Biomecanica hueso, cartilago y musculo

UNIVERSIDAD CENTRAL
DEL ECUADOR
TEGNOLOGÍA MEDICA
TERAPIA FÍSICA
TERAPIA DEGENERATIVA
DR. PABLO ACUÑA

HOJA DE VIDA
INFÓRMACION PERSONAL:
• NOMBRE Y APELLIDOS:ALEXANDER ISMAEL NAVAS NARANJO
• CÉDULA DE CIUDADANÍA: 0503183501
• FECHA DE NACIMIENTO: 9 DE ABRIL DE 1991
• LUGAR DE NACIMIENTO: PUJILÍ - COTOPAXI
• ESTADO CIVIL: SOLTERO
• DIRECCIÓN: CALLE GARCÍA MORENO Y SUCRE 7-15
• TELÉFONO: 2723170 / 0996858612
• E-MAIL: chavitomelo_8@hotmail.com

INFORMACIÓN ACADEMICA
• ESTUDIOS PRIMARIOS:
ESCUELA ANEXA “DR. PABLO HERRERA” – PUJILÍ – 2003
• ESTUDIOS SECUNDARIOS:
COLEGIO NACIONAL EXPERIMENTA “PROVINCIA DE COTOPAXI – PUJILÍ - BACHILLER EN
CIENCIAS, ESPECIALIZACIÓN QUÍMICO BIOLÓGICAS - 2008.
• ESTUDIOS UNIVERSITARIOS
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO – AMBATO- TERAPÍA FÍSICA – QUINTO NIVEL

DIARIO REFLEXIVO:
• ME A SERVIDO MUCHO ASISTIR A LAS PRACTICAS
HOSPITALARIAS YA QUE E ADQUIRIDO NUEVOS
CONOCIMIENTOS Y A COMO ACTUAR FRENTE A
UN PACIENTE GRACIAS A LA ENSEÑANZA DE
NUESTROS DOCENTES.

BIOMECÁNICA DEL HUESO
PROPIEDADES BIOMECÁNICAS DEL HUESO
Biomecánicamente, el tejido óseo puede ser
considerado como un material compuesto de dos
fases (bifásico), con el mineral como una fase y
el colágeno y la sustancia fundamental como la
otra. Estos materiales compuestos por un
elemento fuerte y vidriado incrustado en uno
más débil y flexible, son más fuertes en relación
a su peso de lo que es una sustancia.

• Funcionalmente, las propiedades mecánicas más
importantes del hueso son su fuerza y su rigidez. Estas
otras características pueden entenderse más fácilmente en
el caso del hueso, o cualquier otra estructura, examinando
su comportamiento bajo carga, esto es, bajo la influencia
de fuerzas aplicadas externamente. La carga causa una
deformación, o un cambio en las dimensiones de la
estructura.
• SI Una carga en una dirección conocida se aplica sobre
una estructura, la deformación de esa estructura puede
ser medida y representada en una curva de carga-
deformación. Se puede extraer mucha información sobre
la fuerza, rigidez, y otras propiedades mecánicas de la
estructura examinando esta curva.

• Las propiedades mecánicas difieren en los dos tipos de hueso. El hueso cortical es más rígido
que el hueso esponjoso, soportando mayor solicitación pero menos deformación antes del
colapso. El hueso esponjoso in vitro puede soportar hasta un 50% de deformación antes de
empezar a tensionarse, mientras que el hueso cortical cede y se fractura cuando la
deformación excede de 1.5 a 2.0%. Debido a su estructura porosa, el hueso esponjoso tiene
una gran capacidad para el almacenamiento de energía. En general, no es suficiente describir
la fuerza ósea con un único número.

• Para comprender mejor la relación del hueso respecto a
otros materiales, las curvas solicitación-deformación
esquemática para el hueso, el metal y el vidrio ilustran las
diferencias en el comportamiento mecánico entre estos
materiales.
• El metal tiene la pendiente más profunda y es por tanto el
material más rígido. La porción elástica de la curva para
el vidrio y el metal es la línea recta, indicando un
comportamiento linealmente elástico; el hueso
prácticamente no cede hasta que se alcanza el límite de
elasticidad. En comparación, la medición precisa del
hueso cortical muestra que la porción elástica de la curva
no es recta sino ligeramente curvada, indicando que el
hueso no el linealmente elástico en su comportamiento sino
que se tensa en algún punto durante la carga en la región
elástica.

COMPORTAMIENTO BIOMECÁNICO DEL 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 y momentos 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.

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. La solicitación tensil puede definirse como
muchas pequeñas fuerzas alejándose de la superficie de la
estructura. La máxima solicitación tensil se produce en un plano
perpendicular a la carga aplicada. 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.
• Por ejemplo, pueden ser las fracturas del calcáneo adyacentes
a la inserción del tendón de Aquiles:
Carga tensil.
Fractura del calcáneo.

