Apuntes completos Biomecánica (2013)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Fisioterapia - 1º curso
Asignatura Biomecánica
Año del apunte 2013
Páginas 57
Fecha de subida 29/09/2014
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Apuntes completos de todo el semestre de Biomecánica

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Biomecánica Contenido Contenido ......................................................................................................................... 1 Introducción a la biomecánica .......................................................................................... 3 Áreas de la biomecánica ............................................................................................... 3 Conceptos básicos ........................................................................................................ 5 Yatrofísica .................................................................................................................... 7 Biomecánica del tejido óseo ............................................................................................. 8 Funciones ...................................................................................................................... 8 Tipos de huesos ............................................................................................................ 9 Estructura .................................................................................................................... 11 Osteona o sistema de Havers ...................................................................................... 13 Dinámica del hueso .................................................................................................... 14 Comportamiento biomecánico .................................................................................... 20 Cambios degenerativos del hueso............................................................................... 25 Biomecánica del cartílago articular ................................................................................ 26 Tipos de cartílago ....................................................................................................... 26 Función del cartílago hialino ...................................................................................... 26 Composición del cartílago .......................................................................................... 27 Estructura del cartílago ............................................................................................... 30 Propiedades mecánicas ............................................................................................... 30 Comportamiento del cartílago articular ...................................................................... 32 Lubricación ................................................................................................................. 32 Desgaste del cartílago ................................................................................................. 34 Artrosis ....................................................................................................................... 36 Biomecánica de los tendones y ligamentos .................................................................... 37 Tendones y ligamentos ............................................................................................... 37 Fibras de colágeno .................................................................................................. 37 Fibras de elastina .................................................................................................... 39 Sustancia fundamental ............................................................................................ 39 Macromoléculas...................................................................................................... 39 Estructura del tendón y el ligamento .......................................................................... 39 Características mecánicas (tendón) ............................................................................ 41 Vascularización .......................................................................................................... 41 Página 1 Biomecánica Clasificación ........................................................................................................... 41 Unión tendinosa .......................................................................................................... 43 UOT ........................................................................................................................ 43 Factores que afectan a las propiedades mecánicas ..................................................... 43 Biomecánica de los músculos ......................................................................................... 46 Tipos ........................................................................................................................... 46 Músculo Liso .......................................................................................................... 46 Músculo cardíaco .................................................................................................... 46 Músculo estriado o esquelético............................................................................... 46 Elementos pasivos .............................................................................................. 46 Elementos activos ............................................................................................... 48 Sarcómero ........................................................................................................... 48 Mecanismos de la contracción muscular .................................................................... 49 Trabajo de biomecánica; pacientes encamados .............................................................. 50 Introducción ................................................................................................................ 50 Afectación de la persona encamada............................................................................ 50 Bibliografía. ................................................................................................................ 56 Página 2 Biomecánica Introducción a la biomecánica El ser humano está formado por palancas, que representan los huesos, por tensores, que corresponden a los tendones, por muelles, que son los músculos y también está formado por elementos de rotación, que están representados por las articulaciones, todo esto cumple muchas de las leyes de la mecánica.
La biomecánica nos permita analizar los diferentes elementos que intervienen en el movimiento, en definitiva es la mecánica aplicada a la biología. Esta ciencia estudia las fuerzas internas y externas y como estas inciden en el cuerpo humano, estas fuerzas pueden ser de diferentes tipos, fuerzas internas aplicadas, son las fuerzas generadas por los músculos, las fuerzas internas de compresión, son las generadas por el peso del cuerpo, y las fuerzas externas. También se define como la ciencia de la coordinación de los movimientos, aplicando los principios y la metodología de la mecánica para resolver problemas relacionados con el hombre y otros seres vivos.
La biomecánica también estudia las diferentes patologías del aparato locomotor y sus tratamientos a través de la biomecánica. Esta ciencia se aplica en el ser humano para comprender mejor el funcionamiento y las limitaciones mecánicas de las diferentes estructuras del cuerpo (huesos, músculos, ligamentos, etc.).
La anatomía nos permite mostrar el cuerpo humano en reposo y a la biomecánica le interesa el movimiento del cuerpo y las cargas mecánicas y energías que se producen en este movimiento.
Áreas de la biomecánica La biomecánica se ha desarrollado principalmente en tres áreas:  Área médica: esta área analiza las diferentes patologías del aparato locomotor y sus tratamientos. Es evidente que no todas las enfermedades ortopédicas se puedan abordar con un enfoque mecánico, también Página 3 hemos de excluir a las Biomecánica enfermedades inflamatorias desde el punto de vista etiológico pero no desde el punto de vista del tratamiento, igual que las reconstrucciones después de una cirugía tumoral o después de las infecciones. Por tanto, muchas de las afectaciones del aparato locomotor pueden enfocarse con bases mecánicas.
 Área deportiva: esta estudia la práctica deportiva para llegar a un mejor rendimiento, así como el desarrollo de técnicas de entrenamiento capaces de a otros organismos que en la naturaleza son superiores al hombre, y desarrollar nuevos materiales para que tanto el equipo como el uniforme sean un medio para conseguir nuevos records.
 Área ocupacional: analiza la relación mecánica que el cuerpo humano mantiene con los elementos que interactúa en diferentes ambientes (laboral, docente, doméstico y recreo), con la única finalidad de adaptarlo a sus necesidades y capacidades para llegar a una vida mejor.
Página 4 Biomecánica Las posibilidades que la biomecánica ofrece al plantear y resolver problemas relacionados con la mejora de la salud y de la cualidad de vida, le han consolidado como un campo de conocimientos en continua expansión capaz de aportar soluciones de índole científico y tecnológico.
Las aplicaciones de la biomecánica vas desde el diseño de cinturones de seguridad para automóviles hasta el diseño y utilización de máquinas de circulación extracorpórea, un desarrollo importante fue el pulmón de acero, el primer dispositivo de respiración artificial que salvo la vida a personas enfermas de poliomielitis. La biomecánica interviene en el desarrollo de implantes y órganos artificiales.
Se han desarrollado prótesis mioeléctricos para las extremidades de enfermos amputados, estas están movidas por pequeños motores eléctricos estimulados por un sistema electrónico que recogen las señales musculares (no todos los pacientes son capaces de utilizarlos de forma apropiada). Uno de las avances más importantes de la medicina de las últimas décadas son las prótesis articulares, también el desarrollo de implantes artificiales para tratar fracturas ha revolucionado el mundo de la traumatología (tornillos, agujas, placas atornilladas, clavos intramedulares, etc.).
Todas estas aplicaciones requieren de un estudio detallado previo a su ensayo y aplicación clínica.
Conceptos básicos  Principio de economía: la cuantidad del material de hueso empleado en la construcción ósea así como su forma y estructura están relacionados con las exigencias mecánicas de cada etapa de la vida y con la actividad propia de la edad. En las estructuras sanas la energía gastada ha de ser mínima. El hueso tiene la función de carga y protección, se trata de conseguir con el mínimo peso la máxima eficacia. La diáfisis de los huesos son estrechos y las epífisis son amplias y con una Página 5 Biomecánica estructura interna diferente, estas son amplias con la finalidad de repartir mejor las cargas. En el lugar donde las presiones y tracciones se encuentran equilibrados (eje neutro) el hueso esta vacio, ocupado por otros elementos, cuando el eje de la extremidad se desvía, la articulación se amplia para recibir mejor las cargas.
 Principio de un segmento compensa al vecino: la deformación de un determinado nivel se encuentra compensado siempre por los segmento vecinos.
 Principio de los movimientos integrados: las funciones de los segmentos corporales no se han de estudiar de forma aislada, pero sus movimientos sí.
 Principio del integrados equilibrio: nos el conduce principio al principio de los del movimientos equilibrio, en condiciones normales existe un equilibrio entre las estructuras, cuando no se equilibra una función eso quiere decir que existe una alteración funcional.
Página 6 Biomecánica  Estado de tensión previa: la mayor parte de las estructuras del aparato locomotor que resisten presiones disponen de un estado previo de tensión, como es el caso del cartílago articular, este dispone sus fibras de colágeno en forma de arco para amortizar las presiones.
