MATERIAL AULA 5 - BIOMECÂNICA ÓSSEA PROF ANDRE

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BIOMECÂNICA:
BIOMECÂNICA OSSEA
Prof. MS. André de Souza Rocha
Curso de Fisioterapia
3ª e 4ª fases
ESTRUTURA E COMPOSIÇÃO ÓSSEA
 OSSO – material complexo bifásico:
 Uma fase é composta de sais minerais inorgânicos
(cálcio e fósforo) e a outra é uma matriz orgânica de
colágeno e substâncias de base.
 Componente inorgânico  faz o osso duro e rígido;
 Componentes orgânicos  dão a sua flexibilidade e
maleabilidade.
Osso – reserva de minerais essenciais ao corpo, 
particularmente o cálcio.
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 Microscopicamente, a unidade estrutural fundamental
do osso é o ósteo, ou sistema haversiano, composto de
camadas concêntricas de uma matriz mineralizada
circundando um canal central contendo vasos
sangüíneos e fibras nervosas.
ESTRUTURA E COMPOSIÇÃO ÓSSEA
ESTRUTURA E COMPOSIÇÃO ÓSSEA
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 Macroscopicamente, o
esqueleto é composto de ossos
corticais (compacto) e
esponjosos (trabeculares). O
osso cortical tem alta
densidade, enquanto o osso
trabecular varia em densidade
em grande escala.
 Osso cortical – parte externa ou
córtex do osso;
 Osso trabecular – interno ao
cortical – composto de finas
placas ou trabéculas, numa
estrutura de malha frouxa.
ESTRUTURA E COMPOSIÇÃO ÓSSEA
ESTRUTURA E COMPOSIÇÃO ÓSSEA
 A porosidade do osso afeta diretamente as
características mecânicas do tecido:
 OSSO CORTICAL – conteúdo mineral mais alto 
mais rígido  suporta maior estresse, porém menor
sobrecarga ou deformação que o trabecular.
 OSSO TRABECULAR – por ser mais esponjoso suporta
mais sobrecarga antes da fratura.
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ESTRUTURA E COMPOSIÇÃO ÓSSEA
A função óssea determina sua estrutura:
 Diáfises dos ossos longos  osso cortical mais
resistente.
 Vértebras  alto conteúdo de osso trabecular –
capacidade de absorver choques.
 A direção na qual o tecido ósseo é formado é de acordo
com as cargas mais comumente suportadas.
PROPRIEDADES BIOMECÂNICAS DO OSSO
 Propriedades mecânicas mais importantes do osso –
resistência e rigidez.
 Cargas – deformação ou mudança na estrutura.
Deformação pode ser mensurada e apontada numa
curva de carga-deformação.
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Ilustração do procedimento experimental do ensaio mecânico in vitro do 
osso (a). Representação gráfica da curva estresse-deformação resultante 
do ensaio mecânico com a aplicação de força compressiva (b) 
 Porção inicial da curva – região ELÁSTICA (elasticidade da
estrutura – capacidade para retornar a sua forma original
depois que a carga é removida).
 Ponto onde as fibras começam a ceder – LIMITE ELÁSTICO
da estrutura.
 Se a carga ceder esse limite – COMPORTAMENTO
PLÁSTICO – estrutura não mais retornará a sua forma
original quando a carga for removida, alguma deformação
será permanente.
 Se a carga continuar sendo aumentada, a estrutura falhará
em algum ponto (osso será fraturado) – PONTO DE FALHA
FINAL da curva.
PROPRIEDADES BIOMECÂNICAS DO OSSO
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 Curva de carga (estresse)-deformação é útil para
determinar as propriedades mecânicas de uma estrutura
como um todo, tais como um osso inteiro, um ligamento
inteiro ou tendão.
 Esse conhecimento ajuda no estudo do comportamento e
reparo de fraturas, na resposta da estrutura ao estresse
físico ou nos efeitos de vários programas de tratamento.
PROPRIEDADES BIOMECÂNICAS DO OSSO
 As propriedades mecânicas diferem nos dois tipos de
ossos:
 Osso cortical  mais rígido que o osso esponjoso,
sustenta maior estresse (carga ou força por unidade de
área), porém menos deformação antes da falha. Cede
e fratura quando a deformação excede 1,5 a 2%.
 Osso esponjoso pode sustentar cargas até 50% de
deformação antes de falhar
PROPRIEDADES BIOMECÂNICAS DO OSSO
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COMPORTAMENTO BIOMECÂNICO DO OSSO
 Forças e momentos podem ser aplicados a uma
estrutura em várias direções, produzindo:
Tensão (tração);
Compressão;
Flexão(Envergamento);
Cisalhamento(Deslizamento;)
Torção;
Cargas combinadas.
Modos de carga
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Representação gráifca da curva estresse-deformação 
resultando do ensaio mecânico com a aplicação de força 
compressiva.