COMPRESIÓN: • Durante la carga compresiva, se aplican cargas iguales y
opuestas hacia la superficie de la estructura y la solicitación y
deformación compresiva se produce en el interior de la
estructura.
• La solicitación compresiva se puede definir como muchas
pequeñas fuerzas dirigidas hacia la superficie de la estructura.
• La solicitación compresiva máxima se produce en un plano
perpendicular a la carga aplicada. Bajo carga compresiva, la
estructura se acorta y se ensancha.
• Entonces clínicamente las fracturas por compresión se encuentran
comúnmente en las vértebras que están sometidas a intensas
cargas compresivas, estas fracturas se ven más a menudo en
edades avanzadas con el tejido óseo osteoporótico.
Carga compresiva
Fractura por compresión
vertebral

• 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.
• La solicitación en cizalla se puede definir como
muchas pequeñas fuerzas actuando sobre la
superficie de la estructura en un plano paralelo a la
carga aplicada.
• Una estructura sometida a la carga de cizalla se
deforma internamente de una manera angular.
Siempre que una estructura se somete a una carga
tensil o compresiva, se produce una solicitación en
cizalla, las fracturas en cizalla se ven más a menudo
en el hueso esponjoso.
CIZALLA:
Carga en cizalla
Fractura en cizalla

FLEXIÓN:
• 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.
• Las fuerzas aplicadas sobre el hueso hacen que éste se
doble sobre su eje mayor y aparecen fuerzas de
compresión en el lado de la aplicación de la fuerza y de
tracción en el lado opuesto.
• Las solicitaciones y deformaciones tensiles actúan sobre
un lado del eje neutral, y las solicitaciones y
deformaciones compresivas actúan sobre el otro lado; no
hay solicitaciones y deformaciones a lo largo del eje
neutral.
• La flexión puede ser producida por:
• A. Tres fuerzas
(flexión de tres puntos)
• B. Cuatro fuerzas
(flexión de cuatro puntos)

• Las fracturas producidas por ambos tipos de flexión se observan comúnmente en la clínica,
particularmente en los huesos largos.
Sección de cruce de un hueso sometido a flexión,
mostrando la distribución de solicitaciones
alrededor de un eje neutral.
Fractura en el antebrazo al caer y
poner la mano en el suelo.

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.
• Bajo una carga en tensión, las solicitaciones en máxima
cizalla actúan sobre planos paralelos y
perpendiculares al eje neutral de la estructura.
Además, solicitaciones tensiles y compresivas máximas
actúan sobre un plano diagonal al eje neutro de la
estructura.Fig.1
Figura 1.

CARGA COMBINADA:
• El hueso está sometido a complejos patrones de carga durante las
actividades fisiológicas comunes tales como caminar o correr. La
mayoría de las fracturas óseas son producidas por una combinación
de varios modos de carga.

DEPENDENCIA DE LA VELOCIDAD DE DEFORMACIÓN EN EL
HUESO
Debido a que el hueso es un material viscoelástico, su comportamiento biomecánico varía con la velocidad o tasa de
carga del hueso (velocidad o tasa a la que la carga se aplica y retira). El hueso es más rígido y soporta una mayor
carga hasta el colapso cuando las cargas se aplican a mayor velocidad; el hueso también almacena más energía
antes del colapso a tasas mayores de carga, a menos que estas tasas estén dentro de un rango fisiológico.
La deformación diaria in vivo puede variar considerablemente. La velocidad o tasa de deformación calculada para la
marcha lenta es 0.001 por segundo, mientras que la carrera lenta despliega una velocidad o tasa de deformación de
0.03 por segundo. Cuando las actividades son más vigorosas, la tasa de deformación aumenta.
Clínicamente, las fracturas óseas se clasifican en tres categorías generales basadas en la cantidad de energía
liberada en la fractura y son:
• Baja energía: simple fractura en torsión del esquí.
• Alta energía: accidentes de automóvil.
• Muy alta energía: por la velocidad de disparo de una bala de muy alto calibre.

FATIGA DEL HUESO BAJO CARGAS REPETITIVAS
• Las fracturas óseas se pueden producir por una única carga que exceda la fuerza última del
hueso o por las aplicaciones repetidas de una carga de una magnitud inferior. Una fractura
causada por la aplicación repetida de una carga se llama fractura de fatiga y es típicamente
producida por pocas repeticiones de una carga alta o por muchas repeticiones de una carga
relativamente normal.
• Las fracturas de fatiga se producen durante la actividad física vigorosa continua, que ocasiona
que los músculos se fatiguen y reduzcan su habilidad de contracción; haciéndolos menos capaces
de almacenar energía y así neutralizar las solicitaciones impuestas sobre el hueso.

INFLUENCIA DE LA GEOMETRÍA DEL HUESO SOBRE
EL COMPORTAMIENTO MECÁNICO
• La siguiente imagen muestra las secciones transversas distal y
proximal de la tibia sometido a una carga en torsión. Aunque
la sección proximal tiene un área de hueso ligeramente más
pequeña que la sección distal, tiene un momento polar de
inercia mucho mayor debido a que gran parte de tejido óseo
se distribuye a distancia del eje neutral. La sección distal tiene
un área de hueso más grande, y se ve sometida a una
solicitación en cizalla mucho mayor porque gran parte del
tejido óseo se distribuye cercano al eje neutral. La magnitud
de la solicitación en cizalla en la sección distal es
aproximadamente el doble que en la sección proximal.
Clínicamente, las fracturas en torsión de la tibia se producen
comúnmente en la parte distal.

REMODELACIÓN ÓSEA:
El hueso tiene la habilidad de remodelarse, alterando su tamaño, forma y estructura, para afrontar
las demandas mecánicas que le son impuestas. Este fenómeno, por el que el hueso gana o pierde
hueso esponjoso cortical, en respuesta al nivel de solicitación mantenida, se resume por la ley de
wolff, que establece que la remodelación del hueso está influenciada y modulada por las
solicitaciones mecánicas.

CAMBIOS DEGENERATIVOS EN EL HUESO ASOCIADOS
CON EL ENVEJECIMIENTO
Una progresiva pérdida de densidad ósea ha sido observada como parte del proceso de
envejecimiento normal. Las trabéculas longitudinales adelgazan y algunas de la trabéculas
transversas son reabsorbidas. El resultado es una reducción marcada en la cantidad del hueso
esponjoso y un adelgazamiento del hueso cortical. La relación entre la masa ósea, la edad y el sexo
se muestra en la siguiente figura.

