AULA 4 - BIOMECÂNICA - Tecido ósseo

Prévia do material em texto

BIOMECÂNICA
AULA 4
TECIDO ÓSSEO
Prof.Andrea Ferian
BIOMECÂNICA 
DO 
TECIDO ÓSSEO
TECIDO ÓSSEO: 
ESTRUTURA E 
FUNÇÃO
Tecido ósseo
▪ Um dos tecidos mais 
duros e resistentes 
do corpo humano
Tecido ósseo
▪ Estrutura dinâmica que sofre 
remodelagem constante e 
responde às alterações :
-nas cargas mecânicas
- nos hormônios sistêmicos 
(tireóide e paratireóide)
Tecido ósseo - Funções 
 Fornece estrutura esquelética rígida que
sustenta e protege outros tecidos corporais
 Depósito de minerais (mantém os níveis
adequados de cálcio no sangue-calcemia)
 Abriga as células da medula óssea (produção
de células sanguíneas: hematopoiese)
 Forma um sistema de alavancas que pode ser
movido pelas forças musculares aplicadas
Tipos de ossos
Esqueleto Axial
Esqueleto Apendicular
Tipos de ossos
Curto Plano Longo
Irregular
Sesamóide
Tecido ósseo 
(macroscopicamente)
▪ Cortical ou compacto
▪ Trabecular ou esponjoso
Apesar de possuírem as mesmas células, seu 
comportamento mecânico e suas respostas 
adaptativas são diferentes
Tecido ósseo 
(macroscopicamente)
▪ Cortical: predomina na diáfise dos ossos longos.
Aspecto de “marfim”. Possui maior concentração de
massa óssea (80% da massa total do esqueleto).
▪ Trabecular : predomina no esqueleto axial e nas
epífises dos ossos longos. Aspecto de “queijo suíço” ou
esponja. Possui menor concentração de massa óssea.
Os espaços entre as trabéculas é preenchido de
medula óssea vermelha (20% da massa total do
esqueleto).
Irrigação e Inervação
▪ Canais de Havers: são uma série de tubos
estreitos dentro dos ossos por onde passam
vasos sanguíneos e nervos. Correm no
sentido longitudinal da diáfise.
▪ Canais de Volkmann: também podem
transportar pequenas artérias. São
perpendiculares aos Canais de Havers.
Canais 
de 
Havers
Canais de 
Volkmann
Tecido Ósseo
Composição Histológica
▪ Células Ósseas:
 osteoblastos, osteoclastos, osteócitos
▪ Matriz óssea (60-70%):
 Matriz Orgânica (principalmente colágeno)
 Matriz Inorgânica (minerais)
▪ Água (25 a 30%)
Células Ósseas
 Osteoblastos: formam osso (secretam colágeno)
 Osteócitos: derivados de osteoblastos 
 Osteoclastos: reabsorvem osso
Matriz Orgânica
Formada por proteínas:
▪ Colágeno (90%)
Dá ao osso flexibilidade para amortecer as forças que
incidem sobre sua estrutura
▪ Glicoproteínas e proteoglicanos
O colágeno, bem como as demais proteínas, é fabricado pelo 
próprio organismo. No osso, as células responsáveis pela 
fabricação dessa proteína são os osteoblastos
Matriz Inorgânica
Formada por minerais: 
▪ Carbonato de cálcio e fosfato de cálcio (60 a 70%) 
Obs. Há ainda a presença de outros minerais,
como magnésio, sódio e fluor.
▪ A matriz inorgânica fornece rigidez e resistência 
compressiva : capacidade de resistir a uma força 
de compressão ou esmagamento.
O corpo não é capaz de produzir os componentes da matriz 
inorgânica, eles são absorvidos pelo sistema digestório após 
ingestão de alimentos e são encaminhados para o osso por 
meio dos vasos sanguíneos
É pela união do cálcio (resistência) com 
o colágeno (flexibilidade) que ao 
receber uma força, o osso é capaz de se 
deformar, a fim de resistir a ela.
Relação entre Matriz 
Inorgânica e Orgânica
 Relação entre matéria inorgânica (cálcio e
fósforo) e orgânica (colágeno, proteínas não
colágenas)
- Recém-nascido: 1:1 Grande elasticidade
