3 tecido osseo 2019

Prévia do material em texto

BIOMECÂNICA DO 
TECIDO ÓSSEO
Profª Clarissa R. Zaitune Nardi
Tecido ósseo
Um dos tecidos mais 
duros e resistentes do 
corpo humano
Estrutura dinâmica que 
sofre remodelagem 
constante e responde 
às alterações nas 
cargas mecânicas, nos 
hormônios sistêmicos e 
nos níveis séricos de 
cálcio (tireóide e 
paratireóide)
Tecido ósseo 
Funções:
Fornece estrutura 
esquelética rígida que 
sustenta e protege 
outros tecidos corporais
Depósito de minerais
Abriga as células da 
medula óssea
Forma um sistema de 
alavancas que pode ser 
movido pelas forças 
musculares aplicadas
Tecido ósseo (macroscopicamente)
Cortical (80% da massa 
esqueletica): compacto, predomina 
nos ossos longos
(mais resistente ao estresse)
Trabecular : esponjoso, predomina 
no esqueleto axial e no interior dos 
ossos longos
(suporta mais sobrecarga ou deformação)
Apesar de possuírem as mesmas 
céls, seu comportamento mecânico 
e suas respostas adaptativas são 
diferentes
Propriedades e estrutura do osso
Composição Histológica:
Matriz óssea (60-70%):
Matriz Orgânico X Matriz Inorgânico
Água (+ – 30%)
Água  resistência (fluxo de água nos ossos
carrega nutrientes e afasta produtos de desgaste)
Propriedades e estrutura do osso
Matriz Orgânica:
Fibras de proteína (colágeno) – 90%
Colágeno  elasticidade (resistência tensiva =
capacidade de resistir a uma força de tração ou
estiramento)
Substâncias de base (proteoglicanas) – 5%.
Células ósseas - 3 a 5%.
(Osteoblastos, osteoclastos e osteócitos)
Componentes do tecido ósseo
Céls ósseas: osteoblastos, osteoclastos e 
osteócitos (céls que revestem o osso)
Osteoblastos: localizados na superfície óssea e 
formam osso
Osteoclastos: localizados na superfície do osso e 
reabsorvem osso
Osteócitos: permeiam toda a cortical do osso. 
Derivados de osteoblastos .
Irrigado ricamente por vasos sanguíneos
Propriedades e estrutura do osso
Matriz inorgânica:
Carbonato de cálcio e fosfato de cálcio  rigidez (resistência 
compressiva = capacidade de resistir a uma força de pressão 
ou esmagamento)
Relação entre matriz inorgânica e orgânica:
Relação entre matéria inorgânica (cálcio e fósforo) e orgânica 
(colágeno, proteínas não colágenas)
- Recém-nascido - 1:1 - Grande elasticidade
- 60 a 70 anos - 7:1 - Fragilidade
Propriedades e estrutura do osso
Organização estrutural:
A porcentagem relativa de 
mineralização varia com a idade e 
também com a localização do osso 
no corpo
Osso poroso: quanto mais poroso, 
menor a proporção de fosfato e 
carbonato de cálcio 
• Porosidade baixa: osso cortical 
(camada externa)
• Porosidade alta: osso esponjoso 
(camada interna)
Propriedades Biomecânicas do Osso
Biomecanicamente, o tecido ósseo é 
um material composto (bifásico): 
mineral e colágeno
Propriedades mecânicas mais 
importantes são resistência e rigidez. 
Essas e outras podem ser entendidas 
pelo exame de seus comportamentos 
sob cargas.
Propriedades Biomecânicas do Osso
Curva de carga-deformação:
Cargas causam uma deformação ou uma 
mudança nas dimensões da estrutura
Quando uma carga numa direção 
conhecida é imposta na estrutura, a 
deformação da estrutura pode ser 
mensurada
Curva de carga-deformação
Três parâmetros para 
determinar a resistência da 
estrutura são refletidos na 
curva
1) Carga que a estrutura pode 
sustentar antes de falhar
2) Deformação que a estrutura 
pode suportar antes de falhar
3) Energia que a estrutura pode 
acumular antes de falhar 
(tamanho da área sob a curva 
inteira)
Região Plástica
Ponto de cedência
Ponto de falha final
Curva de estresse-deformação
E
st
re
ss
e Região Plástica
Região elástica:
Pouca deformação – carga elevada.
Remoção da carga – retorno ao estado original.
Região plástica:
Muita deformação – pouca carga.
Remoção da carga – tecido não retorna ao estado 
original.
Comprometimento do tecido por deformação óssea.
Ponto de Fratura:
Falência total do tecido.
Tecido ósseo
Curva de estresse-deformação
Estresse é a carga ou força por unidade de área que se 
desenvolve numa superfície plana dentro de uma 
estrutura em resposta às cargas aplicadas externamente 
(N/cm2, N/m2 e MN/m2)
Deformação (mudança em dimensão) desenvolve-se 
dentro de uma estrutura em resposta às cargas aplicadas 
externamente
Deformação linear: mudança no comprimento da espécie
Deformação tangencial: mudança nas relações angulares 
dentro da estrutura
Propriedades mecânicas
Osso cortical é mais rígido que o esponjoso, sustenta maior 
estresse, porém menos deformação antes da falha
Osso esponjoso pode sustentar cargas até 50% de deformação 
antes de falhar, enquanto o osso cortical cede e fratura quando 
a deformação excede 1,5% a 2%
Osso esponjoso tem uma larga capacidade de acumular energia
Diferença física entre os dois tecidos é a densidade
Osso esponjoso: 25% menos denso, 5 a 10% menos rígido e 
5x mais flexível do que o cortical
volume
massa

