Adaptações do aparelho locomotor à actividade física e à inactividade

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1 Adaptações do aparelho locomotor à actividade física e à inactividade (I) Aula 7 CINESIOLOGIA Jan Cabri / Raul Oliveira 2º ano Adaptação das Estruturas de Tecido Conjuntivo Comportamento mecânico Adaptações ao exercício/actividade física Adaptações ao desuso/inactividade/imobilização 1

2 Efeitos da Actividade Física (AF) no Sistema Esquelético Carga Mecânica + movimento Estímulo de natureza mecânica, com determinadas características, capaz de provocar adaptação na(s) estrutura(s) em que actua. Tipos Carga Mecânica Carga de Tensão Carga Mecânica Carga de Corte (ou torção) Carga de Compressão 2

3 Tipos de Cargas Mecânicas TIPOS DE FORÇAS PAR: COMPRESSÃO/TENSÃO 3

4 Carga Mecânica Frequência e duração de aplicação Carga Única Carga Constante Carga Mecânica Carga Cíclica Carga Repetitiva Carga Mecânica + movimento Df Deformação strain Resistência interna stress energia desenvolvida no interior do tecido em resposta à deformação Influência da viscoelasticidade de um tecido que depende da % relativa entre a matriz sólida e o líquido intesticial Tecidos rígidos são mais elásticos Tecidos menos rígidos são mais viscoelásticos 4

5 Carga Mecânica + Movimento Comportamento mecânico das estruturas biológicas Elásticos: Osso A sua resistência interna à deformação cresce linearmente com o nível da deformação e retorna ao estado inicial quando a Força aplicada cessa Carga Mecânica + Movimento Comportamento mecânico das estruturas biológicas Viscoelásticos: Ligamentos, tendões e cartilagens * A sua resistência interna à deformação não varia linearmente mas exponencialmente com o nível de deformação * depende da velocidade da deformação sendo > qt > velocidade de deformação * devido a maior resistência ao fluxo do líquido intersticial > maior atrito 5

6 Carga Mecânica Influência da Intensidade Actividade Física (AF) Níveis de Intensidade INTENSA MODERADA BAIXA INTENSIDADE 6

7 Propriedades biomecânicas CURVA STRESS/DEFORMAÇÃO Módulo de Elasticidade de Young = Quantidade Stress variação de deformação Esta curva é variável de tecido para tecido, e traduz o perfil biomecânico da estrutura biológica Propriedades biomecânicas CURVA STRESS/DEFORMAÇÃO 1. Fase de orientação 2. Fase elástica 3. Fase plástica Curvas stress deformação 7

8 Curvas stress/strain razão entre resistência interna / grau de deformação deformação elástica 1 2. zona de cedência deformação plástica 3. ponto de falência Carga constante Creep Rápida deformação inicial Deformação da matriz sólida Fibras colagénio e proteoglicanos Deformação lenta e progressiva Exsudação Fluxo do líquido intersticial 8

9 Propriedades biomecânicas HYSTERESIS Raul Oliveira, 2008 Efeitos da Actividade Física nas estruturas do tecido conjuntivo LIGAMENTOS E TENDÕES CARTILAGEM ARTICULAR OSSO 9

10 Tecido Conjuntivo componentes Tecido Conjuntivo componentes 10

11 Efeitos da AF nos ligamentos e tendões Carga Mecânica + movimento > Espessura hipertrofia disposição normal das fibras de colagéneo > resistência à tensão Melhor irrigação Normalização da inervação e sentido de movimento (efeito proprioceptivo) Efeitos da Actividade Física ALTERAÇÕESnas ESTRUTURAS SOLICITADAS Síntese dos componentes da matriz Orientação espacial Propriedades biomecânicas 11

12 Efeitos da Actividade Física LIGAMENTOS E TENDÕES > espessura HIPERTROFIA Alterações na disposição das fibras de colagénio Aumenta a RESISTÊNCIA À TENSÃO Efeitos da redução da carga mecânica nos ligamentos e tendões < Espessura atrofia /alteração na disposição das fibras < resistência à tensão < irrigação e alteração do in put proprioceptivo 12

13 OS EFEITOS DA IMOBILIZAÇÃO NO TECIDO CONJUNTIVO Alteração no comportamento biomecânico i com redução da capacidade d de resistir às forças de tensão, e perda da capacidade de absorção de energia. O ponto de falência é mais baixo, ou seja, forças de stress mais baixas podem causar mais facilmente uma nova lesão. Tecido Cartilagíneo Tipos/ Variedades HIALINA FIBROSA ELÁSTICA 13

