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Manual del residente traumatologa COT 2

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Coordinador: Ricardo Navarro García 
Hospital Universitario Insular de Gran Canaria 
Las Palmas de Gran Canaria 
26. El polietileno en las prótesis articulares. Características y 
propiedades 
Autores: Yauci Soler de Paz y Alberto E. González Medina 
Coordinador: Sebastián Rodríguez Hernández 
Hospital Universitario Nuestra Señora de Candelaria 
Santa Cruz de Tenerife 
 
14. Biomecánica: Una base de la ortopedia 
Autora: Pilar Martínez de Albornoz Torrente 
Coordinador: Francisco Forriol Campos 
Hospital FREMAP Majadahonda 
Madrid
 1. Introducción
La investigación del aparato locomotor ha desarrollado y adquirido gran importancia en los últimos años gracias a 
la aplicación de métodos propios de la mecánica al análisis del sistema músculo-esquelético. Estos estudios 
estaban limitados a la observación directa y a mediciones cuantitativas simples hasta que la invención de nuevos 
instrumentos de medida, el desarrollo de nuevas técnicas y el aporte informático, han posibilitado la obtención de 
datos sobre las propiedades mecánicas de los organismos vivos con mayor precisión y desde nuevos puntos de 
vista.
La biomecánica cubre un amplio campo aplicando los principios de ingeniería al comportamiento de los materiales 
biológicos y sus sistemas que se extiende a través de la práctica deportiva, mecanismos de lesión, métodos de 
tratamiento, técnicas quirúrgicas, análisis de las complicaciones, la funcionalidad del minusválido, ortesis y 
prótesis y en el diseño y fabricación de los implantes.
Tal vez sea la biomecánica entendida como “el análisis formal y cuantitativo de las relaciones entre la estructura y 
la función de los tejidos vivos y la aplicación de los resultados obtenidos en el ser humano sano y enfermo” el 
concepto más amplio de esta especialidad. Sin embargo, no siempre es entendida del mismo modo; estudia los 
sistemas biológicos, en nuestro caso el sistema músculo-esquelético, con métodos y conceptos procedentes de la 
ingeniería o somete a los seres vivos o tejidos a diferentes condiciones mecánicas, analizándolos con los métodos 
propios de la biología. Estas dos concepciones señalan los dos aspectos que definen la biomecánica. Por una 
parte, el empleo de métodos mecánicos para estudiar los sistemas biológicos y, por otra, el estudio de estos 
sistemas con métodos biológicos cuando son sometidos a solicitaciones mecánicas.
Otras escuelas identifican la biomecánica con el movimiento como “la ciencia de la coordinación de los 
movimientos del hombre” o como “el estudio de la mecánica de los organismos vivos (hombre) bajo condiciones 
fulminantes, violentas, repentinas o de tensión prolongada, tal como ocurre en una experiencia deportiva”.
Por su parte la bioingeniería es el compendio de todas las disciplinas que combinan los conocimientos de la 
ingeniería con los sistemas biológicos y médicos, analizando diferentes áreas que comprenden desde la 
ingeniería genética hasta el estudio de biomateriales, además de los procedimientos de diagnóstico y tratamiento 
en medicina o el diseño de órganos artificiales. La bioingeniería, como un todo, y la biomecánica, como una de sus 
ramas, están destinadas a incrementar el desarrollo de la medicina con una resolución rápida y efectiva de los 
problemas del paciente.
La biomecánica utiliza términos propios de la ingeniería que son aplicados a las ciencias biológicas. Por eso, es 
importante familiarizarse con diversos términos para comprender los conceptos generales de la mecánica, los 
cuales codifican observaciones comunes de cómo los cuerpos se mueven y se deforman. La estática es el estudio 
de los efectos externos de las fuerzas aplicadas a un cuerpo en equilibrio. La dinámica, por su parte, se encarga 
del estudio  de la acción de estas fuerzas en los cuerpos en desequilibrio. La dinámica directa es el análisis 
mecánico de un sistema que empieza con una fuerza y determina un movimiento mientras que la dinámica inversa 
será el análisis mecánico de un sistema que empieza con un movimiento y determina una fuerza. En el caso de la 
locomoción humana se deben estudiar ambas fases, ya que es necesario tener un conocimiento de las fuerzas 
que constituyen la cinética o estudio de las fuerzas, y de la cinemática o estudio de los movimientos.