TECIDO ÓSSEO
SOLICITAÇÕES MECÂNICAS
Cargas mecânicas sobre os ossos
Forças e momentos podem ser aplicados a 
uma estrutura em várias direções produzindo:
Compressão
Tensão (tração)
Deslizamento
Envergamento
Torção 
Cargas combinadas
Compressão
Cargas iguais e opostas são 
aplicadas na direção interna à 
superfície da estrutura resultando 
em estresse e deformação
Estresse compressivo pode ser visto 
como várias pequenas forças 
direcionadas para dentro da 
estrutura 
Estresse máximo compressivo 
ocorre no plano perpendicular ao da 
carga aplicada
Estrutura encurta-se e alarga-se
Fraturas compressivas nas 
vértebras
Tensão/Tração
Cargas iguais e opostas são 
aplicadas na direção externa à 
superfície da estrutura
Estresse e deformação de tensão 
resultam dentro da estrutura
Estresse de tensão pode ser visto 
como muitas pequenas forças 
direcionadas para fora da estrutura
Estresse máximo de tensão ocorre 
num plano perpendicular ao da 
carga aplicada
Estrutura alonga-se e estreita-se
Fraturas no calcâneo por 
intensa contração do tríceps 
que produz carga de tensão
Deslizamento
Aplicação de cargas 
tangenciais, a carga aplicada 
é paralela à superfície da 
estrutura e o estresse e a 
deformação tangenciais 
resultam dentro da estrutura
Várias pequenas forças 
agindo na superfície da 
estrutura num plano paralelo 
ao da carga aplicada
Fraturas tangenciais são mais 
comumente vistas em ossos 
esponjosos
Envergamento
As cargas são aplicadas na estrutura, 
de modo que causam o envergamento 
da estrutura em um eixo
Combinação de tensão e compressão. 
Estresse e deformação de tensão 
agem em um lado de um eixo neutro 
e, estresse e deformação compressivo 
agem no outro lado
Envergamento pode ser produzido por 
3 forças ou 4 forças
Fraturas comumente nos ossos 
longos
Torção
A carga é aplicada na 
estrutura num modo que 
causa à estrutura um giro 
em torno de um eixo, e um 
torque é produzido dentro da 
estrutura
Estresse tangenciais são 
distribuídos em toda a 
estrutura
Os estresses tangencias 
máximos agem nos planos 
paralelos e perpendiculares 
ao eixo neutro da estrutura
Cargas combinadas
Osso humano é raramente carregado 
em somente um modo
Carregamento em ossos vivos é 
complexo
Osso submetido a cargas múltiplas 
indeterminadas
Geometria irregular
Influência da atividade muscular
As contrações musculares diminuem ou 
eliminam o estresse de tensão no osso 
pela produção de estresse compressivo 
que neutraliza o de tensão, parcial ou 
totalmente
Prevenção da fratura anterior da tíbia por 
envergamento numa bota de esqui pela 
contração do tríceps sural
Açãodos músculos 
Músculo: Auxilia na distribuição das forças.
(forças de flexão  forças de compressão).

