Biomecânica e Cinesiologia - cap 2

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BIOMECÂNICA E CINESIOLOGIA
CAPÍTULO 2 - BIOMECÂNICA DO SISTEMA 
MUSCULOESQUELÉTICO
Sandro Carpenter
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Introdução
A estrutura óssea é composta por partes duras e maleáveis. Essas características nos permitem suportar cargas
em diversas magnitudes e direções, além de possibilitarem que os músculos os traciones para que os
movimentos aconteçam.
O músculo é o único tecido que pode gerar tensão ativamente. Esse recurso permite que os músculos
esqueléticos executem funções importantes para manter uma postura corporal ereta, mover os acessórios do
corpo e absorver o impacto. Como os músculos desempenham essas funções somente após serem
adequadamente estimulados, o sistema nervoso humano e o sistema muscular são frequentemente chamados
coletivamente de sistema neuromuscular. A reunião do sistema esquelético forma as articulações, cujas
características são peculiares a cada tipo e forma. Veremos alguns desses movimentos produzidos pelas
articulações e a maneira com que os ossos são formados e adaptados, bem como devemos prevenir as doenças
dessa estrutura.
No foco desta unidade, discutiremos as estruturas ósseas, musculares e articulares que afetam os movimentos
simples ou complexos que são executados. Neste contexto, você deve entender a relação entre clipes e suas
articulações, as ações executadas em paralelo e a interdependência das ações existentes entre eles. Tente
observar a relação entre a mecânica funcional da estrutura muscular que é o foco principal da unidade, perceba e
execute as ações, para assimilar sequencialmente todo o processo, que destaca adequadamente o movimento.
Observe que imagens e cálculos explicativos podem fornecer excelentes subsídios para a primeira ação que deve
ser executada.
Vamos começar? Acompanhe com atenção!
2.1 Biomecânica do tecido ósseo e biomecânica dos 
membros superiores
O tecido ósseo é altamente adaptável ao estresse mecânico, se fortalecendo quando estimulado adequadamente,
conhecido como um processo de remodelagem óssea. A atividade física contribui para retardar a perda óssea nos
idosos e aumentar a massa óssea em adultos. Sendo constituído por água, fósforo, cálcio e colágeno. Os minerais
(Ca e P) permitem que o tecido ósseo suporte forças compressivas e o colágeno, forças tensivas.
A biomecânica dos membros superiores é altamente estudada e discutida, embora tenha similaridades
estruturais com os membros inferiores ela é muito mais móvel. Possuem pontos próximos de conexão às
cinturas, no tamanho decrescente dos ossos e no número de segmentos.
2.1.1 Biomecânica do tecido ósseo
Os ossos do corpo humano possuem uma importante função para o deslocamento e a proteção dos órgãos, a
realização de alavancas corporais vantajosas para sobrepujar cargas externas, a fixação de tendões e ligamentos,
entre outras que detalharemos no decorrer da nossa discussão.
O tecido que forma o osso é do tipo , que são dotados de células, fibras de matriz orgânica extracelularconectivo
e substância de base. Sua diferenciação em relação aos outros tecidos está na alta dosagem de tecido inorgânico
na forma de (os quais contribuem para um material rígido e resistente às cargas externas) e sais minerais
(que dão as características de flexibilidade e elasticidade a estrutura).materiais orgânicos 
O é composto basicamente pelo cálcio e pelo fósforo. A maior parte do cálcio se depositamaterial inorgânico
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O é composto basicamente pelo cálcio e pelo fósforo. A maior parte do cálcio se depositamaterial inorgânico
nos ossos sob a forma de sais rapidamente mobilizáveis, como CaHPO e outros sais amorfos. Sua importância
4
está no fato de ele ser permutável, representando um rápido mecanismo tampão, de modo a evitar que a
concentração de íons cálcio nos líquidos extracelulares se eleve excessivamente ou caia até níveis muito baixos.
De uma forma geral, a composição se dá na seguinte porcentagem: 30% de matriz orgânica e 70% de sais. A
matriz é composta entre 90 e 95% de fibras de colágenos, sendo o restante representado por um meio
homogêneo, denominado substância fundamental. As fibras colágenas se estendem ao longo das linhas de força
tensional, o que resulta na força elástica conhecida. O proteoglicano (PG) está mais uma vez presente nesse
material, dando resistência ao osso no aspecto final.
Os sais cristalinos já mencionados anteriormente possuem um elemento mais conhecido e encontrado, a 
, cuja fórmula é: hidroxiapatita Ca
10
(PO
4-
)
6
(OH)
2
Esses cristais têm a forma de uma placa longa e achatada. Sua relação com o fósforo está na casa de 1,3 a 2,0, em
uma base ponderal, dependendo da dieta e do próprio exercício. Com a presença desses cristais, outro número
de íons poderá estar presente nos ossos, como o magnésio, sódio, potássio e carbonato. Ressalta-se que íons não
benéficos poderão estar associados a esses, em função de desordem ou exposição a algum tipo de radiação,
levando, em médio prazo, a doenças degenerativas, como o câncer (GUYTON, 1993).