BIOMECÁNICA DEL CARTILAGO
Existen tres tipos de articulaciones en el cuerpo
humano: fibrosas, cartilaginosas y sinoviales, solo
una de estas, las articulaciones sinoviales, o
diartrodias, permiten un gran rango de
movimiento. En las articulaciones jóvenes
normales, los extremos óseos articulares de las
articulaciones diartrodias están cubiertos por un
tejido conectivo delgado (1-6 mm) denso,
transparente, blanco llamado cartílago articular
hialino.

CARTÍLAGO ARTICULAR HIALINO
• Un ejemplo de cartílago articular hialino es la articulación
temporomandibular, una articulación sinovial en la que el
fibrocartílago se encuentra cubriendo los extremos óseos. El
fibrocartílago y un tercer tipo de cartílago, el cartílago elástico, están
íntimamente relacionados al cartílago hialino embriológica e
histológicamente pero son muy diferentes en sus propiedades
mecánicas y bioquímicas.
• El fibrocartílago también forma los meniscos interpuestos entre el
cartílago articular de algunas articulaciones y compone la cubierta
externa de los discos intervertebrales, el anillo fibroso, el cartílago
elástico se encuentra en el oído externo, en el cartílago de la trompa
de eustaquio, en la epiglotis, y en ciertas partes de la laringe. El
cartílago articular es un tejido altamente especializado precisamente
preparado para soportar el entorno articular altamente cargado sin
fracaso durante la vida media del individuo

COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DEL CARTÍLAGO
ARTICULAR
• Los condrocitos, las células escasamente distribuidas en el cartílago articular, proporcionan menos
del 10% del volumen del tejido, esquemáticamente la disposición zonal de los condrocitos se
muestra en la siguiente figura:

COLÁGENO:
El colágeno es la proteína más abundante en el cuerpo. En el
cartílago articular, el colágeno tiene un nivel alto de
organización estructural que proporciona una ultra estructura
fibrosa. La unidad biológica básica del colágeno es el tropo
colágeno, una estructura compuesta de tres cadenas de
polipeptidos de procolageno (cadenas alfa) enrolladas en
hélices hacia la izquierda que están además enrolladas entre
sí en una triple hélice a la derecha. Estas moléculas de tropo
colágeno en forma de vara, de 1,4 nanómetros (ni) de
diámetro y 300 nm de largo se polimerizan en fibras de
colágeno más grandes. En el cartílago articular, estas fibras
tienen un diámetro medio de 25 a 40 nm , sin embargo esto
es altamente variable. El colágeno en el cartílago articular
está distribuido de forma dishomogenea, dándole al tejido
un carácter laminado.

PROTEOGLICANO:
Se encuentran muchos tipos de PG en el cartílago.
Fundamentalmente, es una molécula grande de
proteína-polisacárido compuesta de una proteína
básica a la que se une uno o más
glucosaminoglicanos (GAG).
Imagen:
• (A). Representación esquemática del agredan
que se compone de cadenas de queratan sulfato,
condroitin sulfato unidas covalentemente a una
molécula básica de proteína.
• (B).Representación esquemática de una
macromolécula de proteoglicano

INTERACCIÓN ESTRUCTURAL Y FÍSICA ENTRE LOS
COMPONENTES DEL CARTÍLAGO
• La estructura química y las interacciones físicas de
los agregados de PG influyen en las propiedades
de la MEC. Los grupos sulfato íntimamente
dispuestos y los de carga carboxilo en las cadenas
CS y QS se disocian en solución a un PH fisiológico
dejando una concentración alta de cargas negativas
fijadas que crean fuertes fuerzas repulsivas carga-
carga intramoleculares e intermoleculares; la suma
coligativa de estas fuerzas cuando el tejido está
inmerso en una solución salina fisiológica es
equivalente a la presión osmótica de donnan.

• Estructuralmente, estas fuerzas repulsivas carga-carga tienden a extender y rigidificar las
macromoléculas de PG en un espacio interfibrilar formado por la red de colágeno anexa. Según
stephen hawkins, está repulsión eléctrica es un millón, millón, millón, millón de veces (42 ceros) más
grandes que las fuerzas gravitacionales. En la naturaleza, un cuerpo cargado no puede persistir largo
tiempo sin descargar o atraer contra-iones para mantener la electro neutralidad.
• Así los grupos de sulfato cargados y los grupos carboxilo fijados a lo largo de los pg en el cartílago
articular deben atraer varios contraiones y coiones al tejido para mantener la electro neutralidad.
Dentro del tejido, los contra-iones y co-iones móviles forman una nube alrededor de las cargas fijadas
de sulfato y carboxilo así escudando estas cargas entre sí. Esta defensa de la carga actúa
disminuyendo las muy grandes fuerzas repulsivas eléctricas que de otra forma existirían. El resultado
neto es una presión de tumefacción dada por la ley de presión osmótica de donnan.

Se muestra un diagrama esquemático que detalla la
exposición estructural dentro de un pequeño volumen de
cartílago articular.

COMPORTAMIENTO BIOMECÁNICO DEL CARTÍLAGO
ARTICULAR
• El cartílago articular será tratado como un material bifásico que consiste en dos fases distintas
intrínsecamente incomprensibles e inmiscibles una fase de fluido intersticial y una fase sólida
porosa-permeable. Para el análisis explícito de la contribución de las cargas e iones de los pg,
uno tendría que considerar tres fases distintas: una fase fluida, una fase iónica y una fase sólida
cargada.
• Durante la función articular, las fuerzas en la superficie articular pueden variar de casi cero a más
de 10 veces el peso del cuerpo. Las áreas de contacto también varían de una manera compleja y
típicamente están sólo en el orden de varios centímetros cuadrados.

