4- biomecanica de los huesos

BIOMECANICA DE LOS
HUESOS
"La osteología constituye la base de la
anatomía descriptiva y topográfica
porque revela caracteres de clase,
género y especie, es decir, como si cada
función o acto fisiológico dejaran en el
esqueleto huellas profundas de su
manera de ser".
BIOMECANICA DE LOS HUESOS
EL HUESO NECESITA EJERCICIO,
SIN ESTIMULO NO SE ATROFIA, SE DESCALCIFICA
ESTRUCTURA
FUNCION
ECONOMIA: RESISTIR FUERZA MAXIMA CON
MINIMO MATERIAL OSEO
FUNCIONES DEL HUESO
• HOMEOSTASIS MINERAL: Ca P Mg Na
• RECEPTACULO DE ORGANOS HEMATOPOYETICOS
• PROTECCION
• MECANICA SOSTEN
LOCOMOCION
TRANSMISION DE FUERZAS
PALANCAS
ESTRUCTURA ÓSEA
COMPOSICIÓN:
CONSTITUCION:
35%
45 %
Sust. Orgánicas
Sust. Inorgánicas
20 %
H2O
1er Nivel:
2do Nivel:
3er. Nivel:
ORG.INTERNA:
Sust. Fundamental Amorfa,
Fibras de colageno/hidroxiapatita
Elementos celulares
OSTEONA: lminillas concentricas
Compacto/ esponjoso
Tejido compacto - Tejido esponjoso
Tejido reticular, no laminar o fibroso
Periostio y endostio
Médula ósea, vasos y nervios
 ORG. EXTERNA: Largos, Planos y Cortos
Diafisis- Metafisis- Fisis- Epifisis
Según su matriz de orígen
DESARROLLO OSEO
“La morfogenesis se da segun el tipo de matriz,
pero influenciada por las fuerzas ambientales
y las presiones (o tensiones) funcionales”
Matriz funcional:
periostica
capsular
Teorías: genómica o
epigenética
CONFIGURACION EXTERNA
•
•
•
•
Largos
Planos
Cortos
Irregulares
ADAPTACION FUNCIONAL DE LA
ESTRUCTURA EXTERNA
ADAPTACION A LAS FUERZAS ESTÁTICAS Y DINÁMICAS
POSICIÓN, FORMA Y ESTRUCTURA DE LOS HUESOS
• UBICACIÓN: Soportan presiones o tracciones
• CLASIFICACION: Largos (como palancas de movimiento),
Planos (como protectores de órganos) Cortos (para
soportar y transmitir fuerzas)
• FORMA: Huesos tubulares y cuboideos son de caracter
somático, se originan incluidos en una masa de tejido
músculotendinoso.
Huesos planos son de caracter visceral: las visceras
están reforzadas por una cápsula de tejido blando rodeado
por huesos que los protegen.
ESTRUCTURA EXTERNA
DIAFISIS: Cilíndricas soportan mayor presión y son los
característicos del miembro inferior. Triangular soportan
mayor tracción y es el caso de los del miembro superior.
Con torsiones: por accion muscular
EPIFISIS: Accidentes óseos como apófisis, canales, fosas,
orificios, etc. son expresión de las funciones.
Salientes óseos son directamente proporcionales a la
sección de los ligamentos o tendones que en ellas se
insertan
La denervación, ablación muscular, o reinserción de un tendón altera
la forma del hueso
ADAPTACION FUNCIONAL DE LA ESTRUCTURA
INTERNA
Modelo de Cullmann de trabeculas
Fig Radin Cap 2
AG.NUTRICIOS del HUESO
LEYES DEL DISEÑO OSEO
LEYES DE:
 Wolff: MAYOR PRESIONES SOBRE HUESO, ESTIMULA
FORMACION OSEA
 Delpech: MAYOR PRESIONES SOBRE CARTILAGO, INHIBE
CRECIMIENTO
 Jansen: EL DISEÑO INTERNO ES EN DIRECCION DE LAS
PRESIONES FUNCIONALES
 Basset: EN RELACION A LA MAGNITUD DE LAS FUERZAS
FUNCIONALES
 Jones: NO SIEMPRE LA PRESION CONSTANTE ESTIMULA AL
HUESO, A VECES HAY RESORCION OSEA
 Hueter–Volkman: PRESIONES INTERMITENTES ESTIMULAN
EL CRECIMIENTO
LEYES DEL CRECIMIENTO OSEO
Testut Tomo I osteologia gral
Miralles- Miralles 2005
 Leyes de Serres: de la Simetría
de las Eminencias
de las Cavidades
 Leyes de Godín: Puberales
de las Alternancias
