Cargas mecânicas

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Cargas mecânicas que atuam 
sobre as estruturas biológicas
Carga Mecânica
Aplicação de uma força externa a um corpo.
• Fatores que caracterizam a carga:
- Magnitude (intensidade)
- Localização 
- Direção
- Duração frequência variabilidade 
- ritmo
Cargas 
mecânicas
Axiais 
Compressão 
ou 
esmagamento
Tração ou 
tensão
Compressão Tração ou 
tensão
• As cargas tensivas tendem a separar as 
extremidades de um corpo;
• As cargas compressivas tendem a aproximar 
as extremidades de um corpo;
Cargas
Não axiais
Inclinação ou 
arqueamento
Torção ou 
rotação
Cargas 
combinadas
Cisalhamento 
ou 
deslizamento
Arqueamento ou inclinação
Um lado do osso formará uma convexidade em 
que estarão presentes as forças tensivas, e do 
outro lado irá formar uma concavidade que 
estarão presentes forças compressivas.
Doença de Paget
Torção ou rotação
Ocorre quando uma estrutura é impelida a 
rodar sobre seu eixo longitudinal, o que em 
geral ocorre quando uma de suas 
extremidades está fixa.
Torção ou 
rotação
Arqueamento 
ou inclinação
Cisalhamento ou deslizamento
As cargas de cisalhamento tendem a produzir 
um deslizamento horizontal ou paralelo de 
uma parte do objeto em relação a outra parte 
desse objeto. 
Atua paralelamente a uma secção transversa.
Cisalhamento
Exercício de agachamento (CCF) 
Movimento de cisalhamento
Deslizamento na direção paralela ao côndilo tibial
Cargas combinadas
• Presença concomitante de mais de uma forma 
de carga;
• Tipo mais comum de carga que atua no corpo 
humano (grande quantidade de forças agindo 
simultaneamente).
Estresse mecânico
- Resultado da distribuição da força no interior 
de um corpo quando uma força externa atua.
- É definido do mesmo modo que a pressão: 
força por unidade da área sobre a qual ela 
atua.
E = F/A
F (carga axial)
A (área em corte transversal sobre a qual a carga se distribui)
Uma determinada força 
agindo em uma 
pequena superfície 
produz um estresse 
maior que a mesma 
força atuando sobre 
uma superfície maior;
A quantidade de estresse mecânico criado por 
uma força é inversamente proporcional ao 
tamanho da área sobre a qual a força se 
propaga. 
Termos que indicam a direção do 
estresse
- estresse compressivo (resistência em ser empurrado e 
aproximado);
- Estresse tensivo (resistência em ser tracionado ou separado); 
- Estresse de cisalhamento (forças que atuam paralelamente 
ou tangencialmente à carga aplicada criam um estresse em 
cisalhamento)
O estresse compressivo é 
maior na coluna torácica 
ou lombar???
Vértebra torácica Vértebra lombar 
Resposta
- A quantidade de estresse presente não é diretamente 
proporcional à quantidade de peso sustentada;
- As áreas de superfície que sustentam as cargas lombares são 
maiores que as áreas das vértebras localizadas em regiões 
mais altas da coluna vertebral; 
- Esse aumento de superfície de área reduz a quantidade do 
estresse compressivo presente na região;
Quando um corpo sofre um golpe, a 
probabilidade de esse golpe causar lesão 
tecidual está diretamente relacionada à 
magnitude e a direção do estresse criado pelo 
golpe ( estresse compressivo, estresse de 
cisalhamento, estresse tensivo).
Efeito de Poisson
Carga compressiva é aplicada á um objeto haverá uma 
deformação que comprime o objeto na direção da carga;
Ao mesmo tempo, ocorre uma deformação concomitante 
perpendicular á carga axial ;
Deformação tensiva
Efeitos das cargas
Quando uma força age em um objeto, ocorrem 
dois efeitos:
- 1° aceleração;
- 2° deformação (mudança na forma).