NATURALEZA DE VISCO ELASTICIDAD DEL CARTÍLAGO
ARTICULAR
• Si un material se somete a la acción de una carga constante (independiente del tiempo) o a una
deformación constante y su respuesta varía con el tiempo, entonces el comportamiento mecánico de un
material se dice que es viscoelástico. En general, la respuesta de tal material puede ser teóricamente
modelada como una combinación de la respuesta del fluido viscoso (amortiguador) y un sólido elástico
(muelle), por lo tanto viscoelástico. Las dos respuestas fundamentales de un material viscoelástico son la
deformación progresiva y la relajación de la solicitación. La deformación progresiva ocurre cuando un
sólido viscoelástico se somete a la acción de una carga constante. Típicamente, un sólido viscoelástico
responde con una solicitación rápida inicial alta seguida de una solicitación lenta progresivamente
decreciente (dependiente del tiempo) requerida para mantener la deformación; este fenómeno se
conoce como relajación de la solicitación. Los fenómenos de deformación progresiva y relajación de
la solicitación pueden ser causados por diferentes mecanismos.

RESPUESTA BIFÁSICA DE DEFORMACIÓN PROGRESIVA DEL
CARTÍLAGO ARTICULAR EN COMPRESIÓN
• En este caso, una solicitación compresiva constante se aplica al tejido en el tiempo y se permite al tejido que se
deforme progresivamente hasta su deformación de equilibrio final. Para el cartílago articular como en la
ilustración, la deformación progresiva se debe a la exudación del fluido intersticial. La exudación es más rápida
inicialmente, como se evidencia por la mayor velocidad inicial de aumento de deformación y disminuye
gradualmente hasta que se produce el cese del flujo.
• Durante la deformación progresiva, la carga aplicada en la superficie es equilibrada por la solicitación
compresiva desarrollada dentro de la matriz sólida colágeno-pg y la resistencia friccional generada por el flujo
del fluido intersticial durante la exudación. La deformación progresiva cesa cuando la solicitación compresiva
desarrollada dentro de la matriz sólida es suficiente para equilibrar sólo la solicitación aplicada; en este punto no
fluye ya líquido y se alcanza el equilibrio de deformación. Típicamente, para los cartílagos articulares humanos y
bovinos relativamente gruesos, de 2 a 4mm, se tarde de 4 a 16 horas para alcanzar el equilibrio de deformación
progresiva. Teóricamente, se puede mostrar que el tiempo que conlleva alcanzar el equilibrio de deformación
progresiva varía inversamente con la superficie del espesor del tejido.

RESPUESTA BIFÁSICA DE RELAJACIÓN DE LA
SOLICITACIÓN DEL CARTÍLAGO ARTICULAR EN
COMPRESIÓN
• En este caso, se aplica una tasa de compresión constante al tejido hasta que alcanza más del punto B,
la deformación se mantiene.
• Para el cartílago articular, la respuesta de solicitación típica causada por la deformación. Durante la
fase de compresión, la solicitación aumenta continuamente hasta que se alcanza equilibrio, mientras
que durante la fase de relajación, la solicitación cae continuamente a lo largo de la curva B-C-D-E
hasta que se alcanza la solicitación de equilibrio.
• El análisis del proceso de relajación de la solicitación llevará a la conclusión de que bajo condiciones
de carga fisiológicas, los niveles excesivos de solicitación son difíciles de mantener debido que la
relajación de la solicitación atenuará rápidamente la solicitación desarrollada dentro del tejido; esto
debe llevar necesariamente a la rápida expansión del área de contacto en la articulación durante su
función.

PERMEABILIDAD DEL CARTÍLAGO ARTICULAR
• La permeabilidad es una medida de la facilidad con la que el fluido puede fluir a través de un
material poroso, y es inversamente proporcional a la resistencia friccional ejecutada por el fluido
que se desplaza a través de un material poroso permeable. Esta fuerza de resistencia friccional
se genera por la interacción del fluido intersticial y las paredes del poro del material poroso-
permeable.
• La permeabilidad del cartílago articular bajo deformación compresiva y a presiones fisiológicas
altas, fue obtenida por primera vez por mansour y mow. Las condiciones de alta presión y
deformación compresiva examinadas en estos estudios asemejan más íntimamente aquellas
condiciones encontradas en la carga de la articulación diartrodia.

COMPORTAMIENTO DEL CARTÍLAGO ARTICULAR
BAJO TENSIÓN UNIAXIAL
• El comportamiento mecánico del cartílago articular en tensión es muy complejo. En tensión, el
tejido es fuertemente anisótropo (siendo más rígido y más fuerte para los especímenes recogidos
en la dirección paralela al patrón de línea de división que para aquellos recogidos
perpendicularmente a este patrón de línea de división) y fuertemente dishomogéneo (para los
anímales maduros, más rígido y fuerte para los especímenes recogidos de las regiones
superficiales que para aquellos recogidos más profundamente en el tejido).