de las Proporciones
de las Asimetrías
• Primeros 15 meses crecimiento de craneal a caudal
• Desde 7-8 años crecimiento de caudal a craneal
DISEÑO OSEO
como una viga
EL HUESO
como una columna
SOLICITUDES MECANICAS
DE LOS HUESOS
Fig 3-6
VILADOT
COMPRESION
TRACCION
FLEXION
CIZALLAMIENTO
TORSION
Stress Flexion=
L3 . F. d / J
SOLICITUDES TORSION
Q= L/ J.E
si
J= ∏ . r4 / 2
Entonces: Q = 2L/ ∏ . r4 . E
PROPIEDADES MECANICAS
o VISCOELASTICIDAD (Tiempo y
Veloc. Carga)
o TENACIDAD
(energía total para
RIGIDEZ
fracturar material)
o DUREZA
( resistir deformación
plastica)
o ELASTICIDAD
(Módulo de Young) E= 2T/cm3
Hueso trabecular 75.5 Mpa
Hueso cortical 17 GPa
ELASTICIDAD
(Ley de Hooke)
DIF. LONG= k . F
RESISTENCIA DEL MATERIAL
DEPENDE DE:
• LA CARGA QUE PUEDE RESISTIR ANTES DE
ROMPERSE
• LA DEFORMACION QUE PUEDE SOPORTAR
ANTES DE ROMPERSE
• LA ENERGIA QUE ES CAPAZ DE ALMACENAR
ANTES DE ROMPERSE
RESISTENCIA
• DIFERENCIA ENTRE CORTICAL Y ESPONJOSO (Modulo de
Young del hueso trabecular es 75.5 MPa y 17 GPa en el
cortical)
• MAYOR RESISTENCIA ENTRE 20 Y 40 AÑOS
• EL CORTICAL DISMINUYE 2% c/decada dp 50 AÑOS
• DUCTILIDAD DISMINUYE 5% c/decada
• CURVA EN FUNCION DE LA VELOCIDAD DE APLICACION
DE LA CARGA:
– A MAYOR VELOCIDAD DE APLICACION DE LA CARGA, MAS
RESISTENTE
– SE NECESITA MAS FUERZA PARA ROMPER UN HUESO
BRUSCAMENTE QUE LENTAMENTE
• MAS RESISTENTE A LA COMPRESION LONG.
• MATERIAL ANISOTROPICO
CURVA CARGA / DEFORMACION
(Fitzgerald
DEL HUESO
• Grafico de Fitzgerald pg 143
2004)
Ejemplo aplicación: clavo placa
• FIGURA CURVA Frankel y Burstein fig 91
VISCOELASTICIDAD
VARIACION SEGUN LA VELOC. DE APLICACION DE LA
CARGA
A > VELOCIDAD
> RESISTENCIA
• FIGURA DE FITZGERALD
FACTOR TIEMPO
CURVA DE FATIGA DEL HUESO
EFECTO ACUMULATIVO
• VILADOT FIG 3-7
• PG 49
MECANISMOS PARA DISMINUIR EL
ESFUERZO SOBRE LOS HUESOS
• LAS ARTICULACIONES
• EL CANAL MEDULAR
• LOS MÚSCULOS
HOMEOSTASIS BIOLOGICA
REABSORCION
HUESO
TEJIDO VIVO
APOSICION
FACTORES
Genéticos Nutricios Vitamínicos
Hormonales
Mecánicos
(Piezoelectricidad)
FACTOR PIEZOELECTRICO
• Entorno bioeléctrico de las células esqueléticas es
estímulo morfogenético
• los cambios funcionales de este entorno ocasionan
cambios en sus propiedades bioeléctricas que
constituyen señales morfogenéticas reconocidas por las
células,
• las actividades de la vida diaria originan cambios
eléctricos que permiten la nutrición
• el excesivo reposo reduce la actividad piezoeléctrica
alterándose la nutrición y debilitándose.
• El hueso presenta cargas electricas en determinadas
superficies cuando son sometidos a presiones y
tracciones mecanicas ejercidas perpendicularmente
sobre su eje principal de simetria
CONSOLIDACION Y REMODELACION OSEA
Owen- Viladot- Fitzgerald
• LA HERENCIA NO EXPLICA LA DISPOSICION
TRABECULAR
• ADAPTACION DE TAMAÑO- FORMA Y
ESTRUCTURA A SOLICITACIONES MECANICAS
• PROCESO DE ACTIVACION- FORMACIONRESORCION
• HOMEOSTASIS MECANICA
• FORMACION OSEA (potencial negativo) EN LA
COMPRESION Y RESORCION OSEA (potencial
positivo) EN LA TRACCION
RESUMEN HUESOS
• ELEMENTO COMPUESTO- BIFASICO- POROSIDAD
VARIABLE- ANISOTROPICO VISCOELASTICO
• ESTRUCTURA JERARQUIZADA CON GRAN RESISTENCIA
• FUNCION COMPORTAMIENTO CERRADO: DISTRIBUCION
HOMOGENEA DE FUERZAS Y ECONOMIA DE MATERIAL
• ORGANOS CON ALTO NIVEL METABOLICO Y
PERMANENTE ACTIVIDAD DE REMODELACION