Biomecánica hueso propiedades

Karina X. Rodriguez E.
MG. Prevención de Riesgos Laborales con
especialidad en Seguridad industrial

UNIVERSIDAD MARIANA
Facultad de Ciencias de la Salud – Programa de Biomecánica

Introducción
 La etimología del término Biomecánica proviene de las palabras
Biología, ciencia que estudia los seres vivos, y Mecánica, rama de la Física que
estudia el movimiento de los cuerpos.

Por lo tanto se define a la Biomecánica como la ciencia que estudia la
estructura y función de los sistemas biológicos aplicando las leyes de la
mecánica.
 Cuando el estudio se circunscribe al análisis de los movimientos dentro de
la actividad física y el deporte se suele hablar de Biomecánica Deportiva.
 

DIOS, HOGAR Y PATRIA

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Concretamente, la mecánica nos permite definir y cuantificar el movimiento
de los cuerpos, es decir, estudia la causa y el efecto del movimiento.
Mientras que la kinesiología es la ciencia del movimiento.

Quizás el aporte más interesante de la Biomecánica es que permite abordar
desde una perspectiva científica el análisis del gesto deportivo, posibilitando
así perfeccionar la técnica.


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Divisiones de la Mecánica: Dinámica y Estática
  La Dinámica es la rama de la Mecánica que estudia el movimiento de los
cuerpos bajo la acción de las fuerzas, mientras que a Estática es la
encargada del estudio de la acción de las fuerzas sobre los cuerpos en
reposo o en equilibrio.
 A su vez la Dinámica está constituida en dos partes: la Cinemática, que es
el estudio del movimiento sin hacer referencia a las fuerzas que lo originan,

y la Cinética, que relaciona la acción de las fuerzas que se ejercen sobre los
cuerpos con los movimientos resultantes.

Cinética lineal: analiza la fuerza.
Cinética angular: analiza los momentos. 


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Por ejemplo

cuando se determina la fuerza que ejerce contra el suelo la pierna de pique
de un saltador, y como se relaciona esto con la altura obtenida en el
salto, estamos ante un problema dinámico.
Si en cambio, nos interesa la velocidad, la altura, el ángulo de salida, y la
distancia que alcanzará la bala cuando estudiamos a un lanzador, nos
encontramos con un problema cinemático,
mientras que si estudiamos la magnitud dirección y sentido de las fuerzas
que determinan la posición de equilibrio de un gimnasta cuando realiza un
"Cristo" en las anillas, el análisis del problema es territorio de la Estática.
 


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BIOMECANICA DE HUESO
 


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Conceptó I

• El hueso es un material compuesto de dos fases: Una fase inorgánica
de sales minerales y una matriz orgánica de colágeno y substancia
fundamental.
• Componente inorgánico: Dureza y rigidez
• Componente orgánico: Flexibilidad y elasticidad.


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Concepto II

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.


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A nivel Microscópico

• Unidad funcional: Osteon o
sistema haversiano
(compuesto de laminillas)

• Conductos de Havers (vasos
sang. Y fibras nerviosas)

• Conductos de Volkman

• Periostio


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Concepto III

Macroscópicamente el hueso está compuesto de hueso compacto y
esponjoso.
Puede considerarse que es un continuo entre un material menos a
uno más poroso.


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A nivel Macroscópico (Repaso Anatómico)

EPIFISIS
FISIS: Zona de crecimiento del hueso
METAFISIS

DIAFISIS

METAFISIS
FISIS: Zona de crecimiento del hueso
EPIFISIS


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Concertó IV

• 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.


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¿QUÉ ES
ANISOTROPIA?


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Facultad de Ciencias de la Salud – Programa de Salud Ocupacional

ANISOTROPIA

Propiedad de un material donde muestra características
mecánicas diferentes cuando la carga se aplica en diferentes
direcciones


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Propiedades biomecánicas del hueso

• Fuerza
• Rigidez


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Propiedades biomecánicas del hueso

• Comportamiento óseo a diferentes tipos de carga


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Tensión

• Alteran la cementación y excluyen osteones.
• Usualmente se ve en huesos de grandes proporciones de
hueso esponjoso.
• Ej.: Fracturas por avulsión.


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Compresión

• El máximo estrés compresivo ocurre en el plano
perpendicular a la carga aplicada,
• La estructura se acorta y ensancha.
• Microscópicamente hay agrietamiento de osteones.


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Clasificación de las fracturas.

Según el estado de la piel

Fracturas cerradas. (que también se conoce como fractura compuesta)
Son aquellas en las que la fractura no comunica con el exterior, ya que la
piel no ha sido dañada.

Fracturas abiertas. (que también se conoce como fractura simple) Son
aquellas en las que se puede observar el hueso fracturado a simple
vista, es decir, existe una herida que deja los fragmentos óseos al
descubierto. Unas veces, el propio traumatismo lesiona la piel y los tejidos
subyacentes antes de llegar al hueso; otras, el hueso fracturado actúa
desde dentro, desgarrando los tejidos y la piel de modo que la fractura
queda en contacto con el exterior..


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Según el trazo de la fractura

Transversales: la línea de fractura es perpendicular al eje longitudinal del
hueso.
Oblicuas: la línea de fractura forma un ángulo mayor o menor de 90 grados
con el eje longitudinal del hueso.
Longitudinales: la línea de fractura sigue el eje longitudinal del hueso.
Conminutas: hay múltiples líneas de fractura, con formación de numerosos
fragmentos óseos.


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En los niños, debido a la gran elasticidad de sus huesos, se produce un tipo
especial de fractura:

En «tallo verde»: el hueso está incurvado y en su parte convexa se observa
una línea de fractura que no llega a afectar todo el espesor del hueso.


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¿Cómo se
reconstruye el hueso
al sufrir una
ruptura?


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Cuando el hueso sufre una ruptura a esto se le llama FRACTURA.

Al fracturarse un hueso las células llamadas Osteoblastos (células
regeneradoras del hueso) comienzan a crear las condiciones para que las
células del hueso (los Osteocitos) puedan crecer, unirse entre sí y formar
hueso nuevo.
Si el hueso disminuye en su parte orgánica como en su matriz mineral, en
ambos casos el hueso se torna poroso y mas frágil, por lo que se hace mas
propenso a fracturarse, como ocurre en la enfermedad llamada
Osteoporosis, la cual es mas común en las mujeres que en los hombres por
sus procesos propios de sus hormonas, lo mismo que la maternidad.
Dentro de los hueso largos como las
costillas, húmero, tibia, radio, fémur, hay una sustancia llamada médula
ósea ("tuétano") del cual se forman tanto los glóbulos rojos (eritrocitos) como
los glóbulos blancos (leucocitos).


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CARTILAGO
ARTICULAR


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INTRODUCCIÓN

Durante el desarrollo embrionario, el mesodermo se diferencia en un
mesénquima organizador (cordomesoblasto o mesoblasto paranotocordal) que
dará origen a:

Esclerotomo (tejido óseo).

Mesodermotomo (tejido muscular).

Dermotomo (se une al ectodermo para constituir la piel).


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El “mesénquima organizador” que se encuentra situado entre dos zonas de
desarrollo óseo se denomina interzona.
Esta interzona dará origen posteriormente a la estructura articular, para
ello puede evolucionar de tres formas distintas:

Transformación hacia tejido óseo, constituyendo las sinartrosis
(articulaciones inmóviles).

Transformación hacia sustancia cartilaginosa, formando las anfiartrosis
(articulaciones semimóviles).

Transformación hacia cavidad articular, dando origen a las diartrosis
(articulaciones móviles)


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Evolución de la “interzona”: sinartrosis, anfiartrosis y diartrosis


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Tipos de articulaciones de los seres humanos : Union de los dos huesos que
permitan el movimiento.

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Las articulaciones tipo diartrosis, se dividen en 6 tipos, dependiendo del
diseño de las carillas articulares que constituyen la unión. Este diseño está
en relación con la función mecánica de la articulación y de las posibilidades
de movimiento en los tres planos de referencia espacial.