Cada fibra de colágeno do osso compacto é constituída por segmentos periódicos repetitivos, cujos cristais de
hidroxiapatita estarão lado a lado, firmemente ligados entre elas, o que impedirá o cisalhamento do osso. Junto
estão as fibras colágenas, que ficarão por cima dos cristais, formando um emaranhado resistente ao estresse.
Portanto, graças à combinação do colágeno e do cálcio, os ossos possuem essa extraordinária combinação de
serem e à sua .resistentes às compressões capacidade elástica
A água é bastante abundante nos ossos e constitui cerca de 25% do seu peso total. Cerca de 85% se encontra na
matriz orgânica envolta das fibras de colágeno e das substâncias de base. Os outros 15% estão localizados nos
canais e nas cavidades que acomodam as células ósseas e carreiam nutrientes ao tecido ósseo.
Ao nível microscópio, a unidade estrutural é o ou , do qual, em seu centro, encontra-ósteo sistema haversiano
se um canal chamado , que contém vasos e fibras nervosas. O ósteo possui uma série decanal haversiano
camadas de matriz mineralizada, envolvida no canal central. Existem outras microestruturas no canal próximo
ao ósteo, porém não as retrataremos nesse momento, para dar lugar aos conceitos biomecânicos.
Ao nível macroscópico, todos os ossos são constituídos de dois tipos de tecidos: o e o osso cortical osso
 (esponjoso). A cortical forma a parte externa e possui uma estrutura densa similar ao marfim. Já otrabecular
interno, o trabecular, é composto por finas placas, como uma malha frouxa. Os espaços intersticiais são
preenchidos por medula vermelha. O osso trabecular não possui canais haversianos, sendo nutrido pelas
canículas dos vasos sanguíneos, que passam por meio da medula vermelha. O osso cortical está envolvendo
sempre o trabecular, porém em uma proporção nem sempre igual entre eles.
Ainda ao nível microscópio, encontramos dois tipos de ossos: o e o . O não lamelar é o ossolamelar não lamelar
VOCÊ SABIA?
Você conhece as leis físicas criadas no século XVII por Isaac Newton para explicação da
mecânica clássica? Essas leis físicas são as mesmas aplicadas ao movimento humano e aos
tecidos corporais, como os ossos. Com essas leis permitiram que se expandisse os conceitos
aos demais modos de cargas. Sobre os ossos, então, são aplicadas forças que obedecem às leis
de Newton.
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Ainda ao nível microscópio, encontramos dois tipos de ossos: o e o . O não lamelar é o ossolamelar não lamelar
imaturo, apenas encontrado no embrião e no recém-nascido; já o lamelar, é mais maturo e abundante após um
mês de vida da pessoa.
Todos os ossos são recobertos por uma densa membrana fibrosa, o , a qual é permeada por vasosperiósteo
sanguíneos e fibras nervosas, em que, por meio do canal haversiano, se estendem até o osso esponjoso. Em uma
camada profunda, encontramos a camada osteogênica, que como o nome sugere, forma novos ossos durante o
crescimento e a regeneração. O periósteo recobre todo o osso, exceto a extremidade, que é coberta por
cartilagem articular. Na cavidade central, reside o , queé preenchido com medula gordurosa amarela.endósteo
Nesse tecido, encontram-se os e os , cuja função desse último é a remoção óssea.osteoblastos osteoclastos
O estágio inicial da produção óssea consiste na secreção de moléculas de colágenos e proteoglicano pelos
osteoblastos. Os monômeros de colágeno sofrem rápida polimerização, formando fibras de colágenas, ao qual o
tecido resultante é o . À medida que esse vai se formando, alguns osteoblastos ficam aprisionados,osteoide
chamado agora de .osteócitos
Com a precipitação dos sais de cálcio nas superfícies das fibras colágenas, se formarão em dias ou semanas
novos cristais de hidroxiapatita. Todo o processo será por deposição e inibição do catabolismo, que
provavelmente é feito pelo (inibidor da hidroxiapatita).pirofosfato
Assim, os osteoblastos estão constantemente depositando mais cristais de cálcio e formando novos tecidos
ósseos, enquanto os osteoclastos estão fagocitando os tecidos. Caso o osso esteja em crescimento, a velocidade
dos osteoblastos é superior à dos osteoclastos; caso contrário, estarão sempre na mesma velocidade, renovando
o tecido em dado instante. No geral, os osteoclastos durante três semanas, perfuram o osso durante o seu
desenvolvimento, onde, nesse espaço, os osteoblastos compreenderão esses locais e formarão novos tecidos.
Isso que acabamos de ver é de extrema importância, em função das forças externas que modelarão o novo tecido
ósseo, podendo sofrer espessamento, quando submetido a carga externas. É o que acontece quando realizamos
exercícios: a demanda de força fará uma remodelagem do tecido, tornando-o mais apropriado para suportar os
estresses. Claro que isso dependerá, mais uma vez, da idade do osso, tendo em vista que a velocidade é mais
rápida para crianças e menos evidenciada para idosos. Daí a necessidade, desde cedo, de realizar exercícios com
sobrecargas para prolongar a vida útil desse tecido.
O estresse que os ossos recebem podem remodelar sua forma em certas circunstâncias, como no caso de
recuperação de fraturas ou utilização de órteses com intuito proposital de corrigir uma escoliose, por exemplo.
