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09/03/2012
1
BIOMECÂNICA
DO SISTEMA
ÓSSEO
Prof.a Msc.Ana Paula Ribeiro
ASPECTOS BIOMECÂNICOS DO SISTEMA
ÓSSEO
Cerca de 206 ossos no corpo
~ 20 % da massa corporal
Constituição:
• carbonato de cálcio, fosfato de cálcio e minerais (60-
70%)
• colágeno e água (25-30%)
FUNÇÕES MECÂNICAS E FISIOLÓGICAS DOS
OSSOS
MECÂNICAS
• Suporte para o corpo contra forças externas
• Age como um sistema de alavanca para transferir força
• Proteção para os órgãos internos
FISIOLÓGICAS:
• Formar células sanguíneas (hemopoiese)
• Armazenar cálcio (homeostase mineral)
09/03/2012
2
TECIDO ÓSSEO
OSSO: tecido vivo
• O osso é um tecido dinâmico que crescem até a idade
adulta.
• Após a idade adulta, está sob constante remodelamento
• Sofrem modelamento dado um estímulo apropriado
AS PRINCIPAIS PARTES DE UM OSSO LONGO
09/03/2012
3
AS PRINCIPAIS PARTES DE UM OSSO LONGO
AS PRINCIPAIS PARTES DE UM OSSO LONGO
SAGJ
ADAPTAÇÕES DO TECDO ÓSSEO
Crescimento: em comprimento (~20 anos) e em
diâmetro em função de fatores genéticos, biomecânicos,
fisiológicos e ambientais. Equilíbrio entre produção e
reabsorção até 40 anos (mulher), até 60 anos (homem).
• Modelamento e Remodelamento: aumento e
diminuição da massa óssea (ocorre na idade adulta).
• Reparo ósseo: processo pelo qual o osso é
reparado após uma lesão.
09/03/2012
4
CÉLULAS ÓSSEAS
SAGJ
• Osteoblasto - célula óssea responsável pela síntese
de tecido ósseo, produzem as fibras colágenas e a
substância fundamental amorfa, encontrados nas zonas
de proliferação óssea.
• Osteoclasto - célula óssea responsável pela
reabsorção de tecido ósseo, células gigantes que
possuem diversos núcleos.
• Osteócito - osteoblastos envolvidos pela própria
matriz que produziram.
CÉLULAS ÓSSEAS
SAGJ
ADAPTAÇÕES DO SISTEMA ÓSSEO
SAGJ
09/03/2012
5
SAGJ
AUMENTO ÓSSEO COM A CARGA DE PESO
09/03/2012
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SECÇÃO TRANSVERSA DE UMA VERTEBRA
PIEZOELETRICIDADE NO OSSO
• Alguns cristais orgânicos que
compõem o tecido ósseo (Cristais
de hidroxiapatita) podem gerar um
potencial elétrico quando
deformados (BASSETT, 1967).
aplicação de cargas ⇒ produção de
potenciais elétricos ⇒ estimula a
formação óssea
• Compressão - carga negativa - construção
• Tração - carga positiva - reabsorção
• MARINO (1984) correntes elétricas estimulam a
formação de calo ósseo
• BRIGHTON (1981) estimulação elétrica e magnética
estimulam a consolidação de fraturas.
PIEZOELETRICIDADE DO OSSO
09/03/2012
7
Cada mudança na função é seguida por certas
mudanças na arquitetura interna e conformação
externa do osso.
• COLLETTI et al. (1989) - levantadores de peso
aumentam a densidade mineral óssea em locais que
sustentam mais peso: lombar, trocânteres, colo femoral
comparado com as outras estruturas que suportam
menor quantidade de carga.
LEI DE WOLFF
LEI DE WOLFF
Diferentes modalidades ⇒ diferente densidade óssea:
• Fêmur - levantador de peso > arremessador > corredor
> futebol > nadadores (≅ sedentários)
• Estímulo efetivo mínimo que aciona formação óssea.
Se este estímulo for < ⇒ não altera; se for > estimula a
formação óssea .
Corredores (cross-country) apresentam mais massa
óssea quando comparados à sedentários de mesma idade
e peso (Dalin & Olsson, 1974).
• Atletas (mulheres) de nível universitário, apresentam
maior densidade óssea vertebral que o grupo controle
(sedentárias). Na pós-menopausa esta diferença se
acentua.
• Mulheres no período de pós-menopausa, praticantes de
atividade física (1 hora / 3x semanais / 1 ano)
aumentaram sua densidade óssea. Inativas diminuíram
sua densidade no mesmo período (Aloia et al., 1978).
LEI DE WOLFF
09/03/2012
8
SUSAN et al. (1993), comparam atividades que impõem
forças externas (corrida, saltos, dança) com a natação
(forças internas).
