Biomecánica de Tejidos y Adaptación Ósea
Ley de Hooke
Proporcionalidad entre la carga (fuerza) aplicada a un objeto y la deformación de este, ya sea por estiramiento, compresión o cizalla (“roce”).
- Una vez retirada la carga, el objeto vuelve a su estado inicial.
- Asociada a materiales elásticos.
Módulo de Young
Propiedad de un material para volver a su estado inicial.
- Depende del material y de su forma (longitud, diámetro, etc.).
- A mayor pendiente, mayor elasticidad, por tanto, es más deformable (y viceversa).
Deformidad
La deformación de un objeto depende del material y del área de deformación de un objeto:
- A mayor área del tejido, menor deformación.
Solicitación de Carga
- A mayor longitud, mayor deformación.
- A mayor grosor del tejido (área de sección transversal), menor deformación.
- A mayor carga al tejido, más se deforma.
- A mayor densidad, más carga se aplica sobre el tejido.
Elasticidad, Plasticidad y Rigidez
Elasticidad → Capacidad de un material de recuperar su tamaño y forma original al eliminar la carga aplicada.
Plasticidad → Material adquiere una nueva forma luego de que se elimina la carga aplicada.
Rigidez → Magnitud de la deformación bajo una carga determinada (cuánto se deforma un objeto).
Materiales Isótropos y Anisótropos
Materiales isótropos [“iso” (igual), “trópico” (forma)] → Se comportan siempre de la misma manera no importando la dirección de la carga aplicada. El tejido humano es complejo, por tanto, tiene propiedades no homogéneas y anisótropicas → Sus propiedades cambian dependiendo de la dirección de la carga aplicada.
Reparación vs. Regeneración de Tejido
Reparación de un tejido → Intentar reconstruir un tejido.
Regeneración de un tejido → Volver a producir células que se murieron en un tejido.
Fenómeno de Creep
Deformación que se produce en un objeto, proporcional al tiempo de carga aplicada sobre éste.
Stress y Strain
Stress: Fuerza aplicada a un tejido, dividida por el área de la sección transversal del tejido, de manera que el estrés varía en función del área en la que se aplica.
Rigidez y Módulo de Young
Elasticidad y Plasticidad
Viscoelasticidad
- Histeresis: Un tejido es capaz de deformarse hasta su límite y luego retorna a su forma original liberando energía en forma de calor.
- Anisotropía: Muestra que un tejido puede ser más o menos rígido dependiendo de la dirección de la carga aplicada (longitudinal).
- Tasa de Deformación: Muestra que un tejido puede ser rígido dependiendo de la velocidad aplicada (rápido = más rígido + más carga deforma).
- Solicitación-Relajación: Muestra que a un tejido se le mantiene un nivel de deformación constante, este se acomoda, disminuye su solicitación y se relaja.
- Deformación Continua: Muestra que si a un tejido se le mantiene a un nivel de solicitación constante durante un tiempo, el tejido se acomoda, aumenta su deformación y se relaja.
Componentes Bifásicos
Bifásico:
- Fase sólida/rígida
- Componente inorgánico → Dureza y rigidez
- Mineral: Hidroxiapatita (Ca + PO → Fosfato) (60-70%)
- Fase blanda/acuosa
- Componente orgánico → Flexibilidad y Elasticidad
- Mineral: Sustancia fundamental → Proteoglicanos (PG); agua (20-40%)
Sustancia Fundamental
Sustancia fundamental → Proteoglicanos (PG) Proteínas que absorben líquidos y lo vuelven viscoso.
Estructura Ósea
Unidad estructural (osteonas) → Sistema de láminas internas.
- Dentro del hueso, hay canales donde el hueso se deforma, sin afectar los vasos sanguíneos → Canales de Volkmann (rodean los vasos sanguíneos).
Endostio y Periostio
- Endostio → Componente principal del hueso cortical. → Más desorganizados, se abre más.
- Periostio → Componente principal del hueso trabecular (está por dentro del hueso). → Más compacto y organizado.
Anisotropía Ósea
Anisotropía: Hueso cortical
- Es la capacidad de los materiales de responder de manera diferente ante una solicitación angular → ante cargas con distinta angulación.
- El hueso será más débil si recibe carga con distinta angulación (donde no está acostumbrado).
Mecánica Ósea Bajo Cargas
- Tensión → Tracción
- Compresión → Fuerzas opuestas
- Cizalla → Cargas paralelas en sentido contrario
- Flexión → Tanto la región que se tensa como la que se comprime son fracturables.
- Torsión → Si el hueso tiene un área de sección transversal grande, todas las regiones periféricas (más lejos del eje), sufrirán mayor fractura. Ej. Gallitos
- Carga combinada → Compresión y tensión. Ej. Accidentes automovilísticos, caídas de altura.