Deformação
Quando uma carga é aplicada a um corpo, 
este muda de formato ou de configuração, as 
vezes de forma imperceptível. 
Elasticidade
É a habilidade do material em retornar seu 
tamanho e forma original (livre de estresse) 
quando as cargas aplicadas são removidas.
Plasticidade
• Implica deformações permanentes ou 
“temporariamente permanentes”.
• Materiais podem sofrer deformações 
plásticas quando são carregados além dos 
seus limites elásticos. As deformações 
plásticas podem vir acompanhadas de falha 
ou ruptura.
Deformação 
• Deformação elástica = tecido readquire seu 
formato original quando a carga é removida;
• Deformação plástica = deformação permanente –
tecido não será capaz de readquirir seu formato 
original.
Se uma carga é aplicada em um material, tal 
que o estresse gerado no material é igual ou 
menor que o limite elástico, as deformações 
que acontecerão no material serão 
completamente recuperadas, uma vez que as 
cargas aplicadas sejam removidas.
Ponto de cedência ou cessão
• É o ponto em que o material passa da 
condição elástica para condição plástica.
• Cada biomaterial (osso, tendão, cartilagem, 
músculo, etc...) apresenta um ponto de cessão 
diferente.
Ponto de cedência
• Grau de deformação será permanente;
• Deformidades que excedem o ponto de 
falência final culminam em perda de 
continuidade ou ruptura mecânica da 
estrutura;
Curva de carga-deformação
Relação entre a quantidade de força 
aplicada a uma estrutura e a resposta 
dessa estrutura.
Curva de carga-deformação
Cargas pequenas
• deformação – resposta é elástica;
• Assim que a força é removida, a estrutura 
readquiri seu tamanho e forma original; 
Materiais mais rígidos
• Exibem menor grau de deformação em 
resposta a uma determinada carga;
• Maior rigidez se traduz em uma inclinação + 
íngreme na curva de carga-deformação na 
região elástica; 
Viscoelasticidade
• Viscosidade = propriedade fluídica ( uma 
medida quantitativa de resistência à fluidez);
• Elasticidade = é uma propriedade do material 
sólido.
Viscoelasticidade
É a característica de um material ter 
propriedades sólidas e fluídicas. 
• A maioria desses materiais é classificada como fluido 
ou sólido;
• Um material sólido deformará até uma certa 
extensão quando uma força externa for aplicada;
• Uma força continuamente aplicada em um corpo 
fluido causará uma deformação contínua (também 
conhecida como fluxo); 
Características anisotrópicas
• Um material homogêneo responderá da mesma 
maneira, independentemente da direção da carga;
• Em geral os tecidos biológicos não são homogêneos 
(sua estrutura varia entre os compartimentos) – e 
como resultado a resposta da carga depende da sua 
direção .
Características anisotrópicas
Material anisotrópico 
o comportamento do tecido irá variar 
dependendo da direção da aplicação da carga
Cargas mecânicas 
Os tecidos corporais experimentam cargas 
continuamente durante as atividades normais 
sem qualquer lesão.
A probabilidade de lesão > quando as cargas 
ultrapassam a gama fisiológica = sobrecarga
Lesão = carga imposta ultrapassa a tolerância 
do tecido.
Visão Global dos Mecanismos de 
Lesão
No contexto biomecânico, lesão é o 
dano, causado por trauma físico 
sofrido pelos tecidos do corpo. 
Mecanismos de lesão
Processo físico fundamental responsável por 
uma determinada ação, reação, ou resultado.
É essencial para o diagnóstico, tratamento e 
prevenção de futuras e lesões.
Estabelece uma reação de causa efeito. 
Mecanismos de trauma 
joelho
Estresse em valgo – LCM
Hiperextensão - LCA
Queda com mão espalmada
Fratura de Colles
Luxação posterior de ombro
• Trauma de direção 
ântero-posterior.