Diseño mecánico: enartrosis(a), condiloartrosis (b) y encaje reciproco o selar (c)


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Enartrosis. Posee movimiento en los tres planos del espacio. Consta de una
cara articular esferica de un hueso que se acomoda en la cavidad de otro.
Ejemplo:
Art. Escapulo humeral (articulacion mas movil)
Art. Coxofemoral (articulacion mas grande)


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Condiloartrosis. Presenta dos grados cinéticos de movimiento. Permite el
movimiento de un lado a otro y hacia atrás y adelante.
Ejemplo: Articulación radio con los huesos del carpo


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Encaje reciproco o selar. Articulaciones en silla de montar selar o de
encaje recíproco: reciben este nombre porque tienen forma de silla de
montar, un ejemplo: la articulación que hay entre el primer metacarpiano y
el hueso del carpo.


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Trocleartrosis. Su modelo mecánico se corresponde con el de una
articulación en BISAGRA, con movimiento sobre un único eje.
Anatómicamente está constituida por una superficie en forma de tróclea
encajada en una superficie cóncova. Un ejemplo de esta unión articular en
bisagra lo constituyen: el codo, la rodilla y el tobillo.


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Trocoides. también llamada a veces articulación en pivote, ya que son
articulaciones sinoviales en las cuales las superficies articulares pueden
tomar una forma similar a la de un pivote permitiendo desplazamientos
unicamente sobre su eje longitudinal, pudiendo unicamente efectuar
movimientos de rotación lateral y rotación medial.
la unión radio-cubital, articulaciones del cuello, codo y base del craneo.


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Artrodia. La articulación artrodia esta constituida generalmente por la
unión de superficies articulares planas, el movimiento que originan es el de
deslizamiento.
Como ejemplo de este tipo de articulaciones nos encontramos con las
uniones establecidas entre los huesos del carpo y tarso.


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Todas las diartrosis, poseen unos elementos comunes en su constitución :

Cavidad articular: situada entre los segmentos que forman la articulación y
que se encuentra recubierta de tejido fibroso, la cápsula articular, que
mantiene unidos los segmentos articulares entre sí .

Cartilago hialino: que recubre y protege las superficies óseas articulares

Membrana sinovial: encargada de producir el líquido sinovial que actúa
como lubricante articular


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Ligamentos articulares: controlan el movimiento articular
normal, protegiendo a la propia articulación de movimientos lesivos para la
misma, evitando sus lesiones.

Dispositivos especiales: es el único elemento que no está presente en
todas las diartrosis. Su existencia depende de las necesidades mecánicas
articulares. Son estructuras dedicadas a mejorar la congruencia y el reparto
de fuerzas sobre la articulación: meniscos y rodetes articulares. Suelen
estar formados de fibrocartílago y presenta alta resistencia a la tracción y a
las fuerzas de compresión.


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BIOMECÁNICA DEL CARTILAGO ARTICULAR

Histológicamente, el cartílago hialino está compuesto básicamente de
agua en más del 60% del tejido. El 40% restante lo constituyen las
células, denominadas condorcitos, y la matriz extracelular
(condrina), formada por una sustancia amorfa y unos componentes
fibrilares que se localizan en ella.

Los condrocitos, que le dan al cartílago articular las características
mecánicas de la plasticidad y la viscolelasticidad, se encuentran alojados
en unas depresiones de la matriz (lagunas) en las que se aloja
normalmente más de un condrocito.


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PROPIEDADES MECANICAS DEL CARTILAGO HIALINO

El cartílago se comporta como un material viscoelástico. Es un material
poroso lleno de fluido en su interior que se comporta como una esponja
Posee la particularidad de que está diseñado mecánicamente para
soportar cargas de Compresión (su resistencia a la tracción es un 5% de la
del hueso, mientras el módulo de elasticidad en compresión es del orden
de 0.1% que el tejido óseo).

El tejido hialino es un material anisotrópico, esto es debido a la
disposición que presentan los haces de fibras colágenas en su
interior, estableciendo una arquitectura muy específica de su estructura
histológica.


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La deformación del cartílago hialino depende de la velocidad de aplicación
de la carga. Cuando la carga se aplica a gran velocidad sobre cartílago
hialino, este presenta mayor rigidez. Cuanto mayor sea la rapidez con la
que aplicamos la carga, más rápida es la compresión y por lo tanto más
difícil es que salga el agua del interior del tejido hialino; en
cambio, cuando la carga se aplica de forma lenta y constante sobre
cartílago, se consigue mayor deformación del tejido.