 Beneficio del sistema cerrado: el sistema de tensión previa solo cumplen al máximo su función si son sistemas cerrados y consiguen que las presiones se repartan de forma homogénea en su interior.
 Mecánica pasiva de Putti: una forma de ahorrar energía es activar los elementos pasivos de sustentación o equilibrio.
 Referencia anatómica: sirven para orientarnos y para saber su están dentro de la normalidad, dentro de los límites. Estos pueden variar durante el crecimiento, razas, nutrición, etc.
Yatrofísica La mecánica se divide en tres partes:  Cinemática: estudia los movimientos sin preocuparse de las causas que lo producen  Estática: estudia las fuerzas y el equilibrio.
 Dinámica: estudia el movimiento y sus causas, es decir, las fuerzas.
Página 7 Biomecánica Biomecánica del tejido óseo En términos biológicos el hueso se describe como un tejido conectivo.
Este tejido conectivo es el que une y actúa como soporte de las diferentes estructuras del cuerpo.
Los huesos juntamente con el cartílago constituyen el sistema esquelético.
El hueso es un tejido muy vascularizado con una gran capacidad de auto reparación. Es el único tejido duro, esto se debe al hecho que su principal componente orgánico, la matriz ósea o sustancia extracelular, está impregnada de una fase mineral constituida por cristales de tipo hidroxiapatita con un cierto contenido de iones carbonatos.
Funciones Tiene diferentes funciones:  Soporte de los órganos como de tejidos blandos.
 Locomoción (el músculo por medio de los tendones se fija al hueso) el correcto acoplamiento de esta función mecánica depende fundamentalmente de la composición tanto mineral como orgánica de la matriz extracelular.
La disposición estructural de la misma, con un diseño arquitectónico específico para cada región del hueso en función de sus necesidades mecánicas, proporciona una relación masa ósea/resistencia mecánica de elevada eficacia, la cual cosa permite a los vertebrados desplazarse ágil y rápidamente sin perjudicar la seguridad del material.
 Protección de traumatismos protegiendo a los órganos.
 Almacenamiento de minerales como el fosforo y el calcio.
 Almacenamiento energético (se encarga la médula ósea amarilla), esta médula es el tejido adiposo que se encuentra en Página 8 Biomecánica los canales medulares de los huesos largos, es una gran reserva de energía.
 Hematopoyesis (se encarga la médula ósea roja), contribuyen a la formación de células sanguíneas.
 Transmisión del sonido (huesos del oído).
Tipos de huesos Se clasifican de diferentes maneras según sean anatómica, histológica o proceso de desarrolla:  Anatómica: o Huesos largos: son aquellos que donde predomina una de sus dimensiones sobre las otras dos. Estos huesos tienen generalmente la forma de cilindros o prisma con los extremos ensanchados. Los extremos de los huesos lardos se les denominan epífisis, mientras que las partes o zonas que unen ambos extremos o epífisis se les llama diáfisis. Las zonas llamadas metáfisis son las que se encuentran en el niño, son las placas epifisarias, están formadas por cartílago de crecimiento o fisiológico, que es el responsable del crecimiento del hueso en su longitud.
Algunos ejemples de huesos largos son el fémur, el húmero, la tibia, peroné, etc.
Página 9 Biomecánica o Huesos cortos: son los que las tres dimensiones espaciales del hueso son similares, como por ejemplo los huesos del carpo o los cuerpos vertebrales.
o Huesos planos: son cuando predominan dos de sus dimensiones sobre la tercera. Ejemplos de este tipo son la escápula y el parietal.
 Histológica: o Hueso cortical o compacto: es el responsables de la actividad mecánica. Se encuentra en las diáfisis de los huesos largos y en la parte externa de todos los huesos del cuerpo.
El hueso cortical al localizarse preferentemente en la diáfisis de los huesos largos mantiene las resistencias y disminuye el espesor. Con una menor anchura se adapta mejor a las deformaciones en flexión y reduce las posibilidades de fracturarse. Su estructura tubular es la más adecuada para soportar las solicitaciones de compresión, tracción, flexión y torsión o sus combinaciones.
o Hueso trabecular o esponjoso: es el responsable de las demandas metabólicas. Forma las epífisis de los huesos largos y se encuentra en el interior de la mayoría de los huesos planos.
 Proceso de desarrollo: o Intramembranosa o primaria: esta se produce antes del nacimiento. En este caso las células mesenquimatosas se diferencia directamente hacia células osteoblásticas.
Algunos ejemplos son los huesos planos del cráneo y parte de los huesos de la mandíbula. El hueso se crea por aposición, es decir, las células sintetizan matriz ósea que se disponen sin orientación y la calcificación es lenta.
Página 10 Biomecánica o Intracartilaginosa, endocondral o secundaria: este tipo de formación ósea se produce sobre moldes cartilaginosos preexistentes, este molde se destruye y se sustituye por tejido óseo. Ejemplo son los huesos de la base del cráneo, de la columna vertebral, de la pelvis y de las extremidades.
Estructura Podemos encontrar:  Células: o Osteoblastos: se encargan de la formación de la matriz ósea y de la mineralización de esta. Se encuentran en la superficie ósea cuando el hueso crece, se desarrolla o se remodela. Estas células pueden diferenciarse dando lugar a los mioblastos, a los condrocitos y a los adipocitos. Se caracteriza por tener un citoplasma abundante con un gran aparato de Golgi debido a la alta tasa de síntesis de proteínas que llevan a término. Se originan a partir de células progenitoras de origen mesenquimático.
Página 11 Biomecánica o Osteoclastos: se encargan de la destrucción del hueso.
Son los encargados de la reabsorción ósea que tiene lugar para mantener la masa ósea y el balance de calcio. Es la línea destructora del hueso. Son células plurinucleadas gigantes.
o Osteocitos: provienen de los osteoblastos y se encuentran en el interior de la matriz ósea, su función consiste en mantener la matriz ósea. Son células planas con poco retículo endoplasmático rugoso y con un aparato de Golgi pequeño. Son los responsables de detectar las pequeñas diferencias de presiones en el hueso.
 Matriz extracelular: o Componente orgánico:  Fibras de colágeno del tipo II.
 Proteínas no colágenas.
 Agua: su papel no es claro. Hay variación del contenido de agua dependiendo entre las diferentes especies, con la edad y bajo condiciones patológicas. Las propiedades mecánicas del hueso varían mucho significativamente con el contenido de agua.
o Componente inorgánico o mineral: los componentes más importantes son el calcio, el fosforo, el magnesio, los carbonatos, los fluoruros, el citrato y los cloruros. El calcio y el fosfato cristalizan dando lugar a la hidroxiapatita, que se deposita entre las fibras de colágeno. Esta asociación es la responsable de la dureza y la resistencia del hueso. El componente inorgánico de la matriz ósea es la responsable de la resistencia del tejido óseo a las fuerzas de compresión.
Página 12 Biomecánica Osteona o sistema de Havers La osteona o el sistema de Havers es la unidad estructural fundamental del hueso.
Los canales de Havers se comunican entre sí y con la superficie ósea por medio de los conductos de Wolkman.
Las osteonas mejor configuradas son las que se encuentran en la diáfisis de los huesos largos, donde forman cilindros que recorren la longitud de la misma. Cada osteona consta de 4 a 20 laminillas concéntricas dispuestas alrededor de un grupo de vasos sanguíneos, albergados en el interior de un canal central llamado conducto de Havers, con su eje longitudinal paralelo al eje longitudinal del hueso.
En el interior de este conducto existen a más terminaciones nerviosas amielínicas. Los conductos de Havers se comunican entre sí, con el periostio también con la cavidad medular.
A lo largo de los límites de cada capa hay pequeñas cavidades conocidas como lagunas, cada una contiene una célula ósea (osteocito). Numerosos canales pequeños, llamados canalículos, se expanden a partir de cada laguna, conectando las lagunas de las láminas adyacentes y finalmente cogiendo el canal de Havers.
Los osteonas están limitados por la línea de cemento de Von Ebner, que da uniformidad a la pared cuando esta se reconstruye.
