Características biomecânicas dos tecidos ósseos (1)

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Características Biomecânicas
Osso
Funções do sistema esquelético 
• Alavancas 
• Suporte (manutenção da postura)
• Proteção
• Armazenamento 
• Formação de células sanguíneas 
(hematopoiese)
Composição do tecido ósseo
• Carbonato de cálcio
• Fosfato de cálcio 
• Colágeno – PTN que fornece flexibilidade além de 
contribuir para sua rigidez a tensão;
• Água – 25 a 30% do peso total
- Minerais – conferem a 
rigidez do osso 
- 60-70% do peso do osso 
Água
- contribui na capacidade de o osso resistir as sobrecargas;
- Permite o transporte de nutrientes para o interior das células;
- Transporte de produtos residuais para fora das células ósseas 
vivas;
- Transporta íons de minerais do osso e para o osso, 
possibilitando assim seu armazenamento e uso subsequente 
pelos tecidos corporais quando necessário.
Arquitetura do osso
Osso
Compacto
- Superfície dos ossos
-80% do peso 
corporal
Esponjoso
- Interior da maioria 
dos ossos
Características 
Osso compacto/cortical
- sistema de tubos ocos, colocados um dentro 
do outro;
- colágeno fica disposto em camadas em várias 
direções ( longitudinais, circunferências e oblíquas) –
isso oferece resistência as forças tensivas em 
diferentes direções;
- muito denso e possui porosidade menor que 15% -
proporcionam força e dureza;
- locais de inserção - músculos, tendões, 
ligamentos;
- as fibras de colágeno são dispostas 
paralelamente à inserção dos tecido moles, 
oferecendo maior força tensiva a essas 
inserções.
Localização
- Diáfise dos ossos longos = camada espessa (força necessária 
para responder as altas cargas impostas sobre a extensão do 
osso durante o apoio de peso ou em resposta a uma tensão 
muscular);
- Epífises dos ossos longos - camada fina;
- Ossos curtos e irregulares - camada fina
Características 
Osso esponjoso ou trabecular
- localizado no interior dos ossos (exceto no 
corpo dos ossos longos);
- É semelhante a uma treliça com uma 
porosidade > 70%;
- É mais fraco e menos rígido que o osso 
compacto (maior incidência de fraturas)
- trabéculas = pequenas lascas de osso que 
constituem o osso esponjoso; 
- trabéculas se adaptam na direção do estresse 
imposto ao osso, provendo força e ao mesmo 
tempo mantendo baixo peso na estatura;
Lei de Wolff
A função de determinado tipo de osso 
define a sua estrutura. 
Lei de Wolff
• O osso é um material altamente adaptável; 
• Muito sensível ao desuso, imobilização, 
atividade vigorosa e altos níveis de carga;
• O tecido ósseo consegue auto-reparar-se e 
pode alterar suas propriedades e 
configurações em resposta à demanda 
mecânica. 
Lei de Wollf
O osso tem habilidade de remodelar-se 
alterando seu tamanho, forma, e estrutura 
para suportar as demandas mecânicas 
impostas a ele.
A remodelação do osso é influenciada e 
modulada pelo estresse mecânico.
Características 
Biomecânicas do osso
Características anisotrópicas
Tecido ósseo é um material anisotrópico 
o comportamento do osso irá variar 
dependendo da direção da aplicação da carga
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 .
“O sistema 
esquelético é sujeito a 
uma variedade de tipos 
diferentes de forças de 
modo que o osso 
recebe cargas em várias 
direções.”
 Cargas:
- sustentação de peso
- gravidade
- forças musculares
- forças externas
As cargas aplicadas em direções diferentes produzem 
vários tipos de forças.
Tipos de carga
Tipos de forças 
• Compressão
• Tração
• Cisalhamento
• Curvamento
• Torção
Cargas compressivas
• Pressiona as pontas dos ossos uma contra a outra;
• É produzida por músculos, apoio de peso, gravidade 
ou carga externa;
• Estresse compressivo – causa encurtamento e 
alargamento;
• As forças compressivas são necessárias para o 
desenvolvimento e crescimento do osso.
Aplicação clínica
• Se as forças compressivas ultrapassarem os 
limites de estresse da estrutura ocorre fratura 
por compressão;
Exs; - fraturas corpos vertebrais (sujeitos à altas cargas 
compressivas) + frequentes em idosos com osteoporose;
- fraturas colo femoral (fortes contrações dos músculos 
em volta do quadril podem comprimir a cabeça do fêmur 
sobre o acetábulo).
