Mecânica Óssea

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14/09/2022
Profa. Dra. Luciana Gassenferth Araujo
CINESIOLOGIA E BIOMECÂNICA
14/09/2022
Tópico da aula: 
Mecânica Óssea
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Profa. Dra. Luciana Gassenferth Araujo
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CINESIO
“KINEIN”
MOVER
“LOGOS”
ESTUDAR
LOGIA
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VERIFICADA
INTERNAMENTE EXTERNAMENTE
Também chamada 
“biomecânica interna” Também chamada “anatomia funcional”; 
“biomecânica das articulações”.
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MECÂNICA INTERNA
Ossos quebram-se, ligamentos rompem-se, cartilagens desgastam-
se e musculos estiram-se.
Tais FALHAS ocorrem quando as CARGAS impostas 
causam impactos que excedem a força do material!!!
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Determinação das forças internas e suas 
conseqüências sobre o biomaterial frente a 
diferentes formas de solicitação mecânica.
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MECÂNICA INTERNA
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FORÇA
Qualquer objeto que está sendo 
acelerado ( ou  v) ou deformado
encontra-se sob a ação de uma força
Qualquer objeto que está sendo 
acelerado ( ou  v) ou deformado
encontra-se sob a ação de uma força
CARGA ESTRESSE
Aplicada
externamente
à estrutura
Forças geradas
internamente em
resposta às cargas
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SEMPRE OCORRE DEFORMAÇÃO
Tração
Compressão
Flexão
Cisalhamento
Torção
≠ TIPOS DE
CARGA
(load)
≠ TIPOS DE
ESTRESSE
ou
TENSÂO
(stress)
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TRAÇÃO
É um tipo de carga que atuando axialmente 
tende a aumentar o comprimento e 
diminuir o diâmetro.
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COMPRESSÃO
É um tipo de carga que atuando axialmente 
tende a diminuir o comprimento e 
aumentar o diâmetro.
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FLEXÃO
É um tipo de carga que tende a curvar o 
objeto, provocando esforços de 
compressão de um lado e esforços de 
tração do outro.
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CISALHAMENTO
É um tipo de carga que tende a provocar 
um deslizamento (ou deslocamento) de 
uma parte do objeto sobre outra (ou de 
um objeto sobre outro).
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TORÇÃO
um tipo de carga que tende a torcer um 
objeto. Acontece quando uma força tende 
a girar em torno do seu eixo longitudinal 
estando uma de suas extremidades fixas 
(ou impedida de girar livremente).
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CARGAS COMBINADAS
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Há uma parte da 
Mecânica que se 
ocupa desta área…
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Parte da mecânica aplicada... trata do 
estudo das 
deformações dos corpos (strain)...
e tensões (stress)
que se desenvolvem no seu interior, 
quando postos sob ação de forças 
exteriores ou cargas.T
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MECÂNICA DOS MATERIAIS
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CARGA
DEFORMAÇÃO
PROPRIEDADES 
DOS 
MATERIAIS
 Resistência
 Resiliência
 Dureza
 Elasticidade
 Viscosidade
 f natural
 …
 Resistência
 Resiliência
 Dureza
 Elasticidade
 Viscosidade
 f natural
 …
Ao conjunto das 
propriedades físicas
gerais, obtidas como 
resultados de testes 
experimentais e do 
estudo teórico do 
comportamento elástico 
dos corpos, podemos 
denominar de 
propriedades dos 
materiais.
MECÂNICA DOS MATERIAIS
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EXEMPLOS DE PROPRIEDADES DOS 
MATERIAIS
Resistência: é a capacidade do corpo de resistir a 
ruptura quando submetido à ação de cargas, sem levar 
em conta as deformações produzidas. A diferença entre 
os materiais está na coesão dos átomos que se opõem a 
separar-se uns dos outros. A resistência à ruptura é 
medida por meio da “carga de ruptura”;
Rigidez: é a capacidade do corpo em resistir a 
deformação quando submetido à ação de cargas. A 
rigidez representa uma maior ou menor dificuldade de 
ser deformado. É medida através do módulo de 
elasticidade ou “módulo de Young”;
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EXEMPLOS DE PROPRIEDADES DOS 
MATERIAIS
Elasticidade (elasticity): é a capacidade de voltar a 
adquirir a forma primitiva, quando cessa a ação da carga 
que deforma o corpo elástico. A carga máxima que o 
corpo pode suportar, sem apresentar deformação 
permanente é denominada de “carga no limite elástico ou 
no limite de elasticidade”;
Amortecimento (damping): é um fenômeno de 
elasticidade onde há o retorno à forma original, mas este 
retorno não é da mesma velocidade que a tensão que 
produziu a deformação; Tênis esportivos***
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Fragilidade: definimos como frágeis os materiais que 
possuem elasticidade, mas não plasticidade. A ruptura 
ocorre bruscamente após a deformação elástica. 