Página 13 Biomecánica Dinámica del hueso El sistema óseo es el más dinámico del organismo y presenta fenómenos de:  Crecimiento: este crecimiento va por parte: o Longitud: el crecimiento óseo se inicia en la vida embrionaria y sigue hasta la pubertad (20 años), ocurriendo este proceso a nivel del cartílago de la placa de crecimiento o epifisaria o fisis, la cual prolifera y aumenta su longitud por crecimiento intersticial, para después modificarse y ser remplazado por hueso maduro.
La placa de crecimiento es una estructura en forma de disco que se encuentra entre la epífisis y la diáfisis, es decir, en la zona denominada metáfisis. En la placa de crecimiento se distinguen cuatro zonas:  Zona germinal (crecimiento en anchura): es la zona más cercana a la epífisis. Está formada por células cartilaginosas aisladas de forma oval. En esta zona se observan mitosis y existe una intensa síntesis de matriz extracelular.
Tiene lugar un lento crecimiento en todas las direcciones del cartílago primitivo.
 Zona proliferativa: está constituida por células cartilaginosas en forma de cuña, estas células se disponen en columnas paralelas al eje longitudinal del hueso. En esta zona se observa también una gran cuantidad de mitosis y una intensa síntesis de matriz extracelular. El crecimiento longitudinal es el resultado del número de divisiones celulares en la zona proliferativa multiplicado por el tamaño de la célula más voluminosa de la zona hipertrófica.
Página 14 Biomecánica  Zona de (células cartílago hipertrófico: cartilaginosas) de esta los condrocitos zona madura, adquieren forma redondeada y su tamaño aumenta a medida que se alejan de la epífisis. Al madurar las células y aumentar el tamaño contribuye al aumento longitudinal del cartílago.
 Zona de cartílago calcificado: en esta zona la matriz cartilaginosa se mineraliza.
Sobre esta matriz calcificada los osteoblastos del estroma de la médula diafisaria depositan hueso plexiforme (osificación del tipo endocondral). En el curso de moldeado óseo este hueso inmaduro será sustituido por hueso laminar.
o Grosor: rodeando la periferia de la placa de crecimiento, hay dos estructuras:  Suelo de células en forma de cuña, llamado “suelo de osificación de Ranvier”. Es el más interno. Su función parece ser la contribución de condrocitos para el ensanchamiento de la placa de crecimiento.
Página 15 Biomecánica  Banda de tejido fibroso y hueso, denominado “anillo pericondral de La Croix”. Es el más externo. Este proporciona soporte mecánico para la unión del hueso-cartílago de la placa de crecimiento.
o Diámetro: este proceso va acompañado de un aumento también del diámetro de la cavidad medular, razón por la cual se produce de hecho un desplazamiento lateral del hueso cortical con un aumento proporcionalmente reducido del grosor de la pared ósea.
El crecimiento óseo depende de factores genéticos, encontrándose influido por factores como: o Sistémicos (hormonales): ejemplos de hormonas necesarias para el crecimiento son la hormona del crecimiento, hormona tiroidea y la insulina, hormona activadora de la maduración son las hormonas sexuales y hormonas inhibidoras de crecimiento son el cortisol.
o Locales (fundamentalmente de tipo mecánico): encontramos de diferentes tipos:  Tipo nervioso: se desconoce el mecanismo para el cual el sistema nervioso interviene en el crecimiento óseo, se ha sugerido que podría intervenir de manera indirecta a través del control del flujo sanguíneo.
 Tipo mecánico: el resultado de la acción de las fuerzas mecánicas, dependerá de la intensidad así como de su dirección y sentido. Las fuerzas de tracción paralelas en la dirección del crecimiento, si son de pequeña intensidad, pueden incrementar ligeramente el crecimiento, pero si son de gran magnitud pueden causar fusión prematura. Las fuerzas de compresión paralelas en la dirección del Página 16 Biomecánica crecimiento disminuyen la actividad de la fisis. El hueso está más preparado para soportar las tensiones de compresión que las de tracción. Con la inserción de los ligamentos y la actuación de los músculos que convierten las tensiones de tracción en tensiones de compresión. Se ha demostrado un aumento de la micro circulación en las zonas sometidas a presión y una disminución en las sometidas a tracción, lo que se interpreta como un mecanismo para provocar la remodelación ósea.
Las fuerzas perpendiculares en la dirección del crecimiento producen un efecto deformante directamente proporcionado a la fuerza aplicada e inversamente proporcional al diámetro del hueso.
Página 17 Biomecánica El crecimiento de los diferentes segmentos del cuerpo no es homogéneo y se diferencian dos etapas. Durante los primeros meses se crece de craneal a caudal (cabeza, extremidades superiores y parte alta de la columna). El crecimiento de la región lumbar es irregular hasta los 15 meses. A partir de los 7-8 años se invierte esta situación y los segmentos que aumentan el tamaño van de caudal a craneal (pies, extremidades inferiores y tronco). En la época de crecimiento la resistencia de la epífisis es menor que la de los tendones y los ligamentos, se ha de tener en cuenta este dato de la hora de manipular las extremidades en niños menores de 2 años.
 Modelado: se puede definir como el proceso de reabsorción y formación continua de tejido óseo, que modifica la estructura y morfología de los huesos durante el crecimiento y el desarrollo hasta llegar a sus características propias de cada hueso adulto.
La modelación es un proceso donde predomina la acción blástica, por tanto la formación de hueso. Son modificaciones en la superficie hasta que los huesos llegan a la forma definitiva, también se dice que es la suma de derivas, hay que tener en cuenta que la deriva es el desplazamiento en la superficie de los huesos. En las metáfisis, el crecimiento óseo se asocia a fenómenos de reabsorción en la superficie externa y de formación en la interna, mientras que, en la diáfisis es lo contrario.
Las alteraciones del moldeado puede causar deformaciones óseas. El moldeado óseo está programado genéticamente. Existen factores químicos y fundamentalmente físicos de tipo mecánico y de carácter local que pueden influir sobre él, es lo que se denomina Ley de Wolf. El hueso tiene la capacidad de modelarse, alterando su tamaño, forma y estructura, para adaptarse a las exigencias mecánicas que sobre él actúan. Existen fuerzas internas y externas que actúan Página 18 Biomecánica sobre el hueso, las fuerzas internas son creadas por la contracción producidas muscular, por mientras el campo que las gravitatorio externas y por están las fuerzas dinámicas de compresión al soportar el peso.
 Remodelado: el remodelado óseo es un proceso de restructuración del hueso existente, que está en constante formación y reabsorción.
Este fenómeno equilibrado permanentemente, en condiciones normales, la renovación es de un 5-10% del hueso total al año. La remodelación es el proceso de recambio óseo, se da desde las primeras etapas infantiles y perdura para toda la vida, aunque la intensidad disminuye con la edad. En este proceso se forma siempre hueso laminar o secundario, y sustituirá por completo al hueso primario. En la remodelación los osteoclastos y osteoblastos actúan de manera conjunta, trabajando como una unidad, llamada unidad remodeladora ósea o BRU (Bone Remodeling Unit). La masa ósea reabsorbida, es sustituirá por otra masa ósea equivalente. El desuso o la inactividad tiene efectos permisivos sobre el esqueleto. El reposo es la cama induce una disminución de la masa ósea de aproximadamente un 1% a la semana.
Página 19 Biomecánica En la inmovilización total o parcial del hueso no está sometido a las solicitaciones mecánicas comunes el que conduce a la reabsorción del hueso perióstico y subperióstico y a una disminución en las propiedades mecánicas. Un implante que permanecerá fuertemente insertado en el hueso después de una fractura también puede disminuir la fuerza y la rigidiza del hueso.
 Reparación: el tejido óseo es el único capaz de repararse a sí mismo de manera completa a través de activar los procesos que tienen lugar durante su embriogénesis. Cuando de manera brusca, un hueso se somete a fuerzas que superan su resistencia mecánica aparece una línea de fractura. En primer lugar, en esta zona, se produce un hematoma que es reabsorbido por macrófagos. A continuación aparecen células formadoras de hueso, procedentes de ambos lados de la línea de fractura. Estas células establecen puentes de tejido óseo inmaduro, sin orientación espacial definida (callo de fractura) que unen entre sí los extremos del hueso fracturado. En una fase posterior este hueso, a través de un proceso de moldeado, es sustituido por otro, de tipo laminar, orientado según las líneas de fuerza que actúan sobre la zona.
