BIOMECÂNICA DO IMPACTO

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Joana Aldeia Gesser
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1 Biomecânica da Lesão na Coluna Vertebral: A coluna vertebral é formada por um conjunto de 24 vértebras das quais: 7 são designadas por vértebras cervicais (C1-C7) e localizam-se na região superior da coluna. 12 são designadas por vértebras torácicas (T1-T12) e localizam-se na região dorsal da coluna. 5 são designadas por vértebras lombares (L1-L5) e localizam-se na região lombar da coluna. Existem ainda mais 5 vértebras (S1-S5) rigidamente ligas que formam o osso sacro. Em conjunto com o cóccix estas vértebras formam a parte inferior da coluna. Coluna Vertebral

12 são designadas por vértebras torácicas (T1-T12) e localizam-se na região dorsal da coluna.

2 Biomecânica da Lesão na Coluna Vertebral: As lesões na coluna vertebral, com origem em acidentes de viação, são normalmente agrupadas em lesões na coluna cervical e em lesões na coluna torácico-lombar. Atendendo às funções de suporte e transmissão nervosa, as lesões infligidas na coluna vertebral têm grande potencial de provocar incapacidades permanentes, tais como a para- e tetraplegia e também paralisias parciais ou totais (i.e., perda de sensibilidade, movimento ou ambos). Por estes motivos, a investigação científica na protecção da coluna vertebral reveste-se de particular importância, sendo uma das áreas críticas da investigação mundial. Simulação Computacional de Impacto Frontal (Modelo de Corpos Múltiplos 3D)

Atendendo às funções de suporte e transmissão nervosa, as lesões infligidas na coluna vertebral têm grande potencial de provocar incapacidades permanentes, tais como a para- e

3 As lesões na parte superior da coluna cervical e em particular as que ocorrem na articulação crânio-vertebral (também designada por atlanto-occipital por ligar o atlas ou C1 aos condílos occipitais) são consideradas como sendo mais graves e de maior risco de vida que as que ocorrem a níveis inferiores. Um seccionamento total ou parcial da medula espinal nesta zona conduz a deficiências muito graves e incapacitantes como a paraplegia e no pior cenário a morte. Coluna Cervical Representação esquemática das 7 vértebras cervicais (C1-C7)

4 A articulação crânio-vertebral permite movimentos de flexão, extensão e flexão lateral, mas não permite torção. As lesões mais frequentes nesta articulação são deslocações que ocorrem devido a torções axiais ou forças de corte (transversais), que ultrapassam o seu valor limite de tolerância. Forças de compressão podem levar à fractura do arco do atlas em duas ou quatro secções (fractura de Jefferson). RM do Atlas Fractura do Atlas (fractura de Jefferson). Mecanismo de Lesão do Atlas Fractura por compressão do Atlas em 4 fragmentos (fractura de Jefferson)

$Forças de compressão podem levar à fractura do arco do atlas em duas ou quatro secções (fractura de Jefferson).$

5 A hiperflexão do pescoço pode provocar a fractura da apófise odontóide (ou dente do axís) também designadas por fracturas odontóides. As fracturas do odontóide caracterizam-se em três tipos diferentes: Tipo I Fractura da extremidade do odontóide. Tipo II Fractura na base do odontóide (é o tipo mais comum). Tipo III Fractura do odontóide e corpo do áxis. Fracturas do Odontóide Classificação Tipo I Tipo II Tipo III Fractura do Odontóide RX plano sagital Fractura do Odontóide RX plano AP Fractura do Odontóide RM plano AP

Tipo II Fractura na base do odontóide (é o tipo mais comum). Tipo III Fractura do odontóide e corpo do áxis.

6 A hiperextensão do pescoço associada a esforços de compressão pode levar ao aparecimento de fracturas nos arcos do axís (ou C2) também designadas por fractura do enforcado (por semelhança às sofridas nessa situação). Fractura do Áxis (fractura do enforcado) RX plano sagital Fractura do Áxis (fractura do enforcado) RX plano sagital

$Fractura do Áxis (fractura do enforcado) RX plano sagital Fractura do Áxis (fractura$

7 Em acidentes de viação (com ou sem ocorrência de contacto directo da cabeça com o interior da viatura), as cargas transmitidas ao pescoço tem geralmente um carácter composto, produzindo-se conjuntamente forças axiais, transversais e de flexão. Deste mecanismo de lesão composto salientam-se os seguintes modos de lesão: Lesão por Tracção-Flexão. Lesão por Tracção-Extensão. Lesão por Compressão-Flexão. Lesões por Compressão-Extensão. Lesões por Flexão Lateral. Tracção-Flexão Tracção-Extensão Compressão-Extenssão Compressão-Flexão

Deste mecanismo de lesão composto salientam-se os seguintes modos de lesão: Lesão por Tracção-Flexão. Lesão por Tracção-Extensão.

8 Lesão por Tracção-Flexão: São o resultado da resposta dinâmica da cabeça de um ocupante com cinto de segurança devido às forças de inércia geradas durante um impacto frontal. Mecanismo de Tracção-Flexão Vai haver uma flexão da coluna cervical acompanhada ao mesmo tempo por uma tracção axial. Para valores de desaceleração acima dos 40g, existe forte probabilidade de haver uma separação dos discos intervertebrais da articulação crânio-vertebral e da atlanto-axial. Pode ocorrer deslocamento vertebral, ruptura de ligamentos e seccionamento parcial ou total da espinal medula. Deslocamento Vertebral com ruptura de ligamentos e discos

Para valores de desaceleração acima dos 40g, existe forte probabilidade de haver uma separação dos discos intervertebrais da articulação crânio-vertebral e da

