumentada sobre el tejido óseo, inhibe la mitosis del condrocito y que la disminución de la compresión , la estimula “

•Tal juego de compresión y descompresión, estimula el crecimiento epifisiario a partir de la metafisis.

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ORIENTACIONES DE LOS EJES OSEOS:

Ley de Euler:

• Ley de las cargas excéntricas axiales sobre las columnas, que establece que “ Las incurvaciones osas se originan y determinan durante el desarrollo y el crecimiento del individuo, de acuerdo a la influencia de las cargas axiales externas a la que es sometida”

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• El efecto de una carga excéntrica axial sobre una columna, dependerá además, del grado de movilidad al que este sometida dicha columna

• Se destacan tres tipos de efectos según los puntos articulares y la movilidad de estos, en un plano determinado.

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• Columna articulada y móvil en ambos extremos

Describe una curva en “ C “, que ocupa toda su extensión.

Es el caso de la tibia y del fémur, en el plano sagital.

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• Columna articulada en ambos extremos y fija en el extremo inferior

Describe dos curvas contrapuestasEs el caso del fémur en el plano frontal.

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• Columna articulada en ambos extremos y fija en ambos extremos.

Describe una curva a nivel de los dos cuartos centrales

Es el caso de la tibia en el plano frontal

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• La forma externa que adopte la columna ósea, dependerá de las necesidades funcionales, por ejemplo:

• En el plano sagital, tanto el fémur como la tibia presentan incurvaciones en “C” de concavidad posterior, lo que obedece a que cuando se produce la flexión de la rodilla, al acercarse dichos huesos permiten el alojamiento de las masa musculares de los flexores.

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• La densitometría (absorciometría de doble haz de rayos X) determina con aceptable exactitud y precisión la masa de mineral de una región esquelética seleccionada, tanto absoluta (contenido mineral óseo), como relativa a su superficie de proyección (densidad mineral por área), y puede describir su variación terapéutica1, pero, lamentablemente, no proveen información biomecánicamente relevante como para evaluar la resistencia ósea o predecir el riesgo o la incidencia de fracturas.

RESISTENCIA OSEA

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• Recientes estudios han mostrado que la correlación entre densidad mineral por área y resistencia ósea no se mantiene al relacionar con las mejoras en la densidad mineral ósea inducidos por tratamientos y por lo tanto, en la incidencia de nuevas fracturas en pacientes con osteopenias severas.

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• Ya no se relaciona la calidad mecánica de un hueso (resistencia a la deformación o a la fractura) directamente a su masa mineralizada, sino además a muchos otros diferentes componentes estructurales, dada las propiedades mecánicas del tejido óseo.

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• Por lo tanto, se debe evaluar además, la calida ósea en función del uso mecánico de la región estudiada, para determinación la eficiencia del diseño de la estructura de cada hueso.

• La eficiencia mecánica del hueso no es proporcional a la cantidad de material óseo.

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Propiedades Mecánicas Oseas

Anisotropia

carga externa desarrollo Viscoelasticidad

tiempo e intensidad de carga respuesta Respuesta Plástica

carga deformación carga falla Respuesta Elástica ( 3% )

carga deformación restitución

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Densidad Ósea

• Representa la carga mineral de un hueso.• La densidad ósea aumenta desde el

nacimiento hasta aproximadamente los 25 años.

• Depende de factores tanto genéticos y nutricionales así como patológicos.

• La densidad ósea se incrementa inducida por el ejercicio en la región osteomuscular involucrada.

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• La osteoporosis representa el grado de disminución de la densidad ósea, apareciendo riesgo de fractura.

• Los huesos con mayor riesgo de fractura son: cuello de fémur, cuerpo vertebral y tercio distal del radio.

• Las células mantienen el equilibrio entre la resorción y la reposición de tejido óseo (remodelación)

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• La fragilidad del tejido óseo esta condicionada al grado de sufrimiento mecánico.

• Las estructuras resistivas del hueso (osteocitos) detectan los estímulos mecánicos.