Sugere-se um efeito denominado (quando propriedades de certos cristais são capazes de carregarpiezoelétrico
quantidades iguais de eletricidade contrária), que se refere ao potencial negativo gerado pela compressão e
potenciais positivos em outras áreas. Sabe-se que, quando passamos corrente em locais com polaridade negativa,
a reação osteoblástica é evidenciada, ao contrário para o outro caso.
Wolff (1892) sugeriu que o osso ganha e perde tecido em resposta ao nível de estresse sustentado, de acordo
com a carga e o local da força resultante. Deu-se o nome para isso, então, de Lei de Wolff.
Essas cargas poderão ser aplicadas pela ação da própria gravidade ou pela ação muscular. Isso implica dizer que,
se submetermos pessoas à ausência de gravidade ou ao desuso pela ação muscular, os danos de decomposição
ósseas serão evidenciados. Foi sugerido que, ao repousar no leito de uma cama, sem esforço físico, a redução da
massa óssea poderá ser na casa de 1% por semana — assim como astronautas que experimentam a
microgravidade e sofrem redução de cálcio, logo em seguida dos ossos, em função da força peso que é bastante
reduzida, próxima a zero. Muitas dessas alterações não poderão mais ser reversíveis.
VOCÊ SABIA?
Quando o interesse é melhorar ou manter a massa óssea, nos questionamos que formas de
movimento ou exercícios seriam os mais adequados. Para tal, os exercícios que promovem
mais impactos e com altas cargas são os ideais. Os ossos precisam sofrer cargas em diversas
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Testes com macacos foram realizados com a utilização de gesso por 60 dias e demonstraram a redução para a
falha em três vezes, na capacidade de armazenar energia e redução também na rigidez (KAZARIAN; VON
GIERKE, 1969). A figura a seguir expressa os testes.
Figura 1 - Relação estresse e deformação
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
Quando o osso é fraturado, são ativados ao máximo todos os osteoblastos periósteos e intraósseos envolvidos.
Além disso, novos osteoblastos são formados quase que imediatamente, a partir das ,células osteoprogenitoras
que são células-tronco ósseas. Um calo se formará em pouco tempo, que é formação de uma nova matriz óssea
orgânica, seguida rapidamente pela deposição de sais de cálcio.
Os médicos utilizam estratégias para acelerar a recuperação desse acidente, se embasando nas leis da física e da
própria fisiologia como resposta a um estresse. Para controle fisiológico, sugere-se a identificação de fosfatase
 no sangue, devido à liberação em grande escala pelos osteoblastos quando estão em funcionamentoalcalina
veloz, de modo a depositar matriz óssea.
2.1.2 Desvendando o sistema biomecânico de polias e tração
Uma das formas de promover estresse quando uma pessoa possui um segmento fraturado é pela tração em
equipamentos por roldanas. Esses sistemas são aplicados para promover um estresse adicional ao osso, pois, se
esse sofre tração externamente, de fato deverá reagir a essa força e provocar uma força em sentido oposto —
logo, contribuindo para o depósito ósseo. Esses sistemas, no entanto, são também empregados para manter o
segmento com o mesmo comprimento que anteriormente o possuía, principalmente em fraturas de grande
mais impactos e com altas cargas são os ideais. Os ossos precisam sofrer cargas em diversas
direções e de forma impactante para que possamos acelerar a deposição óssea, isso no limite
da normalidade e até a osteopenia.
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segmento com o mesmo comprimento que anteriormente o possuía, principalmente em fraturas de grande
porte, quando o osso se parte totalmente em dois pedaços. Hoje se utiliza outro artefato, como o implante de
haste ou a placa de metal no tecido, fixado com parafuso.
Para compreendermos melhor o processo de utilização de roldanas, faremos uma revisão nas forças que são
relacionadas com essas polias. Um sistema de polias pode ser dividido em roldanas móveis ou fixas. Para cada
uma delas, o sistema de força poderá ser mudado. As polias fixas se comportam como alavancas interfixas com o
raio ( ) igual entre as partes. Para que o sistema esteja em equilíbrio, os torques de ambos os lados devem estarr
iguais. Assim: F r = F r
a a b b
.
Para essa equação, entende-se que as forças de ambos os lados do cabo serão iguais. Caso a polia seja móvel, a
alavanca se comporta como se fosse inter-resistente. Dessa forma, o sistema deverá ser escrito de outra maneira,
atribuindo um braço de resistência duas vezes maior. Logo: F
a
2r
a
= F
b
r
b
.
Ainda, podemos dizer que a força que A fará poderá ser a metade do peso de B, tornando o sistema mais
vantajoso em termos de alavanca ou, como dizemos, vantagem mecânica.
Figura 2 - Sistema de polias
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
Existe também a combinação de diversas polias, resultando sempre em uma redução pela metade da força para
erguer determinado objeto.
O sistema de tração envolve esses conceitos e poderão ser aplicados de diversas formas. Como exemplo,
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O sistema de tração envolve esses conceitos e poderão ser aplicados de diversas formas. Como exemplo,
daremos uma condição na qual um fêmur foi fraturado e deseja aplicar um estresse, de modo a tracioná-lo com
uma magnitude desejada, para que aumente os depósitos ósseos, porém sem danos à estrutura. Vejamos o
exemplo:
Figura 3 - Sistema de tração
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
Suponhamos que a força peso (carga) seja de 90N. Deveremos determinar a força resultante que traciona a coxa
e em que ângulo esta força está da horizontal.