– Resultado: Crianças do primeiro grupo apresentaram
maior densidade óssea
• Tempo para adaptação: Após 3 meses de atividade,
corredores não apresentaram ganho significativo da massa
óssea. (Nilsson & Westline, 1971).
LEI DE WOLFF
• Dança X Caminhada: Dança preservou melhor a
integridade óssea de mulheres (pós-menopausa) do que a
caminhada. Ambas as atividades condicionaram
adaptações biopositivas (Zetterberg et al., 1990)
• Soldados: Observa-se grande aumento (5 - 10 %) da
massa óssea de recrutas, após 16 semanas de
treinamento. Grupo apresenta alto índice de lesões ósseas.
• Astronautas apresentam grande excreção de cálcio
através da urina. Após 1 ano de permanência no espaço
(Marte) podem ocorrer perdas de massa óssea da ordem
de 25 % (Raumbaut et al., 1979).
LEI DE WOLFF
Densidade óssea de crianças (12 -13 a) em função
da atividade física
09/03/2012
9
Adaptação do Tecido Ósseo: SEXO
TECIDO ÓSSEO: PROPRIEDADES MECÂNICAS
09/03/2012
10
SAGJ
FATORES QUE INFLUENCIAM NA
RESITÊNCIA ÓSSEA
• Tipo de osso
• Geometria de Aplicação das Forças
• Idade
• Tipo de atividade física
• Sexo
STRESS SUPORTADO PELO OSSO
CORTICAL
Osso trabecular > resistência à tração e < à
compressão
FRATURA POR COMPRESSÃO
09/03/2012
11
• >> proporção de colágeno
• << resistência à compressão
• Alto potencial de remodelagem
• Aumento da
flexibilidade óssea
• >> tolerância à
deformação plástica
TECIDO ÓSSEO DE CRIANÇA
ADAPTAÇÃO DO TECIDO ÓSSEO: IDADE
09/03/2012
12
ADAPTAÇÃO DO TECIDO ÓSSEO: IDADE
ADAPTAÇÃO DO TECIDO ÓSSEO: IDADE
• Indivíduos acamados sofrem severa perda do tecido ósseo (1% /
sem)
• Steady State de perda óssea é atingido após perda da ordem de
30 a 40%
ADAPTAÇÃO DO TECIDO ÓSSEO:
IMOBILIZAÇÃO
09/03/2012
13
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  • 1. 09/03/2012 1 BIOMECÂNICA DO SISTEMA ÓSSEO Prof.a Msc.Ana Paula Ribeiro ASPECTOS BIOMECÂNICOS DO SISTEMA ÓSSEO Cerca de 206 ossos no corpo ~ 20 % da massa corporal Constituição: • carbonato de cálcio, fosfato de cálcio e minerais (60- 70%) • colágeno e água (25-30%) FUNÇÕES MECÂNICAS E FISIOLÓGICAS DOS OSSOS MECÂNICAS • Suporte para o corpo contra forças externas • Age como um sistema de alavanca para transferir força • Proteção para os órgãos internos FISIOLÓGICAS: • Formar células sanguíneas (hemopoiese) • Armazenar cálcio (homeostase mineral)
  • 2. 09/03/2012 2 TECIDO ÓSSEO OSSO: tecido vivo • O osso é um tecido dinâmico que crescem até a idade adulta. • Após a idade adulta, está sob constante remodelamento • Sofrem modelamento dado um estímulo apropriado AS PRINCIPAIS PARTES DE UM OSSO LONGO
  • 3. 09/03/2012 3 AS PRINCIPAIS PARTES DE UM OSSO LONGO AS PRINCIPAIS PARTES DE UM OSSO LONGO SAGJ ADAPTAÇÕES DO TECDO ÓSSEO Crescimento: em comprimento (~20 anos) e em diâmetro em função de fatores genéticos, biomecânicos, fisiológicos e ambientais. Equilíbrio entre produção e reabsorção até 40 anos (mulher), até 60 anos (homem). • Modelamento e Remodelamento: aumento e diminuição da massa óssea (ocorre na idade adulta). • Reparo ósseo: processo pelo qual o osso é reparado após uma lesão.