COMPORTAMIENTO DEL CARTÍLAGO ARTICULAR
EN CIZALLA PURA
• En tensión y compresión, solo las propiedades intrínsecas de equilibrio de la matriz solida
colágeno pueden ser determinadas. Esto es debido a que siempre se producen un cambio
volumétrico dentro de un material cuando se le somete a tensión o a compresión uniaxial.
• Este cambio volumétrico causa un flujo de fluido intersticial e induce efectos bifásicos viscoelasticos
dentro del tejido. Sin embargo si se valora el cartílago articular en pura cizalla bajo condiciones
de deformación infinitesimal, ningún gradiente de presión o cambio volumétrico será producido
dentro del material; por lo tanto ningún flujo de fluid intersticial se llevara a cabo.

• La magnitud del módulo de cizalla dinámico para el cartílago articular se ha medido oscilando de 1 a
3 mpa , mientras que el ángulo oscilo de 9 a 200 el comportamiento de relajación de la solicitación en
cizalla transitorio intrínseco de la matriz solida PG solida junto con las propiedades de cizalla
dinámica invariable , la visco elasticidad cuasi lineal propuesta para los materiales biológicos
proporciona una descripción precisa del comportamiento viscoelástico independientemente del flujo de
la matriz solida colágeno PG. Desde estos estudios de cizalla es posible obtener alguna compresión
sobre cómo funciona la matriz solida colágeno PG.
• La rigidez de la cizalla del cartílago articular debe derivar por lo tanto de su contenido de colágeno,
o de su interacción de colágeno pg. Desde esta interpretación, un incremento en el colágeno, que es un
elemento mucho más elástico que el PG y el elemento de soporte de carga predominante en el tejido
en cizalla, disminuirá la disipación friccional y por lo tanto el ángulo de fase observado.

LUBRICACIÓN DEL CARTÍLAGO ARTICULAR
• Las articulaciones sinoviales están sometidas a un enorme rango de condiciones de carga, y en
condiciones normales, el cartílago articular soporta poco desgaste. El mínimo desgaste del
cartílago normal asociado con variadas cargas indica que los sofisticados procesos de lubricación
están funcionando dentro de la articulación y dentro de y sobre la superficie del tejido.
• Las superficies lubricadas tipo barrera tienen coeficientes de fricción de uno o dos órdenes de
magnitud superior que las superficies lubricadas por el tipo película-fluido sugiriendo que las
articulaciones sinoviales están lubricadas al menos en parte, por el mecanismo de película-fluido.

• LUBRICACIÓN PELÍCULA-FLUIDO
Es una delgada película de lubricante que causa una separación de la superficie de carga. La
carga sobre esta superficie se soporta por la presión que se desarrolla en esta película de fluido. El
espesor de la película fluido asociada con las superficies de carga de ingeniería es normalmente
menor de 20µm.
La lubricación de la película-fluido requiere un espesor mínimo de la película-fluido para exceder
tres veces la dureza de la superficie estadística combinada del cartílago. Sin la lubricación película-
fluido no es realizable debido a la carga pesada y prolongada, la geometría incongruente del
espacio, el movimiento lento de la articulación recíproca, o la baja viscosidad del líquido sinovial,
debe existir la lubricación de barrera.

• LUBRICACIÓN DE BARRERA
Durante la función de la articulación diartrodia se produce el movimiento relativo de las superficies articulares. En la
lubricación de barrera, las superficies están protegidas por una capa adsorbida de lubricante de barrera, que
previene el contacto directo superficie a superficie y elimina la mayoría del desgaste articular.
La lubricación de barrera es esencialmente independiente de las propiedades físicas tanto del lubricante como del
material de la superficie de carga, en vez de depender casi completamente de las propiedades químicas del
lubricante. En las articulaciones sinoviales, una glicoproteína específica la “lubricina” parece ser el constituyente del
líquido sinovial responsable de la lubricación de barrera. La lubricina es adsorbida como una monocapa
macromolecular para cada superficie articular.

• LUBRICACIÓN DE MIXTA
En las articulaciones sinoviales, pueden ocurrir situaciones en las que el espesor de la película-fluido es del mismo
orden que la aspereza media de la superficie articular. Durante tales situaciones, la lubricación en barrera entre las
asperezas puede entrar en juego.
Si esto ocurre un modo mixto de lubricación está operando, con la carga de la superficie articular mantenida por la
presión película-fluido en áreas de no contacto y por el lubricante de barrera lubricina en las áreas de contacto de
aspereza.
En este modo de lubricación mixta es probable que la que la mayoría de la fricción se genera en las áreas
lubricadas de barrera mientras que la mayoría de la carga es soportada por la película-fluido.

DESGASTE DEL CARTÍLAGO ARTICULAR
El desgaste se refiere a la retirada no deseada del material de las superficies sólidas por a acción
mecánica. El desgaste articular puede ocurrir por dos componentes:
• El desgaste interferencial: que resulta de la interacción de las superficies de carga, esto quiere
decir que las superficies articulares entran en contacto directo sin ser separadas por una barrera
de lubricación. Este puede ocurrir de dos maneras: adhesión este aparece cuando los fragmentos
de las superficies articulares se adhieren entre sí y son arrancados durante el movimiento. Y el
desgaste abrasivo que ocurre cuando un material blando es raspado por una más duro. El
desgaste adhesivo y abrasivo puede tener lugar en una articulación sinovial alterada o
degenerada.
• El desgaste de fatiga: que resulta de la deformación bajo carga, esto se refiere a la acumulación
de daño microscópico dentro del material de soporte de la carga bajo solicitación repetitiva.

