Marteriais para Biomecânica

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04/03/2013
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Biomecânica do tecido ósseo
Professor Diego Carneiro
Tópicos da aula
• Citologia e histologia do tecido ósseo
• Estrutura e composição óssea
• Tipos de ossificação
• Principais tipos de ossos
• Comportamento biomecânico
• Remodelação óssea
• Introdução
– Funções básicas do tecido ósseo
• Proteção dos órgãos internos
• Promover ligações cinemáticas (articulações)
• Promover locais de fixação muscular
• Agir como alavancas para ação muscular
• Ajudar na movimentação corporal
– Uma das estruturas mais rígidas do corpo
– Tecido dinamicamente ativo e metabólico
– Adaptam-se às mudanças mecânicas impostas
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• Citologia e histologia do tecido ósseo
– Tecido conjuntivo especializado
– Possui os componentes básicos de um tecido 
conjuntivo
• Células – Responsáveis pela produção de fibras e 
substância fundamental
• Fibras – Formadas de proteínas que se agrupam em 
estruturas alongadas
• Substância fundamental – Mistura complexa de 
derivados de proteínas que preenche os espaços entre 
as células
Biomecânica do tecido ósseo
• Citologia e histologia do tecido ósseo
– No tecido ósseo a substância fundamental 
acumula material inorgânico (sais de cálcio) –
Matriz óssea
– Células
• Osteócitos – células que ficam na lacunas da matriz
• Osteoblastos – produtoras da parte inorgânica da 
matriz
• Osteoclastos – células gigantes que reabsorvem o osso
Biomecânica do tecido ósseo
• Citologia e histologia do tecido ósseo
– Osteócitos
• Células encontradas dentro da matriz óssea
• Possuem canalículos para trocas metabólicas
• Possuem atividade baixa
• Fundamentais para manutenção da matriz óssea
• Sua morte é seguida da reabsorção da matriz óssea
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Biomecânica do tecido ósseo
• Citologia e histologia do tecido ósseo
– Osteoblastos
• Sintetizam a parte orgânica da matriz óssea
• Colágeno, proteoglicanas e glicoproteínas
• Ajudam os osteócitos na formação da matirz óssea
• Os osteoblastos ficam localizados na periferia do osso
• Produzem matriz óssea até ficaram presos nela
• Quando aprisionados, tornam-se osteócitos
Biomecânica do tecido ósseo
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• Citologia e histologia do tecido ósseo
– Osteoclastos
• Células móveis, polinucleadas e gigantes
• São responsáveis pela reabsorção óssea
• Possuem enzimas ácidas responsáveis pela degradação do 
osso
• Sua parte ativa está voltada para o osso e possui 
microvilossidades
• As microvilossidades ciram um ambiente fechado onde o 
osteoclasto secreta ácido e enzimas para degradar o osso
• A atividade dos osteoclastos é regulada por hormônios: 
calcitonina e paratormônio
Biomecânica do tecido ósseo
Biomecânica do tecido ósseo
• Citologia e histologia do tecido ósseo
– Matriz óssea
• Constituída de uma parte orgânica e de uma parte 
inorgânica
• A parte inorgânica corresponde a 50%
• Os íons mais encontrados são o fosfato (PO4
2-) e cálcio 
(Ca2+), formando a hidroxiapatita de cálcio.
• Uma fina camada de água em torno dos cristais na 
superfície do osso, facilitando a troca de íons
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• Citologia e histologia do tecido ósseo
– Matriz óssea
• A parte orgânica da matriz óssea é constituída 
principalmente de colágeno
• A união entre a hidroxiapatita e o colágeno confere 
dureza e resistência ao osso
• A retirada do colágeno por incineração deixa o osso 
quebradiço e frágil
• A retirada do cálcio por ácido deixa o osso flexível
Biomecânica do tecido ósseo
• Estrutura e composição óssea
– As superfícies interna e externa do osso são cobertas 
são cobertas de tecido conjuntivo e células 
osteogênicas
• Endósteo recobre a parte interna e o periósteo a externa
– A camada superficial do periósteo é rico em fibras de 
colágeno e fibroblastos
– A camada profunda possui também células 
osteogênicas que se diferenciam em osteoblastos
– O endósteo é composto por células osteogênicas
– Suas funções: nutrição do tecido ósseo, fornecimento 
de osteoblastos para o crescimento e recuperação
Biomecânica do tecido ósseo
• Estrutura e composição óssea
– Dois tipos de tecido ósseo: osso compacto e osso 
e esponjoso
– O osso esponjoso abriga a medula ósseo 
vermelha, responsável pela produção de 
sanguíneas
– O neonato possuí somente medula vermelha, mas 
lentamente há a substituída por medula amarela 
rica em gordura
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Biomecânica do tecido ósseo
• Estrutura e composição óssea
– Tipos histológicos de tecido ósseo
• Tecido Primário (Imaturo)
– Raro no adulto, existindo na suturas, alvéolos dentários e 
algumas inserções de tendões
– Apresenta fibras colágenas em várias direções sem 
organização
– Baixa concentração de minerais
– Maior proporção de osteócitos
Biomecânica do tecido ósseo
• Estrutura e composição óssea
– Tipos histológicos de tecido ósseo