Resistem mal a choque e são também chamados de 
quebradiços; Ex. vidro, ossos com o passar da idade.
Resiliência (resilience): capacidade de suportar choques 
importantes sem romper ou sofrer deformações 
permanentes. É uma característica contrária a fragilidade 
e considerada uma característica preciosa aos materiais; 
Ex bolinha tênis nova, tênis esportivos
EXEMPLOS DE PROPRIEDADES DOS 
MATERIAIS
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Dureza: resistência que um corpo apresenta a ser riscado
ou penetrado por outro, ou, a maior ou menor resistência 
a penetração em relação a outro corpo tomado como 
elemento de comparação;
Fluência: definimos como a deformação lenta e 
progressiva, com o transcurso do tempo, que se produz 
nos materiais, mesmo quando sujeitos a pequenas 
cargas;
Fadiga: fenômeno de ruptura do material, pela repetição 
da solicitação, embora a carga seja de menor valor que a 
carga de ruptura. 
EXEMPLOS DE PROPRIEDADES DOS 
MATERIAIS
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FADIGA
CARGA
DEFORMAÇÃO
PROPRIEDADES 
DOS 
BIOMATERIAIS
 Resistência
 Resiliência
 Dureza
 Elasticidade
 Viscosidade
 f natural
 …
ADAPTAÇÃO
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BIOMATERIAIS
OSSOS
MÚSCULO
TENDÃO 
LIGAMENTO
SISTEMA 
ARTICULAR
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BIOMATERIAIS
OSSOS
MÚSCULO
TENDÃO 
LIGAMENTO
SISTEMA 
ARTICULAR
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Definições de Osso
 “O osso é a parte rígida do tecido conjuntivo o 
qual constitui a maior parte do esqueleto da 
maioria dos vertebrados. Consiste de um 
componente orgânico e um inorgânico ou 
mineral. Realiza várias funções mecânicas e 
fisiológicas.”
(NIGG & HERZOG, 1994)
 “A estrutura esquelética determina nossa forma e 
tamanho corporal. O sistema esquelético 
desempenha muitas funções dentre as mais 
importantes estão a alavanca e suporte.” 
(HAMILL & KNUTZEN, 1999)
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 “O osso é um tecido conjuntivo altamente 
especializado, caracterizado por sua dureza, decorrente 
da mineralização da matriz óssea. Entretanto também 
apresenta características elásticas quando submetido a 
ação de determinadas cargas.”
(ORCEL & VERNEJOUL, 1996).
 “O osso é um tecido compostopor aproximadamente 
8% de água, sendo que o restante possui uma 
arquitetura típica de um composto de engenharia 
binário: 60 a 70% de mineral (responsável pela dureza 
e resistência) e proteínas (fib. colágenas –
responsáveis pela viscoelasticidade e anisotropia*).” 
(ROJAS et al, 1997)
*suas propriedades mecânicas dependem da disposição de suas fibras.
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Tipos de classificação
Macroscópia:
• Esqueleto axial: 
80 ossos- crânio, cv, costelas.
• Esqueleto apendicular: 
126 ossos – membros superiores e inferiores
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Macroscópia (Quanto ao formato):
• Ossos Longos
• Ossos Curtos
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Macroscópia (Morfológica):
• Ossos Irregulares
• Ossos planos
• Ossos sesamóides
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Classificação Estrutural:
• Cortical: 
– Forte
– Denso
– Sólido
– Resistente a deformação
• Esponjoso:
– Trabéculas Irregulares
– Grande volume não mineralizado
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Osso Cortical
Osso Trabecular 
(esponjoso)
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• Osso cortical:
baixa porosidade
(5 a 30% do volume), 
mais rígido, suporta 
maiores tensões com 
menores deformações.
• Osso esponjoso:
alta porosidade
(30 a 90% do volume), 
menos rígido, suporta 
menores tensões com 
maiores deformações.
