BIOMECÂNICA BIOMECÂNICA INTERNA. Prof. Kelser de Souza Kock.

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1 BIOMECÂNICA BIOMECÂNICA INTERNA Prof. Kelser de Souza Kock

2 Biomecânica óssea Biomecânica articular Biomecânica do músculo esquelético

3 Biomecânica do osso Material complexo bifásico Sais minerais inorgânicos Dureza e rigidez Matriz orgânica de colágeno e substâncias de bases Flexibilidade e maleabilidade

4 Biomecânica do osso Microscopicamente Sistema haversiano Camadas concêntricas de matriz mineralizada circundando um canal central contendo vasos sanguíneos e fibras nervosas

5 Biomecânica do osso Sistema haversiano

6 Biomecânica do osso

7 Biomecânica do osso Macroscopicamente Ossos corticais Alta densidade Ossos esponjosos Densidade variável

8 Biomecânica do osso

9 Biomecânica do osso

10 Biomecânica do osso

11 Biomecânica do osso

12 Biomecânica do osso Tração / Compressão Deformação Módulo de elasticidade (Young)

13 Biomecânica do osso Módulo de elasticidade (Young) compressão Material Módulo de Young (10 10 Pa) Alumínio 7 20 Cobre Granito 5 20 Aço Fêmur / Úmero 0,94 16,7 vértebra 0,0088 0,19 Disco intervertebral 0,0011 1,10 Limite de ruptura (10 7 Pa)

14 Biomecânica do osso Módulo de elasticidade (Young) Exemplo Estudos com ossos humanos demonstram que para deformações menores que 0,5 % eles se comportam elasticamente. Calcule a força de compressão no limite elástico do: a) Fêmur (área transversa = 6,5 cm 2 ) b) Úmero (área transversa = 3,0 cm 2 ) E para fratura? Como seria esse cálculo?

15 Biomecânica do osso

16 Biomecânica do osso Material anisotrópico, exibindo diferentes propriedade mecânicas quando exposto a cargas em diferentes direções. O osso maduro é mais forte e rígido em compressão.

17 Biomecânica do osso

18 Biomecânica do osso

19 Biomecânica do osso A maioria das fraturas são produzidas por uma combinação de vários modos de cargas

20 Biomecânica do osso

21 Biomecânica do osso O osso vivo fadiga quando a frequência de carga impede a remodelação necessária para prevenir a falha.

22 Biomecânica do osso O osso remodela-se em respostas às demandas mecânicas ás quais está sujeito. Ele é depositado onde é preciso e é absorvido onde não é preciso

23 Biomecânica do osso

24 Biomecânica do osso O comportamento mecânico de um osso é influenciado por sua geometria

25 Biomecânica do osso Com a evolução da idade há uma marcada redução na quantidade de tecido ósseo. Essas mudanças diminuem a rigidez e a resistência óssea.

26 Biomecânica do osso

27 Biomecânica do osso

28 Biomecânica articular Sinartrose (fibrosa)

29 Biomecânica articular Anfiartrose (cartilaginosa)

30 Biomecânica articular Diartrose (sinovial)

31 Biomecânica articular Diartrose (sinovial)

32 Biomecânica articular Diartrose (sinovial)

33 Biomecânica articular Flexibilidade articular ADM permitida em uma articulação ADM ângulo que uma articulação passa da posição anatômica para o limite extremo do movimento de determinado segmento em uma direção específica

34 Biomecânica articular Flexibilidade articular Influências: Formato da superfície óssea Tecido adiposo peri-articular Tensão dos ligamentos e músculos

35 Biomecânica articular Flexibilidade articular Técnicas Alongamento ativo e passivo Alongamento balístico e estático FNP

36 Biomecânica articular Flexibilidade articular Alongamento Minimizar o efeito dos fusos musculares Maximizar o efeito dos OTG

37 Biomecânica articular Flexibilidade articular Localização Órgão Tendinoso de Golgi Dentro dos tendões, próximo da junção musculotendinosa em série com as fibras musculares Fuso Muscular Entremeados entre as fibras musculares e paralelamente a estas Estímulo na tensão muscular no comprimento muscular Resposta - Inibe a elaboração de tensão no músculo alongado - Inicia a elaboração de tensão nos músculos antagonistas Efeito Global Promove o relaxamento no músculo que está desenvolvendo a tensão - Inicia a contração rápida do músculo alongado - Inibe a elaboração de tensão nos músculos antagonistas Inibe o estiramento no músculo que está sendo alongado

38 Biomecânica articular Flexibilidade articular

39 Biomecânica da cartilagem articular

40 Biomecânica da cartilagem articular

41 Biomecânica da cartilagem articular Funções: a área de distribuição de carga Prover superfície de sustentação macia e resistente ao desgaste

42 Biomecânica da cartilagem articular Funções: a área de distribuição de carga Prover superfície de sustentação macia e resistente ao desgaste

43 Biomecânica da cartilagem articular Material multifásico Colágeno Fluidos íons

44 Biomecânica da cartilagem articular Propriedades biomecânicas Matriz sólida Resistência friccional do fluido intersticial através dos poros permeáveis da matriz sólida Ambos: nível de pressurização, capacidade de sustentar carga e lubrificação do tecido

45 Biomecânica da cartilagem articular

46 Biomecânica da cartilagem articular Lesões Interrupção da capacidade normal do fluido em sustentar cargas e lubrificar o tecido. Fator primário na etiologia da OA

