38
BASES DEL COMPORTAMIENTO BIOMECANICO Docente Klgo. Christian Andrés Carrasco Muñoz Carrera de Preparador Físico Segundo Semestre 2015.

BIOMECANICA TEJIDO OSEO

Embed Size (px)

DESCRIPTION

CLASE PARA PREPARADORES FISICOS SOBRE LA BIOMECANICA BASICA DEL TEJIDO OSEO

Citation preview

BASES DEL COMPORTAMIENTO BIOMECANICO

Docente Klgo. Christian Andrés Carrasco Muñoz

Carrera de Preparador Físico

Segundo Semestre 2015.

Comportamiento mecánico del tejido óseo

Funciones: M

ecán

icas

Protección

Sistema de Palancas

Inserciones musculares

Estructura de soporte

Condicionan

el movimiento

humano

Comportamiento mecánico del tejido óseo

Funciones: F

isio

lóg

icas

Producción de células sanguíneas

Metabolismo mineral

Características del Tejido Óseo:

El hueso es un material compuesto de dos fases:

Una fase inorgánica de sales minerales y una matriz

orgánica de colágeno y substancia fundamental.

1. Componente inorgánico: Dureza y Rigidez

2. Componente orgánico: Flexibilidad y Elasticidad.

Composición Tejido Óseo

Composicion (peso seco)

Organico

Inorganico

30% orgánico (Flexibilidad y

Elasticidad)

• 90-95% fibras colágenas

• 5-10% células óseas

70% inorgánico (Dureza y

Rigidez)

• Hidroxiapatita ((fosfato tricálcico))

• Pequeñas cantidades de:

Mg, Na, K, Cl

Composición Tejido Óseo

ORGANICO

( 30% )

CELULAS ( 2% )

-OSTEOBLASTOS

-OSTEOCITOS

-OSTEOCLASTOS

MATRIZ ( 98% )

-COLAGENO ( 95%)

-PROTEINAS NO COLAGENAS ( 5%)

Células Tejido Óseo.

• Son cuatro tipos de células:

• Células Osteoprogenitoras:

Células no especializadas derivadas del mesénquima, el

tejido del que derivan todos los tejidos conjuntivos. Se

encuentran células osteoprogenitoras en la capa interna

del periostio (tejido que rodea exteriomente al hueso), en el

endostio y en los canales del hueso que contienen los

vasos sanguíneos. A partir de ellas se generan los

osteoblastos y los osteocitos.

Células Tejido Óseo.

• Osteoblastos:

Son células que forman el tejido óseo pero que han

perdido la capacidad de dividirse por mitosis. Segregan

colágeno y otros materiales utilizados para la construcción

del hueso. Se encuentran en las superficies óseas y a

medida que segregan los materiales de la matriz ósea,

esta los va envolviendo, convirtiéndolos en osteocitos

Células Tejido Óseo.

• Osteocitos:

Son células óseas maduras derivadas de los osteoblastos

que constituyen la mayor parte del tejido óseo. Al igual que

los osteoblastos han perdido la capacidad de dividirse. Los

osteocitos no segregan materiales de la matriz ósea y su

función es la mantener las actividades celulares del tejido

óseo como el intercambio de nutrientes y productos de

desecho.

Células Tejido Óseo.

• Osteoclastos:

Son células derivadas de monocitos circulantes que se

asientan sobre la superficie del hueso y proceden a la

destrucción de la matriz ósea (resorción ósea)

Células Tejido Óseo.

Células Tejido Óseo.

Células Tejido Óseo.

Unidad Funcional del hueso.

• La unidad estructural del hueso es el OSTEON o sistema

haversiano, compuesto de láminas concéntricas (lamelas)

de matriz mineralizada rodeadas de un canal centran que

contiene vasos sanguíneos y fibras nerviosas. No hay

paso de colágeno entre un osteon y otro, los cuales se

unen a través de una substancia cementante.

Unidad Funcional del hueso.

Estructura Macroscópica del Hueso

• Macroscópicamente el hueso está compuesto de hueso

compacto y esponjoso. Puede considerarse que es un

continuo entre un material menos a uno más poroso.

Hueso Cortical

o Compacto

Cadena densa

de la periferia

de un hueso

Hueso

Trabecular o

Esponjoso

Hueso poroso

ubicado dentro

de la cubierta

densa de un

hueso

Porosidad Ósea

• Volumen óseo ocupado por tejido no mineralizado

HUESO CORTICAL :

5 a 30%

HUESO ESPONJOSO:

30 a 90%

Características Biomecánicas Hueso

Compacto

• Tejido altamente organizado.

• En mayor proporción en las diáfisis.

• Provee resistencia y rigidez al sistema esquelético.

• Elasticidad del 3% aprox. (baja)

• Soporta gran cantidad de carga antes de la falla.

Características Biomecánicas Hueso

Esponjoso

• Es más débil y menos rígido y denso que el hueso compacto.

• Se ubica en mayor proporción en las epífisis (zonas de carga)

• Formado por trabéculas óseas que forman una estructura “en malla”.

• Trabéculas compuestas por hueso laminar no haversiano.

• Trabéculas se adaptan al estrés, por disposición de colágeno.

• Intersticio: Vasos sang, Fibras nerv, grasa y tejido hematopoyético

Sistemas trabeculares y su implicancia

Biomecánica • Distribución de cargas en superficies amplias (epífisis)

• Transmisión de cargas.

• Absorción de cargas dinámicas.