• As fraturas agudas por compressão – são raras 
na ausência de osteoporose (pois os ossos 
resistem bem as forças de compressão)
Cargas Tensivas
• É geralmente aplicada na superfície óssea e traciona ou 
alonga o osso (osso tende a alongar-se e estreitar-se);
• Estresse máximo de tensão ocorrem em um plano 
perpendicular ao da carga aplicada;
• A fonte da força tensiva é geralmente o músculo;
• O colágeno no tecido ósseo se arranja alinhando-se com a 
força tensiva do tendão
Ex: tuberosidade anterior da tíbia;
Aplicação clínica
• Fraturas produzidas por cargas de tensão são 
mais frequentes em ossos com uma larga 
porção de tecido esponjoso; 
• O osso tende a falhar geralmente no local de 
inserção muscular = fraturas por avulsão
Cargas de cisalhamento ou 
deslizamento
• Os estresses de cisalhamento podem ser vistos como 
várias pequenas forças agindo na superfície da 
estrutura em um plano paralelo ao da carga aplicada;
• Os estresses de cisalhamento são criados quando 
um osso é sujeito a forças compressivas, forças 
tensivas ou ambas; 
Aplicação clínica
• O osso falha mais rapidamente quando 
exposto a uma força de cisalhamento do que a 
uma força compressiva ou tensiva;
• As fraturas são mais frequentes em ossos 
esponjosos; 
Cargas de curvamento ou 
envergamento
• Combinação de tensão e compressão ;
• 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;
Aplicação clínica
• Fraturas são mais frequentes em ossos longos;
• O osso irá falhar e fraturar-se no lado convexo 
em resposta as grandes forças tensivas já que 
o osso pode suportar maiores forças 
compressivas que tensivas; 
Durante o apoio do peso 
normal, ocorre um curvamento
tanto no fêmur quanto na tíbia:
-Fêmur : inclina-se anterior e 
lateralmente;
-Tíbia: curvamento anterior.
Cargas de torção
• Força rotativa criando um estresse com 
cisalhamento sobre o todo o material
• Uma força de torção também produz forças 
tensivas e compressivas;
Aplicação clínica
• A falha ocorre primeiramente, em tangente 
(deslizamento), com formação de uma fissura inicial 
paralela ao sei eixo;
• Uma segunda fissura usualmente forma-se ao longo 
do plano de estresse de tensão máximo;
• Fraturas em espiral. 
Cargas Combinadas
Ossos 
corticais e trabeculares
• Podem suportar maior estresse em 
compressão do que em tensão;
• Suportam maior estresse em tensão do que 
em delizamento ; 
O tecido ósseo pode lidar com cargas maiores 
no sentido longitudinal;
Porque está habituado a receber cargas nessa 
direção;
OBS: suporta menos carga quando aplicado ao longo da 
superfície do osso.
Consequência
Biomecânica clínica
• Fraturas estáveis – geradas por compressão.
• Fraturas não estáveis - geradas por tensão 
ou deslizamento. 
FRATURA TRANSVERSA
Instável
FRATURA EM ESPIRAL
Instável
Influência da atividade muscular 
na distribuição de estresse no 
osso
As contrações dos músculosalteram a 
distribuição de estresse no osso.
As contrações musculares diminuem ou 
eliminam o estresse de tensão no osso pela 
produção do estresse compressivo que 
neutraliza o de tensão, parcialmente ou 
totalmente.
Distribuição de estresse no 
colo femoral sujeito a 
envergamento:
-a) glúteo médio relaxado;
-b) glúteo médio contraído 
neutraliza o estresse de 
tensão.
a) 
b) 
A) Distribuição de 
estresse compressivo e 
tensional na tíbia 
sujeita a 
envergamento;
B) Contração do tríceps 
sural produzindo 
estresse compressivo 
(neutralizando o alto 
estresse de tensão).
Características viscoelásticas
O osso responde de forma diferente 
dependendo da velocidade e frequência com 
que a carga é aplicada.
- Velocidades + rápidas: osso pode lidar com 
cargas maiores antes que frature;
- Cargas lentas: fratura-se com uma carga que é 
aproximadamente a metade daquela que ele 
poderia suportar se a carga fosse aplicada + 
rapidamente. 
Cargas repetitivas
Repetidas aplicações de uma carga de baixa ou 
alta magnitude.
