Biomecanica_do_osso

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Biomecânica do osso
Ana de David
Universidade de Brasília
TECIDO ÓSSEO
Composição:
• Osso cortical - substância 
mineral (material inorgânico) -
cálcio e fosfato. 65 a 70% do 
peso líquido do osso. Rigidez e 
resistência compressiva. 
• Osso trabecular (material 
orgânico) – colágeno e água, 
95% do material orgânico. 25% 
a 30% do peso líquido do osso. 
A maioria dos ossos do corpo humano tem as camadas externas 
compostas de osso cortical com osso esponjoso no interior.
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TECIDO ÓSSEO
Tecido não homogêneo: 
Osso compacto - diáfises e paredes
externas. Resistem mais à 
compressão. Suporta maiores 
tensões e menos deformação.
Osso esponjoso - epífises e paredes 
internas. Resistência elástica. 
Suporta maior deformação e menos 
tensões.
Estruturas nas quais um material forte e rígido é entrelaçado com outro 
mais fraco e flexível, são mais resistentes do que aquelas compostas 
desses materiais separadamente. Ex.: fibra de vidro
Funções mecânicas e 
fisiológicas dos ossos
Mecânicas:
Suporte para o corpo contra forças
externas
Age como um sistema de alavanca 
para transferir força
Proteção para os órgãos internos
Fisiológicas:
Formar células sanguíneas 
Armazenar cálcio 
Células: Osteoblasto - célula óssea responsável pela produção de tecido ósse Osteoclasto -
célula óssea responsável pela reabsorção de tecido ósseo Osteócito - regulam a produção e 
absorção óssea. 
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Cargas mecânicas 
atuando no osso
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fratura durante um salto triplo - sobrecarga
Propriedade piezoelétrica no osso
A matriz óssea é composta por cristais de hidroxiapatita, que contém cálcio em 
sua estrutura e são anisotrópicos. Quando comprimidos, esses cristais sofrem 
deformação e geram uma voltagem (mV) - pelo chamado efeito 
piezoelétrico
Compressão – cargas negativas.
Tração: cargas positivas. 
MARINO (1984) correntes elétricas
estimulam a formação de calo ósseo
Brighton (1981) estimulação elétrica e
magnética estimulam a consolidação de 
fraturas
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Lei de Wolff
O osso reage às cargas externas de acordo com a direção e intensidade 
aplicadas.
Modificações no tamanho, forma e densidade.
Quando um osso é estimulado mecanicamente transversalmente, há 
aumento da atividade osteoclástica na área pressionada e aumento da 
atividade osteoblástica da área contralateral.
TENSÃO (ESTRESSE MECÂNICO)
Tensão é a força aplicada por unidade de área. A mesma força aplicada em 
ossos com diferentes seções transversais produz diferentes tensões.
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Região elástica
Região plástica
Ponto de fratura
Comportamento mecânico do tecido ósseo
Ensaio mecânico peça óssea
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Comportamento mecânico de alguns 
materiais
Stress = Força/área = N/cm2 ou N/m2 = Pascal
Coeficiente de elasticidade = módulo de Young 
E= stress/deformação (rigidez do material)
Inclinação da curva na região elástica
Comportamento anisotrópico: a deformação do osso 
depende da direção da carga aplicada
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Comportamento anisotrópico: a deformação do osso 
depende da direção da carga aplicada
O osso é um tecido extremamente dinâmico que cresce até a idade 
adulta.
Após a idade adulta, está sob constante remodelamento (diminuição 
da atividade dos osteoblastos e captação intestinal de cálcio).
O equilíbrio entre a produção e reabsorção perdura até os 40-50 anos 
nas mulheres (menopausa – diminuição do estrógeno) e até os 60 
anos nos homens (valores com grande variabilidade).
Crescimento e remodelagem óssea
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Deficiência Gh (hormônio do crescimento), IGF1. Deficiência estatura.
Osso jovem é mais flexível. 
A maior incidência de lesões ocorre durante a fase de crescimento 
mais intenso.
Crescimento e remodelagem óssea
Imobilização e remodelagem óssea
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LESÕES ÓSSEAS COMUNS
Considerando as importantes funções mecânicas desempenhadas 
pelos ossos, sua integridade é um componente importante da saúde 
geral. As lesões ósseas mais comuns são:
 Fratura - interrupção na continuidade do osso
 Osteoporose - deficiência de cálcio
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 sobrecarga traumática: aplicação de uma força simples de
magnitude suficiente para causar lesão ao tecido biológico 
(fratura traumática)
sobrecarga repetitiva: aplicação repetida de uma cargade
baixa magnitude (fratura por fadiga, fratura por stress)
Mais importante a geometria do osso do que a magnitude da 
força aplicada.
O osso é mais suscetível a lesões com cargas aplicadas com 
altas velocidades.
Sobrecargas – stress ósseo
Magnitude da carga, freqüência da carga e 
probabilidade de lesão
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Influência da atividade muscular e 
distribuição de cargas mecânicas no osso
Influência da atividade muscular na 
distribuição das cargas mecânicas no osso
• Diminuição das cargas
• Lesões
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O exercício causa microdeformações ósseas e as cargas 
mecânicas geram estímulos para aumentar a captação de 
cálcio pelos osteoblastos - efeito piezoelétrico.
Assim, pelo envergamento ósseo e pela lei de Wolff, 
ocorre aumento da densidade mineral óssea com a realização 
de exercícios. 
É importante que, aliada ao exercício, o indivíduo tenha uma 
dieta rica em cálcio, para que sempre haja oferta de cálcio 
circulante disponível.
Exercício e remodelagem óssea
Exercícios intensos podem acelerar a maturação óssea de animais, 
resultando em supressão permanente do crescimento longitudinal do
osso afetado.
Estudos relataram casos de fechamento prematuro das cartilagens de 
crescimento (epífise distal do rádio) em ginastas. Encurtamento do rádio 
e alterações no alinhamento rádio-ulnar também foram observadas.
Exercício e remodelagem óssea
Enquanto a atividade física moderada estimula o desenvolvimento ósseo, 
o atraso puberal resultante do treinamento físico vigoroso pode 
comprometer a aquisição da massa óssea ideal. 
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Em adolescentes do sexo feminino, o excesso de exercício pode 
causar hipoestrogenismo, com redução do ganho de massa óssea, o 
que pode ser, em casos graves, irreversível a despeito do retorno da 
menstruação, da reposição estrogênica e da suplementação com 
cálcio. 
A atividade física intensa causa inibição do eixo GH-IGF-1. Redução 
da altura associada à diminuição do IGF-1 em ginastas de elite 
submetidas a treinamento físico intensivo (22 horas/ semana) e 
restrição dietética.
A redução da densidade mineral óssea também pode ser observada 
em adolescentes do sexo masculino submetidos à atividade física 
extenuante.
Cargas mecânicas na tíbia adulta humana durante 
o caminhar e correr
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