Luxação anterior de ombro
• Trauma direto e 
violento em direção 
póstero-anterior sobre 
o ombro;
Luxação anterior de ombro
• Mecanismo de queda 
ao solo, acompanhadode movimento 
rotacional com o 
membro superior em 
abd e RE
Luxação posterior - quadril
• A posição do quadril no 
momento do trauma e 
o vetor da força 
incidente determinam a 
direção da luxação;
Fratura patela
Mecanismos de traumas:
- Queda de alturas e 
trauma direto
Fraturas do platôtibial
Mecanismos de lesão
Fratura platôtibial
1) Força dirigida medialmente (deformidade em valgo) ou 
lateralmente (deformidade em varo);
2) Força compressiva axial;
3) Ao mesmo tempo uma força axial e uma força pelo lado 
(o côndilo femoral exerce ao mesmo tempo forças de 
cisalhamento e compressivas).
Hérnias de disco
“A hérnia de disco é uma combinação de fatores 
biomecânicos, alterações degenerativas do 
disco e situações que levam aumento de 
pressão sobre o disco”.
Sizínio,2003 
Mecanismo de lesão
Em um estudo experimental Pope (1992), por 
meio de um modelo matemático, demonstrou 
que o disco se rompe em flexão e rotação 
associada e resiste bem a compressão pura. 
Sizínio, 2003
Mecanismos básicos de lesão
• Contato ou impacto
• Sobrecarga dinâmica
• Uso excessivo (overuse)
• Vulnerabilidade estrutural
• Inflexibilidade 
• Desequilíbrio muscular
• Crescimento rápido
Cargas repetitivas x cargas 
agudas
Carga aguda
• única força atua e é grande suficiente para 
causar lesões nos tecidos;
• Lesão aguda;
• Força causativa = macrotrauma.
Cargas repetitivas
• Ação repetida de forças relativamente 
pequenas (alta frequência de força de baixa 
intensidade) ;
• Carga crônica ou repetida = lesão crônica ou 
lesão por estresse;
• Mecanismo causador = microtrauma.
Lesão
• Única sobrecarga (ultrapassa a tolerância máxima 
do tecido) = Lesões agudas (macrotrauma)
• Sobrecargas repetitivas (uso excessivo) – período 
de tempo é insuficiente para o reparo do tecido = 
Lesões crônicas (microtrauma)
Obs: a carga crônica enfraquece o tecido 
diminuindo sua força máxima, aumentando a 
probabilidade de ocorrer uma lesão aguda. 
Lesão primária X Lesão secundária
• Lesão primária: consequência direta e 
imediata do traumatismo
• Lesão secundária: manifesta-se algum tempo 
após o traumatismo inicial
ex:TCE - lesões cerebrais (diminuição do fluxo 
sanguíneo) 
Fatores determinantes para ocorrência de lesão 
ou não, quando aplicada uma força externa:
• Magnitude (intensidade) da força;
• Direção da força;
• Área sobre a qual ela é distribuída;
• Propriedades materiais dos tecidos corporais submetidos as 
cargas;
Fatores auxiliares
• Idade
• Sexo
• Genética
• Estado fisiológico e condição física
• Nutrição
• Estado psicológico
• Fadiga
• Ambiente
• Equipamento
• Lesão prévia 
• Doença
• Medicamento
• Reabilitação
• Variabilidade antropométrica
• Nível de habilidade
• dor
Referências 
• Hall, S. J. Biomecânica Básica, 5ª ed. São Paulo: Manole, 2009.
(capítulo 2)
• Hamill, J.; Knutzen, K. M. Bases Biomecânicas do Movimento 
Humano. 1a ed. São Paulo: Manole,1999. (capítulo 1)
• Nordin, M. & Frankel, V. H. Biomecânica Básica do Sistema 
Musculoesquelético, 3ª ed. Rio de Janeiro: Guanabara 
Koogan, 2003.
• Whiting, W.C. & Zernicke, R.F. Biomecânica da Lesão 
Muculoesqueléticas, Rio de Janeiro:Guanabara Koogan, 2001