14 CARTILAGEM Características ESPESSURA VARIÁVEL (1 a 5/7 mm) Diminui com a idade e mais espessa nas articulações de carga. DEFORMÁVEL AVASCULAR E DE BAIXA TAXA METABÓLICA NÃO INERVADA ALIMENTA SE a PARTIR DO LIQUIDO SINOVIAL POR IMBIBIÇÃO CARTILAGEM FUNÇÕES Transferência de forças entre os ossos Distribuição/absorção de forças Reduzir atrito durante os movimentos 14

15 CARTILAGEM ASPECTOS HISTOLÓGICOS COLAGÉNIO (10 a 30%) elevada resistência à tensão menos capaz deresistir iti às forças de compressão. PROTEOGLICANOS (3 a 10%) Apresentam elevada resistência à compressão. Extremamente comprimidos id pela ti teia de colagénio. CARTILAGEM ASPECTOS HISTOLÓGICOS * Água (60 a 87%) * Componente Célular (5%): Condrócitos a) Variam de tamanho, formato e densidade em função da localização. b) Responsáveis pela síntese/degradação da matriz (Proteoglicanos e Colagénio) 15

16 Propriedades mecânicas da fibra de colagénio Disposição das fibras de colagénio na cartilagem articular 16

17 LIQUIDO SINOVIAL Produzido pela membrana sinovial Responsável pela nutrição da cartilagem IMBIBIÇÃO IMPORTÂNCIA DO MOVIMENTO E CICLO CARGA/DESCARGA Stress e distribuição do fluído na cartilagem articular 17

18 Altura do DIV ganha e perdida ao longo de um ciclo de 24 h Tyrrell, 1985 Spine,10,2:163 18

19 Efeitos da actividade física na cartilagem Carga Mecânica + movimento Cavidade Articular Cartilagem Articular Menisco > nutrição > espessura > área de contacto Líquido Sinovial < pressão/unidade superfície. + deformável > capacidade de absorção de forças 19

20 Efeitos da redução da carga mecânica na cartilagem < nutrição < espessura < área de contacto > pressão/unidade superfície Deformável < capacidade de absorção de forças Efeitos da Actividade Física CARTILAGEM ARTICULAR (CA) Imediatos Temporários Duradouros 20

21 Efeitos Imediatos da AF na CA Determinação da Espessura antes da corrida (A) após a corrida (0, 30 e 60 min) 0 min Espessura 30 min A Tempo 60 min Ekholm, 1955 Efeitos Temporários da AF na CA MOBILIZAÇÃO ARTICULAR Cartilagem articular MELHOR DISTRIBUIÇÃO DAS FORÇAS > espessura + deformável > área de contacto < pressão por unidade de superfície QuickTime and a YUV420 codec decompressor are needed to see this picture. 21

22 Efeitos Duradouros da AF na CA Benéfica AF moderada Carga cíclica Prejudicial AF é intensa Imediatamente após imobilização e/ou ausência de suporte de peso TECIDO ÓSSEO COMPOSIÇÃO 1) Componente celular Osteoblastos e osteoclastos e osteócitos 2) Matriz Orgânica (30 a 40%) Proteoglicanos e fibras de colagénio 3) Matriz Inorgânica (70 a 60 %) Cristaisde hidroxiapatite iapatite (Cálcio e fosfato) 22

23 TECIDO ÓSSEO ESTRUTURA MICROSCÓPICA Osso Esponjoso Trabéculas ósseas com orientação definida forças mecânicas TECIDO ÓSSEO ESTRUTURA MICROSCÓPICA Osso Esponjoso 23

24 TECIDO ÓSSEO ESTRUTURA MICROSCÓPICA Osso Esponjoso Trabéculas ósseas com orientação definida TECIDO ÓSSEO ESTRUTURA MICROSCÓPICA Trabéculas ósseas com orientação definida 24

25 25

26 ADAPTAÇÕES DO TECIDO ÓSSEO Crescimento Modelação Remodelação Reparação /Consolidação Actividade id d física Inactividade/desuso/Ausência da gravidade ADAPTAÇÕES DO TECIDO ÓSSEO CRESCIMENTO: ossos crescem em comprimento e em diâmetro (em comp. ~17/20 anos) em função de factores genéticos, biomecânicos, fisiológicos e ambientais. MODELAÇÃO: aumento da massa óssea (ocorre na idade adulta) mediante actividade fisica moderada eregular 26

27 ADAPTAÇÕES DO TECIDO ÓSSEO REMODELAÇÃO: processo pelo qual a massa óssea é mantida ou diminuída. REPARAÇÃO/CONSOLIDAÇÃO: processo pelo qual o osso é reparado após uma lesão e/ou fractura. REPARAÇÃO/CONSOLIDAÇÃO Propriedades mecânicas do tecido ósseo 27

28 Stress suportado pelo osso cortical Efeitos da Actividade Física OSSO massa óssea conteúdo mineral arquitectura compacto pilares ósseos 28

29 Efeitos da actividade física no osso Carga Mecânica + movimento > Deposição de cálcio > Actividade dos osteoblastos Produção de tecido ósseo > Densidade óssea Efeitos da AF no osso em desenvolvimento Carga Mecânica + movimento > Deposição de cálcio > Actividade dos osteoblastos Produção de tecido ósseo > Densidade óssea 29

30 Efeitos da estimulação mecânica na remodelação do osso adulto 30

31 Efeitos da redução da carga mecânica no osso > Actividade dos osteoclastos > Reabsorção de tecido ósseo < Densidade óssea Osteopénia Atrofia Adaptação do Tecido Ósseo: IMOBILIZAÇÃO 31

32 Carga Mecânica IMOBILIZAÇÃO Redução ou Ausência AUSÊNCIA DA ACÇÃO INACTIVIDADE DA GRAVIDADE 32

33 Bone and Muscle Atrophy ausência de gravidade Muscles and bones atrophy. Bones lose calcium. 7.5 g Calcium lost per month Vitamin D levels go down due to heavy shielding against radiation Tk Takes 3 4 times mission i duration to regain back on Earth. Preventive Measures ausência de gravidade Treadmill Treino de Resistência To minimize these loses astronauts need to work out vigorously every day. Use bungee cords and elastic bands to hold them on and provide resistance. On the Bicylce Ergometer 33

34 LEI de WOLFF Cada mudança na função é seguida por certas mudanças na arquitectura interna e conformação externa do osso. EFEITOS DA IMOBILIZAÇÃO NAS ARTICULAÇÕES Conclusões OS EFEITOS DA IMOBILIZAÇÃO NO TECIDO CONJUNTIVO 1 Alteração do equilíbrio entre a síntese/reabsorção do colagéneo. 2 Aumento da actividade osteoclástica com efeitos nos locais de inserção das estruturas tendinosas e ligamentares. 3 Alterações na matriz extracelular com implicações no comportamento viscoelástico das estruturas imobilizadas. 4 Perda da mobilidade por encurtamentos adaptativos. 34

35 EFEITOS DA IMOBILIZAÇÃO NAS ARTICULAÇÕES Conclusões OS EFEITOS DA IMOBILIZAÇÃO NO TECIDO CONJUNTIVO 5 Alteração significativa no comportamento biomecânico com redução da capacidade de resistir às forças de tensão, e perda da capacidade de absorção de energia. 6 O ponto de falência é mais baixo, ou seja, com forças de stress mais baixas pode causar mais facilmente uma nova lesão. EFEITOS DA IMOBILIZAÇÃO NAS ARTICULAÇÕES Conclusões OS EFEITOS DA IMOBILIZAÇÃO NO TECIDO CONJUNTIVO 7 Tecido imaturo e com uma organização funcional diferente não preparado para as solicitações mecânicas exigidas pela função. 8 Alterações dos padrões sensoriais e neuromotores do movimento (padrões de activação neuromuscular). 35

36 EFEITOS DA IMOBILIZAÇÃO NAS ARTICULAÇÕES Conclusões MEMBRANA SINOVIAL Proliferação de tecido fibroso e adiposo para o espaço articular com formação de aderências CARTILAGEM Aderência de tecido conjuntivo fibroso e adiposo à superfície da cartilagem; ATROFIA da CARTILAGEM e diminuição dos conteúdos de água e proteoglicanos com DIMINUIÇÃO nas suas CAPACIDADES de AMORTECIMENTO de FORÇAS. EFEITOS DA IMOBILIZAÇÃO NAS ARTICULAÇÕES Conclusões OSSO Osteoporose regional + alterações nas linhas de carga LIGAMENTO Mudanças do arranjo paralelo das fibras com diminuição do conteúdo de água e proteoglicanos COMPORTAMENTO VISCOELÁSTICO ALTERADO INSERÇÃO LIGAMENTO fragilização da inserção das fibras ligamentares devido à acção osteoclástica. 36

37 É O MOVIMENTO/FUNÇÃO QUE INVERTE TODO ESTE PROCESSO 37