Fraturas de fadiga ou estresse
Fatores que afetam o processo de fadiga: 
- quantidade de carga;
- número de repetições;
- frequência da carga (número de aplicações da carga 
dentro de um dado tempo);
Fratura de fadiga ou estresse
Quando o processo de remodelação é 
ultrapassado pelo processo de fadiga, isto é
quando a carga é tão frequente que impeça a 
remodelação necessária para prevenir a falha.
Fratura de fadiga ou estresse
Atividades extenuantes e contínuas fadigam os músculos –
reduzem suas habilidade de contração músculos tornam-se
menos aptos a armazenar energia e também a neutralizar
os estresses impostos aos ossos o osso pode falhar no lado 
tensionado ou comprimido ou ambos. 
Resposta Elástica
Quando a carga é aplicada o osso deforma-se 
não mais que aproximadamente 3%
Quando a carga é removida, o osso recupera-
se e retorna ao comprimento original 
Resposta Plástica
carga contínua sobre o tecido ósseo - atinge o seu ponto de 
deformação, após o qual as fibras externas do tecido ósseo 
começam a ceder 
microrrupturas e desconexão do material dentro do osso 
deformação permanentemente
Caso a carga continue ocorre fratura.
Com a remoção da carga o tecido não retorna ao comprimento 
original.
Modelamento e Remodelamento 
ósseo
Modelamento
Termo utilizado para designar a formação de 
tecido ósseo novo que não é precedida pela 
reabsorção. 
É o processo pelo qual os ossos imaturos 
crescem.
Remodelamento
Reabsorção do osso mais antigo, danificado 
pela fadiga, e a subsequente formação do 
osso novo.
O osso é um tecido muito dinâmico, cujos 
processos de modelamento e remodelamento 
ocorrem de forma contínua, aumentando, 
diminuindo ou alterando o formato do osso. 
Lei de Wolff
A remodelação do osso é influenciada e 
modulada pelo estresse mecânico.
Julius Wolff (primeiro anatomista alemão)
Os ossos adultos ganham ou perdem massa 
de acordo com a Lei de Wolff.
Os depósitos ósseos irão exceder a reabsorção 
óssea quando houver uma lesão ou quando 
for necessário maior força .
Quando a deformação relativa excede 
determinado limiar, o osso novo é depositado, 
nas regiões de deformação, aumentando a 
massa total e a densidade óssea. 
Quando a magnitude da deformação relativa 
fica abaixo de um limiar mais inferior, ocorre 
remodelamento ósseo. 
Zona inativa 
Quando as magnitudes de deformação relativa 
ficam entre esses dois limiares (não incita 
adaptação óssea). 
Desuso ou inatividade
• Repouso absoluto induz a um declínio de massa 
óssea de aproximadamente 1% por semana;
• Quando o osso não está sujeito aos estresses 
mecânicos usuais ocorre a reabsorção do osso 
periósteo e subperiósteo e uma diminuição nas 
propriedades mecânicas do osso( resistência e 
rigidez); 
Desuso ou inatividade
Perda de massa óssea
Aumento da cavidade medular Diminuição do córtex
Processos
modelamento e remodelamento
Osteócitos 
• células inseridas no osso;
• sensíveis a alterações no fluxo dos fluidos 
intersticiais através dos poros resultantes das 
deformações relativas ás quais os ossos são 
submetidos;
Alto nível de impacto alto grau de 
deformação
Exsuda o fluido através da matriz óssea de 
maneira eficaz
Maior formação de massa óssea
Deslocamento do fluido 
Osteócitos estimulam a atividade dos osteoblastos e osteoclastos
Osteoblastos Osteoclastos
Formação 
óssea
Reabsorção óssea
Predomínio atividade osteoblástica 
Produz modelamento ósseo
Ganho efetivo de massa óssea
Remodelamento ósseo
Equilíbrio das atividades osteoblástica e osteoclástica
ou predomínio da atividade osteoclástica
Resulta na manutenção ou perda de massa óssea associada
Remodelamento
• Cerca de 25 % dos ossos trabeculares do corpo 
humano são remodelados a cada ano por esse 
processo;
• As deformações relativas resultantes de 
atividades como caminhadas são suficientes 
para provocar reposição e nova formação 
óssea. 
A mineralização e a força óssea 
Resultam dos estresses que produzem deformação relativa no 
esqueleto humano
Fatores que influenciam a densidade 
óssea
• Peso corporal;
• Prática regular de exercícios;
• Inatividade;
• Hábitos alimentares;
• Fatores genéticos;
• Estilo de vida;
Aplicação clínica
Osteossíntese
(placa parafusada)
Placa e o osso dividem carga
Perda de massa óssea em 
resposta a carga diminuída. 