Para iniciarmos os cálculos, deveremos primeiramente determinar diagramaticamente a força resultante, que é a
força efetiva que traciona a coxa. No superior da figura, encontra-se tal representação. Para determinarmos
agora a resultante, é necessário primeiro acharmos os valores de cada força do cabo, ou seja, NãoF , F e F . 
1 2 3
precisaremos realizar grandes cálculos, é só lembrar da fórmula de tração: para cada roldanamóvel, a força do
cabo será decomposta pela metade ou T = 2t. Assim, teremos:
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Figura 4 - Desvendando o sistema de tração
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
Como a força peso possui 90N e está fixada em uma roldana fixa, teoricamente o cabo que a suporta também
deveria possuir 90N de força. A questão é que o apoio do pé é fixo por outra roldana, que também estará fixa.
Dessa forma, o cabo do peso possui os 90N, e a roldana fixa ao pé deverá ter a mesma magnitude. Como a
fórmula de tração diz que T = 2t, os cabos que conectam essa roldana deverão possuir apenas 45N, ou seja, 90N =
2 x 45N. Assim, F e F
2 3
 possuirão 45N cada.
Sabendo que as outras roldanas também são fixas, todos os outros cabos deverão ter os mesmos valores; assim,
o vetor de força F
1
 possuirá os mesmos 45N.
Figura 5 - Desvendando o sistema de roldanas
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Figura 5 - Desvendando o sistema de roldanas
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
Sabendo quanto vale cada vetor, poderemos calcular a resultante de diversas formas. Para esse exercício,
escolhemos a mais detalhada, para que possamos aprender a decompor os vetores e utilizarmos as
possibilidades mais simples. Inicialmente calcularemos a resultante de F
1
com F
2
. Assim, teremos:
Figura 6 - Desvendando o valor da primeira força resultante
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
Chamaremos de a primeira resultante, que corresponde a representada na figura a cima. É imprescindível queR
a
determinemos o ângulo entre as forças, que poderá ser feito plotando as setas em uma folha de escala
(milimetrado) de modo a obter, pela lei dos cossenos, o valor de teta (θ). Poderemos também realizar essa
medida de outra forma, verificando essa angulação com o recurso de um goniômetro. Dessa forma, obtemos o
ângulo entre eles: 130º. Para acharmos o valor da resultante, é só colocarmos na fórmula de Pitágoras, mostrada
a seguir:
R = √(F ) + (F ) – 2 .F . F . cos 
1
2
2
2
1 2
Θ
R = √45 + 45 – 2 . 45 . 45 . cos 130º
a
2 2
R = √2025 + 2025 – 4050 . (-0,64)
a
R = √6653,3
a 
R = 82N
a
Sabendo o valor da primeira resultante, deveremos agora encontrar o valor da segunda, cujo raciocínio será o
mesmo. Inicialmente, obteremos o valor do ângulo q. Assim:
O ângulo q foi determinado em torno de 126º, logo poderemos determinar pelo mesmo raciocínio anterior o
valor de , ao qual almejamos desde o início. Dessa forma, teremos:R
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Figura 7 - Desvendando o valor da força resultante
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
R = √(R ) + (F ) – 2 .R . F . cos 
a
2
3
2
a 3
Θ
R = √82 + 45 – 2 . 82 . 45 . cos 126º
a
2 2
R = √6653,3 + 2025 – 7341,1 . (-0,59)
a
R = √12993,3
a 
R = 114N
a
Para determinarmos agora o valor angular desse vetor resultante em relação à horizontal, utilizaremos mais
uma vez a lei dos cossenos para acharmos mais um ângulo do triângulo formado pelos vetores. Chamaremos de
ângulo β. Assim:
Figura 8 - Desvendando o valor do arco cosseno
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
F = 
3
R + R – 2. R. R . cos 2
a
2
2
β
45 = 114 + 82 – 2 . 114 . 82 . cos2 2 2
2045 = 12996 + 6724 – 18696 . cos β
2045 = 19720 – 1896 . cos β
19720 – 2045 / 18696 = cos β
Cos = 0,9 = 0,9cos (arco cosseno) = β β -1 β 25,8º
Resumindo os nossos achados, temos um artefato de polias sustentando e tracionando a coxa de uma pessoa, em
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Resumindo os nossos achados, temos um artefato de polias sustentando e tracionando a coxa de uma pessoa, em
que quatro roldanas são utilizadas, sendo apenas um móvel, porém funcionará para efeito de cálculos como fixa,
em função da distribuição da tração. O valor final da força resultante é de aproximadamente (desprezados
algumas casas decimais no cálculo), 114N e o ângulo de tração estará próximo aos 29º.
A classificação de fratura, para muitos especialistas, é dada como a perda ou interrupção de solução de
continuidade, cujas consequências dependem da magnitude da força, direção, duração da força e,
principalmente, do estado do osso acometido, como nutricional, idade e exposto regularmente a exercício ou não.