Estratégia de otimização:
Desenvolvimento da força muscular.
Estresse mecânico
Representa o resultado da distribuição interna 
da força, aplicada externamente sobre o 
corpo
Quantificado por unidade de área sobre a 
qual ela atua
Quando um impacto é aplicado ao corpo 
humano, a probabilidade de lesão de tecidos 
corporais está relacionada à magnitude e 
direção do estresse criado pelo impacto.
Estresse mecânico
Cargas repetitivas X traumáticas
Traumática: uma única força, grande o 
suficiente para causar lesão
Repetitivas: repetição sustentada de 
forças relativamente pequenas
Fraturas de fadiga ou de estresse
Fraturas por overuse:
Cargas repetidas de baixa 
magnitude.
Mais frequente em 
atividades físicas.
Fraturas agudas:
Uma única carga de alta 
magnitude.
Acidentes.
Cargas repetitivas X traumáticas
Sobrecarga no tecido ósseo

Microtraumas

Remodelagem óssea:
Osteoclastos reabsorvem tecido 
lesionado.
Osteoblastos depositam nova 
estrutura.
Fratura por estresse:
Processo de remodelação é 
ultrapassado pelo processo de 
desgaste.
Lesões Ósseas 
Lesões Ósseas
Fraturas
Avulsão: fratura induzida por uma carga de tração na qual 
uma parte do osso é puxada para fora por um tendão ou 
ligamento inserido nele
Cominutiva: caracterizada por numerosos múltiplos 
fragmentos
Impactada: pressionado um contra o outro por uma carga 
compressiva
Lesões Ósseas
Fraturas
Fratura de estresse: uma fratura resultante de uma carga 
repetida de magnitude relativamente pequena 
Fratura em galho verde: uma fratura resultante de uma 
inclinação ou torção na qual um lado do osso é quebrado e 
o outro lado permanece intacto
Tipos de ossos
Esqueleto Axial
Esqueleto 
Apendicular
Curto Plano
Longo
Irregular
Pneumático Sesamóide
Crescimento e Desenvolvimento 
Crescimento longitudinal: ocorre somente 
quando a epífise óssea está presente (produz 
continuamente novas células em sua diáfise). 
Fecha por volta dos 18 anos.
Crescimento circunferencial: os ossos 
crescem em diâmetro durante quase toda a 
vida
Osteoblasto: forma tecido ósseo novo
Osteoclasto: reabsorve tecido ósseo
Crescimento e Desenvolvimento 
Crescimento longitudinal: ocorre somente 
quando a epífise óssea está presente (produz 
continuamente novas células em sua diáfise). 
Fecha por volta dos 18 anos.
Crescimento circunferencial: os ossos 
crescem em diâmetro durante quase toda a 
vida
Osteoblasto: forma tecido ósseo novo
Osteoclasto: reabsorve tecido ósseo
Crescimento e Desenvolvimento 
Resposta óssea ao estresse
Remodelagem óssea
Ação de osteoblastos e osteoclastos 
continuamente remodelam o osso 
Depende da magnitude e direção do estresse 
mecânico aplicado
Hipertrofia óssea: os ossos sofrem uma 
hipertrofia em resposta a certas atividades 
físicas regulares. Quanto maior a força ou a 
carga habitualmente encontrada, maior é a 
mineralização do osso.
Resposta óssea ao estresse
Atrofia óssea:estresse reduzido
Cálcio diminui, peso e resistência 
decrescem
Cálcio vai para a circulação sanguínea 
cálculos renais
Osso se remodela para suportar demandas 
mecânicas impostas a ele.

