Biomecânica de Tendões e Ligamentos

Prévia do material em texto

1
Biomecânica de Tendões e 
Ligamentos
Introdução
� Os tendões, ligamentos e cápsulas das 
juntas são estruturas que envolvem, 
conectam e estabilizam as articulações do 
sistema musculoesquelético;
� Estruturas passivas� não produzem 
movimento ativamente; mas possuem papel 
essencial no movimento.
2
Funções
� Ligamentos (e cápsulas) tem papel de 
aumentar a estabilidade mecânica das 
articulações, guiar movimento e prevenir 
movimento excessivo. Agem como restrições 
estáticas.
� Tendões tem função de fixar o músculo ao 
osso e transmitir cargas de tensão do 
músculo ao osso, permitindo dessa forma o 
movimento articular ou a manutenção da 
postura.
Função da unidade musculotendinosa
� Tendões e músculos agem como uma 
restrição dinâmica.
� O tendão também permite que o ventre 
muscular esteja a uma distância ótima da 
articulação, no qual o tendão age sem 
requerer um comprimento estendido de 
músculo entre origem e inserção.
3
Estudos em espécies animais
� A estrutura e composição química de 
ligamentos e tendões são idênticas em 
humanos e em muitas espécies animais 
como ratos, coelhos, cachorros e macacos.
Extrapolações para estruturas em humanos a 
partir dos resultados nessas espécies de 
animais.
Composição e Estrutura dos Tendões e 
Ligamentos
� Tecido conjuntivo denso tecidos 
colagênicos fibro-paralelos
� Escassamente vascularizado;
4
Colágeno
� Molécula em forma de bastonete, que em ligação 
cruzada das fibrilas dá forças ao tecido, permitindo 
o funcionamento sob estresse mecânico;
5
� O arranjo de colágeno difere um pouco entre 
tendões e ligamentos, se adaptando à função 
de cada estrutura;
Arranjo das fibras
� As fibras que compõem os tendões tem um 
arranjo ordenadamente paralelo altas 
cargas tensionais unidirecionias (uniaxiais)
� Os ligamentos geralmente sustentam cargas 
tensionais em uma direção predominante, 
mas também podem agüentar cargas em 
outras direções.
6
Elastina
� As propriedades mecânicas dos tendões e ligamentos 
não são só dependentes da arquiteturas e 
propriedades do colágeno, mas também da proporção 
de elastina presente. A proteína é escassa em tendões 
e ligamentos das extremidades. 
�Em ligamentos elásticos, 
como o ligamento flava, que 
conectam as lâminas das 
vértebras adjacentes, parecem 
ter a função de proteger as 
raízes dos nervos espinhais, 
provendo estabilidade 
intrínseca.
Substância de Base
� Em tendões e ligamentos, consiste em 
proteoglicanos e glicoproteínas estruturais.
� Os agregados de proteoglicano ligam a maioria da 
água extracelular do ligamento e tendão, fazendo 
da matriz um material tipo gel muito mais 
estruturado do que uma solução amorfa.
substância amorfa é a designação dada à estrutura que não têm 
ordenação espacial a longa distância (em termos atômicos), como os 
sólidos regulares. É geralmente aceito como o oposto de estrutura 
cristalina. As substâncias amorfas não possuem estrutura atômica definida. 
7
Especificação tecidual Vascularização
� Perimísio é uma bainha de tecido conjuntivo que 
agrupa conjuntos de dez a cem fibras musculares 
individuais em fascículos
� Inserção periostal inserção do tendão e ligamento 
com a fibrocartilagem, fibrocartilagem mineralizada e o 
osso.
� Paratendão bainha de tecido conjuntivo vascular, 
elástico e flexível que reveste externamente o tendão. 
� Mesotendão prega da sinovial que conserva os 
tendões nas respectivas bainhas
Vascularização
� Tendões e ligamentos tem 
uma vascularização 
limitada, que afeta seus 
processos de cura e 
atividade metabólica;
� Tendões recebem sangue 
através dos vasos do 
perimísio, na inserção 
periostal, e no tecido 
circunvizinho por meio de 
vasos no paratendão ou 
mesotendão.
8
Padrão vascular de tendões envolvidos por 
bainha (mesotendões)
Modo dual de nutrição:
Modo vascular Modo Avascular, sinovial ou por difusão 
Outras Estruturas e Inserção no Osso
� São vistas certas similaridades nas estrutura 
exterior de tendões e ligamentos, mas há
importantes diferenças funcionais entre 
essas estruturas;
� No tendão o tecido conjuntivo areolar frouxo 
que o circunda é o paratendão. Ele forma 
uma bainha que protege o tendão e aumenta 
sua ascensão.
9
� Em locais onde os tendões são submetidos a 
particularmente alta força de fricção, uma 
camada parietal sinovial é encontrada justo 
embaixo do paratendão; essa membrana do 
tipo sinovial é chamada epitendão e envolve 
vários feixes de fibras. O fluido sinovial
produzido por essa membrana auxilia na 
ascensão do tendão.
� A estrutura das 
inserções em osso são 
semelhantes em 
ligamentos e tendões e 
consiste em quatro 
zonas: no final do 
tendão (1), as fibras de 
colágeno se interlaçam
com fibrocartilagem (2). 