9 Lesão por Tracção-Extensão: A lesão por mecanismos de tracção-extensão mais comum é designada por whiplash ou chicotada e ocorre em impactos pela retaguarda. Tracção-Extensão Na sua forma moderada surgem dores musculares no pescoço devido a extensão excessiva dos tecidos e também em alguns casos nos ombros e braço, dores de cabeça, tonturas e paralisia local. Lesão por Whiplash

Tracção-Extensão Na sua forma moderada surgem dores musculares no pescoço devido a extensão

10 Lesão por Tracção-Extensão: Nos casos mais severos este movimento pode provocar ruptura do corpo antero-superior das vértebras cervicais ou alternativamente uma separação dos discos intervertebrais. Tracção-Extensão As lesões mais graves ocorrem quando há impacto do queixo no painel de instrumentos ou a testa no para-brisas, podendo nestes casos também ocorrer fractura dos arcos do áxis (fractura do enforcado). Lesão por whiplash ou golpe de coelho. (Casos mais severos)

$para-brisas, podendo nestes casos também ocorrer fractura dos arcos do áxis (fractura do enforcado).$

11 Lesão por Compressão-Flexão: Resulta da aplicação de uma força na cabeça (no seu quadrante antero-superior) quando esta se encontra flectida. Compressão-Flexão Deste tipo de mecanismo resultam frequentemente fracturas em cunha das vértebras na sua região anterior (wedge fractures). Fractura em cunha com ou sem deslocamento e ruptura de ligamentos e discos intervertebrais Fractura em cunha devido a esforços de compressão-flexão

$Compressão-Flexão Deste tipo de mecanismo resultam frequentemente fracturas em cunha das vértebras na sua$

12 Lesão por Compressão-Flexão: Nos casos mais severos, para valores muito elevados de forças transmitidas, surgem fracturas fragmentadas das vértebras (burst fractures) ou em cunha com ruptura de ligamentos e consequente deslocação vertebral. Compressão-Flexão Fractura vertebral fragmentada RX de uma fractura vertebral fragmentada (burst fracture). Fractura vertebral fragmentada devido a esforços de compressão-flexão muito elevados existe um esmagamento seguido de fragmentação da vértebra

$Compressão-Flexão Fractura vertebral fragmentada RX de uma fractura vertebral fragmentada (burst fracture).$

13 Lesões por Compressão-Extensão: Resultam, por exemplo, de um impacto frontal no qual o pescoço se encontra em extensão (a força de compressão ocorre devido à inércia da cabeça). Compressão-Extensão Pode resultar em fractura de uma ou mais apófises vertebrais, assim como lesões simétricas nos pedúnculos, lâminas e apófises articulares. Lesões por Flexão Lateral: Neste tipo de situações ocorre uma flexão lateral ou oblíqua do pescoço em conjunto com um carregamento axial. As fracturas quando ocorrem são laterais e em cunha no corpo e elementos laterais das vértebras. Fractura das apófises posterior e transversais

$Compressão-Extensão Pode resultar em fractura de uma ou mais apófises vertebrais, assim como lesões simétricas nos pedúnculos, lâminas e apófises$

14 Resposta Mecânica do Pescoço A resposta mecânica da coluna cervical é quantificada pela quantidade de rotação da cabeça em torno do tórax e do momento flector medido nos condilos occipitais. As figuras mostram os corredores de momento obtidos em voluntários para flexão, extensão e flexão lateral da coluna cervical. a) b) c) Corredores de resposta mecânica do pescoço em função do ângulo rodado a) Flexão b) Extensão c) Flexão lateral)

As figuras mostram os corredores de momento obtidos em voluntários para flexão, extensão e flexão lateral da

15 Avaliação do Potencial de Lesão no Pescoço O critério de lesão mais utilizado para avaliar o potencial de lesão no pescoço é o Nij ou Neck Injury Criterion. O Nij calcula-se da seguinte forma: N F F z ij = + M y int M int Nij <1.0 para estar dentro do limite de tolerância. Critério de Lesão no Pescoço - N ij Zona de tolerância

O Nij calcula-se da seguinte forma: N F F z ij = + M y int M int Nij <1.

16 Mecanismos de Lesão na Coluna Torácica e Lombar Os primeiros estudos científicos relativos à análise dos mecanismos de lesão na coluna torácico lombar tiveram como motivação o problema da ejecção de pilotos de aviões militares. Concluíram que o valor máximo para a aceleração de ejecção não deveria exceder os 20g. Em acidentes de viação as lesões na coluna torácica e lombar são menos frequentes. No entanto, existem casos em que ocorrem dores nesta região da coluna ou, em casos mais severos, fracturas em cunha das vértebras torácicas e lombares com (ou sem) deslocação devido a ruptura de ligamentos. São diagnosticadas paraplegias caso haja disrupção da espinal medula. Coluna Torácico-Lombar com indicação das curvaturas

$No entanto, existem casos em que ocorrem dores nesta região da coluna ou, em casos mais severos, fracturas em cunha das vértebras torácicas e lombares com (ou sem) deslocação devido a$

17 Mecanismos de Lesão na Coluna Torácica e Lombar Fracturas de vértebras torácicas ou lombares têm sido reportadas em ocupantes dos bancos traseiros de veículos automóveis (especialmente crianças) que utilizem cintos de segurança de 2 apoios. Estas fracturas são as chamadas fracturas de Chance induzidas pelo cinto de segurança que em impactos frontais tem tendência a subir e a penetrar no abdómen, comprimindo os órgãos internos aproximando-se da coluna vertebral à medida que esta flecte devido à desaceleração. Fractura de Chance Rx de uma Fractura de Chance

$Estas fracturas são as chamadas fracturas de Chance induzidas pelo cinto de segurança que em impactos frontais tem tendência a subir e a$

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