Biomecânica do osso
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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 interna Biomecânica do osso ◦ Material complexo bifásico Sais minerais inorgânicos Dureza e rigidez Matriz orgânica de colágeno e substâncias de bases Flexibilidade e maleabilidade Biomecânica interna Biomecânica do osso ◦ Microscopicamente Sistema haversiano Camadas concêntricas de matriz mineralizada circundando um canal central contendo vasos sanguíneos e fibras nervosas Biomecânica interna Biomecânica do osso ◦ Sistema haversiano Biomecânica interna Biomecânica do osso Biomecânica interna Biomecânica do osso ◦ Macroscopicamente Ossos corticais Alta densidade Ossos esponjosos Densidade variável Biomecânica interna Biomecânica do osso Biomecânica interna Biomecânica do osso Biomecânica interna Biomecânica do osso Biomecânica interna Biomecânica do osso Biomecânica interna Biomecânica do osso Tração / Compressão Deformação Módulo de elasticidade (Young) Biomecânica interna Biomecânica do osso Módulo de elasticidade (Young) compressão Material Módulo de Young Limite de (1010 Pa) 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 interna 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? Biomecânica interna Biomecânica do osso Biomecânica interna Biomecânica do osso ◦ Material anisotrópico, exibindo diferentes propriedade mecânicas quando exposto a cargas em diferentes direções. ◦ O osso maduro é mais forte e rígido em compressão. Biomecânica interna Biomecânica do osso Biomecânica interna Biomecânica do osso Biomecânica interna Biomecânica do osso ◦ A maioria das fraturas são produzidas por uma combinação de vários modos de cargas Biomecânica interna Biomecânica do osso Biomecânica interna Biomecânica do osso ◦ O osso vivo fadiga quando a frequência de carga impede a remodelação necessária para prevenir a falha. Biomecânica interna Biomecânica do osso ◦ 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 Biomecânica interna Biomecânica do osso Biomecânica interna Biomecânica do osso ◦ O comportamento mecânico de um osso é influenciado por sua geometria Biomecânica interna Biomecânica do osso ◦ Com a evolução da idade há uma marcada redução na quantidade de tecido ósseo. ◦ Essas mudanças diminuem a rigidez e a resistência óssea. Biomecânica interna Biomecânica do osso Biomecânica interna Biomecânica do osso Biomecânica interna Biomecânica articular Sinartrose (fibrosa) Biomecânica interna Biomecânica articular Anfiartrose (cartilaginosa) Biomecânica interna Biomecânica articular Diartrose (sinovial) Biomecânica interna Biomecânica articular Diartrose (sinovial) Biomecânica interna Biomecânica articular Diartrose (sinovial) Biomecânica interna Biomecânica articular 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 Biomecânica interna Biomecânica articular Flexibilidade articular Influências: Formato da superfície óssea Tecido adiposo peri-articular Tensão dos ligamentos e músculos Biomecânica interna Biomecânica articular Flexibilidade articular Técnicas Alongamento ativo e passivo Alongamento balístico e estático FNP Biomecânica interna Biomecânica articular Flexibilidade articular Alongamento Minimizar o efeito dos fusos musculares Maximizar o efeito dos OTG Biomecânica interna Biomecânica articular Flexibilidade articular 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 - Efeito Global Inibe a elaboração de tensão no músculo alongado Inicia a elaboração de tensão nos músculos antagonistas Promove o relaxamento no músculo que está desenvolvendo a tensão Inicia a contração rápida do músculo alongado Inibe a elaboração de tensão nos músculos antagonistas Inibe o estiramento no músculo que está sendo alongado Biomecânica interna Biomecânica articular Flexibilidade articular Biomecânica interna Biomecânica da cartilagem articular Biomecânica interna Biomecânica da cartilagem articular Biomecânica interna Biomecânica da cartilagem articular Funções: a área de distribuição de carga Prover superfície de sustentação macia e resistente ao desgaste Biomecânica interna Biomecânica da cartilagem articular Funções: a área de distribuição de carga Prover superfície de sustentação macia e resistente ao desgaste Biomecânica interna Biomecânica da cartilagem articular Material multifásico Colágeno Fluidos íons Biomecânica interna Biomecânica da cartilagem articular 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 Biomecânica interna Biomecânica da cartilagem articular Biomecânica interna Biomecânica da cartilagem