• Tecido ósseo secundário
– Mais presente no adulto
– Fibras colágenas organizadas em lamelas
– Os osteócitos estão entre as lamelas
– Paralelas ou em forma de canais concêntricos
– Ósteos ou sistema de Havers, contendo nervos e vasos
– Comunicam-se entre si pelos canais de Volkmann
– As lamelas têm fibras de colágeno com direções alternadas 
conferindo mais resistência ao osso
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Biomecânica do tecido ósseo
• Tipos de ossificação
– Ossificação intramembranosa
• Ocorre nas membranas do tecido conjuntivo
• Processo pelo qual se formam alguns ossos do crânio
• Contribui para o crescimento dos ossos curtos e ossos 
longos
• Centro do ossificação primária
• Células mesenquimatosas se diferenciam em osteoblastos
• Osteóide engloba osteoblastos transformando-os em 
osteócitos
• Vários osteóides juntam-se substituindo a membrana por 
osso
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• Tipos de ossificação
– Ossificação endocondral
• Inicia numa peça de cartilagem hialina de forma parecida 
com a do osso que vai formar
• Responsável pela formação dos ossos curtos e longos
• Hipotrofia dos condrócitos, redução da matriz cartilaginosa, 
mineralização e morte dos condrócitos
• As cavidades ocupadas pelos condrócitos é ocupado por 
vasos sanguíneos e osteoblastos
• Osteoblastos começam a depositar matriz óssea sobre a 
cartilagem mineralizada
• Osteoclastos surgem desde o início formando o canal 
medular dos ossos ,ongos
• Essa formação óssea é chamada de centro primário
Biomecânica do tecido ósseo
• Tipos de ossificação
– Ossificação endocondral
• Os centros secundários correspondem aos discos epifisários 
ou de crescimento
• A cartilagem fica entre as epífises e a diáfise dos ossos 
longos e apresenta 5 zonas
– Zona de repouso onde existe cartilagem hialina normal
– Zona seriada ou de proliferação onde os condrócitos se 
multiplicam, achatando-se e se acumulando em colunas
– Zona hipertrófica onde a matriz cartilaginosa se reduz e os 
condrócitos morrem
– Zona de cartilagem calcificada onde começa a mineralização da 
cartilagem
– Zona de ossificação quando aparece o tecido ósseo. Capilares e 
nervos vindos do períosteo ocupam o lugar dos condrócitos e os 
osteoblastos começam a produção da matriz óssea
Biomecânica do tecido ósseo
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• Tipos de ossos
– Ossos podem receber várias classificações, mas a mais 
comum é quanto sua forma
• Ossos longos: apresentam comprimento maior que a 
espessura e largura. Apresentam duas epífise (uma proximal 
e outra distal) e uma diáfise que possui um canal medular
• Ossos laminares:apresentam largura e comprimento 
equivalentes e maiores que a espessura
• Ossos curtos: apresentam equivalência nas três dimensões
• Ossos irregulares: apresentam morfologia complexa sem 
correspondência nas formas geométricas
• Ossos pneumáticos: apresentam cavidade interna revestida 
de mucosa e contendo ar.
• Ossos sesamóides: desenvolvem-se na substância de alguns 
tendões
Biomecânica do tecido ósseo
• Comportamento biomecânico
– As principais propriedades mecânicas do osso são sua 
resistência e rigidez
– Possui propriedades plásticas e elásticas
• Elástica – capacidade de retornar a sua forma original depois de 
deformado
• Plástica – capacidade de tomar uma nova forma após a 
deformação
• A estrutura deixa de agir de forma plástica quando as fibras do 
tecido cedem
• Se a carga continuar a ser aplicada ocorre fratura
– Propriedades anisotrópicas
• Comportamento varia de acordo com a direção da carga aplicada 
sobre o osso
• Ossos resistem melhor a cargas longitudinais
Biomecânica do tecido ósseo
• Comportamento biomecânico
– Propriedade viscoelástica
• Responde de forma diferente à velocidade de aplicação 
da carga
• Ossos lidam com cargas maiores quando aplicadas em 
velocidades maiores
– Osso recebem cargas compressivas, tensivas, 
torção, cisalhamento.
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• Remodelação óssea
– Ossos respondem de modo dinâmico à presença ou 
ausência de carga
• Lei de Wolff – as densidades ósseas e os formatos dos ossos 
são resultado da magnitude e direção dos estresses 
mecânicos
• Quando a deformação causada pela carga ultrapassa o limiar 
superior, novo osso é depositado na região da deformação
• Quando a deformação é abaixo do limiar inferior, osso é 
movido da parte esponjosa do osso
• Quando a deformação ocorre entre esse limiares, não ocorre 
adaptação, é a zona inativa 
Biomecânica do tecido ósseo
• Remodelação óssea
– O remodelamento ósseo é controlado pelos 
osteócitos e osteoclastos
• Os osteocítos percebem as deformações pelos 
canalículos na matriz ósseoas quando ocorre alterações 
no fluxo de fluidos intersticiais.
• Cargas dinâmicas resultantes de impactos gera 
deformações que exsudam fluidos eficazmente
• Atividade de alto impacto são as melhores para 
estimular a formação óssea
Biomecânica do tecido ósseo
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Dúvidas?
Boa noite!