HIPÓTESIS SOBRE LA BIOMECÁNICA DE LA
DEGENERACIÓN DEL CARTÍLAGO
El cartílago articular tiene solo una limitada capacidad de reparación y regeneración, y si se somete a un rango
anormal de solicitaciones puede experimentar rápidamente el colapso total, la progresión del colapso se relaciona
con:
• La magnitud de las solicitaciones impuestas
• El número total de picos de solicitación mantenidos
• Los cambios en la estructura molecular intrínseca y microscópica de la matriz colágeno-pg
• Los cambios en la propiedad mecánica intrínseca del tejido
La laxitud es el factor más importante para que ocurra el colapso de la red de colágeno que permite la expansión
anormal del PG y así se produce la tumefacción tisular, también se asocia la disminución en la rigidez de cartílago y
un aumento en la superficie articular que finalmente se extenderá a través de la entera profundidad del cartílago.

BIOMECÁNICA DEL MÚSCULO
• L Ser humano es un sistema locomotor que constituye
una estructura que desde un punto de vista mecánico,
está compuesto por unidades contráctiles que son los
músculos, los cuales ejercen fuerza de tracción
mediante cuerdas que son los tendones sobre un
sistema de palancas articuladas que son los huesos y
las articulaciones.
• Están formados por fibras musculares, que en
definitiva son células especializadas que responden a
impulsos nerviosos (voluntarios o involuntarios), debido
a lo cual se contrae o se acorta produciendo el
movimiento.

Los músculos esqueléticos están formados por fibras
musculares estriadas que se organizan de la siguiente
manera:
• Cada fibra muscular está rodeada por una fina
membrana de tejido conjuntivo denominada endomisio.
• Varias fibras se agrupan en manojos denominados
fascículos musculares. Cada fascículo está rodeado por
una capa de tejido conjuntivo denominada perimisio.
• El conjunto de los fascículos forman el músculo que, a su
vez, se encuentra rodeado por una envoltura de tejido
conjuntivo llamada epimisio.
Estructura del músculo

TEJIDO MUSCULAR
• El tejido muscular se encuentra conformado por células
precursoras musculares llamados miocitos, la característica
principal de estas células se da por la contractibilidad
que presentan bajo el efecto del sistema nervioso u
hormonas estimulantes como la oxitocina.
• En todas las células musculares el aparato contráctil está
formado por el filamento de actina y miosina y también
de otras proteínas.
• Los músculos esqueléticos se contraen como respuesta a
impulsos nerviosos. Estos impulsos viajan por nervios
motores que terminan en los músculos.
• La zona de contacto entre un nervio y una fibra muscular
estriada esquelética se conoce como unión
neuromuscular o placa motora.
•
Unión neuromuscular

FUNCIONES DEL SISTEMA MUSCULAR
Las principales funciones del sistema muscular son:
• El movimiento del cuerpo (locomoción).
• Producción de calor.
• El mantenimiento de la postura.
• Protección de los órganos internos.
• Reserva de energía

CLASIFICACIÓN DEL TEJIDO MUSCULAR
• Existen distintas formas de clasificar al tejido muscular,
algunas de ellas son por la disposición de sus fibras y función
interna del cuerpo:

MÚSCULOS LISO:
El musculo visceral o involuntario está compuesto
de células con forma de huso con un núcleo central,
que carecen de estrías transversales aunque
muestren débiles estrías longitudinales.
El estímulo para la contracción de los músculos lisos
esta mediado por el sistema nervioso vegetativo.
El musculo liso se localiza en la piel, órgano
interno, aparato reproductor, grande vasos
sanguíneos y aparato excretor.
Músculo Liso

MÚSCULO ESQUELÉTICO O ESTRIADO:
• Este tipo de musculo está compuesto por fibras
largas rodeadas de una membrana celular, el
sarcolema. Las fibras son células alargadas
que contienen muchos núcleos y en las que se
observa con claridad estrías longitudinales y
transversales. Controlado por el sistema
nervios autónomo
• Los músculos estriados están formados por
haces de células muy largas (30 cm), cilíndricas
y plurinucleadas, llamadas fibras musculares
Músculo Esquelético

MÚSCULO CARDIACO:
Las células presentan estriaciones longitudinales y
transversales imperfectas difieren del músculo esquelético
sobre todo en la posición central de su núcleo y en la
ramificación e interconexión de las fibras.
El músculo cardiaco carece de control voluntario. Esta
inervado por el sistema nervioso vegetativo, aunque los
impulsos procedentes de él solo aumentan o disminuyen su
actividad sin ser responsables de la contracción rítmica.
El mecanismo de la contracción cardiaca se basa en la
generación y transmisión automático de impulsos.
Músculo Cardiaco

ESTRUCTURA DE LA FIBRA MUSCULAR
El músculo esquelético se puede disociar
fácilmente en un conjunto de elementos (fibras
musculares) que son las unidades anatómicas del
tejido.
En la estructura de una fibra muscular se pueden
distinguir el sarcolema, el sarcoplasma, retículo
sarcoplásmico, las miofibrillas y los núcleos.
Fibra Muscular

SARCOLEMA O MEMBRANA MUSCULAR
Se encuentra formado por la membrana celular
típica (plasmalema) y una lámina basal externa
formada por glucoproteínas. Presenta una serie de
invaginaciones, denominados túbulos t, que se
prolongan hasta situarse en estrecha relación con el
retículo endoplasmático.
Se localizan en el límite entre las bandas a y las
bandas i de las miofibrillas, existiendo por tanto dos
en cada sarcómero.
Sarcolema

SARCOPLASMA
• Difiere únicamente del de otras células por la
presencia en él de una proteína con capacidad
de fijar el oxígeno transportado por la sangre
(mioglobina) y que confiere a la fibra su
característica coloración roja. La fibra muscular,
además, tiene capacidad de almacenar
hidratos de carbono en forma de glucógeno.
Sarcoplasma