articular Lesões Interrupção da capacidade normal do fluido em sustentar cargas e lubrificar o tecido. Fator primário na etiologia da OA Biomecânica interna Biomecânica dos tendões e ligamentos ◦ Estrutura Biomecânica interna Biomecânica dos tendões e ligamentos ◦ Estrutura Biomecânica interna Biomecânica dos tendões e ligamentos ◦ 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 Biomecânica interna Biomecânica dos tendões e ligamentos Biomecânica interna Biomecânica dos tendões e ligamentos ◦ Tendões Arranjo paralelo das fibras de colágeno Resistência a tensão unidirecional ◦ Ligamentos Arranjo desalinhado do colágeno Resistência a tensão em outras direções Biomecânica interna Biomecânica dos tendões e ligamentos ◦ Inserção do ligamento e tendão Mudança de material fibroso a material próximo a densidade óssea (redução de resistência) Biomecânica interna Biomecânica dos tendões e ligamentos ◦ 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 Biomecânica interna Biomecânica dos tendões e ligamentos Tendão Ligamento flava Biomecânica interna Biomecânica dos tendões e ligamentos ◦ Ligamentos Relaxados Tensionados Biomecânica interna Biomecânica dos tendões e ligamentos ◦ A lesão é influenciada pela tensão envolvida e pela secção transversa do tendão ou ligamento Biomecânica interna Biomecânica dos tendões e ligamentos ◦ O comportamento é viscoelástico, ou taxadependente, acontecendo um aumento de força com o aumento da taxa de carga ◦ Efeito adicional ocorre na deformação lenta Biomecânica interna Biomecânica dos tendões e ligamentos Biomecânica interna Biomecânica dos tendões e ligamentos ◦ Alterações no comportamento biomecânico Envelhecimento Declínio nas propriedades mecânicas – força e rigidez para resistir a deformação ◦ Gravidez, imobilização, diabetes, AIH e AINH, hemodiálise Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ Unidade estrutural Fibra muscular Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ 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 Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ 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 Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ 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 Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ Tendões, endomísio, perimísio, sarcolema, epimísio -> componentes elásticos em série e paralelos durante a contração e relaxamento muscular Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ Arranjo das fibras Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ Direção da forças Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ Retardo eletromecânico Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ Somação Respostas eletromecânicas do músculo resultantes de estímulos sucessivos ◦ Tetania Tensão máxima consequente á somação Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ Contração Concêntrica Excêntrica Isométrica Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ Força Comprimento-tensão Componentes ativos (contráteis) Componentes passivos (elásticos) Carga-velocidade Força-tempo Pré-alongamento Temperatura Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ Força Comprimento-tensão Componentes ativos (contráteis) Componentes passivos (elásticos) Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ Força Comprimento-tensão (músculos bi-articulares) Insuficiência Passiva Insuficiência Ativa Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ Força Carga-velocidade Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ Força Força-tempo Pré-alongamento Temperatura Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ Energia ATP ◦ Fadiga Habilidade insuficiente em sintetizar ATP Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ 3 tipos de fibras musculares Tipo I Fibra lenta oxidativa Tipo IIA Fibra rápida oxidativa-glicolítica Tipo IIB Fibras rápidas glicolíticas Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético TIPO I TIPO II A TIPO II B Velocidade de contração Lenta Rápida Rápida Ritmo de fadiga Lento Intermediário Rápido Pequeno Intermediário Grande Concentração de ATPase Baixa Alta Alta Concentração mitocondrial Alta Alta Baixa Concentração das enzimas glicolíticas Baixa Intermediária Alta CARACTERÍSTICA Diâmetro Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético Biomecânica interna Biomecânica do músculo esquelético ◦ Atrofia / Hipotrofia Desuso Imobilização ◦ Hipertrofia Mobilização ativa Biomecânica interna 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