- 60 a 70 anos: 7:1 Fragilidade
PROPRIEDADES 
BIOMECÂNICAS
DO OSSO
Propriedades Biomecânicas do 
Osso
▪ Biomecanicamente, o tecido ósseo é um
material composto (bifásico): mineral e
colágeno
▪ Biomecânica Ortopédica: área da biomecânica
que usa o procedimento experimental
denominado de ensaio mecânico in vitro para
caracterização da resistência mecânica do
tecido ósseo.
Curva de estresse-deformação
Quando uma carga numa direção conhecida é imposta na 
estrutura, a deformação da estrutura pode ser mensurada
Unidade I- Sistema Online Unip
Curva de estresse-deformação
▪ Estresse é a carga ou força por unidade de 
área (N/cm2, N/m2 e MN/m2)
▪ Deformação (mudança em dimensão) 
desenvolve-se dentro de uma estrutura em 
resposta às cargas aplicadas externamente
Estresse mecânico
Mesma força, estresse diferente
Curva de estresse-deformação
E
st
re
ss
e
Região Plástica
Ponto de cedência
Ponto de falha final
A
B
C
Região elástica:
- Carga elevada - pouca deformação
- Remoção da carga: retorno ao estado original.
Região plástica:
- Pouca carga - muita deformação 
- Remoção da carga: tecido não retorna ao estado 
original.
Comprometimento do tecido por deformação óssea.
Ponto de Fratura:
Falência total do tecido.
Propriedades mecânicas
▪ Osso cortical é mais rígido e mais forte que o esponjoso, 
sustentando maior estresse (maior teor mineral)
▪ Osso esponjoso tem maior capacidade de absorção de 
choques (deforma mais)
▪ Diferença física entre os dois tecidos é a densidade
Curva estresse-deformação para o 
osso cortical e trabecular
NORDIN, Margareta, FRANKEL, Victor H. Biomecânica Básica do Sistema Musculoesquelético, 4ª edição. Guanabara Koogan, 02/2014. 
Cargas mecânicas sobre os 
ossos
▪ Forças podem ser aplicados a uma estrutura em 
várias direções produzindo:
 Compressão
 Tensão (tração)
 Flexão (envergamento)
 Deslizamento (cisalhamento)
 Torção 
 Cargas combinadas
Forças Verticais
Forças Horizontais
NORDIN, Margareta, FRANKEL, Victor H. Biomecânica Básica do Sistema Musculoesquelético, 4ª edição. Guanabara Koogan, 02/2014. 
Compressão 
▪ Estrutura encurta-se e alarga-se
▪ Forças direcionadas para dentro
da estrutura
Ex. Fraturas compressivas nas 
vértebras
Tensão/Tração
▪ Estrutura alonga-se e estreita-se
▪ Forças direcionadas para fora da
estrutura
Ex. Fraturas no calcâneo por intensa
contração do tríceps que produz carga de
tensão
Deslizamento ou Cisalhamento
▪ Desloca, em sentidos
opostos e na horizontal, as
porções superior e inferior
do tecido
Flexão (envergamento)
▪ Gera uma curvatura no tecido
Torção
▪ A carga é aplicada na estrutura 
num modo que causa à 
estrutura um giro em torno de 
um eixo, e um torque é 
produzido dentro da estrutura
Cargas combinadas
▪ Osso humano é raramente carregado em 
somente um modo
▪ Carregamento em ossos vivos é complexo
 Osso submetido a cargas múltiplas 
indeterminadas
 Geometria irregular
TECIDO ÓSSEO
SOLICITAÇÕES MECÂNICAS
LESÕES ÓSSEAS
Cargas repetitivas X traumáticas
▪ Traumática: uma única força, grande o 
suficiente para causar lesão
▪ Repetitivas: repetição sustentada de forças 
relativamente pequenas
 Fraturas de fadiga ou de estresse
Fraturas por overuse:
Cargas repetidas de baixa 
magnitude.
Mais frequente em 
atividades físicas.
Fraturas agudas:
Uma única carga de alta 
magnitude.
Acidentes.
Cargas repetitivas X traumáticas
Sobrecarga no tecido ósseo

