Biomecânica dos ossos

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BIOMECÂNICA DO
SISTEMA ÓSSEO
ASPECTOS BIOMECÂNICOS DO SISTEMA
ÓSSEO
Cerca de 206 ossos no corpo
~ 20 % da massa corporal
• Constituição:
•carbonato de cálcio, fosfato de cálcio e
minerais (60-70%)
•colágeno e água (25-30%)
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FUNÇÕES MECÂNICAS E FISIOLÓGICAS
DOS OSSOS
MECÂNICAS 
• Suporte para o corpo contra forças externas
• Age como um sistema de alavanca para transferir
força
• Proteção para os órgãos internos
 
FISIOLÓGICAS:
• Formar células sanguíneas (hemopoiese)
• Armazenar cálcio (homeostase mineral)
• Esqueleto humano ⇒ endoesqueleto
(estrutura viva)
• Esqueleto artrópode ⇒ exoesqueleto
 (estrutura morta)
ESQUELETO HUMANO
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OSSO: tecido vivo
• O osso é um tecido dinâmico que crescem até a
idade adulta.
• Após a idade adulta, está sob constante
remodelamento
• Sofrem modelamento dado um estímulo
apropriado
As principais partes de um osso longo
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As principais partes de um osso longo
As principais partes de um osso longo
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• Crescimento: em comprimento (~20 anos) e em diâmetro
em função de fatores genéticos, biomecânicos, fisiológicos
e ambientais. Equilíbrio entre produção e reabsorção até
40 anos (mulher), até 60 anos (homem)
• Modelamento e Remodelamento: aumentoe
diminuição da massa óssea (ocorre na idade adulta).
• Reparo ósseo: processo pelo qual o osso é reparado após
uma lesão.
ADAPTAÇÕES DO TECIDO ÓSSEO
CÉLULAS ÓSSEAS
• Osteoblasto - célula óssea responsável pela síntese de
tecido ósseo, produzem as fibras colágenas e a substância
fundamental amorfa, encontrados nas zonas de proliferação
óssea.
• Osteoclasto - célula óssea responsável pela reabsorção de
tecido ósseo, células gigantes que possuem diversos núcleos
• Osteócito - osteoblastos envolvidos pela própria matriz que
produziram.
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CÉLULAS ÓSSEAS
ATIVIDADE DAS CÉLULAS ÓSSEAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ADAPTAÇÕES DO TECIDO ÓSSEO
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Forças iguais em Áreas diferentes provocam
Pressões diferentes
A área da vértebra
aumenta para
suportar mais
peso
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SECÇÃO TRANSVERSA DE UMA VÉRTEBRA
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• Compressão Ö carga negativa Ö construção
• Tração Ö carga positiva Ö reabsorção
Alguns cristais orgânicos que
compõem o tecido ósseo (Cristais
de hidroxiapatita) podem gerar um
potencial elétrico quando
deformados (BASSETT, 1967).
aplicação de cargas ⇒ produção de
potenciais elétricos ⇒ estimula a
formação óssea
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PIEZOELETRICIDADE NO OSSO
• MARINO (1984) correntes elétricas estimulam a
formação de calo ósseo
• BRIGHTON (1981) estimulação elétrica e magnética
estimulam a consolidação de fraturas.
LEI DE WOLFF
Cada mudança na função é seguida por certas
mudanças na arquitetura interna e conformação
externa do osso.
•COLLETTI et al. (1989) - levantadores de peso aumentam a
densidade mineral óssea em locais que sustentam mais peso:
lombar, trocânteres, colo femoral comparado com as outras
estruturas que suportam menor quantidade de carga.
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• Diferentes modalidades ⇒ diferente densidade
óssea:
• Fêmur - levantador de peso > arremessador >
corredor > futebol > nadadores (≅ sedentários)
• Estímulo efetivo mínimo que aciona formação
óssea. Se este estímulo for < ⇒ não altera; se
for > e raramente aplicados ⇒ danos.
• Corredores (cross-country) apresentam mais massa óssea
quando comparados à sedentários de mesma idade e peso
(Dalin & Olsson, 1974).