Comportamiento biomecánico El comportamiento mecánico de los huesos, está afectado por:  Propiedades biomecánicas: biomecánicamente el tejido óseo puede ser considerado como un material bifásico, ya que está formado por dos sustancias; una mineral y una orgánica.
Funcionalmente las propiedades mecánicas más importantes de los huesos son: o Fuerza: para valorar la parámetros: Página 20 fuerza es necesario tres Biomecánica  Valor de la carga o tensión que puede soportar la estructura antes de la fractura.
 La deformación que padece la estructura antes de la fractura.
 La energía que es capaz de almacenar la estructura antes de la fractura.
o Rigidez: cuanto más rígido es el material más alto es el módulo de Young. El hueso cortical es más rígido que el esponjoso, soportando mayor solicitación pero menos deformación antes de colapsarse. El hueso cortical se fractura cuando su deformación excede de un 2% de su longitud mientras el hueso esponjoso soporta hasta el 7% de la deformación. Debido a que la estructura del hueso varía en las secciones transversas y longitudinales, exhibe diferentes propiedades mecánicas cuando se carga a lo largo diferentes ejes, se conoce como anisotropía.
Página 21 Biomecánica  Formas geométricas: la resistencia del hueso tanto a la compresión como a la tracción están influenciadas por su tamaño. Cuanto más grande es el hueso, mayor es su resistencia.
La resistencia del hueso a la flexión está determinada por su forma y por su longitud. Cuando mayor cantidad de tejido óseo existe alrededor del eje neutro, más resistencia a la flexión. Cuanto más grande es la longitud del hueso, mayor es el momento flexor de la fuerza aplicada sobre él. Cuanto más grande es el hueso y cuando más alejado del eje neutro está situada la masa ósea más resistente es. Las tibias sometidas a una fuerza de torsión se fracturan antes por el tercio distal de menor diámetro que por el tercio superior.
 Tipo de carga aplicada: las fuerzas y momentos se pueden aplicar a una estructura en varías direcciones, produciendo: o Tensión o tracción: las fuerzas de tracción son fuerzas iguales y opuestas aplicadas hacia fuera de la superficie de la estructura, provocando tensión en el interior. La estructura se alarga y se aprieta. Clínicamente las fracturas por tracción ocurren en el hueso esponjoso.
o Compresión: se aplican fuerzas iguales y opuestas en dirección al interior de la estructura, provocando una compresión en el interior. La estructura se acorta y se ensancha. Son frecuente en huesos en declive por la pérdida de la masa ósea.
o Flexión: sucede cuando la fuerza se aplica de forma que se produce una desviación respecto al eje. Bajo estas fuerzas, la estructura se encuentra sometida a una combinación de tracción y de compresión. Los resultados provocarán tracción y estiramiento a un lado del eje y compresión y acortamiento al otro lado. Encontramos diferentes tipos: Página 22 Biomecánica  Combinación de tres fuerzas, la fractura producida por tres puntos, suele producirse en el centro del hueso.
 Combinación de cuatro fuerzas, la fractura se produce cuando dos parejas de fuerzas actúan sobre una estructura produciendo dos momentos iguales.
o Cizalla: en las fuerzas de cizallamiento la fuerza se aplica perpendicular a la superficie del hueso y las fuerzas, máximas tienen lugar en un plano paralelo a la dirección de aplicación de la fuerza. En el punto de actuación de estas tensiones el hueso se inclina y se fractura, las fracturas por cizalla suelen localizarse en las zonas que hay hueso esponjoso.
o Torsión: son las que se aplican sobre una estructura de forma que causan una rotación alrededor de un eje. Se producen fuerzas de cizalla distribuidas por toda la estructura. La resistencia a la torsión es superior en el fémur y la tibia respecto a otros huesos.
o Carga combinada: el hueso vivo raramente se carga de una única sometidos forma.
a Los cargas huesos múltiples estructura geométrica es irregular.
Página 23 constantemente indeterminadas son y su Biomecánica Debido a que la estructura ósea es diferente en una u otra dirección, también serán diferentes sus propiedades mecánicas según la carga que se aplique en una u otra dirección, está característica se conoce como anisotropía.
 Actividad muscular: los ejes anatómicos y mecánicos de los huesos no coinciden, por lo que el hueso vivo, además de ser solicitado mecánicamente a compresión también lo es en flexión. La contracción muscular tiene como función regularizar las cargas que son transmitidas por el hueso, neutralizando las fuerzas de tracción y haciendo trabajar el hueso a compresión.
Los músculos tienen, por tanto, una función protectora del hueso. Cuando la contracción muscular falla, ya sea por fatiga o parálisis, se favorecen las lesiones óseas. De aquí la mayor incidencia de fracturas en el hueso poliomielítico, las fracturas por sobrecarga en los deportistas cuando estos se encuentran en estados de fatiga importante.
 Dirección de la carga.
 Frecuencia: las fracturas se pueden producir por una única carga o por la aplicación repetida de una carga de una magnitud inferior. Una fractura producida por la aplicación repetida de una carga se conoce como fractura por fatiga.
Cuando el hueso está sometido a cargas bajas repetitivas, puede sufrir micro fracturas. Debido a que el hueso vivo se auto repara, la fractura por fatiga es producida cuando el proceso de remodelación es superado por el proceso de fatiga, es decir, cuando la carga es tan frecuente que evita la remodelación ósea necesaria para prevenir el colapso. Las fracturas por fatiga se producen normalmente durante la actividad física vigorosa continuada, que causa que los músculos se fatiguen y reduzcan su habilidad de contraerse. Se puede fracasar sobre el lado tensado dando lugar a una brecha transversal y el hueso Página 24 Biomecánica evoluciona rápidamente hacia la fractura completa. Los lugares más comunes son las vertebras lumbares, la cabeza del fémur y la tibia proximal.
Cambios degenerativos del hueso Al llegar al final de la cuarte década la pérdida de mineral óseo supera la formación de hueso nuevo. Una progresiva pérdida de densidad ósea se ha de observar como parte del proceso de envejecimiento normal.
La mayor resistencia del hueso se observa entre los 20 y los 40 años.
Y a partir de los 50 años es característica las micro fracturas con formación de micro callos.
Estas micro fracturas son fracturas por sobrecargas y se producen con presiones relativamente altas y una frecuencia baja.
Las típicas fracturas por fatiga se producen con presiones bajas y frecuencias altas.
La primera causa de pérdida de resistencia es la osteoporosis.
En el hombre la pérdida de masa ósea es de forma uniforma, mientras que la mujer disminuye rápidamente por causa de la menopausia.
Página 25 Biomecánica Biomecánica del cartílago articular El cartílago articular es un tejido altamente especializado preparado para soportar el entorno articular altamente cargado sin fracasar durante la vida del individuo.
Tipos de cartílago  Hialino: forma parte de las articulaciones sinoviales. Está en mayor proporción y es el más importante, ya que cubre todas las articulaciones sinoviales. Las diartrosis o articulaciones sinoviales son articulaciones con un alto grado de movimiento y están constituidas por una cápsula articular y ligamentos, membrana sinovial, cartílago hialino articular y meniscos y rodillos.
 Fibrocartílago: forma parte de los discos intervertebrales, meniscos y cóndilos mandibulares.
 Elástico: forma parte de la epiglotis y pabellón auditivo.
Macroscópicamente el color del cartílago varía con la edad de la persona, en el niño el cartílago es blanco con un ligero tono azul, y en el adulto suele tener un color amarillo tirando a marrón.
Su grosor, en general es de 2-3 mm aproximadamente en las diferentes articulaciones, en la rotula es de 5 mm y en las falanges de 1mm.
Función del cartílago hialino  Transmitir las fuerzas entre los extremos óseos a través de una amplia superficie de contacto, evitando así la existencia de cargas puntuales que podrían lesionar la articulación.
 Permitir el movimiento entre las superficies articulares con un mínimo de fricción y por tanto, de desgaste de las superficies.
Página 26 Biomecánica Composición del cartílago El cartílago articular es un tejido de baja densidad celular ya que solo entre un 3-10% está ocupado por condrocitos.