 A força, solicitação mecânica ou carga é uma grandeza 
física representada por vetor (seta) com direção, sentido e 
intensidade distinta, o que causa deformação aos tecidos. 
 Força de compressão: diminui o tamanho e aumenta a 
largura do tecido.
 Força de tração: aumenta o tamanho e diminui a largura do 
tecido.
 Força de flexão: gera uma curvatura no tecido.
 Força de cisalha: desloca, em sentidos opostos e na 
horizontal, as porções superior e inferior do tecido. 
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COMPORTAMENTO BIOMECÂNICO DO OSSO
TENSÃO
 Cargas iguais e opostas são aplicadas na direção externa à
superfície da estrutura.
 Sob cargas de tensão, a estrutura alonga-se e estreita-se.
Ex: fratura de calcâneo adjacente à
inserção do tendão de aquiles. Uma
intensa contração do gastrocnêmio
produz cargas de tensão anormalmente
altas no osso.
COMPRESSÃO
 Cargas iguais e opostas são aplicadas na direção interna à
superfície da estrutura.
 Sob cargas compressivas a estrutura encurta-se e alarga-se.
COMPORTAMENTO BIOMECÂNICO DO OSSO
Fraturas de compressão são normalmente
vistas nas vértebras, as quais estão sujeitas à
altas cargas compressivas. Essas fraturas são
mais comuns em idosos com osteoporose.
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DESLIZAMENTOS
 Várias pequenas forças agindo na superfície da
estrutura num plano paralelo ao da carga aplicada.
COMPORTAMENTO BIOMECÂNICO DO OSSO
ENVERGAMENTO - FLEXÃO
 As cargas são aplicadas na estrutura, de modo que causam
o envergamento da estrutura em um eixo. Quando um osso
recebe carga de envergamento, ele está sujeito à
combinação de tensão e compressão.
COMPORTAMENTO BIOMECÂNICO DO OSSO
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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.
COMPORTAMENTO BIOMECÂNICO DO OSSO
 A quantidade de carga aplicada ao osso é clinicamente
significante por causa da sua influência no padrão de fraturas e
na quantidade de tecido macio lesado na fratura.
 Fratura óssea energia armazenada é liberada  em baixas
razões de carga  energia pode se dissipar através da formação
de uma única fissura  o osso e os tecidos macios permanecem
relativamente intactos, com pouco ou nenhum deslocamento de
fragmentos de ossos.
 Em altas razões de carga  a maior energia armazenada não
pode se dissipar suficientemente rápido através de uma única
fissura  fragmentos de ossos e lesão extensa de tecido
macio.
TAXA DE DEFORMAÇÃO – DEPENDÊNCIA NO OSSO
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Fraturas ósseas 
Três categorias gerais baseadas na quantidade 
de energia liberada na fratura: 
 baixa energia,
 alta energia e 
 muito alta energia. 
TAXA DE DEFORMAÇÃO – DEPENDÊNCIA 
NO OSSO
 Fratura de baixa energia  simples fratura de
torção;
 Fratura de alta energia  é frequentemente
sustentada durante acidentes automobilísticos;
 Fratura de muito alta energia  produzida por uma
velocidade muito alta, como a de um disparo de arma
de fogo.
TAXA DE DEFORMAÇÃO – DEPENDÊNCIA 
NO OSSO
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FADIGA DO OSSO SOB CARGAS REPETITIVAS
 Fraturas ósseas podem ser produzidas por uma simples
carga que excede a resistência final do osso ou por
repetidas aplicações de uma carga de mais baixa
magnitude.
 Fratura causada por repetidas aplicações
fratura de fadiga  tipicamente produzida
tanto por algumas repetições de alta carga, quanto
por muitas repetições de carga relativamente
normal.
Fraturas de fadiga 
Usualmente durante atividades extenuantes e contínuas, as quais 
fadigam os músculos e reduzem suas habilidades de contração; 
Músculos se tornam menos aptos a armazenar energia e, também a 
neutralizar os estresses impostos aos ossos;
Alteração resultante da distribuição do estresse no osso causa 
cargas altamente anormais a serem impostas, e uma lesão de 
fadiga pode levar à fratura;
Osso pode falhar no lado tensionado, no lado comprimido ou em 
ambos.
FADIGA DO OSSO SOB CARGAS REPETITIVAS
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Falha no osso tensionado 
fissura transversa
osso avança rapidamente à fraturacompleta.
FADIGA DO OSSO SOB CARGAS REPETITIVAS
Fraturas de fadiga no lado comprimido parecem ser
produzidas mais lentamente; a remodelação é menos
facilmente desenvolvida pelo processo de fadiga, e o osso pode
não evoluir para uma fratura completa.
INFLUÊNCIA DA GEOMETRIA ÓSSEA NO 
COMPORTAMENTO BIOMECÂNICO
 A geometria de um osso influencia enormemente seu
comportamento mecânico.
