Mecanica Cartilagem

Prévia do material em texto

Mecânica da Cartilagem Articular
Articulação Diartrodial ou 
Sinovial
Biópsia – Cartilagem Articular
Articulação Sinovial
Cartilagem Articular 
Líquido Sinovial
Cápsula
Osso
Protoglicano Colágeno
Cartilagem Articular
O corpo humano tem três tipos de 
articulações: fibrosa, cartilaginosa e sinovial. 
Somente as sinoviais, ou diartrodiais, tem uma 
ampla amplitude de movimento. 
Os ossos articulados que terminam nas 
articulações diartrodiais são cobertos por uma 
camada (1 a 6 mm) de um tecido conectivo 
branco denso chamado 
cartilagem articular hialina. 
A cartilagem fibrosa 
encontra-se nos discos 
intervertebrais, nos pontos 
de inserção de alguns 
tendões e ligamentos nos 
ossos e na sínfese púbica.
A cartilagem elástica 
encontra-se na epiglote, na 
tuba auditiva, no pavilhão 
auditivo, e na cartilagem 
cuneiforme da laringe. 
Articulação Sinovial
• A cartilagem articular é um tecido 
altamente especializado e precisamente 
moldado para sustentar o ambiente 
altamente carregado da junta sem falhar 
durante a vida médio do indivíduo;
• É um tecido isolado� sem vascularização, 
canais linfáticos e inervação neurológica;
A cartilagem é uma substancia 
avascular com 60 a 80 % de água e uma 
matriz sólida composta de colágeno e gel 
proteoglican. A cartilagem não tem 
suprimento sangüineo e é nutrida pelo 
líquido que há dentro da articulação.
A matriz organica é composta de uma densa rede de 
fibras de colágenos finos (tipo II) em uma solucao 
concentrada de proteoglican (PGs). Além dos 
componetes da matriz e água existem ainda sais 
inorganicos e pequenas quantidades de outros 
proteínas na matrix, glicoproteínas e lipídeos. As 
fibras de colágeno e o proteoglican são os 
componentes estruturais que irão suportar os estresses 
mecânicos internos que resultam das cargas aplicadas 
a cartilagem articular.
Colágeno: o colágeno é a proteína mais 
abundante no corpo humano. Na cartilagem 
articular o colágeno tem um alto nível de 
organização estrutural que irá fornecer uma 
ultra estrutura fibrosa. O colágeno na 
cartilagem articular não é homogeneamente 
distribuido tanto ao tecido um carácter de 
camadas. As mais importantes propriedades 
das fibras de colágeno são suas rigidez, força e 
resistência tensiva.
Gel proteoglicano: o proteoglicano da 
cartilagem são moléculas de grandes 
proteínas-polisacarídeas que existem como 
monômeros ou agregados. Muitas das 
propriedades e funções destas estruturas ainda 
estão sendo estudadas, mas é de comum 
aceite que a agregação de monômeros 
promove imobilização do proteoglican dentro 
da malha de colágeno, adicionando rigidez 
estrutural a matriz da cartilagem.
ÁÁguagua:: o mais abundante componete da 
cartilagem aricular é mais concentrada perto 
da superfície articular(aproximadamente 80 
%) e diminue de uma maneira linear com o 
aumento de profundidade (aproximadamente 
65%) na zona profunda.
Este fluído contém componentes como sódio e 
cálcio que influenciam bastante o 
comportamento mecanico da cartilagem. 
O componente fluido da cartilagem então é
essencial para a saúde deste tecido avascular 
permitindo a difusão de gases, nutrientes e 
produtos de sobra. 
Quando o tecido é submetido a ação de forças 
cerca de 70 % da água pode ser movimentada. 
Este movimento é importante no controle do 
comportamento mecânico da cartilagem e 
lubrificação articular.
Comportamento e FunComportamento e Funççðes Biomecânicas da ðes Biomecânicas da 
Cartilagem ArticularCartilagem Articular
As forças que agem na superfície articular podem 
variar de zero a várias vezes o peso corporal. As áreas de 
contato variam de maneira complexa e tipicamnte não são 
mais que alguns centímetros quadrados. Com isso a 
cartilagem articular que esta sobre ação de forças é um 
material altamente estressado (pressionado). Assim como 
outros tecidos a cartilagem articular também tem suas 
propriedades mecânicas intrínsecas com relação a 
compressão, tensão e cisalhamento. 
Natureza da Viscoelasticidade da Cartilagem Articular:Natureza da Viscoelasticidade da Cartilagem Articular:
sendo um material submetido a ação de cargas 
constantes (dependente do tempo) ou deformação 
constante e sua resposta varia (dependente do tempo) 
então se diz que o comportamento mecânico do material 
é viscoelástico. 
As duas respostas viscoeláticas fundamentais da 
cartilagem articular são a resposta de arrasto bifásico à
cartilagem articular em compressão e resposta de 
relaxamento de estresse bifásico da cartilagem articular 
em compressão. O arrasto ocorre quando um sólido 
viscoelástico é submetido a ação de uma carga contínua.
Tipicamente um sólido viscoelático responde com uma rápida 
deformação inicial seguida por uma lenta (dependente do 
tempo), progressivamente aumentando a deformação até que 
um equilíbrio seja atingido. 