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Profa. Dra. Luciana Gassenferth Araujo
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Células do tecido ósseo
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Propriedades do osso:
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• O tecido ósseo caracteriza-se como tecido mais
duro, forte e resistente do corpo.
• É um dos tecidos mais metabólicos e
dinamicamente ativo do corpo e se mantém
ativo durante toda a vida.
• Tem excelente capacidade de autorregenerar e
pode alterar suas propriedades e configurações
em resposta das demandas mecânicas”
(NORDIN & FRANKEL, 2003)
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Mecânicas:
 Suporte para o corpo contra forças externas;
 Constituir sistema de alavancas por meio dos pontos 
de origem e inserção musculares possibilitando 
estabilizar ou movimentar o corpo;
 Proteção para os órgãos internos.
Fisiológicas:
 Formar células sanguíneas (hematopoiese);
 Armazenar cálcio (homeostase mineral – 99% do cálcio 
do organismo).
Funções mecânicas e fisiológicas dos ossos
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EA • Resistência: capacidade do corpo de resistir a ruptura;
• Rigidez: capacidade do corpo de resistir a deformação;
• Não homogêneo, Composto binário (duro e flexível);
Propriedades mecânicas:
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• Anisotrópico
(resiste de maneira diversa à cargas aplicadas em diferentes 
direções);
• Não Hookiano
(deformação não proporcional à tensão aplicada);
Propriedades mecânicas:
Viscoelástico
(Deformações elásticas são deformações reversíveis 
sofridas por um corpo sob tensão... 
Deformações viscosas são deformações contínuas e 
irreversíveis sofridas pelo material enquanto submetido a 
uma tensão);
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O tecido ósseo apresenta capacidade 
adaptativa constante quando submetido a 
cargas mecânicas, suas respostas variam de 
acordo com sua forma, estrutura interna e 
bioquímica.
Adaptação constante 
(forma-função)
Comportamento mecânico:
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 Crescimento: ossos crescem em comprimento e em
diâmetro (em comp. ~20 anos) em função de fatores
genéticos, mecânicos, fisiológicos e ambientais;
 Modelamento: aumento da massa óssea (ocorre na
idade adulta);
 Remodelamento: processo pelo qual a massa óssea é
mantida ou diminuída;
 Reparo ósseo: processo pelo qual o osso é reparado
após uma lesão.
Adaptações do tecido ósseo:
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Em função da gênero...
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Crescimento – Modelamento - Remodelamento
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Considerando os processos de Crescimento, 
Modelamento e Remodelamento...
Quais implicações a atividade física poderia ter sobre 
a densidade óssea de uma mulher com 28 anos para 
o restante de sua vida?
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Crescimento: ossos crescem em
comprimento e em diâmetro (em comp. ~20
anos) em função de fatores genéticos,
mecânicos, fisiológicos e ambientais;
Modelamento: aumento da massa óssea
(ocorre na idade adulta);
Remodelamento: processo pelo qual a
massa óssea é mantida ou diminuída;
 Reparo ósseo: processo pelo qual o osso é
reparado após uma lesão.
Adaptações do tecido ósseo:
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Fraturas
• Avulsão - fratura induzida por uma carga de tração, na
qual uma parte do osso é puxada para fora por um
tendão ou ligamento nele inserido (arremessos e saltos
extremamente explosivos);
• Fratura por flexão (ossos longos);
• Fratura por torção (fratura da tíbia - futebol);
• Fratura por cisalhamento (colo do fêmur);
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• Fratura impactada - fratura induzida por uma carga de 
compressão; rara, normalmente acontece quando 
existem cargas combinadas;
• Outros tipos: 
Fratura cominutiva - resultante de uma carga rápida, 
caracterizada por numerosos pequenos fragmentos;
Fratura por fadiga - resultante de carga repetitiva de 
pequena magnitude (colo do fêmur); Fratura em galho 
verde - fratura incompleta.
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Fraturas
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A área da 
vértebra 
aumenta 
para 
suportar 
mais peso
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Quanto maior 
a carga de 
compressão, 
mais tecido 
deve ter o 
osso para 
suportá-la...