Os tipos de fraturas mais comumente encontrados na literatura são:
• Fissurada
Envolve uma fenda longitudinal incompleta. Menos grave por não possuir fragmentos e geralmente é
acometida por fadiga de material.
• Galho verde
É incompleta e a solução de continuidade ocorre na superfície convexa da inclinação no osso. Acontece
quando o osso recebe cargas de inclinação em um dos lados, vindo a fraturar desse mesmo lado.
• Cominutiva
É completa e possui um ou mais fragmentos ósseos. Geralmente, quando a carga é rápida, a energia
cinética espalha-se de forma violenta.
• Transversa
Como o nome sugere, a fenda ocorre em ângulo reto com o eixo ósseo. É do tipo completo.
• Oblíqua
Ocorre de modo parecido com a transversa, porém forma um ângulo qualquer que não seja reto em
relação ao eixo do osso.
• Espiralada
Acontece quando se faz um movimento em torção, ou seja, uma parte do osso é rodada ou fixada em um
sentido, e a outro parte no sentido oposto.
2.1.3 Comportamento biomecânico do osso
As implicações de carga-deformidade vistam para tendões e ligamentos, são de aplicação direta também no
sistema ósseo, ou seja, as fases elásticas e plásticas, com possibilidade de deformações permanentes e pontos de
falhas. Assim, não é necessário repetirmos os formatos já apresentados.
•
•
•
•
•
•
VOCÊ QUER VER?
A aplicação de forças sobre as estruturas ósseas pode servir para melhorar a densidade
mineral óssea. No entanto, se aplicada com grande força, pode gerar perda de solução de
continuidade (fraturas). Assim, o conhecimento da forma com que essas forças são aplicadas é
fundamental na prática de exercícios e reabilitação. Vejamos este vídeo para elucidar melhor
esses conceitos: .https://www.youtube.com/watch?v=mu22s5kp5FA
https://www.youtube.com/watch?v=mu22s5kp5FA
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Quando cargas são aplicadas ao osso, elas poderão ser em diversas direções, produzindo tensão, compressão,
envergamento, deslizamento, torção e combinação destas. Durante nossas atividades diárias ou em exercícios
esportivos, estamos sujeitos a esse tipo de estresse. O que é importante destacar são os efeitos internos que
serão aplicados ao osso.
Dessa forma, veremos cada um em separado:
• Tração
Cargas são aplicadas ao osso de igual magnitude e em sentido oposto. São exercidas de dentro para fora,
no sentido externo. Sob esse efeito, a estrutura se alonga e se estreita. É comum encontrarmos fraturas
por tração em base do quinto metatarso e calcâneo, pela violenta ação muscular.
• Compressão
Nesse caso, cargas iguais e opostas são aplicadas em direção ao osso, ou seja, de fora para dentro. O
estresse é representado por vetores perpendiculares a estrutura. Nesse caso, o osso tende a se encurtar e
se alargar. Fraturas com esse tipo de carga são vistas em vértebras, quadril, entre outras.
• Deslizamento
Esse tipo de estresse é provocado por cargas tangenciais, ou seja, paralela à superfície. Os vetores estão
aplicados em qualquer sentido, desde que paralelamente. Como existem duas forças em sentidos
opostos, a tendência é deformar o osso e esse desliza para um dos lados, formando um ângulo obtuso ou
agudo. Para esse tipo de estresse, os ossos são menos resistentes do que para compressão e tendão.
• Envergamento
A distribuição das cargas é de tal forma que elas provocam envergamento na estrutura ao longo de um
eixo — assim, pode sofrer outros estresses, como de tensão e compressão. Quanto mais afastado do eixo
for a aplicação das forças, maior será sua magnitude. O mesmo se aplica se tentássemos quebrar uma
varinha de madeira aplicando a força com as mãos próximas umas das outras ou com elas afastadas:
fatalmente afastadas seria mais fácil. O envergamento poderá ser feito em três pontos ou quatro. Quando
temos três, uma desta age em um sentido e as outras (mais distais) agem em outro. Já para quatro forças,
temos dois pares de forças em sentidos opostos agindo ao mesmo tempo em extremidades distintas do
osso, e a fratura aconteceráno ponto mais fraco.
• Torção
O nome sugere a aplicação de forças ao redor de um eixo, logo um torque age no interior das estruturas.
Simultaneamente, cargas tangenciais serão distribuídas em movimentos circulares. Da mesma forma que
o envergamento, quanto mais distante estiver do eixo, maior será a magnitude.
• Combinadas
Na realidade, durante os esforços diários, o osso experimenta estresse em todas as direções e situações.
Daí a certeza de que todas aqui apresentadas terão algum tipo de contribuição a fornecer ao osso.
Veremos mais à frente a cinemática e cinética da caminhada e corrida: perceberemos que, durante uma
passada, as forças de reação do solo são aplicadas nas três direções, o que implica dizer que receberemos
todas os estresses apresentados.
Para ilustrar os efeitos antes apresentados, montamos as ilustrações abaixo:
•
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•
•
•
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Figura 9 - Aplicação de cargas nos ossos
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
O papel que os músculos exercem sobre o esqueleto é de estema importância no carregamento de forças de
estresse para minimizar as externas e nutrir os tecidos de uma maneira geral. Mais uma vez, estamos atribuindo
o fortalecimento muscular, a experiência em tarefas variadas para que possamos ter uma estrutura competente
para sofrer as sobrecargas diárias, seja em atividades físicas cotidianas ou em exercícios físicos mais
pronunciados.