  • 4. 09/03/2012 4 CÉLULAS ÓSSEAS SAGJ • Osteoblasto - célula óssea responsável pela síntese de tecido ósseo, produzem as fibras colágenas e a substância fundamental amorfa, encontrados nas zonas de proliferação óssea. • Osteoclasto - célula óssea responsável pela reabsorção de tecido ósseo, células gigantes que possuem diversos núcleos. • Osteócito - osteoblastos envolvidos pela própria matriz que produziram. CÉLULAS ÓSSEAS SAGJ ADAPTAÇÕES DO SISTEMA ÓSSEO SAGJ
  • 6. 09/03/2012 6 SECÇÃO TRANSVERSA DE UMA VERTEBRA PIEZOELETRICIDADE NO OSSO • Alguns cristais orgânicos que compõem o tecido ósseo (Cristais de hidroxiapatita) podem gerar um potencial elétrico quando deformados (BASSETT, 1967). aplicação de cargas ⇒ produção de potenciais elétricos ⇒ estimula a formação óssea • Compressão - carga negativa - construção • Tração - carga positiva - reabsorção • MARINO (1984) correntes elétricas estimulam a formação de calo ósseo • BRIGHTON (1981) estimulação elétrica e magnética estimulam a consolidação de fraturas. PIEZOELETRICIDADE DO OSSO
  • 7. 09/03/2012 7 Cada mudança na função é seguida por certas mudanças na arquitetura interna e conformação externa do osso. • COLLETTI et al. (1989) - levantadores de peso aumentam a densidade mineral óssea em locais que sustentam mais peso: lombar, trocânteres, colo femoral comparado com as outras estruturas que suportam menor quantidade de carga. LEI DE WOLFF LEI DE WOLFF Diferentes modalidades ⇒ diferente densidade óssea: • Fêmur - levantador de peso > arremessador > corredor > futebol > nadadores (≅ sedentários) • Estímulo efetivo mínimo que aciona formação óssea. Se este estímulo for < ⇒ não altera; se for > estimula a formação óssea . Corredores (cross-country) apresentam mais massa óssea quando comparados à sedentários de mesma idade e peso (Dalin & Olsson, 1974). • Atletas (mulheres) de nível universitário, apresentam maior densidade óssea vertebral que o grupo controle (sedentárias). Na pós-menopausa esta diferença se acentua. • Mulheres no período de pós-menopausa, praticantes de atividade física (1 hora / 3x semanais / 1 ano) aumentaram sua densidade óssea. Inativas diminuíram sua densidade no mesmo período (Aloia et al., 1978). LEI DE WOLFF
  • 8. 09/03/2012 8 SUSAN et al. (1993), comparam atividades que impõem forças externas (corrida, saltos, dança) com a natação (forças internas). – Resultado: Crianças do primeiro grupo apresentaram maior densidade óssea • Tempo para adaptação: Após 3 meses de atividade, corredores não apresentaram ganho significativo da massa óssea. (Nilsson & Westline, 1971). LEI DE WOLFF • Dança X Caminhada: Dança preservou melhor a integridade óssea de mulheres (pós-menopausa) do que a caminhada. Ambas as atividades condicionaram adaptações biopositivas (Zetterberg et al., 1990) • Soldados: Observa-se grande aumento (5 - 10 %) da massa óssea de recrutas, após 16 semanas de treinamento. Grupo apresenta alto índice de lesões ósseas. • Astronautas apresentam grande excreção de cálcio através da urina. Após 1 ano de permanência no espaço (Marte) podem ocorrer perdas de massa óssea da ordem de 25 % (Raumbaut et al., 1979). LEI DE WOLFF Densidade óssea de crianças (12 -13 a) em função da atividade física
  • 9. 09/03/2012 9 Adaptação do Tecido Ósseo: SEXO TECIDO ÓSSEO: PROPRIEDADES MECÂNICAS
  • 10. 09/03/2012 10 SAGJ FATORES QUE INFLUENCIAM NA RESITÊNCIA ÓSSEA • Tipo de osso • Geometria de Aplicação das Forças • Idade • Tipo de atividade física • Sexo STRESS SUPORTADO PELO OSSO CORTICAL Osso trabecular > resistência à tração e < à compressão FRATURA POR COMPRESSÃO
  • 11. 09/03/2012 11 • >> proporção de colágeno • << resistência à compressão • Alto potencial de remodelagem • Aumento da flexibilidade óssea • >> tolerância à deformação plástica TECIDO ÓSSEO DE CRIANÇA ADAPTAÇÃO DO TECIDO ÓSSEO: IDADE
  • 12. 09/03/2012 12 ADAPTAÇÃO DO TECIDO ÓSSEO: IDADE ADAPTAÇÃO DO TECIDO ÓSSEO: IDADE • Indivíduos acamados sofrem severa perda do tecido ósseo (1% / sem) • Steady State de perda óssea é atingido após perda da ordem de 30 a 40% ADAPTAÇÃO DO TECIDO ÓSSEO: IMOBILIZAÇÃO
  • 13. 09/03/2012 13 ADAPTAÇÃO DO TECIDO ÓSSEO: IMOBILIZAÇÃO