Microtraumas

Remodelagem óssea:
Osteoclastos reabsorvem tecido lesionado.
Osteoblastos depositam nova estrutura.
Fratura por estresse:
Processo de remodelação é ultrapassado pelo
processo de desgaste.
Lesões Ósseas 
SOBRECARGA
MOVIMENTOS REPETITIVOS 
TEMPO DE RECUPERAÇÃO INADEQUADO
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA
DEFORMAÇÃO PÁSTICA
MICROFRATURAS
FRATURA COMPLETA
FADIGA, FRAQUEZA OU 
DESPREPARO MUSCULAR: PERDA 
AÇÃO PROTETORA - AUMENTA O 
RISCO DE LESÕES DO TECIDO 
ÓSSEO
Exames de Imagem
• Cintilografia Óssea
• Ressonância Magnética
Lesões Ósseas
▪ Fraturas
 Avulsão: fratura induzida por uma carga de tração na qual uma 
parte do osso é puxada para fora por um tendão ou ligamento 
inserido nele
 Cominutiva: caracterizada por numerosos múltiplos fragmentos
 Impactada: pressionado um contra o outro por uma carga 
compressiva
Lesões Ósseas
▪ Fraturas
 Fratura de estresse: uma fratura resultante de uma carga 
repetida de magnitude relativamente pequena 
 Fratura em galho verde: uma fratura resultante de uma 
inclinação ou torção na qual um lado do osso é quebrado e o 
outro ladopermanece intacto
Fratura por avulsão
Fratura compressiva
Fratura por envergamento
Fratura por cisalhamento
CRESCIMENTO E 
DESENVOLVIMENTO
Crescimento e Desenvolvimento 
▪ Crescimento longitudinal: ocorre somente
quando a epífise óssea está presente (produz
continuamente novas células em sua diáfise).
Fecha por volta dos 18 anos.
▪ Crescimento circunferencial: os ossos crescem
em diâmetro durante quase toda a vida
 Osteoblasto: forma tecido ósseo novo
 Osteoclasto: reabsorve tecido ósseo
RESPOSTA ÓSSEA 
AO ESTRESSE
LEI DE WOLFF
Osso se remodela para suportar demandas 
mecânicas impostas a ele

Osso ganha ou perde tecido ósseo (compacto ou 
esponjoso) em resposta ao estresse mecânico 
(atividade e gravidade)
Resposta óssea ao estresse
Estímulo de tração gerada pelo músculo é 
insuficiente para aumentar densidade.
Preferência pelo estímulo compressivo!!!
Maior atividade e maior 
massa corporal

