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
(1010 Pa)
Limite de
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 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
Biomecânica interna
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 - Inibe a elaboração de tensão no
músculo alongado
- Inicia a elaboração de tensão
nos músculos antagonistas
- Inicia a contração rápida do
músculo alongado
- Inibe a elaboração de tensão
nos músculos antagonistas
Efeito Global Promove o relaxamento no
músculo que está desenvolvendo a
tensão
Inibe o estiramento no músculo
que está sendo alongado
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 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
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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 taxa-
dependente, 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
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Biomecânica do músculo esquelético
◦ Unidade estrutural
Fibra muscular
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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
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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
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Biomecânica do músculo esquelético
◦ Arranjo das fibras
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Biomecânica do músculo esquelético
◦ Direção da forças
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Biomecânica do músculo esquelético
◦ Retardo eletromecânico
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Biomecânica do músculo esquelético
◦ Somação
Respostas eletromecânicas do músculo resultantes
de estímulos sucessivos
◦ Tetania
Tensão máxima consequente á somação
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Biomecânica do músculo esquelético
Biomecânica interna
Biomecânica do músculo esquelético
◦ Contração
Concêntrica
Excêntrica
Isométrica
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Biomecânica do músculo esquelético
◦ Força
Comprimento-tensão
Componentes ativos (contráteis)
Componentes passivos (elásticos)
Carga-velocidade
Força-tempo
Pré-alongamento
Temperatura
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◦ 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
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Biomecânica do músculo esquelético
◦ Energia
ATP
◦ Fadiga
Habilidade insuficiente em sintetizar ATP
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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
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Biomecânica do músculo esquelético
CARACTERÍSTICA
TIPO I TIPO II A TIPO II B
Velocidade de contração Lenta Rápida Rápida
Ritmo de fadiga Lento Intermediário Rápido
Diâmetro Pequeno Intermediário Grande
Concentração de ATPase Baixa Alta Alta
Concentração
mitocondrial
Alta Alta Baixa
Concentração das
enzimas glicolíticas
Baixa Intermediária Alta
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Biomecânica do músculo esquelético
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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