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CLASE PARA PREPARADORES FISICOS SOBRE LA BIOMECANICA BASICA DEL TEJIDO OSEO
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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.
• 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.
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.
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.
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.