Maior estresse mecânico

Maior tecido ósseo
Menor atividade e menor 
massa corporal

Menor estresse mecânico

Menor tecido ósseo
Resposta óssea ao estresse
▪ Estresse mecânico aumentado: hipertrofia óssea
 Os ossos sofrem uma hipertrofia em resposta a certas
atividades físicas regulares. Quanto maior a força ou a
carga habitualmente encontrada, maior é a
mineralização do osso.
▪ Estresse mecânico reduzido: atrofia óssea
 Cálcio diminui, peso e resistência decrescem
Resposta óssea ao estresse
Remodelagem óssea
 Ação de osteoblastos e osteoclastos continuamente
remodelam o osso
 Depende da magnitude e direção do estresse
mecânico aplicado
Evidências:
Astronautas e imobilização
Atletas de diferentes modalidades
Sedentarismo
Resposta óssea ao estresse
Desuso e Inatividade:
Declínio de massa óssea.
Reabsorção óssea.
Astronauta - Comportamento
semelhante.
Resposta óssea ao estresse
NORDIN, Margareta, FRANKEL, Victor H. Biomecânica Básica do Sistema Musculoesquelético, 4ª edição. Guanabara Koogan, 02/2014. 
Curvas de carga-deformação para os segmentos vertebrais L5-
L7 de macacos rhesus normais e imobilizados.
Volume de atividade: quanto maior a
frequência, maior o estímulo à mineralização
Resultados de densidade óssea, de diferentes regiões do corpo (braço, perna,
vértebras lombares, colo fêmur, trocanter do fêmur), dos jogadores de futebol das diferentes
categorias em relação ao controle. Adaptado de Karlsson et al25.
Obs: a primeira divisão treinava cerca de 12 h/semana; a terceira, 8 h/semana; e a 
sexta, 6 h/semana.
Densidade mineral óssea das atletas do sexo feminino de diferentes 
modalidades, para diferentes regiões do corpo, expressa em valores 
percentuais em relação ao grupo controle.
Densidade óssea em crianças (12 - 13 anos) em 
função da atividade física (Grimston et al., 1993)
- Grupo Impacto: 3 vezes o Peso Corporal (corredores, ginastas, dançarinos)
- Grupo Carga ativa: Contração muscular (natação)
CRIANÇAS
E
ADOLESCENTES
Criança e Adolescente
Características de composição importantes:
• Presença dos discos epifisários
• Menor quantidade de cristais de cálcio
• Maior quantidade de colágeno:
Aumento da flexibilidade do tecido.
Diminuição de rigidez do tecido.
Menor tolerância às cargas de compressão.
Maior possibilidade de atingir a região plástica.
Sobrecarga
Adulto Criança
FRATURA Deformação
Discos epifisários
Características:
Disco cartilaginoso.
Região de proliferação do tecido ósseo.
Região de maior vulnerabilidade!!!
Forças aplicadas nos ossos longos de 
crianças geram mais lesões nas epífises do 
que nas articulações.
(WILKINS, 1980 e SPEER & BRAUN, 1985)
Discos epifisários
▪ São de duas a cinco vezes mais frágeis do que o 
tecido ósseo que as circunda, e ao receberem 
uma força de grande magnitude, podem se 
romper (AMADIO; SERRÃO, 2004).
▪ A cicatrização da cartilagem do crescimento 
rompida pode gerar a calcificação do tecido. Se 
isso ocorrer, a área do osso que teve a cartilagem 
afetada calcificará, comprometendo o 
crescimento ósseo na região afetada
Cargas excessivas na linha de crescimento.
(discos epifisários)

Comprometimento irreversível das estruturas responsáveis pelo 
crescimento do tecido.
(células e suporte sanguíneo)

Conseqüência: Distúrbio do Crescimento.
Intensidade X modalidade
Ex: ginasta
Lesivo é a intensidade, não a modalidade!!
Comprometimento do tecido ósseo
IDOSOS
Tecido ósseo em idosos
▪ Possuem menor quantidade de massa óssea por área de
secção transversal quando comparado aos adultos,
mesmo se forem idosos ativos.
▪ Fatores fisiológicos, como menor capacidade de
absorção de cálcio pelo sistema digestório e alterações
na concentração de hormônios (que também atuam na
absorção de cálcio pelo organismo) facilitam a
degradação do osso.
Tecido ósseo em idosos
▪ Os osteoclastos ficam mais ativos do que os
osteoblastos nesse período. Como consequência,
o osso perde massa, fica mais frágil, o que
facilita seu rompimento:
Diminuição na quantidade de trabéculas.
Diminuição da espessura do osso cortical.
Redução da resistência e da rigidez.
Tecido ósseo - idoso 
Tecido ósseo em idosos
Efeitos: Mulheres > Homens.
Baixo estrogênio (pós-menopausa):
▪ Diminuição na absorção do cálcio.
▪ Facilita reabsorção do osso.
FIM