Se entiende como cuerpo rígido la materia que se asume ocupa un volumen en el espacio y no se deforma si está 
sujeto a unas fuerzas. Un cuerpo rígido es la materia que se asume ocupa un volumen finito en el espacio y no se 
deforma cuando está sujeta a fuerzas externas. El concepto de cuerpo rígido puede ser válido cuando las 
deformaciones del cuerpo son insignificantes en relación con el movimiento de todo el cuerpo (figura 1).
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23/01/2011http://www.manualresidentecot.es/es/bloque-ii-biomecanica-y-b...
2. Fuerza
La fuerza no se puede definir pero podemos describir los efectos producidos por ella. Las fuerzas activas en los 
movimientos humanos son aquellas fuerzas generadas por el movimiento, controladas por la actividad muscular. 
Si hay “algo” capaz de acelerar una masa, este “algo” se conoce como fuerza en un sentido dinámico. Por el 
contrario, cuando un “algo” es capaz de mantener un muelle deformado, ese “algo” se llama fuerza en sentido 
estático.
Las fuerzas de impacto durante la marcha humana son las fuerzas que se producen por la colisión de dos objetos 
y que alcanzan su máximo antes de 50 milisegundos después del contacto entre los dos objetos.
Según la dirección, la fuerza puede ser normal, cuando es perpendicular a la superficie de interés, o de 
cizallamiento cuando es paralela a dicha superficie. Hablamos de una carga axial cuando actúa una fuerza cuya 
línea de acción pasa por el centro de la sección transversal de un elemento y es perpendicular al plano en el que 
se encuentra dicha sección.
Una fuerza puede ser interpretada como un empuje o una tracción. Sin embargo, la fuerza la estudiamos dentro 
de los efectos producidos en el cuerpo afectado que pueden ser internos o externos. El efecto externo de una 
fuerza tiende a cambiar la velocidad del cuerpo. El efecto interno, por su parte, da origen a un estado de esfuerzo.
Un cuerpo moviéndose a velocidad constante se denomina cuerpo en equilibrio.
Las fuerzas se pueden representar como vectores y poseen las características de (figura 2):
• Magnitud: potencia de la fuerza aplicada. Se expresa en kilogramos (kg) o Newton (N) (1 kg = 9,8 N).
• Línea de aplicación o línea a lo largo de la cual actúa la fuerza: se puede describir como vertical, horizontal, 
norte-sur o por alguna otra orientación geométrica de la línea.
• Sentido: corresponde a los puntos finales del vector a lo largo de la línea de aplicación; es decir, en cualquiera 
de los ejes del espacio. El término dirección se emplea para conocer la línea de aplicación y el sentido.
• Punto de aplicación: corresponde al punto de contacto entre la fuerza aplicada y el cuerpo sobre el cual actúa 
dicha fuerza.
Por lo tanto para describir una fuerza será necesario conocer su magnitud y dirección.
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23/01/2011http://www.manualresidentecot.es/es/bloque-ii-biomecanica-y-b...
3. Las leyes del movimiento de Newton
Los resultados de aplicación de una fuerza se engloban en las 3 leyes de Newton:
• Primera ley: un cuerpo está parado o tiene una velocidad constante si sobre él no actúa ninguna fuerza.
• Segunda ley: la aceleración de un cuerpo es proporcional a la fuerza aplicada e inversamente proporcional a la 
masa del cuerpo.
• Tercera ley: cuando dos partículas ejercen una fuerza contraria, las fuerzas actúan sobre una línea que une las 
partículas y los dos vectores de fuerza son iguales en magnitud y opuestos en su dirección. Para toda fuerza 
aplicada existe una