Fatiga Ósea
(Frecuencia).
- A mayor frecuencia de repeticiones en un periodo de tiempo, menos carga soporta y mayor es la probabilidad de lesión.
- Si es menor la frecuencia de repeticiones, más carga soporta.
Ley de Wolff
El hueso responde ante demandad mecánicas:
- Mientras mayor es la actividad mecánica, mayor es la actividad osteoblástica (osteoblastos).
- Mientras menor es la actividad mecánica, mayor es la actividad osteoclástica (osteoclastos).
Ley de Hueter-Volkmann
“El crecimiento óseo es inhibido por cargas compresivas sostenidas y acelerado por cargas reducidas”.
Cartílago Hialino
- Avascular (sin vasos sanguíneos) → Si el cartílago tuviera sangre en vez de agua, cada vez que este reciba una carga, se liberaría sangre, y para frenar el sangrado se formarían costras, y ya no se podría mover la articulación.
- Aneural (no tiene nervios) → Excepto el hueso bajo el cartílago (hueso subcondral), que está altamente inervado.
Composición del Cartílago
El cartílago está compuesto:
- Entre un 60–80% de agua, y esta la libera y la absorbe cada que se comprime una articulación.
- Por colágeno (tipo II), de 15-22%.
- De 4-7% de Proteoglicanos → Son quienes reabsorben el agua al cartílago.
El condrocito es el componente celular del cartílago, y puede tener diferentes formas (dependiendo de en qué capa del cartílago se encuentre).
Funciones del Cartílago
Transmitir la energía que viaja por el hueso hasta su extremo distal (donde está el cartílago). No solo traspasa la carga de un hueso a otro, también hacia zonas especializadas del cartílago. También depende del líquido sinovial.
Lubricación Articular
- L. Película Fluido: capa que separa dos superficies art. Es eficaz en la marcha/movimiento constante.
- L. Barrera: Es una monocapa de glicoproteínas lubricantes, que están dispuestas en cada superficie articular. Eficaz en movimientos articulares lentos.
Desgaste Articular
- Desgaste interfacial: superficies en contacto directo. Adhesión: adhesión a fragmentos. Abrasión: raspado de una superficie.
- Desgaste por fatiga: acumulación de lesiones microscópicas. deformaciones cíclicas
- Desgaste por carga de alto impacto: aplicación rápida de carga deformación/solicitación
Ligamentos y Cápsulas
Ligamentos y cápsulas (estáticos)
Ligamentos → Se activan cuando la articulación llega a su límite (Ej. En hiperextensión de rodilla).
Cápsulas → Delimitan las articulaciones (Ej. Cápsula en la articulación glenohumeral)
- Fijación Hueso-Hueso → Estabilización También Hueso-Órgano
- Guiar movimiento
- Limitar movimiento
Tendones
Tendones (estáticos) → Músculo + hueso; posee mayor densidad de fibras colágenas.
- Unidad F(x): Músculo – Tendón (Dinámica) – Fuerza tensil (resistencia).
- Optimizan longitud muscular → Permite mejorar los brazos de palanca, el torque de un músculo, la capacidad contráctil de un músculo.
- Permite el movimiento articular – postura (sin perder el equilibrio).
Composición y Estructura del Tejido Conectivo
Tejido conectivo irregular denso (Alta densidad de fibras de colágeno)
- Colágeno: permite soportar esfuerzo tensil (carga tensil, no compresiva).
- Células (Ligamento y Tendón) que producen: Síntesis de colágeno y PG (proteoglicanos).
Función del Tejido Conectivo
Puentes cruzados:
- Formados por puentes de hidrógeno (uniones débiles).
- Otorga mayor resistencia al tejido.
- Se estira y se ordena (alineándose por capas).
- Si se contrae el músculo, el tendón se tensa.
- Las fibras se alinean progresivamente a medida que se tensa el tendón.
Comportamiento Mecánico del Tendón y Ligamento
Reclutamiento de las fibras de colágeno (ante tensión):
- x1 → Las capas superficiales comienzan a alinearse (se tensan)
- x2 → La capa superficial está completamente tensa, y el tejido comienza a llegar a su límite elástico.
- x3 → Punto plástico → Todas las fibras superiores están muy tensas (se rompen), pero todavía se puede seguir tensando.
- x4 → Todas las fibras tensadas; riesgo a cortarse completamente.
Fluencia o Creep
Carga mantenida en el tiempo que produce una deformación mantenida en el tiempo.
Función Sensorial de Tendones y Ligamentos
- Tendón → Unidireccional (cargas en un solo eje de movimiento).
- Ligamento → Multidireccional (cargas en distintos ejes) => Juntos aportan al control motor.
Músculo
Organización Estructural del Músculo
Orden de menor a mayor en organización estructural del músculo: