Biomecânica da cartilagem

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BIOMECÂNICA DA 
CARTILAGEM ARTICULAR 
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Introdução 
 Articulação sinovial
 coberta por cartilagem articular hialina, desprovida de vasos sanguíneos, canais linfáticos e inervação neurológica.
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Função da cartilagem articular 
 distribuir o estresse na superfície de contato das juntas
 minimizar fricção e desgaste entre as superfícies de contato
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Composição e estrutura 
 condrócitos (10% do volume tecidual)
 densa malha de fibras finas de colágeno (principalmente colágeno tipo II; representa 15 a 22% do peso úmido tecidual)
 solução concentrada de proteoglicano (4 a 7% do peso úmido tecidual)
 água, sais inorgânicos, etc (60 a 85% do peso tecidual)
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Colágeno 
 proteína + abundante do corpo 
 está distribuído não homogeneamente na cartilagem articular, perfazendo 3 camadas distintas
 zona superficial tangencial 
(10 a 20% da densidade total)
 zona do meio
(40 a 60% da densidade total)
 zona profunda 
(cerca de 30% da densidade total)
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Composição e estrutura 
Fotomicrografia do arranjo estrutural da rede colagênica da cartilagem articular 
Zona superficial tangencial
Zona do meio 
Zona profunda
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Fibras de colágeno 
 propriedade mecânica de rigidez e resistência à tensão
 pouca resistência à compressão 
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Proteoglicano - PG
 grande molécula de proteína de polissacarídeo composta de um canal central, nos quais um ou mais glicosaminoglicanos são atados 
 habilidade para resistir à forças compressivas 
 pressão osmótica (lei de Donnan)
 dureza compressiva da matriz sólida de colágeno-PG
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Água 
 concentrada principalmente perto da superfície articular
 papel de permitir a difusão de gases, nutrientes e excrementos, entre os condrócitos, e fluido sinovial rico em nutrientes (a cartilagem articular é avascular)
 pequena % encontra-se intracelularmente
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Matriz extracelular 
 regulada pela interação entre colágeno, PG e água
Forças compressivas
Até cerca de 70% da água movimentada
Comportamento mecânico e lubrificação das juntas 
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Comportamento biomecânico da cartilagem articular 
 tecido constituído por duas fases: uma fase fluida intersticial e uma fase sólida poro-permeável
Organização molecular de cartilagem
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Comportamento viscoelástico da cartilagem articular 
 responde à aplicação de cargas com acomodação e relaxamento de estresse
Amostra de cartilagem articular sob carga; exsudação do fluido até o equilíbrio
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Permeabilidade da cartilagem articular 
 A cartilagem é um material de alta porosidade, porém pouco permeável; isto se deve às altas forças friccionais resistivas geradas quando o fluido é forçado a fluir através da matriz sólida porosa
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Comportamento da cartilagem articular sob tensão 
Tensão 0%
Tensão 30%
direção da carga
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Lubrificação 
 Teorias propõe ao menos 2 possibilidades:
 Contato fronteiriço: as superfícies articulares estão protegidas pela camada absorvida de lubrificantes periféricos
 Fluido pressurizado: um fino filme de fluido lubrificante causa a separação da superfície de sustentação. A pressão do fluido sustenta a carga
Superfície articular
Contato fronteiriço
Fluido pressurizado
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Desgaste da cartilagem articular
 Definição: é a remoção indesejada de material da superfície sólida por ação mecânica
Superfície corroída
Superfície intacta
Superfície com pedaços verticais de desgaste
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Tipos de desgaste
 Interfacial 
 por adesão: fragmentos das superfícies em contato aderem-se e são despedaçados no deslizamento 
 por abrasão: um material macio é arranhado por outro mais duro
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Tipos de desgaste
 Por fadiga
 danos microscópicos na superfície de apoio devido a estresses repetitivos (ruptura do colágeno-PG e erosão do PG)
Carga de impacto repetitiva
 cargas sucessivas impedem a redistribuição do fluxo interno para aliviar a região compactada