47 Biomecânica dos tendões e ligamentos Estrutura

48 Biomecânica dos tendões e ligamentos Estrutura

49 Biomecânica dos tendões e ligamentos Tendões e ligamentos de extremidades são compostos em grande parte por colágeno Força e flexibilidade Ligamentos flava da coluna vertebral tem uma proporção significativa de elastina elasticidade

50 Biomecânica dos tendões e ligamentos

51 Biomecânica dos tendões e ligamentos Tendões Arranjo paralelo das fibras de colágeno Resistência a tensão unidirecional Ligamentos Arranjo desalinhado do colágeno Resistência a tensão em outras direções

52 Biomecânica dos tendões e ligamentos Inserção do ligamento e tendão Mudança de material fibroso a material próximo a densidade óssea (redução de resistência)

53 Biomecânica dos tendões e ligamentos Deformação antes da falha Quando a resistência final é ultrapassada, ocorre falha completa rapidamente e a habilidade de suporte de carga é diminuída substancialmente No tendão in vivo, a atividade normal requer apenas ¼ do estresse máximo

54 Biomecânica dos tendões e ligamentos Tendão Ligamento flava

55 Biomecânica dos tendões e ligamentos Ligamentos Relaxados Tensionados

56 Biomecânica dos tendões e ligamentos A lesão é influenciada pela tensão envolvida e pela secção transversa do tendão ou ligamento

57 Biomecânica dos tendões e ligamentos O comportamento é viscoelástico, ou taxadependente, acontecendo um aumento de força com o aumento da taxa de carga Efeito adicional ocorre na deformação lenta

58 Biomecânica dos tendões e ligamentos

59 Biomecânica dos tendões e ligamentos Alterações no comportamento biomecânico Envelhecimento Declínio nas propriedades mecânicas força e rigidez para resistir a deformação Gravidez, imobilização, diabetes, AIH e AINH, hemodiálise

60 Biomecânica do músculo esquelético Unidade estrutural Fibra muscular

61 Biomecânica do músculo esquelético As fibras são compostas de miofibrilas, alinhadas criando um padrão de banda Cada repetição deste padrão é um sarcômero, a unidade funcional contrátil As miofibrilas são compostas de filamentos finos de proteína actina e filamenos grossos da proteína miosina O citoesqueleto é composto de filamentos elásticos de titina e inelásticos de nebulina

62 Biomecânica do músculo esquelético

63 Biomecânica do músculo esquelético

64 Biomecânica do músculo esquelético Teoria do deslizamento Movimento relativo dos filamentos de actina e miosina passando uns pelos outros A força de contração é desenvolvida pelos movimentos da cabeça da miosina, ou ligações cruzadas, em contato com os filamentos de actina. Troponina e tropomiosina, duas proteínas da hélice de actina, regulam a ação de fazer e desfazer o contato entre os filamentos A chave do mecanismo é íon cálcio, que ativa e desativa e contração

65 Biomecânica do músculo esquelético Unidade motora Um neurônio motor Menor parte do músculo que pode se contrair independentemente Recrutamento = adição de novas unidades motoras devido á maior excitação do nervo motor

66 Biomecânica do músculo esquelético

67 Biomecânica do músculo esquelético Tendões, endomísio, perimísio, sarcolema, epimísio -> componentes elásticos em série e paralelos durante a contração e relaxamento muscular

68 Biomecânica do músculo esquelético Arranjo das fibras

69 Biomecânica do músculo esquelético Direção da forças

70 Biomecânica do músculo esquelético Retardo eletromecânico

71 Biomecânica do músculo esquelético Somação Respostas eletromecânicas do músculo resultantes de estímulos sucessivos Tetania Tensão máxima consequente á somação

72 Biomecânica do músculo esquelético

73 Biomecânica do músculo esquelético Contração Concêntrica Excêntrica Isométrica

74 Biomecânica do músculo esquelético Força Comprimento-tensão Componentes ativos (contráteis) Componentes passivos (elásticos) Carga-velocidade Força-tempo Pré-alongamento Temperatura

75 Biomecânica do músculo esquelético Força Comprimento-tensão Componentes ativos (contráteis) Componentes passivos (elásticos)

76 Biomecânica do músculo esquelético Força Comprimento-tensão (músculos bi-articulares) Insuficiência Passiva Insuficiência Ativa

77 Biomecânica do músculo esquelético Força Carga-velocidade

78 Biomecânica do músculo esquelético Força Força-tempo Pré-alongamento Temperatura

79 Biomecânica do músculo esquelético Energia ATP Fadiga Habilidade insuficiente em sintetizar ATP

80 Biomecânica do músculo esquelético 3 tipos de fibras musculares Tipo I Fibra lenta oxidativa Tipo IIA Fibra rápida oxidativa-glicolítica Tipo IIB Fibras rápidas glicolíticas

81 Biomecânica do músculo esquelético CARACTERÍSTICA TIPO I TIPO II A TIPO II B Velocidade de contração Lenta Rápida Rápida Ritmo de fadiga Lento Intermediário Rápido Diâmetro Pequeno Intermediário Grande Concentração de ATPase Baixa Alta Alta Concentração mitocondrial Concentração das enzimas glicolíticas Alta Alta Baixa Baixa Intermediária Alta

82 Biomecânica do músculo esquelético

83 Biomecânica do músculo esquelético Atrofia / Hipotrofia Desuso Imobilização Hipertrofia Mobilização ativa

84 Referências NORDIN, Margareta; FRANKEL, Victor H.. Biomecânica básica do sistema músculoesquelético. 3. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, p. ISBN X. Número de Chamada: N75 OKUNO, Emico; FRATIN, Luciano. Desvendando a física do corpo humano: biomecânica. São Paulo: Manole, p. ISBN Número de Chamada: O36

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