• Atletas (mulheres) de nível universitário, apresentam maior
densidade óssea vertebral que o grupo controle
(sedentárias). Na pós-menopausa esta diferença se
acentua.
• Mulheres no período de pós-menopausa, praticantes de
atividade física (1 hora / 3x semanais / 1 ano) aumentaram
sua densidade óssea. Inativas diminuíram sua densidade no
mesmo período (Aloia et al., 1978).
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• SUSAN et al. (1993), comparam atividades que impõem
forças externas (corrida, saltos, dança) com a natação
(forças internas).
– Resultado: Crianças do primeiro grupo apresentaram
maior densidade óssea
• Tempo para adaptação: Após 3 meses de atividade,
corredores não apresentaram ganho significativo da massa
óssea. (Nilsson & Westline, 1971).
• Dança X Caminhada: Dança preservou melhor a
integridade óssea de mulheres (pós-menopausa) do que a
caminhada. Ambas as atividades condicionaram adaptações
biopositivas (Zetterberg et al., 1990)
• Soldados: Observa-se grande aumento (5 - 10 %) da
massa óssea de recrutas, após 16 semanas de treinamento.
Grupo apresenta alto índice de lesões ósseas.
• Astronautas apresentam grande excreção de cálcio através
da urina. Após 1 ano de permanência no espaço (Marte)
podem ocorrer perdas de massa óssea da ordem de 25 %
(Raumbaut et al., 1979).
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Densidade óssea em crianças (12-13 a) em
função da atividade física
Carga ativa: Contração muscular (natação)
“Impacto”: 3 X PC (corredores, ginastas, dançarinos)
(Grimston et al., 1993)
Adaptação do Tecido Ósseo: SEXO
mmen
MENINAS
MENINOS
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ENSAIO MECÂNICO
PROPRIEDADES MECÂNICAS DO TECIDO ÓSSEO
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FATORES DE INFLUÊNCIA NA
RESISTÊNCIA ÓSSEA
• Tipo de osso
• Geometria de Aplicação das Forças
• Idade
• Tipo de atividade física
• Sexo
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STRESS SUPORTADO PELO OSSO CORTICAL
FRATURA POR COMPRESSÃO
Osso compacto > resistência à compressão
Osso trabecular > resistência à tração e < à compressão
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Comportamento mecânico do tecido ósseo em
relação a direção da força aplicada
TECIDO ÓSSEO DE CRIANÇAS
SOBRECARGA
 Adulto Criança
FRATURA DEFORMAÇÃO
• >> proporção de colágeno
• << resistência à compressão
• Alto potencial de remodelagem
• Aumento da flexibilidade óssea
• >> tolerância à deformação plástica
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Adaptação do Tecido Ósseo: IDADE
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Adaptação do Tecido Ósseo: IDADE
Adaptação do Tecido Ósseo: IMOBILIZAÇÃO
• Indivíduos acamados sofrem severa perda do tecido ósseo (1% / sem)
• Steady State de perda óssea é atingido após perda da ordem de 30 a 40%
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Stress mecânico na tíbia durante atividades locomotoras
LESÃO DO TECIDO ÓSSEO
Lesão traumática: alta intensidade e baixa repetição
Lesão repetitiva: baixa intensidade e alta repetição
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Princípios da construção do esqueleto Humano
�CULMANN: Mínimo material, máxima produção de força,
máxima resistência com economia (ARQUITETURA IDEAL)
� PAWELLS: sob o ponto de vista da engenharia ...
– esqueleto humano representa uma construção ideal leve
– a densidade e estrutura dos ossos tem a função de ↓ tensão
e flexão (mais prejudiciais)
– a geometria muscular otimiza o ↓ "stress" sobre o osso
– ações musculares antagonistas ↓ "stress" articular
– > área de inserção muscular no osso para ↓ "stress" de pico
e melhor distribuir as Forças
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Controle Muscular no Stress imposto ao Fêmur
DOENÇAS DO TECIDO ÓSSEO
• 28 milhões de americanos
• 80% mulheres
• 1,5 milhões de fraturas anuais, 
incluem: • 300.000 quadril
• 700.000 vértebras
• 250.000 pulso
• 300.000 outros