El conjunto formado por un condrocito y la zona de la matriz extracelular que lo rodea se le denomina condrón y constituye la unidad anatómica, citogenética y mecánica del cartílago.
No tienen contacto entre sí no tienen contacto con el exterior, se nutren del líquido sinovial que ha de travesar una doble barrera, la membrana sinovial y la matriz extracelular.
 Condrocitos: son células altamente especializadas y diferenciadas. Su tamaño, forma y su actividad metabólica varían según las diferentes zonas del cartílago. De apariencia simple, es capaz de vivir con tensiones muy bajas de oxigeno.
Se alimenta mediante el líquido sinovial. Los condrocitos son sensibles a los cambios estructurales de la matriz y a las diferentes demandas de cargas de la superficie articular. Viven de forma aislada no están en contacto entre ellos no con el exterior.
Página 27 Biomecánica La carga y el movimiento articular favorecen el metabolismo del cartílago articular, estimulando la síntesis de las macromoléculas estructurales (proteoglicanos), mientras que la inmovilización prolongada o la falta de carga deterioran la superficie articular y provocan la pérdida de proteoglicanos. La adaptación del cartílago al ejercicio dependerá de los condrocitos puesto que es el único componente vivo del cartílago articular y el único elemento que puede modificar su respuesta delante las solicitaciones, sintetizando o degradando los componentes de la matriz.
 Matriz extracelular: formado por: o Sustancia orgánica: principalmente:  Fibras de colágeno: es la proteína más abundante existente en el cuerpo humano. Este es del tipo II.
Se distribuye uniformemente en toda la profundidad del cartílago, excepto en la zona superficial donde es más abundante, ya que es el lugar donde se soportan mayores presiones. A medida que avanza la edad se disminuye el colágeno. El colágeno proporciona al cartílago propiedades tensiles e inmoviliza los proteoglicanos de la matriz extracelular. En las capas superficiales del cartílago articular las fibras de colágeno se disponen paralelas a la superficie articular para soportar las solicitaciones de cizallamiento. En cambio, las capas profundas se disponen verticales para ser segregadas por los resistentes a la compresión.
 Proteoglicanos: están condrocitos y se componen de subunidades que se llaman glicosaminglicanos. Se encuentran muchos tipos de proteoglicanos en el cartílago; el condroitín Página 28 Biomecánica sulfato, queratan sulfato y decorina. A medida que nos hacemos disminuye mayores mientras el que el condroitín sulfato queratan sulfato aumenta. Los proteoglicanos son macromoléculas complejas, son responsables de la resistencia a la compresión del cartílago y proporcionan al tejido un comportamiento mecánico característico y contribuyen a su duración. Presentan una gran capacidad de retener agua y son los responsables de su estructura proteoglicanos “porosa” actúan del cartílago.
como Los elementos amortizadores y elásticos. Cuando estas grandes moléculas son comprimidas se comportan como los muelles de un colchón, hecho que produce una baja fricción en la superficie articular, actuando en la transmisión de cargas a través de la articulación hasta el hueso subyacente.
o Sustancia inorgánica:  Agua: es cartílago, el hay componente más más abundante concentración cerca de del la superficie (85%) y disminuye con el aumento de la profundidad.
Página 29 Biomecánica Estructura del cartílago La unidad estructural del cartílago es el condrón, está formado por condrocitos y la parte de la matriz extracelular que los rodea.
El cartílago articular se puede dividir en cuatro zonas:  Zona tangencial o superficial: posee un 10-20% de la matriz extracelular. Tiene un bajo contenido de proteoglicanos y está formada por láminas uniformes de fibras de colágeno alineadas tangencialmente a la superficie, por eso pueden soportar las fuerzas de cizalla.
 Zona de transición: contiene un 40% del volumen de la matriz extracelular. Tiene un mayor número de proteoglicanos y una red curvada de fibras de colágeno y células esferoidales, con el fin de proveer de resistencia a la compresión.
 Zona radial: conté un 30% de la matriz extracelular, hay un elevado número de proteoglicanos, fibras de colágeno alineadas perpendicularmente a la superficie articular y células redondeadas en columnas entre la red de colágeno.
 Zona calcificada: contiene 5-10% de la matriz extracelular. Se caracteriza por una elevada concentración de sales de calcio y ausencia de proteoglicanos, fibras de colágeno y condrocitos.
Se encuentra por debajo del tejido subcondral. La división que hay entre la zona III y la zona IV se denomina línea de marea.
Propiedades mecánicas El cartílago lo hemos de entender como un medio poroso inmerso en agua, como una esponja.
Se trata de un material bifásico, formado por una fase sólida y otra líquida.
Desde el punto de vista de la ingeniería, el cartílago presenta un comportamiento visco elástico, es decir, que depende del tiempo cuando se somete a una carga o una deformación constante.
Página 30 Biomecánica Así, cuando se aplica una fuerza de compresión constante al tejido, su deformación aumenta con el tiempo, es decir, va cediendo hasta llegar a un valor de equilibrio.
Entre los factores que influyen el comportamiento mecánico del cartílago bajo carga, se encuentra las características de su matriz sólida y el contenido en agua.
Otra de las propiedades del cartílago articular es la resistencia que ofrece a la compresión sin romperse.
Existe una relación directa entre la permeabilidad y el contenido de agua e inversamente entre la permeabilidad y los proteoglicanos, cuanto más baja es la permeabilidad, mayor es la resistencia que opone el paso del líquido bajo la carga aplicada.
Esta capacidad para absorber compresiones le proporciona un gran efecto amortiguador debida a que viene determinado por la visco elasticidad delante del hueso.
Página 31 Biomecánica Comportamiento del cartílago articular Este varía según:  El tiempo de actuación de las cargas: debido a la baja permeabilidad del cartílago, que se traduce por una elevada resistencia al flujo de fluidos a través suyo, el comportamiento mecánico depende de la velocidad a la cual se aplica la carga: o Comportamiento elástico recuperable: cuando la aplicación y retirada de la carga sea rápida. El material se comportará como un sólido elástico monofásico, ya que se deforma rápidamente bajo la carga aplicada y se recupera al instante, cuando se retira la carga.
o Comportamiento visco elástico recuperable: la carga se aplica de una forma lenta o se mantiene constante sobre un tejido, la deformación va aumentando según el tiempo y el líquido exudado hacia el exterior. Al descargar el tejido recupera sus dimensiones originales, siempre que tenga suficiente fluido disponible durante un periodo de tiempo lo suficientemente largo.
 La dirección de las cargas: el comportamiento del cartílago en tensión es muy complejo. En tensión es muy anisotrópico y dishomogeneo, se cree que se provocan por la variable organización estructural del colágeno y proteoglicanos de la superficie articular y de las disposiciones estructurales en forma de capas dentro del tejido. También exhibe un comportamiento viscoelástico en tensión.
Lubricación La lubricación permite el movimiento de la articulación con un mínimo desgastes, se consigue con una básicamente es de dos tipos: Página 32 correcta lubrificación, que Biomecánica  Lubrificación por capa de límite: consiste en una monocapa de moléculas de líquido sinovial que se adhiere a las irregularidades de las superficies de contacto, de tal forma que son las moléculas las que se deslizan una sobre las otras. Este tipo de lubrificación es poco operativo en cargas elevadas y es muy frágil para soportar las fuerzas de cizalla creadas bajo estas condiciones. Si se aplica una gran fuerza y se mantiene con poco o ningún movimiento, es probable que actúe el tipo de lubrificación límite.
 Lubrificación por película de líquido: existe una película de líquido sinovial que separa las dos superficies articulares. Esta capa es más espesa que la capa molecular y la carga es soportada por la película del líquido. Según cómo interactúan el líquido sinovial con las superficies de contacto pueden ser: o Lubrificación hidrodinámica: existe un movimiento tangencial de las superficies articulares, formándose una falca de líquido sinovial.
Página 33 Biomecánica o Lubrificación movimiento por expresión perpendicular de entre película: existe las superficies dos un articulares, por lo que el líquido sinovial debe ser exprimido del espacio que los separa. Este proceso no puede soportar la carga indefinidamente, puesto que al final la película de líquido será tan fina que las zonas ásperas de las dos superficies se pondrán en contacto.