Tração e compressão são forças que são definidas matematicamente originadas de forças de tensão, porque
estão sendo influenciadas pela área disponível. Assim, temos: T = F / A.
A unidade usada para esse cálculo é o N/m², ou seja, similar à de pressão, que também poderá ser designada
como Pa (Pascal). Para que não haja mau uso de tensão ou compressão, visto que conceitualmente são
exatamente iguais para as leis da física, distinguiremos que pressão é mais usada para meios líquidos, enquanto
tensão para os sólidos. Assim, quando formos aplicar esse conceito, por exemplo, na coluna vertebral,
utilizaremos compressão, que é a subdivisão de tensão, e não meramente pressão.
Já vimos também em outros parágrafos que a deformação que um osso sofre depende de variação de
comprimento encontrado, ou seja:
Figura 10 - Fórmula da deformação
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
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Em que significa o comprimento inicial e final (marcado com as letras e ), em função de comprimento estarL f i
em módulo. Isso denota que sempre será positivo e deformidade é uma grandeza adimensional.
Como também já vimos o módulo Young, ou de elasticidade, apenas apresentaremos a equação matemática, que
é expressa assim:
Figura 11 - Módulo Young
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
Em que temos: é a força aplicada ao osso; é a área de secção transversa. Isso implica dizer que, quanto maiorF A
for o módulo Young, menor a elasticidade ou mais difíceis serão as alterações de comprimento. Também
podemos afirmar que, quanto menor o módulo Young, maior será a deformação produzida.
Okuno (2003) apresenta os módulos de elasticidade de determinados ossos do corpo humano em (traçãotensão
ou compressão). Esses dados foram retirados de teste em ossos de cadáveres fora do corpo humano, o que
fatalmente poderá ser diferente na realidade diária.
Os valores para o fêmur humano para o módulo humano são de 0,94 GPa, limite de ruptura 167 Mpa, e a taxa de
deformação em torno de 0,0185. Já para as vértebras, o módulo Young está em torno de 88 MPa, o limite de
ruptura em torno de 1,9 MPa e a deformação em 0,025.
Para compreendermos melhor os cálculos aqui apresentados, imaginemos a situação específica trazida por
Okuno (2003). Uma pessoa realiza um agachamento em sua academia com uma carga adicional de 100 kg. Sua
massa corporal é de 70 kg. Sabendo que o fêmur humano possui 50 cm de comprimento e raios de 1,5 cm e 0,4
cm na parte da medula, determine a tensão de compressão sofrida e o encurtamento que este sofrerá em função
da carga.
a) Inicialmente, devemos determinar a área efetiva: é só subtrair a área da medula pela área total. Estamos
assumindo que essa área é uma circunferência, logo utilizaremos a fórmula de pr² (o valor de Pié,
aproximadamente, 3,14). Assim:
• área total = 3,14 x 1,52 = 3,14 x 2,25 = 7,065 cm²;
• área da medula = 3,14 x 0,42 = 3,14 x 0,16 = 0,50 cm²;
• área assumida = 7,065 – 0,50 = 6,56 cm² = 0,00065 m².
A unidade da área utilizada na fórmula é expressa em metros ao quadrado, por isso deveremos dividir por 10 mil
VOCÊ QUER LER?
Com o passar dos anos, o envelhecimento dos tecidos corporais contribui para o aparecimento
de doenças e limitações funcionais bem conhecidas, a ponto de serem dimensionadas como
epidemias. A osteopenia e osteoporose se enquadram nesse papel. Que tal nos aprofundarmos
nas formas, valores e conceitos dessas doenças? Leia o artigo de Silva (2015), disponívelet al.
em: .http://www.scielo.br/pdf/rbr/v55n3/0482-5004-rbr-55-03-0223.pdf
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http://www.scielo.br/pdf/rbr/v55n3/0482-5004-rbr-55-03-0223.pdf
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A unidade da área utilizada na fórmula é expressa em metros ao quadrado, por isso deveremos dividir por 10 mil
para encontrarmos o valor aplicável.
Para calcularmos a força de aplicação no exercício, é só somar os valores de peso corporal e carga externa,
porém, como os dois pés estão apoiados no solo, necessitamos assumir que o peso está de forma dividida entre
as duas pernas. Assim:
F
c
 = 700NF
b
 = 1000N
F 
t
= 700 + 1000 = 1700N
Para cada perna, então, teremos a metade deste valor, ou seja, 850N. Agora, poderemos determinar a tensão de
compressão em cada fêmur especificamente.