Placas ósseas
• A placa e o osso juntos formam uma 
construção mecânica, com alguma carga 
suportada pela placa e alguma carga passando 
entre os fragmentos ósseos.
• São fixadas por parafusos gerando uma 
compressão no local da fratura; 
Placas ósseas
• É observado um osso poroso embaixo da 
placa devido a ruptura do suprimento 
sanguíneo no osso causada pelo contato 
entre o osso e a placa. A porose apresenta-se 
geralmente cerca de um mês após a cirurgia. 
• Consolidação óssea lenta – exige longo 
período de não sustentação de peso;
Osteossíntese
(haste intramedular)
Haste intramedular 
• Visa estabilizar uma fratura atuando como 
uma tala interna, formando uma estrutura 
composta na qual o osso e a haste contribuem 
para a estabilidade da fratura.
• Possui mecanismo de travamento proximal e 
distal (parafusos transversais). 
Haste intramedular
• Permite que as articulações adjacentes 
permaneçam livres;
• São utilizadas com maior freqüência – fraturas 
da diáfise do fêmur e da tíbia;
Haste intramedular
Consolidação
• Permitem micromovimentos no local da 
fratura estimulando a formação do calo e 
união óssea. (formação de calo e consolidação 
óssea secundária razoavelmente rápida)
* Sustentação de peso precoce 
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Miosite ossificante ???
Lesões epifisárias
• Lesões da placa epifisária cartilaginosa; 
• Cargas agudas ou repetitivas podem lesionar a 
placa de crescimento;
• Resultando no fechamento prematuro da 
junção epifisária (interromper o crescimento).
Apofisites
Apófises
• regiões de inserções dos tendões nos ossos;
• Cartilagens epifisial de tração; 
• Locais comuns para ocorrência de apofisites 
(calcâneo e tuberosidade anterior da tíbia);
Doença de Osgood-Schatter
Doença de Server
OSTEOPOROSE
OSTEOPOROSE
OSTEOPOROSE
OSTEOPOROSE
Incidência
Classificação:
• Primária = Idiopática
I – Osteoporose Pós-Menopausa
II – Osteoporose Senil 
OSTEOPOROSE
• Secundária (distúrbios)
Exs: 
-Ingestão corticosteróides
- MenopausaCirúrgica
- Tumores na medula óssea 
OSTEOPOROSE
Fatores de Risco:
• Genéticos e Biológicos:
- História Familiar
- Idade
- Sexo
- Menopausa precoce
- Raça branca
- Peso
OSTEOPOROSE
• Comportamentais e Ambientais:
- Inatividade / Sedentarismo
- Má Nutrição
- Tabagismo
- Amenorréia induzida por excesso de atividade 
física
- Medicamentos
OSTEOPOROSE
Sinais e Sintomas:
• Doença Insidiosa
• Maior ocorrência de Fraturas:
- Vértebras
- Punho
- Fêmur
OSTEOPOROPSE
OSTEOPOROSE
OSTEOPOROSE
Diagnóstico:
- Exames Laboratoriais
- Radiografias Convencionais
- Densitometria Óssea 
OSTEOPOROSE
Radiografia:
• Radiotransparência Aumentada
• Afinamento Cortical
• Nas vértebras perde-se o “bojo” central
• Deformidades Vertebrais (acunhamento 
anterior e colapso vertebral)
OSTEOPOROSE
OSTEOPOROSE
OSTEOPOROSE
Densitometria Óssea
Método capaz de medir a quantidade de um 
osso em uma área ou volume definido 
calculando como resultado a densidade 
mineral óssea.
OSTEOPOROSE
Indicações:
• Mulheres > 65 anos;
• Mulheres com deficiência de estrogênio
• Mulheres na peri e pós menopausa
• Mulheres com amenorréia secundária
• Indivíduos que sofreram fraturas com 
trauma mínimo
• Fraturas Vertebrais
OSTEOPOROSE
• Evidências radiográficas de osteopenia
• Homens > 65 anos
• Perda de estatura > 2,5 cm
• Cifose torácica >
OSTEOPOROSE
Medidas Preventivas:
• Nutrição adequada
• Atividade Física
• Prevenção de quedas
Medidas Farmacológicas:
• Aumento da massa óssea
• Diminuição do risco de fraturas
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