 Em tensão e em compressão, a carga para falhar e a
rigidez são proporcionais à área de seção transversal do
osso.
 Quanto maior a área, mais forte e rígido é o osso.
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 Os fatores que afetam a rigidez e a resistência dos ossos
em torção são os mesmos que operam no envergamento:
área de seção transversal e distribuição do tecido em
volta do eixo neutro.
 O calo ósseo formado após uma fratura aumenta a área e
portanto a rigidez e a resistência do osso em torção e em
envergamentodurante o período de cura.
 À medida que a fratura cura e o osso gradualmente reganha
sua rigidez normal, o calo é progressivamente reabsorvido e
o osso retorna tão próximo quanto possível ao seu tamanho
e forma normal.
INFLUÊNCIA DA GEOMETRIA ÓSSEA NO 
COMPORTAMENTO BIOMECÂNICO
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 Clinicamente, a remoção cirúrgica de um segmento do osso
pode enfraquecer o osso grandemente, particularmente em
torção.
INFLUÊNCIA DA GEOMETRIA ÓSSEA NO 
COMPORTAMENTO BIOMECÂNICO
Radiografia de uma tíbia da qual uma
parte foi removida para uso em uma
artrodese.
Algumas semanas depois da operação, a
paciente escorregou e torceu o corpo e o
osso fraturou no defeito.
REMODELAÇÃO ÓSSEA
 O osso tem a habilidade de remodelar-se alterando seu 
tamanho, forma e estrutura, para suportar as demandas 
mecânicas impostas a ele. 
 Esse fenômeno, no qual o osso ganha ou perde tecido ósseo 
esponjoso ou cortical em resposta ao nível de estresse 
sustentado, é sumarizado como Lei de Wolff:
 A remodelação do osso é influenciada e modulada pelo 
estresse mecânico.
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 Carga no esqueleto  atividade muscular ou
gravidade.
Correlação positiva entre a massa do osso e a do corpo:
 Corpo pesado associado com massa óssea maior
 prolongada condição de ausência de peso, como a
experimentada durante viagens espaciais
 declínio na massa óssea nos ossos de sustentação de
peso.
REMODELAÇÃO ÓSSEA
 Desuso ou a inatividade  efeitos deletérios no esqueleto. 
 Repouso absoluto, na cama, induz a um declínio de massa 
óssea de aproximadamente 1% por semana. 
 Em imobilização total ou parcial, o osso não está sujeito aos 
estresses mecânicos usuais, que leva à reabsorção do osso 
periósteo e subperiósteo e a uma diminuição nas 
propriedades mecânicas do osso (isto é, resistência e 
rigidez).
REMODELAÇÃO ÓSSEA
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REMODELAÇÃO ÓSSEA
 Corredores apresentam mais massa óssea quando comparados à
sedentários da mesma idade e peso (Dalin & Olson, 1974).
 Atletas (mulheres) de nível universitário apresentam maior
densidade óssea vertebral que o grupo controle (sedentárias). Na
pós menopausaessa diferença se acentua.
 Mulheres no período de pós menopausa, praticantes de atividade
física (1h/3x semana/ 1 ano) aumentaram sua densidade óssea.
Inativas diminuíram sua densidade no mesmo período (Aloia et
al., 1978).
OSTEOPOROSE
 Mulheres pós-menopausae idosas – mais comum;
 Mulheres – risco de fratura osteoporótica – 30 – 40%;
 TIPO I – pós-menopáusica – 40% mulheres após 50 anos  3x
mais fraturas do colo do fêmur e vertebrais e 6x mais fraturas de
punho do que os homens;
 TIPO II – associada ao envelhecimento – 90% fraturas após 60
anos associadas à osteoporose;
 Fraturas mais comuns  rádio e ulna, colo do fêmur e coluna
vertebral.
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OSTEOPOROSE - PREVENÇÃO
 Atividade física com sustentação de peso – essencial para
desenvolver e manterum esqueleto saudável.
 Exercícios de força – principalmente para ossos que não
sustentam peso.
 Aumento na atividade física para as mulheres sedentárias
consegue prevenir a perda óssea adicional relacionada à
inatividade e pode aprimorar a massa óssea.
 O exercício não é um substituto para a reposição hormonal pós-
menopáusica;
 Um programa apropriado de exercícios para mulheres mais
idosas deveria incluir as atividades capazes de aprimorar força,
f lexibilidade e a coordenação, a fim de reduzir a probabilidade de
sofrer quedas.
Referências
HALL, S. Biomecânica Básica. Editora Guanabara Koogan, 
6ª edição, 2013. 
FRANKEL, V.H. NORDIN, M. Biomecânica básica do 
sistema musculoesquelético. Editora Guanabara Koogan, 4ª 
edição, 2014.
HAMILL, J, KNUTZEN K.M. Bases biomecânicas do 
movimento humano. Editora Manole, 3ª edição, 2012.