T = 850N / 0,00065 = 1,3 MPa
Verificamos que o resultado não é suficiente para produzir uma ruptura no fêmur, tendo em vista que o seu
limite está na casa dos 167 MPa. Sabidamente, os exercícios de força ainda auxiliam no aumento da área do
tecido ósseo, o que fará reduzir as tensões de compressão.
b) Agora, vejamos o valor da deformidade por essa magnitude. Aplicando a fórmula anterior, temos:
ε = T / Y
ε = 1,3 MPa / 9400 MPa
ε = 0,000138
ΔL = L
1
ε
ΔL = 0,50 m x 0,000138 m
ΔL = 0,00006915 m ou 0,07 mm ou 69 mμ
Sabidamente, quando envelhecemos, temos menor área de secção transversal, além de menor capacidade de
elasticidade nos tecidos ósseos, por isso, os idosos sofrem tanto com fratura em função, principalmente, das
quedas acometidas pela diminuição do equilíbrio. No momento, se pudermos controlar a intensidade de acordo
com os cálculos aqui apresentados, tranquilamente estamos contribuindo para uma prescrição adequada, em vez
de utilizarmos a tradicional prescrição de academias (3 x 10), sem ao menos conhecermos o impacto que cada
carga e o tempo de duração poderá implicar.
2.1.4 Biomecânica dos membros superiores
O ombro é a região articular que possui mais articulações envolvidas. Ela possui quatro articulações: gleno-
umeral, escapulo-torácica, acrômio-clavicular e esternoclavicular (KAPANDJI, 2000).
No caso da escápulo-torácica, trata-se da articulação por aproximação da escápula com o gradil costal. Ela é
triaxial, logo, possui seis movimentos:
• elevação: refere-se à elevação da escápula, deslizando-a para cima. Como o movimento é linear, o 
deslocamento máximo é de 10 a 12 cm;
• depressão: refere-se ao abaixamento da escápula, deslizando-a para baixo. Como o movimento é linear, 
o deslocamento máximo é de 10 a 12 cm;
• adução: refere-se ao deslocamento da escápula para dentro, aproximando-a da espinha da coluna. O 
resultado será a retração da cintura da escápula. Como o movimento é linear, o deslocamento máximo é 
de 15 cm;
• abdução: refere-se ao deslocamento da escápula para fora, afastando-a da espinha da coluna. O 
resultado será a proteção da cintura da escápula. Como o movimento é linear, o deslocamento máximo é 
de 15 cm;
• rotação externa: refere-se à rotação da escápula para fora, facilitando a abdução da gleno-umeral. O 
deslocamento é de aproximadamente 60º;
• rotação interna: refere-se à rotação da escápula para dentro, facilitando a adução da gleno-umeral. O 
deslocamento é de aproximadamente 60º,se partindo da rotação externa.
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Figura 12 - Movimentos da escápula-torácica
Fonte: GENTILCORE, 2018, p. 1.
Acrômio-clavicular
É uma articulação do tipo artrodial, envolvendo a extremidade acromial da clavícula e o acrômio. Possui três
liberdades de movimento e é nela que se concentra a maioria dos movimentos da escápula. Alguns autores a
define como “folga”, permitindo que o complexo do ombro possa realizar a máxima amplitude de suas ações
durante as tarefas motoras. Essa articulação possui os movimentos de elevação, depressão, protração, retração e
rotação (interna e externa).
Esternoclavicular
É uma articulação tipo selar com três graus de liberdade. Existe um disco entre as duas superfícies ósseas, e a
cápsula é mais espessa anteriormente que posteriormente. Essa articulação possui os movimentos de elevação,
depressão, protração, retração e rotação (interna e externa). A artrocinemática diz que a parte côncava se
movimenta no sentido do movimento e a parte convexa no sentido oposto ao movimento.
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Figura 13 - Visualização geral de todas as articulações
Fonte: DIANA, 2020, p. 1.
O próximo complexo articular é o do cotovelo. Ele possui duas articulações: úmero-ulnar e rádioulnar proximal,
cuja movimentação são independentes.
O úmero-ulnar é uma articulação sinovial trocoide que acompanha a ulna nos movimentos de dobradiça do
cotovelo. Uniaxial, permite apenas dois movimentos:
Flexão
Partindo da posição de referência, representa a redução do ângulo entre o braço e o antebraço. A máxima
amplitude é de aproximadamente 130º.
Extensão
Não há extensão partindo da posição de referência. Logo, para que haja a extensão, se faz necessário a flexão
anterior. Assim, o movimento é relativo. A máxima amplitude é de aproximadamente 130º, se partir da máxima
flexão.
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Figura 14 - Articulação úmero-ulnar
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
A é umarádioulnar proximal articulação formada pela proximidade do rádio e a ulna. Na posição de referência,
o rádio e a ulna, estão levemente “entrelaçados”, ou seja, o rádio esta rodado sobre a ulna, fazendo com que na
posição de conforto articular, sem ação dos músculos, o dorso da mão esteja para fora e a palma da mão para
dentro. Essa articulação permite que o rádio rode ainda mais sobre a ulna, fazendo com que haja a . Oupronação
desfazer esse giro, mantendo os ossos paralelos, movimento denominado . A amplitude de cada umsupinação
deste movimento é de aproximadamente 85º.
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deste movimento é de aproximadamente 85º.
Figura 15 - Articulação rádioulnar
Fonte: ANATOMIA EM FOCO, 2020.