Las fuerzas bruscas puede soportarse durante un tiempo por la acción de expresión de la película.
Desgaste del cartílago El desgaste consiste en la pérdida de material en las superficies sólidas por efecto de una acción mecánica. Hay dos casos:  Desgaste interfascial a causa de la interacción de las superficies de contacto: hay dos formas: o Adhesión: aparecen cuando, a medida que las superficies entran en contacto, los fragmentos de la superficie se adhieren entre sí y son arrancados de la superficie durante el deslizamiento.
o Abrasión: tiene lugar cuando un material blando es raspado por otro más duro existente en la superficie opuesta, también en forma de partículas libres.
El desgaste adhesión y abrasión, puede tener lugar en una articulación sinovial alterada o degenerada. Nunca se ha detectado evidencias de reparación de las superficies de contacto en cartílago envejecido o artrósico. Cuando se producen defectos estructurales y/o disminución de la masa de la superficie, esta se hace más blanda y más permeable. La resistencia al movimiento del fluido decrece permitiendo las pérdidas de fluido a través del cartílago y la variación de la película de fluido.
Página 34 Biomecánica  Desgaste de fatiga debido a la deformación de los cuerpos en contacto: el desgaste por fatiga a cauda de la deformación cíclica repetida se puede producir incluso en contactos bien lubrificados. La fallada por fatiga se produce por acumulación de daños microscópicos en el material al ser repetidamente sometido a tensión. Producido por un estado de tensiones repetitivas sobre la matriz sólida y una exudación repetida del fluido intersticial del tejido, produciendo una disrupción de las fibras de colágeno, y la retícula macromolecular del proteoglicano. Aunque la magnitud de las tensiones aplicadas pueden ser muy inferiores que la resistencia última del material, su aplicación periódica puede acabar produciendo la fallada.
Todo esto hará que aumente la probabilidad de contacto sólido entre las superficies y acelera el proceso de abrasión, produciéndose grietas en el interior del cartílago, las cuales producirán la separación de las fibras verticales de colágeno y finalmente se desprenderán llegando al hueso subcondral.
Página 35 Biomecánica Artrosis La artrosis es una enfermedad degenerativa articular. Consta de varías fases:  Velvetización: las capas superficiales se comienzan a desgastarse y se forman pequeños trocitos de cartílago, generalmente producido por movimientos de cizalla.
 Fisuración: comienzan a separarse los haces de colágeno de la zona III y aparecen las fisuras.
 Ulceración: es cuando se unen varías fisuras y se desprende el cartílago.
 Eburnación: cuando a desaparecido el cartílago de una zona, el hueso subcondral queda expuesto y se va puliendo con el movimiento.
Página 36 Biomecánica Biomecánica de los tendones y ligamentos Los tendones y ligamentos son tejidos blandos formados básicamente por colágeno. Los ligamentos conectan hueso con hueso, mientras que los tendones unen los músculos con los huesos.
Tanto los ligamentos como los tendones juegan un papel significativo en la biomecánica del sistema musculo esquelético, donde representa un área muy importante de tratamiento ortopédico para el cual existen aun muchos desafíos terapéuticos.
La mayor parte de estos desafíos tiene que ver con el restablecimiento de la función normal mecánica de estos tejidos.
A más, los ligamentos y tendones pueden adaptarse a cambios de su ambiente mecánica a causa de lesiones traumáticas o por enfermedades varías.
Tendones y ligamentos Tienen una estructura jerárquica que afecta en su comportamiento físico.
Componentes Ligamentos Tendones Material celular 20% 20% Matriz extracelular 80% 80% Agua 60-80% 60-80% Sólidos 20-40% 20-40% Colágeno: 70-80% Algo más alta Tipo I 90% 95-99% Tipo III 10% 1-5% Sustancia 20-30% Algo más alta fundamental Fibras de colágeno Constituyen alrededor del 25% de la masa de proteínas en los vertebrados, siendo por tanto, la proteína más abundante del organismo.
Página 37 Biomecánica El colágeno es una proteína fibrilar alargada, que destaca por su especial composición en aminoácidos y por el particular ordenamiento de las moléculas que constituyen la unidad fibrosa básica (tres cadenas de polipéptidos en alfa hélice, constituyendo una triple hélice).
El constituyente principal de las fibras de colágeno es el denominado “tropocolágeno”, sintetizado en el interior de los fibroblastos, pero ensamblados en microfibrillas en el espacio extracelular.
Tanto el tendón como el ligamento, así como el hueso, están formados por este tipo de molécula.
Página 38 Biomecánica Fibras de elastina Están formadas por agrupamientos de fibrillas de una proteína (elastina), se disponen de forma aleatoria en términos de orientación, pero unidas entre sí.
Es una proteína rica en aminoácidos (valina y alanina), y también contiene dos aminoácidos poco corrientes (desmosina e isodesmosina).
La disposición molecular entre dos tipos de aminoácidos permite que cuando las fibras se estiran tiendan a disponerse en la dirección de las fuerzas que provocan el estiramiento.
Además experimentan resistencia al estiramiento, es decir, muestran tensión en relación al grado de estiramiento.
Sustancia fundamental Es la parte no fibrilar de la matriz y consiste en un gel de consistencia viscosa formado por hidratos de carbono y proteínas, disueltos en un volumen relativamente elevado de agua.
La función es la de facilitar el intercambio de moléculas e intervenir en la mecánica.
Macromoléculas Constituyen la gran mayoría de la sustancia extracelular. Son tres grupos:  Fibrillas formando colágeno.
 Proteoglicanos.
 Glucoproteínas de la matriz.
Estructura del tendón y el ligamento Presentan una estructura jerárquica similar entre los dos.
 Las protofibrillas se asocian entre sí formando microfibrillas.
 Las microfibrillas se asocian entre sí formando subfibrillas.
 Las subfibrillas se asocian entre sí formando fibrillas.
Página 39 Biomecánica  Las fibrillas se asocian entre sí formando fascículos.
 Los fascículos se asocian entre sí formando tendones y ligamentos.
La orientación difiere según se trate de tendones o ligamentos, ajustándose a la función de cada uno de ellos.
 Tendón: las fibras en paralelo. Presentan una alineación completamente paralela longitudinal y líneas de tracción del mismo que lo hacen apto para soportar elevadas tensiones.
 Ligamento: menos paralelo. Presentan una menor orientación estructural, más irregular, lo que permite soportar cargas en otras direcciones que no sean las longitudinales.
 Piel: al azar.
Página 40 Biomecánica Características mecánicas (tendón)  Inextensibilidad: se considera que es poco o nada extensible.
o Su alargamiento fisiológico es del orden del 4% de su longitud.
o Del 4% al 8% padece una deformación plástica.
o A partir del 8% se rompe.
 Resistencia: o El colágeno confiere al tendón una fuerte resistencia. De 400 a 1800 veces superior a la fuerza que puede desarrollar la parte contráctil del músculo.
 Módulo de Young: o Es de 2000 a 4000 daN/mm2.
 Visco elasticidad: o Especial de los tendones, que le permiten absorber las diferentes oscilaciones en el cuerpo de elongación y acortamiento (como un amortiguador).
o Se debe a intercambio de agua en el interior de los tendones.
Vascularización Los tendones y ligamentos tienen una pobre vascularización y es por eso que este relativo hándicap tiene un efecto directo en su proceso de reparación y en su actividad metabólica.
Clasificación Se clasifican según el patrón vascular:  Tendón vascular: los tendones están rodeados por paratendón.
 Tendón avascular: los tendones están rodeados por una vaina tendinosa sinovial o mesotendón.
En el cuerpo tendinoso, la nutrición vascular la reciben directamente de perimisio e inserción perióstica y/o de los tejidos que los rodean, es decir, paratendón y mesotendón.
Página 41 Biomecánica Los más envueltos por paratendón, los vasos sanguíneos entran por diferentes puntos sobre la periferia y se unifican longitudinalmente al eje del tendón por un sistema de capilares.
Mientras que los tendones envueltos por una vaina se nutren a través de sus vínculos y por difusión a través del líquido sinovial.
Página 42 Biomecánica Unión tendinosa El tendón se une por los dos lados; uno al músculo y el otro al hueso.