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Fraturas - Reparo
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Avulsão
Fraturas por tração
Fraturas por 
compressão
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Fratura por 
cisalhamento
Fratura por flexão
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Fratura por torção
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http://www.youtube.com/watch?v=_wxebhExcTk
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Fratura por estresse 
da fíbula
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IMAGENS FORTES
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EFEITO PIEZOELETRICO
Compressão 
carga negativa 
construção 
Tração 
carga positiva 
reabsorção
Adaptações do Tecido Ósseo
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EFEITO PIEZOELETRICO
Adaptações do Tecido Ósseo
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O osso mecanicamente comprimido 
no seu sentido longitudinal, gera 
potencial elétrico. 
Áreas de compressão (lado côncavo 
da curva) tornam-se eletronegativas 
e apresentam aumento da 
osteogênese.
As de tração (lado convexo), 
tornam-se eletropositivas e 
determinam a redução da 
osteogênese.
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Em função da utilização...
Em função da idade...
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Em função da gênero...
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Crescimento – Modelamento - Remodelamento
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Doenças do tecido ósseo
28 milhões de americanos
80% mulheres
1.5 milhões de fraturas anuais,incluem:
300.000 quadril
700.000 vértebras
250.000 punho
300.000 outros
Presença ou não de doenças...
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Presença ou não de doenças...
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Contato ou impacto
Sobrecarga dinâmica
Uso excessivo
Vulnerabilidade estrutural
Desequilíbrio muscular
Contato ou impacto
Sobrecarga dinâmica
Uso excessivo
Vulnerabilidade estrutural
Desequilíbrio muscular
Volume
Intensidade
Sobrecarga
Adaptação
Individualidade
Volume
Intensidade
Sobrecarga
Adaptação
Individualidade
MECANISMOS 
DE LESÃO
DESEMPENHO 
DA 
ESTRUTURA
??
MAGNITUDE
LOCALIZAÇÃO
DIREÇÃO
DURAÇÃO
FREQUÊNCIA
VARIABILIDADE
RITMO
Em função do forma de uso...
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Em função do forma de uso...
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≠s modalidades = ≠s densidade óssea:
Ex.: Fêmur:
levantador de peso > 
arremessador > 
corredor > 
futebol > 
nadadores ( sedentários)
Em função do tipo de atividade física...
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Estímulo efetivo mínimo que aciona 
formação óssea.
Se este estímulo for <  não altera
se for > e raramente aplicados  danos
Em função do tipo de atividade física...
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 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., 2018).
Em função do tipo de atividade física...
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 Astronautas apresentam grande excreção de cálcio 
através da urina. 
 Após 1 ano de permanência no espaço podem 
ocorrer perdas de massa óssea da ordem de 25 %
(Raumbaut et al., 2019).
Em função do tipo de atividade física...
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 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., 2018)
Em função do tipo de atividade física...
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Profa. Dra. Luciana Gassenferth Araujo
Meio Líquido:
 Não existe compressão, porque o 
empuxo se contra compõem ao 
efeito da gravidade;
 Não haverá compressão em alta 
frequência.
Em função do tipo de atividade física...
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Profa. Dra. Luciana Gassenferth Araujo
Caminhada e Corrida:
 Positiva compressão e alta frequência;
 Intensidade relativa, diferentes para sedentários e 
para atletas;
 Não objetiva o Membro Superior, necessita 
complementar.
Em função do tipo de atividade física...
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Treinamento Resistido / Musculação:
 A compressão pode ser localizada 
por segmento;
 Frequência baixa e intensidade 
alta, sem causar lesão;
 Aplicação de carga estática, ponto 
negativo.
Em função do tipo de atividade física...
M
EC
ÂN
IC
A 
Ó
SS
EA
14/09/2022
Profa. Dra. Luciana Gassenferth Araujo
QUESTÃO????
 Qual é a melhor atividade 
física para o aumento da 
densidade óssea em todo o 
corpo?
(sob um ponto de vista 
mecânico)
M
EC
ÂN
IC
A 
Ó
SS
EA
14/09/2022
Profa. Dra. Luciana Gassenferth Araujo
M
EC
ÂN
IC
A 
Ó
SS
EA
TRATAMENTO IGUAL? ? ? ?
RESPOSTAS DIFERENTE !!!!
Sujeito A
Sujeito B
ESTADO E TIPO DA LESÃO
PROFUNDIDADE DA LESÃO
ESTADO DE SAÚDE
MORFOLOGIA DA PESSOA
Solicitar no exame complementar
14/09/2022
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