• Las trabéculas se disponen en la dirección de las cargas (comportamiento

dinámico).

• Tejido altamente especializado en soportar cargas compresivas

Ley de Wolf

• «La remodelación ósea en respuesta a la demanda

mecánica ubicada sobre él, es establecida donde es

necesario y reabsorbida donde no lo es».

Ley de Wolf • El estímulo del hueso es “zona

dependiente”, es decir se deben realizar ejercicios en todos los segmentos del cuerpo.

• Por lo que se recomienda la realización de ejercicios activos o el uso de pesas tanto en miembros superiores como inferiores.

• Los ejercicios antigravitatorios y los aeróbicos de bajo impacto son útiles.

• Se debe evitar los ejercicios de alto impacto, ya que muchos pacientes tienen concomitantemente artrosis de la cadera o rodilla.

• Son útiles los ejercicios de carga y de soporte de peso que contribuyen a mejorar la condición del hueso, por ejemplo; caminar y subir escaleras han demostrado mejorar la densidad mineral ósea, y la interrupción de estas actividades produce una reducción de la masa ósea a niveles basales.

HUESO OSTEOPOROTICO

Ley de Wolf

Tipo de ejercicio de

columna

Porcentaje de nuevas

fracturas vertebrales

Flexión 89%

Flexión- extensión 53%

Extensión 16%

Ningún tipo de

ejercicio 67%

En un estudio longitudinal con un seguimiento promedio de 2 años, en

59 mujeres osteoporóticas posmenopáusicas que se compararon, se

observaron los ejercicios de flexión frente a los de extensión de

columna vertebral, se obtuvieron los siguientes resultados:

Sistema Óseo Comportamiento

mecánico • La estructura macroscópica del hueso produce

propiedades mecánicas extraordinariamente diferentes

con amplias variaciones de fuerza y resistencia para

adaptarse a los requerimientos físicos locales

HUESO

PROPIEDADES MECANICAS

FUERZA RIGIDEZ

Curva Carga - Deformación

• 1. Carga antes de fallar

• 2. Deformación antes de

fallar

• 3. Energía almacenada

antes de fallar

DETERMINAN LA FUERZA

Y RIGIDEZDE UNA

ESTRUCTURA

Comportamiento mecánico

• Stress:

• Carga por unidad de área

• Desarrollada sobre una

• Superficie plana de una

• Estructura por acción de

• Una carga externa.

• ( N / m2 ó Pa)

• Strain:

• Deformación que ocurre

en Un punto de una

estructura Bajo carga

externa.

Curva Stress - Strain

Curva Stress - Strain

Curva Stress – Strain Comparaciones

Propiedad Anisotrópica del tejido Oseo

• El hueso es un material ANISOTROPICO, exhibiendo

diferentes propiedades mecánicas cuando es cargado en

diferentes direcciones.

• El hueso maduro es más fuerte y rígido en compresión.

Tipos de carga que soporta el hueso

• El comportamiento mecánico del hueso bajo la influencia

de las fuerzas y momentos se ve afectado por sus

propiedades mecánicas, sus características geométricas,

el tipo de carga aplicada, la dirección de la carga, la tasa

de carga y la frecuencia de carga.

Comportamiento del hueso bajo varios

modos de carga:

Las fuerzas se pueden aplicar a una estructura en varias

direcciones, produciendo tensión, compresión, flexión,

cizalla, torsión y carga combinada.

Las siguientes descripciones de estos modos han sido

aplicadas a estructuras en equilibrio (en reposo o

moviéndose a una velocidad constante); la carga produce

un efecto deformante interno sobre la estructura.

Compresión

• La solicitación compresiva máxima se

produce en un plano perpendicular a

la carga aplicada. Bajo carga

compresiva, la estructura se acorta

y se ensancha.

Necesarias para:

• Crecimiento óseo

• Depósito de material Óseo

Tensión

• Durante la carga tensil, cargas iguales y opuestas se

aplican hacia fuera desde la superficie de la estructura,

y la solicitación y deformación tensil se producen en el

interior de la estructura. Bajo carga tensil, la

estructura se alarga y se estrecha.

• Clínicamente, las fracturas producidas por una carga

tensil se suelen ver en huesos con una gran Proporción

de hueso esponjoso (Avulsiones).

Cizalla

• Durante la carga de cizalla, se aplica una carga paralela a la superficie de la estructura, y la solicitación y deformación en cizalla se producen dentro de la estructura.

• Una estructura sometida a la carga de cizalla se deforma internamente de una manera angular.

• Crea una deformación angular mayor falla del tejido óseo

Inclinación

• Cuando una estructura se flexiona, las cargas se aplican de modo que se genera una flexión alrededor de un eje. Cuando un hueso se carga en flexión, se somete a una combinación de tensión y compresión.

• Es un esfuerzo a que está sometido un cuerpo cuando las fuerzas externas tienden a curvarlo. Como consecuencia hay tracciones y compresiones de las fibras, en la zona externa y en la interna respectivamente de la curvatura.

• Generalmente falla el lado convexo por aumento de fuerzas tensiles.

Torsión

• Se aplica una carga a una estructura de

tal forma que le causa un giro sobre un

eje, y se produce un momento dentro de

la estructura.

• Cuando una estructura se carga en

torsión, las solicitaciones en cizalla se

distribuyen por toda la estructura, la

magnitud de estas solicitaciones es

proporcional a su distancia hasta el eje

neutral. A solicitaciones más alejadas del

eje neutral, mayor es su magnitud.