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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
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