MIOFIBRILLAS
Son unas finas estructuras cilíndricas (1 micra de
diámetro) de naturaleza proteica y son los elementos
responsables de la contracción muscular.
Están dispuestas paralelamente al eje longitudinal de
la fibra, a la cual recorren de punta a punta,
uniéndose finalmente al sarcolema.
• Fibras delgadas de actina
• Fibras gruesas de MIOSINA
Miofibrillas

RETÍCULO SARCOPLASMÁTICO
• Es el principal almacén de calcio intracelular en
el músculo estriado y participa de forma
importante en la regulación del proceso
acoplamiento excitación-contracción en el
músculo esquelético y cardíaco, regulando las
concentraciones intracelulares de calcio durante
la contracción y la relajación muscular.
Retículo Sarcoplásmatico

COMPONENTES DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR
• Cada fibra muscular está compuesta de decenas
de miles de miofibrillas que se pueden contraer,
relajar y elongar. Las miofibrillas están
formadas por millones de bandas denominadas
sarcómeros.
•
• Cada sarcómero está formado por filamentos
delgados y gruesos llamados miofilamentos que
están formados por proteínas contráctiles,
fundamentalmente actina y miosina
Componente de la fibra muscular

SARCÓMERO
Las miofibrillas están divididas en una serie de unidades
repetidas longitudinalmente llamadas sarcómeros, estas
subunidades se alinean perfectamente a lo largo de la
miofibrilla. Cada sarcómero tiene una longitud media de 2
μ, y está delimitado por unas regiones conocidas como
discos Z.
El sarcómero de una miofibrilla es la unidad funcional del
músculo estriado.
Extendiéndose en ambas direcciones desde los discos z, hay
numerosos miofilamentos delgados que se intercalan entre
los miofilamentos gruesos.
La disposición intercalada de estos filamentos da lugar a la
aparición de unas bandas o segmentos de diferente
coloración al microscopio.
Estructura del Sarcómero

MIOFILAMENTOS DEL SARCÓMERO
• MIOSINA
• ACTINA
• MOLÉCULAS DE TROPONINA
• MOLÉCULAS DE TROPOMIOSINA
Miofilamentos del Sarcómero

ACTINA
Los miofilamentos finos están formados por una proteína
denominada actina, es una proteína globular que se denomina
actina G.
Estas moléculas se polimerizan en número de hasta 400, para
formar dos hileras fibrosas o cadenas trenzadas entre sí, dando
lugar a la actina fibrilar o actina f.
Formando parte de estos filamentos se encuentran otras proteínas:
• La tropomiosina, y cerca del extremo de la tropomiosina se
encuentra un complejo proteico, llamado troponina y formado
por tres subunidades,
• Troponina C, capaz de unir iones calcio,
• Troponina T que se une a la tropomiosina
• Troponina I que tiene una función inhibidora o bloqueadora
sobre la actina.
Formación de Actina

MIOSINA
Los miofilamentos gruesos están formados por una
proteína denominada miosina.
La molécula de miosina está formada por dos cadenas
polipeptídicas enrrolladas entre sí y tiene forma de palo
de golf o bastón.
En ella se pueden distinguir varias partes:
Meromiosina pesada o globular, con dos partes la cabeza
(S1) y el cuello o (S2).
Meromiosina ligera, cola (s3).
Las colas de las diferentes moléculas se empaquetan
juntas constituyendo el eje central o armazón del
miofilamento grueso y las cabezas y cuellos se disponen
sobresaliendo en disposición helicoidal, cada cabeza
forma un ángulo de 60° alrededor de la circunferencia
del miofilamento.
Formación de Miosina

CLASIFICACIÓN DE LOS MÚSCULOS
• Según su forma se clasifican en:
Músculo largo: predomina la longitud por encima de las dos otras dimensiones. Se encuentran
principalmente en las extremidades.
Músculo plano: predominan dos dimensiones, a excepción del grosor. Se encuentran principalmente
en el tronco, cuello y abdomen.
Músculos cortos: son cúbicos, ninguna dimensión predomina. Se encuentran alrededor de la columna
vertebral.
Músculos según su forma (Largo, plano y corto)

SEGÚN SI MORFOLOGÍA SE CLASIFICAN EN:
• Unipenniformes: son aquellos músculos cuyas fibras
musculares salen del lado de un tendón, estas fibras
intentan seguir el sentido longitudinal del tendón de origen,
haciéndolo diagonalmente, y entre las propias fibras
paralelamente. Puede decirse que se asemejan a la forma
de media pluma.
• Bipenniformes: son aquellos músculos cuyas fibras
musculares salen de un tendón central, estas fibras intentan
seguir el sentido longitudinal del tendón central, haciéndolo
diagonalmente, y entre las propias fibras paralelamente.
Puede decirse que se asemejan a la forma de una pluma.
• Multipenniformes: son aquellos músculos cuyas fibras salen
de varios tendones, los haces de fibras siguen un
organización compleja dependiendo de las funciones que
realizan, por ejemplo el deltoides.

SEGÚN SU NÚMERO DE VIENTRES
• Monogástrico: un solo vientre.
(Ej: braquial anterior)
• Digástrico: dos vientres.
(Ej: digástrico del cuello)
• Poligástrico: más de dos vientres.
(Ej: cuadriceps)

SEGÚN LA ACCIÓN EN EL TRABAJO MECÁNICO:
• Agonistas.- Son aquellos músculos que siguen la misma dirección o van a ayudar o a realizar el
mismo movimiento.
• Músculo antagonista.- Son aquellos músculos que se oponen en la acción de un movimiento.
Cuando el agonista se contrae, el antagonista se relaja.
• Sinergista.- Es como un agonista, ayuda indirectamente a un movimiento.

