biomecânica do impacto

Curso de
Biomecânica do
Movimento
(BM332)
BIOMECÂNICA DO IMPACTO
Biomecânica da Lesão na Cabeça:
• Num acidente, o impacto frontal ou lateral
gera acelerações lineares e angulares no
segmento anatómico da cabeça provocando
movimentos relativos entre o cérebro e o
crânio. Estes movimentos relativos provocam
extensões graves nos tecidos nervosos e nas
ligações entre cérebro e crânio.
• Num impacto suficientemente forte, a função
cerebral pode ficar afectada. A energia do
impacto, associada ao movimento relativo
entre o cérebro e o crânio, pode seccionar as
veias de ligação junto ao cérebro, ferir a sua
base e magoar o tecido cerebral junto aos
pontos de ligação.
• O HIC – Head Injury Criterion é usado como
forma generalizada de medir o potencial de
lesão na cabeça e cérebro, resultante da
aplicação de acelerações lineares.
Principal Mecanismo de Lesão:
Movimento relativo cérebro-crânio
Lesão: Seccionamento das
veias de ligação
4º Ano
LEBMed
M. Silva, 2004
1º Semestre 2005 / 06
- 137 -
Curso de
Biomecânica do
Movimento
(BM332)
BIOMECÂNICA DO IMPACTO
Mecanismos de Lesão na Cabeça:
• O movimento relativo do cérebro com a superfície rugosa interna da
base do crânio pode resultar em traumatismos nas superfícies inferiores
dos lóbulos frontal e temporal.
• Este movimento pode também provocar a disrupção das veias de ligação
entre o cérebro e a duramater (principal membrana que protege o cérebro).
• A geometria irregular dos ossos intracranianos e membranas contribui
para a deformação do tecido cerebral durante impactos na cabeça,
podendo este mecanismo também resultar em lesão.
Lesões: Traumatismos,
seccionamento de veias e
deformação de tecidos
4º Ano
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M. Silva, 2004
1º Semestre 2005 / 06
- 138 -
Curso de
Biomecânica do
Movimento
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BIOMECÂNICA DO IMPACTO
Mecanismos de Lesão na Cabeça:
• A aceleração angular da cabeça pode causar
lesão na matéria branca do cérebro. Esta lesão é
designada por Lesão Axonal Difusa – LAD , i.e.,
uma lesão espalhada, em derrame dos axónios.
• Esta lesão que ocorre a nível macroscópico é
irreversível e leva a incapacidade e demência .
Devido à sua característica difusa, é difícil de
prever a sua localização. Nesta área, utilizam-se
muitas vezes testes com animais com o objectivo
de estudar este mecanismo de lesão e conseguir
prever a sua localização.
• Outro mecanismo de lesão é o aumento da
pressão intracraniana junto ao local de impacto,
assim como o surgimento de uma depressão na
zona oposta. Estes efeitos em conjunto provocam
um gradiente de pressão que provoca
distorções nas estruturas internas do cérebro
podendo daí advir lesão.
M. Silva, 2004
Substância Cinzenta e
Substância Branca
RM de uma LAD
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- 139 -
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BIOMECÂNICA DO IMPACTO
Critérios de Avaliação do Risco de Lesão na Cabeça:
• O parâmetro mais utilizado na avaliação dos critérios de lesão na
cabeça é a aceleração. Por esse motivo, o nível de tolerância humana
na cabeça vem por vezes expresso em função deste parâmetro.
• O primeiro critério de lesão na cabeça foi a Wayne State Tolerance
Curve – WSTC. Esta curva mostra que a cabeça consegue suportar
acelerações mais elevadas se o período de tempo em que estas
ocorrerem for reduzido. No entanto, mesmo para períodos pequenos,
existe um limite definido pela WSTC acima do qual existe uma grande
probabilidade de existir lesão no cérebro.
WSTC
Wayne State
Tolerance Curve
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M. Silva, 2004
1º Semestre 2005 / 06
- 140 -
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Critérios de Avaliação do Risco de Lesão na Cabeça:
GSI - Gadd Severity Index ou HSI - Head Severity Index:
• Mais tarde Gadd verificou que se representasse esta curva numa
escala log-log obtinha uma linha recta com declive 2.5. Com este
resultado criou o critério de lesão GSI – Gadd Severity Index, também
designado por HSI – Head Severity Index. O HSI calcula-se da
seguinte forma:
T
HSI = ∫ a 2.5 dt
c/
2.5 ms ≤ T ≤ 50.0 ms
0
• Sendo a [g] a aceleração instantânea do CM da cabeça.
• Se o valor do HSI exceder o valor de 1000 (em impacto directo) ou
1500 (sem impacto directo) são esperadas lesões graves na cabeça.
• A partir do HSI foi mais tarde criado o HIC – Head Injury Criteria, que é
actualmente o critério mais utilizado a nível mundial para avaliação do
potencial de lesão na cabeça.
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M. Silva, 2004
1º Semestre 2005 / 06
- 141 -
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Biomecânica do
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Critérios de Avaliação do Risco de Lesão na Cabeça
HIC - Head Injury Criterion:
• O HIC é também um critério baseado no cálculo do integral de aceleração.
A sua expressão de calculo é a seguinte:
2 .5
⎧⎪
⎡ 1 t2
⎤ ⎫⎪
HIC = ⎨(t 2 − t1)⎢
a (t )dt ⎥ ⎬
∫
⎪⎩
⎣ t 2 − t1 t1
⎦ ⎪⎭max
• Sendo a(t) [g] a aceleração calculada no centro de massa da cabeça e o
intervalo (t2-t1) escolhido de forma a maximizar o termo entre chavetas, i.e.,
é o intervalo de tempo onde o HIC é máximo.
• Considera-se para efeitos de cálculo do HIC intervalos (t2-t1) de 15 ms para
acidentes que envolvam o contacto directo da cabeça e de 36 ms para
acidentes que não envolvam contacto directo.
• Considera-se uma tolerância de 1000 como o limite máximo para o HIC. A
partir deste valor são esperadas lesões graves e permanentes.
• Na indústria automóvel e por razões de segurança esta
tolerância é muitas vezes reduzida para 700.
M. Silva, 2004
4º Ano
LEBMed
1º Semestre 2005 / 06
- 142 -