A=Descarregado
B= Acomodação
C= Equilíbrio
O relaxamento de estresse ocorre quando um 
sólido viscoelástico é submetido a ação de 
uma deformação constante. Tipicamente o 
sólido viscoelático responde com um alto nível 
de estresse inicial seguido por um lento 
(dependente do tempo), progressivamente 
diminuindo o estresse necessário para manter a 
deformação.
Resposta bifásica de estresse-relaxamento 
da cartilagem articular em compressão
A cartilagem articular também responde 
diferentemente dependendo também das forças 
de tensão e cisalhamento que são aplicadas à
suas estruturas, como por exemplo as forças 
aplicadas nas fibras de colágeno.
Principais componentes da cartilagem articular quando o 
tecido está sem carga (A) e quando a carga de tensão é
aplicada (B). O carregamento resultaria em um alinhamento 
de fibras colagênicas ao longo do eixo de tensão.
Alinhamento das fibras colagênicas 
Transporte de Cargas:
O transporte de cargas é a capacidade para sustentar 
as cargas a que está submetida sem falhas 
mecânicas, a fim de compensar as incongruências 
macroscópicas e pequena aspereza na superfície 
óssea subcondral e reduzir as tensões de cargas 
dinâmicas para o osso subcondral. Como as 
superfícies ósseas não se adaptam perfeitamente, as 
concentrações de pressão representam o resultado 
natural quando ossos entram em contato direto 
devido a carga.
A cartilagem compensa essas irregularidades 
ósseas aumentando a área de contato na 
articulação, reduzindo desse modo as compressões 
de contato sobre o osso. 
A cartilagem age como absorvedor de choque
(amortecendo as cargas dinâmicas pela 
deformação de uma ampla extensão de modo 
viscoelástico). A cartilagem deve ser forte, mais 
deformável que o osso, sob o ponto de vista de 
disseminação de carga, elástica. Entretanto, sob o 
ponto de vista de amortecimento ela deve ser 
viscoelástica.
LubrificaLubrificaçção da Cartilagem Articular:ão da Cartilagem Articular:
À medida que um corpo desliza sobre outro, o 
movimento sofre uma resistência por uma força de 
atrito nas superfícies de contato. 
A proporção da força de atrito F com a carga ou peso 
W, que comprime as duas superfícies elásticas, uma 
contra a outra é denominada coeficiente de atrito. 
Quando duas superfícies opostas não são lubrificadas e 
deslizam uma sobre as outras, o atrito é o resultado da 
interação de asperezas (rugosidades superficiais). 
A lubrificação reduz a resistência de atrito e o desgaste das 
superfícies pela interposição de uma substância que as 
mantém separadas. 
Uma camada de líquido separa completamente as 
superfícies opostas de apoio e a resistência ao movimento 
surge pela viscosidade do líquido. 
Quando o apoio recebe uma carga, a camada líquida é
fornecida por vários mecanismos. 
As lubrificações sao denominadas lubrificação 
hidrostática, lubrificação por película de compressão e
lubrificação hidrodinâmica.
Na lubrificação hidrostática a camada de lubrificante é
mandida sob pressão. Nas articulaçõoes sinoviais uma 
glicoproteína específica, lubricina, aparece sendo o 
constituinte do fluído sinovial responsável pela 
lubrificaçãohidrostática.
HipHipóóteses (biomecteses (biomecâânicas) sobre degeneranicas) sobre degeneraçção da ão da 
cartilagem:cartilagem:
A cartilagem articular tem somente uma capacidade 
limitada para regenerar-se e se submetida a um enorme 
índice de estresses pode falhar rapidamente. 
Foi hipotetisada que a progressão da falha está
relacionada com os seguintes aspectos:
• magnitude dos estresses aplicados
• o número total dos picos de estresses sustentados
•mudanças na estrutura molecular intrínseca e 
microscópica da matriz de colágeno e proteoglicano
• mudanças nas propriedades mecânicas intrínsecas do 
tecido. 
O fator de falha inicial mais importante parece ser a 
perda da rede de colágeno que permite uma expansão 
anormal de proteoglicano e com isso inchaço do 
tecido. 
Associada a esta mudança há uma diminuição da 
permibialidade da cartilagem, ambas alterando a 
função da cartilagem em uma articulação diartrodial 
ou sinovial durante o movimento articular.
A magnitude do estresse sustentado pela cartilagem 
articular é determinado por ambos a carga total na 
articulação e como esta carga é distribuída sobre a 
superfície articular da área em contato.
Cartilagem 
Normal
Cartilagem 
com Artrite
Vol. 39, No. 2, 384-391, 2011
Leitura Sugerida:
Biomechanics of Articular Cartilage de V. C. Mow, C. S. 
Proctor, M. A. Kelly em Basic Biomechanics of the 
Muskuloskeletal System de M. Nordin e V. Frankel 
Biomecânica da Cartilagem Articular de V. C. Mow, C. S. 
Proctor, M. A. Kelly em Nordin, M. & Frankel, V. H. 
(2003) Biomecânica Básica do Sistema 
Musculoesquelético; Guanabara-Koogan: Rio de Janeiro, 
3a edição, p. 50-85, 2003.