Grafica tensión – deformación del
cartílago hialino en función del
incremento de velocidad de la carga
aplicada ( ): a mayor velocidad de
aplicación, menor deformación y
mayor tensión del tejido se genera


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DINÁMICA ARTICULAR

Nuestras articulaciones se mueven de forma que los segmentos
articulares no tienen ejes fijos de movimiento, sino trayectorias de ejes
instantáneos de movimiento. El área donde se acumula mayor número de
estos ejes instantáneos de giro, es la zona donde se sitúa el supuesto eje
de movimiento que se toma como referencia para realizar la goniometría
articular.


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Las articulaciones las clasificamos según el grado de libertad de
movimiento en:

articulaciones de 3 grados cinéticos (movimientos alrededor de los tres
ejes del espacio);
de 2 grados cinéticos (movimientos alrededor de dos ejes de referencia
espacial)
y de 1 grado cinético (movimiento alrededor de un eje del espacio).


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Por ejemplo

el codo tiene 1o grado de libertad, ya que realiza los
movimientos sólo de flexión – extensión,

la muñeca tiene 2o grado de libertad

la escápula – humeral tiene 3o grado de libertad ya que es
capaz de realizar todo tipo de movimiento.


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Cuando los movimientos articulares tiene lugar, en el interior de la
articulación
se observan tres tipos de movimientos mecánicos puros, que aislados o
combinados
entre ellos originan los movimientos articulares que medimos
externamente en la clínica habitual y que denominamos grado de
libertad. Estos movimientos se clasifican en:

SIN componente rotatorio: Translación.

CON componente rotatorio:


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Rodamiento. Movimiento en el cual el centro de rotación (punto en el
que la velocidad relativa a los segmentos del cuerpo que se mueven
alrededor de él, es “cero”) con respecto al plano de referencia, se sitúa
siempre entre las dos superficies articulares.

Deslizamiento. Movimiento en el cual el centro de rotación con respecto
al plano de referencia, permanece siempre a la misma distancia de la
superficie por la que se desliza. Es el movimiento predominante en las
articulaciones de los seres vivos.


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Nuestras articulaciones constituyen los fulcros de las palancas formadas
por los segmentos óseos.
En sus movimientos, las articulaciones, realizan desplazamientos
angulares cuya amplitud es medida a través de goniómetros
(transportadores de ángulos).

Estas palancas puede dividirse, según su diseño, en:


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1. Palancas de 1er género (fulcro entre la resistencia y la potencia).
Corresponden al diseño de la mayoría de las articulaciones dedicadas a la
resistencia (ejemplos: cadera, columna vertebral y unión occipito -
atloidea). En el caso de nuestro aparato locomotor, estas articulaciones la
posición del fulcro está próxima a la potencia, lo que origina una
desventaja mecánica: mayor esfuerzo de la fuerza de potencia (actividad
muscular) que la magnitud de la resistencia a vencer. En
contraposición, tienen como ventaja mayor velocidad del movimiento
generado.

Palanca de primer género:
unión del occipital con el atlas.


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2. Palancas de 2do género (Resistencia entre fulcro y potencia). Por su
diseño, poseen la ventaja mecánica de utilizar menor fuerza de potencia
que la resistencia a vencer. En el aparato locomotor, sólo se puede
encontrar en la posición de puntillas de los pies.

Palanca de segundo género:
posición de puntillas.


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3. Palancas de 3er género (Potencia entre fulcro y resistencia). Las articulaciones
de las extremidades suelen tener este tipo de diseño. Presentan desventaja
mecánica: mayor esfuerzo de potencia (acción muscular) que la magnitud de la
resistencia a vencer. Tienen como ventaja el mayor espacio recorrido y el poder
adquirir mayor velocidad lineal en el extremo distal. Debido al esfuerzo muscular
que deben realizar los músculos que mueven estas palancas, nuestro aparato
locomotor presenta un diseño cónico en las extremidades. Tanto las extremidades
superiores como inferiores son más anchas en la zona proximal, adelgazándose
progresivamente hacia distal. El diseño cónico, disminuye el momento de inercia y
facilita la aceleración del movimiento.

Palanca de tercer género:
articulaciones de las extremidades.


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“SIEMPRE SUEÑA Y APUNTA MAS
ALTO DE LO QUE SABES QUE PUEDES
LOGRAR”


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