Essa fibrocartilagem se 
torna gradualmente 
fibrocartilagem 
mineralizada (3) e então 
imerge no osso cortical 
(4).
10
Comportamento Mecânico dos Tendões e 
Ligamentos
� Tendões e ligamentos são estruturas 
viscoelásticas com propriedades mecânicas 
únicas. Os tendões são fortes para sustentar 
a tensão da contração muscular durante o 
movimento e ainda são suficientemente 
flexíveis às superfícies ósseas angulares.
� Ligamentos são adaptáveis e flexíveis, 
proporcionando movimentos naturais aos 
ossos.
A viscoelasticidade
Viscocidade
Capacidade da 
estrutura de se 
adaptar a uma 
determinada carga
Comportamento 
dominante sobre 
baixas cargas
Elasticidade
Capacidade da estrutura 
de se alongar e voltar a 
posição inicial de maneira 
não linear
Comportamento 
dominante sobre altas 
cargas
11
Propriedades Biomecânicas
� Um meio de analisar as propriedades 
biomecânicas de tendões e ligamentos é
sujeitar espécimes a deformações de tensão 
usando uma taxa constante de alongamento. 
O tecido é alongado até se romper, e a força 
resultante, ou carga (P), é marcada.
12
� A medida que a carga continua, a rigidez do 
tecido aumenta e progressivamente maior 
força é exigida para produzir quantidades 
equivalentes de alongamento. 
� Quando a região linear é ultrapassada, falhas 
maiores acontecem de uma maneira 
imprevisível.
13
Comportamento Viscoelástico (Taxa-
Dependência) em Tendões e Ligamentos 
14
Falha em Ligamento e Mecanismos de 
Lesão em Tendão
15
Fatores que Afetam as Propriedades 
Biomecânicas dos Tendões e Ligamentos
São numerosos os fatores que podem afetar 
as propriedades biomecânicas de tendões e 
ligamentos, dentre eles:
� Envelhecimento;
� Gravidez;
� Imobilização;
� Diabetes;
� Hemodiálise;
Maturação e Envelhecimento
� Durante a maturação (até os 20 anos), o 
número e a qualidade das ligações cruzadas 
aumentam, resultando em resistência 
aumentada à tensão do tendão e ligamento.
� O diâmetro em adultos (>20 anos) e idosos 
diminui notavelmente, mas em uma 
distribuição maior;
� Depois da maturação, à medida da 
progressão de idade, o colágeno alcança um 
platô com respeito a suas propriedades 
mecânicas, depois disso a resistência à
16
Gravidez e Período Pós-Parto
� Uma observação clínica comum é a 
frouxidão aumentada dos tendões e 
ligamentos na área púbica durante fases 
posteriores de gravidez e o período pós 
parto. Essa rigidez diminuída durante esse 
período é restabelecida depois.
Mobilização e Imobilização
� Como os ossos, os ligamentos e tendões 
parecem se remodelar em relações as 
demandas mecânicas que lhes são impostas.
� Tem sido visto que a imobilização diminui a 
resistência de tendões e ligamentos, se 
mostrando menos rígidos.
17
Diabetes Mellitus
� Duquette (1996) estudou os efeitos da 
diabete nas propriedades do ligamento 
colateral do joelho de ratos. A propriedadeelástica do tecido não diferiam entre o 
diabete e o grupo controle, já o componente 
viscoso foi aumentado no grupo 
hiperglicêmico.
� Num estudo com cachorros, Lancaster et al
(1994), mostra que a rigidez do tendão foi 
13% maior do que no grupo controle. 
18
Esteróides
� Corticosteróides, quando aplicados 
imediatamente depois da lesão, podem 
causar prejuízo significativo às propriedades 
biomecânicas e histológicas em ligamentos, 
assim como in vitro essas substancias inibem 
a síntese de colágeno.
Drogas Antiinflamatórias Não-Esteróides
� São drogas usadas para tratamento de dores 
e lesões musculoesqueléticas.
� O tratamento com essas drogas resultou o 
aumento da resistência de tensão.
� Estudos com animais sugerem que a 
administração de curto prazo não seria 
deletéria para a cura do tendão, antes 
aumentaria a taxa de restauração 
biomecânica do tecido.
19
Hemodiálise
� Falha de tendão resultante de falha renal 
crônica acontece, com ruptura de tensão que 
alcança 36% entre indivíduos receptores de 
hemodiálise;
� Amiloidoses relacionadas à diálise podem 
causar a deposição de amilóide na sinóvia de 
tendões. 
Estudo de Caso – Falha do LCA
20
Estudo de Caso – Lesão de sobreuso do 
Tendão de Aquiles
Perguntas de estudo:
1. Qual a composição estrutural de tendões e 
ligamentos?
2. Existe diferença entre o arranjo das fibras de colágeno 
entre estas estruturas? Explique
3. Qual a função a) dos tendões b) dos ligamentos?
4. Quais as principais propriedades biomecânicas dos 
tendões e ligamentos? 
5. Como os tendões e ligamentos respondem a cargas 
fisiológicas?
6. Descreva os mecanismos de falha de tendões e 
ligamentos
7. Descreva os principais fatores que afetam as 
propriedades biomecânicas dos tendões e ligamentos