Una parte es la UTM (unión tendinosa muscular), que es una región anatómica altamente especializada que permite la transmisión de la tensión generada por las fibras musculares contráctiles a las fibras de colágeno.
Otra parte es la UOT (unión ósea tendinosa), que es una región también especializada donde el tendón se inserta dentro del hueso. El tendón visco elástico transmite la fuerza a una estructura rígida como es el hueso.
UOT Hay cuatro zonas o estratos:  Tendón: existe una estructura claramente tendinosa, con tendoncitos, colágeno y sustancia fundamental.
 Fibrocartilaginoso: los tendoncitos cambian su forma alargada de sus núcleos a formas más redondeadas, parecen células cartilaginosas.
 Fibrocartilaginoso mineralizado: aparece la línea cementante o línea azul, los primeros vestigios de sustancia ósea, apareciendo entre condrocitos y zona tendinosa.
 Óseo: está formado por una estructura típicamente ósea por acumulación progresiva de cristales de hidroxiapatita en el interior de las fibras de colágeno, que dan dureza.
Factores que afectan a las propiedades mecánicas  Edad: desde la infancia hasta el adulto las proteínas de la matriz extracelular aumentan, pero a cierta edad comienzan a disminuir, fundamentalmente las estructurales, entendiendo como tales: o Resistencia.
o Rigidez.
Página 43 Biomecánica  Inmovilización y ejercicio: los ligamentos y los tendones presentan la capacidad de adaptarse y remodelarse después de una lesión, esta remodelación depende de requerimientos mecánicos. Se ha demostrado que el ejercicio incrementa la fuerza tensora en la interfase ligamentosa ósea. Estos cambios ocurren de forma más lenta, debido a que presentan poca vascularización.
propiedades Juntamente mecánicas, con después la de reducción un de las periodo de inmovilización, también se producen cambios estructurales, ejemple: durante una inmovilización se produce una reducción del diámetro del ligamento cruzado anterior, implica una pérdida de fibras de colágeno y glicosaminoglicanes.
Página 44 Biomecánica  Respuesta a la lesión: en estudios se ha demostrado que en tendones o ligamentos sometidos a movimientos pasivos presentan menos adherencias resistencia.
 Diabetes.
 Esteroides.
 Hemodiálisis.
 Injertos.
Página 45 que otros, sin perder la Biomecánica Biomecánica de los músculos El movimiento voluntario es requisito indispensable para la vida activa.
La pérdida de este movimiento conduce a un deterioramiento funcional. El músculo está formado por células, red de nervios, vasos sanguíneos y una matriz de tejido conjuntivo extracelular.
Tipos Músculo Liso Está formado por musculatura lisa, en las cuales se puede reconocer todas las características propias.
Forman parte de las paredes de las vísceras, la actividad de la cual se desarrolla fuera de la voluntad. Se les llama músculos involuntarios.
Músculo cardíaco Es un músculo estriado pero involuntario.
Músculo estriado o esquelético Constituye la masa del tejido del cuerpo, es el 43-45% del peso corporal.
Se debe su nombre a que presenta una sucesión regular de estrías claras y oscuras. Su composición es:  Agua: 75%.
 Proteínas: 20% (actina y miosina).
 Fosfatos, sales minerales, etc.: 5%.
Forman los músculos voluntarios y están bajo la influencia de los nervios. Es el órgano de la fuerza, gracias a su estructura contráctil, responde mejor a la tracción.
Tiene dos secciones; una contráctil y otra tendinosa de anclaje poco o nada extensible.
Elementos pasivos Son inertes: Página 46 Biomecánica  Epimisio: vaina externa que envuelve todo el músculo, es de tejido conjuntivo.
 Perimisio: estos envuelven a los fascículos.
 Endomisio: envuelven a las fibras musculares.
Estos elementos dan consistencia al músculo y permiten la circulación sanguínea y nerviosa.
Estas compuestos reticulares y elásticas.
Página 47 de colágeno, fibras Biomecánica Elementos activos El 80% son fibras musculares excitables, porque se contraen delante de un estímulo eléctrico que llega por la vía nerviosa.
Constituida por:  Sarcolema: es la membrana de la fibra muscular estriada. Su estructura es muy similar a la fibra nerviosa. Y está formado por: o Túbulos T.
o Retículo sarcoplasmático.
 Miofibrillas: es el aparato contráctil de cada fibra muscular. Son formadas por haces de miofilamentos o filamentos contráctiles, compuestos por proteínas contráctiles. Estos filamentos pueden ser delgado o gordos.
o Delgados: formados por la actina.
o Gordos: formados por la miosina.
Cada filamento gordo de miosina queda entre dos filamentos delgados de actina, y viceversa.
 Sarcoplasma: es lo mismo que el citoplasma es otras células.
Contiene mitocondrias, etc.
Sarcómero Es la unidad de acción contráctil, se repiten a lo largo de toda la fibra muscular. En el músculo estriado hay una zona clara (banda clara, compuesto por actina) y otra zona más oscura (banda oscura, compuesto por miosina).
En la banda oscura (llamada banda A) están alineados con un conjunto central de filamentos de interconexión llamado línea M.
En la banda clara (llamada banda I) están alineados con un conjunto central de filamentos de interconexión llamado línea Z.
A cada lado de la línea M hay una banda H, y en la banda solo hay un filamento de miosina.
Página 48 Biomecánica Por tanto, un sarcómero está formado por dos medias bandas de miosina. Y cuanto más largo sea un sarcómero significa mayor número de puentes y mayor fuerza.
Mecanismos de la contracción muscular La contracción es la teoría del desplazamiento; que dice que los elementos contráctiles de las miofibrillas deslizan una sobre otras, manteniendo su longitud.
Página 49 Biomecánica Trabajo de biomecánica; pacientes encamados Introducción El inmovilismo se puede definir como la disminución de la capacidad para desempañar actividades de la vida diaria por deterioro de las funciones motoras. La movilidad es imprescindible para tener autonomía, siendo un componente esencial de la vida del hombre.
Generalmente el síndrome de inmovilidad es un problema geriátrico caracterizado por una reducción marcada de la tolerancia al ejercicio (respuesta taquicardizante, hipertensión arterial, disnea…), progresiva debilidad muscular y, en casos extremos, pérdida de los automatismo y reflejos posturales que imposibilitan la deambulación.
Tras una inmovilidad prolongada se producen cambios en los diferentes órganos y sistemas, que tienden a perpetuar el síndrome.
Los sistemas afectados con mayor relevancia son el sistema cardiovascular y el músculo-esquelético, aunque se afectan la mayoría de los sistemas orgánicos.
Dock en 1944 habla de las secuelas nocivas del reposo prolongado en cama. Entre estas secuelas cita la descalcificación ósea, la atrofia muscular y mareos, e incluso lipotimias, producidas cuando los pacientes intentaban el inicio de alguna ligera actividad después de períodos prolongados de reposo.
Afectación de la persona encamada.
a) Sistema músculo esquelético (huesos, articulaciones, músculos, piel) b) Sistema cardiovascular (pulmones, corazón i arterias, sistema venoso).
c) Metabolismo (sistema digestivo i nefrovesicular).
d) Aspectos neurofisiológicos (sistema nervioso, aspectos fisiológicos).
Página 50 Biomecánica El sistema músculo esquelético está formado por la unión de los huesos, los músculos y las articulaciones, constituyendo en conjunto el elemento de sostén, protección y movimiento del cuerpo humano, con características anatómicas adaptadas a las funciones que desempeña. La inmovilidad prolongada puede causar sobre el sistema músculo esquelético las siguientes afecciones.
Debilidad muscular: es la reducción de la fuerza de uno o más músculos de manera objetiva o subjetiva.
Atrofia por desuso: es el desgaste o pérdida del tejido muscular. En las personas que están postradas en una cama durante mucho tiempo pueden experimentar este desgaste muscular muy significativo.
Contracturas: se considera una contracción persistente e involuntaria de un músculo. Esto puede ocurrir cuando en una falta de movilidad se le pide a un músculo que realice un esfuerzo que supere su capacidad.
Rigidez y deformación articular: es una alteración que se caracteriza por el endurecimiento, entumecimiento o resistencia al estiramiento de un músculo.