Osso ganha ou perde tecido ósseo (compacto ou 
esponjoso) em resposta ao estresse mecânico.
Estresse mecânico: atividade e gravidade
Maior atividade e maior massa corporal

Maior estresse mecânico

Maior tecido ósseo
Resposta óssea ao estresse
Volume
Figura 9.7. Resultados de densidade óssea, de diferentes regiões do corpo (braço, perna,
vértebras lombares, colo fêmur, trocanter do fêmur), dos jogadores de futebol das diferentes
categorias em relação ao controle. Adaptado de Karlsson et al25.
Obs: a primeira divisão treinava cerca de 12 h/semana; a terceira, 8 h/semana; e a sexta, 6 h/semana.
Evidências:
Astronautas e imobilização
Atletas de diferentes modalidades
Sedentarismo
Resposta óssea ao estresse
Desuso e Inatividade:
Declínio de massa óssea.
Reabsorção óssea.
Difícil recuperação.
Astronauta - Comportamento 
semelhante.
Estudos no espaço:
Ratos em atividades vigorosas.
Mesma atividade osteoclástica.
Menor atividade osteoblástica.
Resposta óssea ao estresse
Densidade óssea x modalidade
Estímulo de tração gerada pelo músculo é 
insuficiente para aumentar densidade.
Preferência pelo estímulo compressivo.
Piezoeletricidade
Comportamento piezoelétrico:
Aplicação de cargas mecânicas geram cargas 
elétricas.
Piezoeletricidade no osso
Compressão  carga negativa  construção
Tração  carga positiva  reabsorção
Criança e adolescente
Características de composição importantes:
Maior quantidade de colágeno
Menor quantidade de cristais de cálcio.
Presença dos discos epifisários.
Maior quantidade de colágeno:
Aumento da flexibilidade do tecido.
Diminuição de rigidez do tecido.
Menor tolerância às cargas de compressão.
Maior possibilidade de atingir a região plástica.
??????????????????????????????????????????? 
Discos epifisários
Características:
Disco cartilaginoso.
Região de proliferação do tecido 
ósseo.
Região de maior vulnerabilidade.
Forças aplicadas nos ossos 
longos de crianças geram mais 
lesões nas epífises do que nas 
articulações.
(WILKINS, 1980 e SPEER & 
BRAUN, 1985)
Cargas excessivas na linha de crescimento.
(discos epifisários)

Comprometimento irreversível das estruturas responsáveis pelo 
crescimento do tecido.
(células e suporte sanguíneo)

Conseqüência: Distúrbio do Crescimento.
Distúrbios de crescimento:
Intensidade X modalidade
Ex: ginasta.

Exercícios intensos: aceleração da maturação óssea de animais 
(macacos)
Supressão permanente do crescimento longitudinal do osso.

Lesivo é a intensidade, não a modalidade.
Comprometimento do tecido ósseo
Figura 9.5. Densidade mineral óssea das atletas do sexo feminino de diferentes modalidades,
para diferentes regiões do corpo, expressa em valores percentuais em relação ao grupo controle.
Adaptado de Fehling14.
Maior Proporção de Colágeno
✓ Aumento da flexibilidade óssea
✓ Maior tolerância à deformação plástica.
Diminuição da resistência à compressão
Alto potencial de remodelagem 
Sobrecarga
Adulto Criança
FRATURA Deformação
Características do tecido ósseo de crianças
Densidade óssea em crianças (12 - 13 anos) em função da 
atividade física (Grimston et al., 1993)
“Impacto”: 3 vezes o Peso Corporal (corredores, ginastas, dançarinos)
Carga ativa: Contração muscular (natação)
Lesões Ósseas
Osteoporose
Perda excessiva de componente mineral e 
da resistência do osso
Hiperatividade dos osteoclastos
Hipoatividade dos osteoblastos
Fatores hormonais
Ingestão insuficiente de cálcio ou outros 
minerais e nutrientes
Tecido ósseo - idoso 
Envelhecimento:
Diminuição na quantidade de trabéculas.
Diminuição da espessura do osso cortical.
Redução da resistência e da rigidez.
Efeitos: Mulheres > Homens.
Menopausa e Amenorréia:
Interrupção da menstruação.
Pouca gordura corporal  pouco estrogênio.
Baixo estrogênio:
Diminuição na absorção do cálcio.
Facilita reabsorção do osso.
Tecido ósseo - idoso 
Osteoartrose e prótese de quadril