• El estrés mecánico determina la liberación de mediadores que estimulan o inhiben la formación o destrucción (osteoblastos y osteoclastos).

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Efecto de la actividad sobre la masa ósea

• El impacto o la carga sobre el hueso, provocan la reacción de este, para formar tejido óseo en dirección al estimulo.

• Dichos estímulos deben ser suave en los casos de riesgo de fracturas.

• Es aconsejable antes de comenzar con el trabajo de impacto hacer un periodo de fortalecimiento muscular especifico.

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• El incremento de la fuerza muscular, aumenta la cantidad de tejido óseo y la resistencia mecánica, en forma directamente proporcional a la misma, en la zona de influencia del músculo.

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RESISTENCIA CARTILAGINOSA

• El tejido cartilaginoso es aquel que se encuentra en lugares que requieren mantener una forma estructural determinada, pero con propiedades mecánicas de gran deformabilidad, elasticidad y resistencia.

• Se encuentra por ejemplo en superficies articulares, costillas, orejas, tabique nasal, y sistema de vías respiratorias, entre otras.

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• El tejido cartilaginoso esta constituido por: Células (condroblastos y condrocitos) Componentes fibrosos (colágeno y elastinas) Agua Moléculas afines al agua (proteoglicanos,

glucoproteinas, muco polisacáridos, sulfato de condroitina, acido hialuronico, entre otras.)

• Se caracteriza por ser avascular, por lo que solo puede nutrirse a través del liquido sinovial que lo baña y no esta inervado por lo que carece de todo tipo de sensibilidad

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• A medida que pasan los años, después del desarrollo, los cartílagos articulares comienzan a desgastarse y los huesos a perder densidad.

• La artrosis es una enfermedad degenerativa que se presenta como alteración de las articulaciones móviles (sinoviales) caracterizada por fragmentación del cartílago articular y que puede presentar quistes óseos subcondrales, pinsamientos del espacio articular y proliferaciones óseas denominadas osteofitos.

• Casi todas las personas de edad avanzada presentan artrosis en algún grado, aunque frecuentemente de manera sintomática.

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• Un desgaste primario es aquel que se manifiesta sin causa reconocible, lo que no significa que no exista un factor responsable.

• Un desgaste secundaria es aquel que tiene origen mecánico, sea por causa deportiva, ocupacional, abuso por sobrecarga articular, laxitud ligamentaria, desplazamiento de los ejes o fracturas intraarticulares.

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Acción biológica de las cargas:

• Cuando el cartílago es deformado por una compresión de corta duración, se produce una recuperación inmediata por la elasticidad de las fibras colágenas.

• Cuando la compresión es mantenida en el tiempo, se produce una deformación progresiva y lenta por deshidratación del cartílago, que regresa a su estado normal posteriormente al cese de la carga.

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• Al vencer una carga máxima en un movimiento, se somete a la articulación a un rozamiento proporcional a dicha carga que podrá efectuarse solo una vez.

• Al vencer una carga submaxima, se somete a la articulación a un rozamiento proporcional a dicha carga por el numero mayor de repeticiones posibles.

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Efecto de la actividad sobre el cartílago

• Las compresiones intraarticulares intermitentes estimulan el crecimiento del cartílago.

• La contracción de los músculos periarticulares aumentan la estabilidad y colaboran con los ligamentos y capsula en minimizar movimientos no deseados.

• Por lo anterior, el ejercicio es beneficioso a través de un mecanismo de estímulos mecánicos.

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• El aumento de longitud de un músculo, sea por el incremento de sarcomeros en serie, como por el de los tejidos conectivos, disminuye la tensión intra articular en reposo.

• Un rango de movilidad mas amplio aumenta las posibilidades de generar liquido sinovial por medio de la actividad, ya que ante un mismo movimiento habrá mayor recorrido.

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• Sin embargo las tensiones musculares constantes deshidratan al cartílago e impiden su buena nutrición.

• Por otro lado, un aumento exagerado de la flexibilidad articular, desestabiliza el sistema, provocando desbalance intraarticular, lo que puede dañar los cartílagos articulares provocado por movimientos no deseados.