Osteoporosis por inmovilización: es una enfermedad generalizada del hueso que se caracteriza por la pérdida progresiva de la matriz mineral. Osteoporosis significa “huesos porosos”.
Tendencia a las fracturas: con un aumento de la osteoporosis haciendo que los huesos se vuelvan más frágiles, las fracturas se hacen con el más mínimo golpe.
Retracción tendinosa: es el estrechamiento o acortamiento de los tendones impidiendo el estiramiento del músculo afectado.
Página 51 Biomecánica Posturas viciosas: se llaman así a todas las posiciones que no tienen una buena postura corporal. Las personas que están mucho tiempo en camillas buscan comodidad y no una buena postura.
Eritematosas: es una zona enrojecimiento de la piel condicionado por una inflamación debida a un exceso de riego sanguíneo mediante vasodilatación.
Maceración: la maceración es un procesa de extracción sólido-líquido.
El producto sólido (materia prima) posee una serie de compuestos solubles en el líquido extractante que son los que se pretende extraer.
Úlceras por presión: estas se pueden definir con cualquier área de daño en la piel y tejido subyacente causado por la presión prolongada sobre un plano dura, no necesariamente intensa, e independiente de la posición.
Junto con el sistema músculo-esquelético, otro sistema que se ve muy afectado es el sistema cardiovascular.
El sistema cardiovascular está formado por órganos tubulares; el corazón y los vasos sanguíneos (arterias, capilares y venas), estos últimos son de variada constitución histológica y de diferentes calibres y funciones.
El sistema cardiovascular es el encargado de distribuir la sangre en todo el organismo. De ella y a través del líquido tisular que se forma en los capilares es que las células obtienen los nutrientes, el oxígeno y otras sustancias necesarias para el metabolismo celular. En su trayecto, la sangre recoge a su vez los productos de desecho del metabolismo y estos son eliminados por los órganos de excreción. Por tanto su principal función es mantener la cantidad y calidad del líquido tisular.
A nivel cardiovascular, la inmovilidad puede causar: Hipotensión ortostática (el paciente se marea al levantarse): que se define como una reducción de la presión arterial de por lo menos 20 mm. de Hg. de presión sistólica y al menos 10 mm. De presión Página 52 Biomecánica diastólica, dentro de los 3 minutos de haber asumido la postura erecta a partir de la posición supina.
También causa una disminución de la tolerancia al ejercicio.
Reducción del volumen circulante y de la reserva funcional.
Trombosis venosa profunda y tromboembolismos: Promueve la aparición de trombos en las venas de las extremidades inferiores (con la consecuente posibilidad de embolia pulmonar).
Con la inmovilidad se pueden ver afectados los pulmones. Disminuye la profundidad y amplitud de los movimientos respiratorios; las secreciones mucosas bronquiales tienden a acumularse favoreciendo la aparición de infecciones.
Otro de los sistemas que se ve afectado es el sistema digestivo.
El aparato digestivo corresponde a un conjunto de órganos y glándulas asociadas, que se encargan del proceso de la digestión, es decir, que transforman los alimentos para que puedan ser absorbidos por el organismo. Se encargan de la transformación de moléculas complejas en substancias simples asimilables para el organismo. El sistema digestivo está formado por la boca, faringe, esófago, estomago, intestino delgado, intestino grueso, y otros órganos anexos como el páncreas, el bazo y el hígado.
Básicamente las funciones que realizan son las de transporte, secreción, absorción y excreción. Cuando este sistema se ve afectado por el síndrome de la inmovilidad se dan trastornos de la deglución, pérdida de apetito, enlentecimiento digestivo, tendencia al reflujo gastroesofágico, estreñimiento e impactación fetal.
El apetito es el deseo de comer. La pérdida de apetito se da cuando uno tiene menos deseo de consumir alimento, lo cual ocurre a pesar de las necesidades calóricas (energía) básicas del cuerpo.
Página 53 Biomecánica El estreñimiento hace referencia a las heces poco frecuentes o duras o la dificultad para expulsarlas. Puede implicar dolor durante el paso de una deposición, incapacidad para evacuarla después de hacer fuerza o pujar durante más de 10 minutos o la ausencia de deposiciones después de más de 3 días.
Este está causado con mayor frecuencia por una dieta baja en fibra, falta de ejercicio físico, ingesta inadecuada de líquidos al día o demora para ir al baño cuando se presenta urgencia de defecar.
El reflujo gastroesofágico es una afección en el que los contenidos estomacales (alimento o líquido) se devuelven desde el estómago hacia el esófago debido a que el músculo del esfínter no cierra bien.
Esta acción puede irritar el esófago, causando acidez y otros síntomas.
En pacientes con inmovilismo hay que mantener una serie de recomendaciones para prevenir este tipo de complicaciones gastrointestinales. El estreñimiento, como se comenta más arriba, es una de las complicaciones más frecuentes y para ello la dieta ha de ser rica en fibras, equilibrada, variada, y de fácil ingestión, digestión y absorción. Se han de evitar posibles déficits proteicos, y ha de haber un aporte correcto de vitamina C y de zinc. Es recomendable la ingesta de 1-1,5 litros de agua al día. Además se recomienda:  Revisar el estado de la boca (dentición, prótesis mal acopladas, etc.).
 Potenciar la comida fuera de la cama y en compañía para prevenir la anorexia.
 Incorporar al paciente encamado para evitar problemas de broncoaspiración.
 Favorecer un patrón horario de defecación y preservar su intimidad.
Sobre el sistema nefrourinario, encontramos afectaciones como la incontinencia, retención, cálculos e infecciones urinarias. Este sistema Página 54 Biomecánica está constituido por los dos riñones, los dos uréteres, la vejiga urinaria y la uretra. El objetivo fundamental de este sistema es la eliminación de los desechos metabólicos circulantes, tales como el ácido úrico, la urea, la creatinina, etc., conservando los componentes útiles de la sangre, y la conservación del equilibrio ácido-base normal.
La incontinencia urinaria, se define como la pérdida involuntaria de orina a través de la uretra, que se puede demostrar de manera objetiva y que se presenta en grado suficiente como para constituir un problema social o higiénico.
La retención urinaria es la imposibilidad de evacuar la orina contenida en la vejiga, y se produce por la insuficiencia de la presión intravesical para vencer la resistencia mecánica y muscular en su tracto de salida. De acuerdo a lo anterior, el cuadro puede desarrollarse a partir de una alteración primaria o secundaria (neurogénica) del músculo vesical para contraerse, por la existencia de un obstáculo a la evacuación a nivel cérvico prostático o uretral, o por una combinación de ambos factores.
Los cálculos son acumulaciones similares a piedras que se forman a partir de sales minerales, y pueden llegar a alojarse en el riñón o en el conducto renal. Si no se tratan, los cálculos que bloquean el flujo de orina pueden dar lugar a complicaciones serias, incluyendo infecciones recurrentes y lesión renal.
Página 55 Biomecánica Las infecciones urinarias, son las más comunes de todas las infecciones bacterianas. Abarcan una variedad de cuadros clínicos cuyas manifestaciones dependerán de los mecanismos de defensa de quien la padece y del grado de agresividad y cantidad de bacterias que causa la infección. El aparato urinario posee mecanismos de defensa frente a la agresión de bacterias a través del flujo constante de orina que actúa por arrastre, por la presencia de receptores presentes en las células de la mucosa urinaria que son capaces de atrapar a las bacterias y por la acción de sustancias o moléculas bactericidas (destruyen a las bacterias) en la orina. Si las bacterias vencen estas defensas ganan y generan una respuesta inflamatoria en el individuo.
A nivel del sistema nervioso puede causar, privación sensorial, un mayor deterioro cognitivo, alteración del equilibrio y la coordinación, trastornos de la atención y falta de motivación. Pero una de las áreas más afectadas es la neuro-psicológica del paciente encamado o inmóvil: el deterioro cognitivo aumenta por la falta de estímulos, aumenta la prevalencia de síndrome depresivo, ansiedad, delirio alteraciones del equilibrio y de la coordinación y, en consecuencia, de pérdida grave de la autoestima. Socialmente, el paciente inmóvil se encontrará en situación progresiva de aislamiento social y aumenta la necesidad de institucionalización.
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