A radiocarpal é a articulação do punho, cuja movimentação permite dois graus de liberdade, logo, quatro
movimentos:
• : movimento de aproximação da palma da mão ao antebraço. Deslocamento de aproximadamente flexão
85º;
• extensão: movimento de aproximação do dorso da mão ao antebraço. Deslocamento de 
aproximadamente 85º;
• desvio radial: movimento de deslocamento da mão lateralmente no sentido do rádio. Devido à 
limitação do processo estiloide do rádio, sua amplitude está na ordem de 15º;
• desvio ulnar: movimento de deslocamento da mão lateralmente no sentido da ulna. Amplitude está na 
ordem de 45º;
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Figura 16 - Articulação do punho
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
A metacarpicafalangeana é do tipo côndilo, formada pela recepção das cabeças arredondadas dos ossos do
metacarpo nas cavidades rasas das extremidades proximais das falanges, com exceção do polegar, que possui
articulação em sela. É biaxial, logo, possui quatro movimentos:
• : aproxima os dedos da palma da mão. Deslocamento de aproximadamente 90º;flexão
• extensão: afasta os dedos da palma da mão. Deslocamento de aproximadamente 30º;
• desvios laterais: movimenta os dedos no plano da mão para os lados, como no ato de “dizer” não com o 
dedo indicador. Amplitude aproximada de 30º;
• : extensão ereta dos dedos no plano da mão. Amplitude de aproximadamente 180º.posição neutra
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Figura 17 - Articulação metacarpofalangeana
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
A interfalangeana é do tipo gínglimos ou dobradiça, que aproxima as falanges dos dedos. É uniaxial, logo, só
permite dois movimentos: flexão e extensão. A flexão é significativa, podendo apresentar até 90º de amplitude. A
extensão é bem reduzida, podendo chegar a até 10º.
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Figura 18 - Articulação interfalangeana
Fonte: Elaborada pelo autor, 2020.
A articulação metatársica-falangeana do pode realizar movimentos parecidos com o restante dos dedos,polegar 
porém tem certas particularidades, principalmente devido à sua oposição. Na posição de referência, o polegar
está situado a 40º com os três planos espaciais, logo levemente à frente da mão. Cinco ossos da mão formam a
coluna central do polegar: escafoide, trapézio, primeiro metacarpo e as duas falanges que o formam (proximal e
distal). Para a movimentação do polegar, se fez necessário a presença ativa de três articulações:
trapezometacárpica, metacarpica-falangeana (1º) e interfalangeana.
• : afasta o polegar do restante dos dedos, levando-o levemente para baixo. Deslocamento abdução
aproximado de 30º;
• adução: aproxima o polegar do restante dos dedos. Deslocamento aproximado de 40º, partindo da 
abdução máxima;
• : traz o polegar para dentro, aproximando dos dedos. Deslocamento aproximado de 30 a 40º;flexão
• extensão: reposiciona o polegar no plano da mão e afasta-o. Deslocamento de aproximadamente 40º;
• oposição: flexiona e abduz o polegar, tentando colocar o polegar em contato com o dedo mínimo. 
Deslocamento de aproximadamente 60º.
Conclusão
Nesta unidade, verificamos como os ossos são formados, as características do tecido e o que é necessário para
mantê-los saudáveis. Analisamos, ainda, suas funções mecânicas de sustentar e proteger outros tecidos
corporais e agir como um sistema de alavancas rígidas que podem ser mobilizadas pelos músculos que nelas se
inserem. A força e a resistência de um osso dependem de sua composição material e da estrutura organizacional,
sendo os minerais que contribuem para a rigidez do osso e para a resistência compressiva, e o colágeno
fornecendo flexibilidade e resistência à tração. Além disso, observamos que a articulação do ombro é a mais
complexa do corpo humano. A articulação esternoclavicular permite algum movimento dos ossos da cintura
escapular, clavícula e escápula. As articulações da mão em que a maioria dos movimentos ocorre são a
articulação corpometacarpal do polegar, as articulações metacarpofalângicas e os gíglimos nas articulações
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articulação corpometacarpal do polegar, as articulações metacarpofalângicas e os gíglimos nas articulações
interfalângicas
Nesta unidade, você teve a oportunidade de:
• entender que aplicar cargas regulares de alto impacto e de formas diferentes são necessárias para que 
os ossos se mantenham saudáveis e prevenindo o aparecimento da osteopenia e osteoporose;
• analisar que os movimentos musculares são responsáveis pelos gestos dos cotovelos, dos punhos e das 
mãos, necessários para o esporte e para a reabilitação;
• compreender como a composição do material e a organização estrutural dos ossos afetam sua 
capacidade de suportar cargas mecânicas;
• identificar a relação entre diferentes tipos de carga mecânica;
• observar como a estrutura anatômica afeta a capacidade das articulações dos membros superiores.
Bibliografia
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	Introdução
	2.1 Biomecânica do tecido ósseo e biomecânica dos membros superiores
	2.1.1 Biomecânica do tecido ósseo
	2.1.2 Desvendando o sistema biomecânico de polias e tração
	Fissurada
	Galho verde
	Cominutiva
	Transversa
	Oblíqua
	Espiralada
	2.1.3 Comportamento biomecânico do osso
	Tração
	Compressão
	Deslizamento
	Envergamento
	Torção
	Combinadas
	2.1.4 Biomecânica dos membros superiores
	Conclusão
	Bibliografia