SEGÚN SUS FIBRAS CONTRÁCTILES:
• Músculos con fibras de tipo i.- Son fibras rojas, usan más la energía oxidativa, son de menor
velocidad por lo cual son más resistentes.
• Músculos con fibras de tipo ii.- Son fibras blanquecinas, usan más la glucosa como energía, son
más rápidas pero fatigables.

SEGÚN SU INERVACIÓN:
• Voluntarios:
Inervados por el sistema nervioso somático.
• Poseen una contracción potente, rápida y brusca, si así se precisa.
• Son músculos de acción rápida
• Ejemplo: músculos de los miembros
• Involuntarios:
Inervados por el sistema nervioso autónomo.
• Suelen constituir las paredes de las vísceras, del aparato respiratorio y del aparato circulatorio.
• Estos músculos poseen una contracción y una relajación lentas.
• Ejemplo: el corazón

PROPIEDADES DE LOS MÚSCULOS
Los músculos presentan cuatro propiedades características:
• Excitabilidad
• Contractibilidad
• Elasticidad
• Tonicidad

EXCITABILIDAD
• Propiedad también conocida como irritabilidad
es la propiedad para reaccionar ante los
estímulos físicos, químicos, mecánicos que al
actuar a al excitar a las células, motiva en ellas
una determinada reacción.
• La reacción o respuesta de las fibras
musculares ante los estímulos casi siempre en
una contracción.

CONTRACTIBILIDAD
• Es la propiedad que tienen las fibras musculares
para contraerse o acortarse cambiando de
forma.
• La contracción puede ser voluntaria como la de
los músculos esqueléticos o involuntaria propia
de los músculos lisos y cardiacos.
El musculo cambia de forma durante la
contracción sin embargo su volumen permanece
igual.

ELASTICIDAD
• Es la propiedad que tienen los
músculos de recuperar su forma
original cuando ésta ha cambiado por
acción de una contracción, tracción o
comprensión.

TONICIDAD
• Es la propiedad que
tienen todos los
músculos de estar
siempre
semicontaridos.

TIPOS DE CONTRACCIÓN MUSCULAR
• Contracción isométrica: es cuando el musculo se contrae
y su longitud no varía.
• Contracción isotónica: el músculo cambia su longitud,
pero mantiene constante la fuerza que ejerce durante
toda la contracción.
• Contracción concéntrica: es cuando la fuerza muscular es
superior a la resistencia ya que el musculo se acorta y
desarrolla una tensión capaz de superar la resistencia.
• Contracción excéntrica: es cuando la fuerza muscular es
inferior a la resistencia y el musculo se alarga y
desarrolla una tensión que no es capaz de superar la
resistencia.

• Contracción auxotonica: durante esta
contracción varia la longitud y la fuerza
• Contracción a isocinética: el movimiento, sería
aquella en la que la velocidad y la intensidad
se mantienen constantes a lo largo de todo el
movimiento.

• BIBLIOGRAFÍA
• NORDIN, MARGARETA; FRANKEL, VÍCTOR H. “BIOMECÁNICA BÁSICA DEL SISTEMA MUSCULOESQUELÉTICO”. TERCERA EDICIÓN. EDITORIAL MAC
GRAW – HILL, INTERAMERICANA. ESPAÑA. 2004
• STEWART TD, MAY RM. BASIC BIOMECHANICS OF HUMAN JOINTS: HIPS, KNEES AND THESPINE. CURRORTHOPAED 2006; 20: 23-31.
• MILLARES. RODRIGO, C. “BIOMECÁNICA CLÍNICA DEL APARATO LOCOMOTOR”. EDITORIAL LIBERDÚPLEX, S.L. BARCELONA. 2000
• FRUMENTO. A. “BIOFÍSICA”. TERCERA EDICIÓN. EDITORIAL: INTERMÉDICA. BUENOS AIRES. 1995
• LATORRE. R. “BIOFÍSICA Y FISIOLOGÍA CELULAR”. EDICIÓN UNICA. EDITORIAL: UNIVERSIDAD DE SEVILLA. SEVILLA. 1996.
• GUYTON Y HALL. “FISIOLOGÍA MÉDICA”. 12VA EDICIÓN. EDITORIAL: ELSEVIER SAUNDERS. BARCELONA. 2011
• WEBGRAFÍA
• HTTP://WWW.SMO.EDU.MX/CONSULTA/DESCARGAS/ESQUEMA_ESTRUCTURA_DELHUESO.PDF
• HTTP://WWW.CONGANAT.ORG/IICONGRESO/CONF/018/BIOMEC.HTM
• HTTP://OCW.UNICAN.ES/CIENCIAS-DE-LA-SALUD/FISIOLOGIA-GENERAL/MATERIALES-DE-CLASE-1/BLOQUE-II/TEMA%2010-BLOQUE%20II-
FISIOLOGIA%20DEL%20MUSCULO.PDF
• HTTP://WWW.FELIPEISIDRO.COM/CURSO_DIRECCION_PROGRAMAS_FITNESS/ANATOMIA_Y_FISIOLOGIA/3.1_ESTRUCTURA_MUSCULAR.PDF

Biomecanica hueso, cartilago y musculo

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

En vedette

En vedette (9)

Similaire à Biomecanica hueso, cartilago y musculo

Similaire à Biomecanica hueso, cartilago y musculo (20)

Biomecanica hueso, cartilago y musculo