Aula 03 - Biomecânica Interna - Tipos de Articulações

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Biomecânica Interna
Mecânica dos Tecidos - Ossos, Cartilagens e 
Articulações
Francisco Xavier de Araujo
Biomecânica e Cinesiologia
Propriedades Mecânicas 
dos Tecidos do Corpo
• Ossos, tendões, ligamentos e músculos são algumas das 
estruturas básicas que compõem o corpo humano. Para os 
biomecânicos, as propriedades mecânicas desses tecidos 
são as mais importantes; 
• Em geral, ao analisar as propriedades mecânicas dessas 
estruturas, diferenciamos as forças externas que são 
aplicadas a elas e as relacionamos com sua deformação 
resultante. A capacidade de uma estrutura em resistir à 
deformação depende de sua organização material e forma 
geral.
Propriedades Mecânicas 
dos Tecidos do Corpo
• As forças externas que agem sobre o organismo afetam os 
movimentos do corpo inteiro. Elas também impõem cargas que 
afetam as estruturas internas do corpo: cartilagens, tendões, 
ligamentos, ossos e músculos; 
• Uma compreensão das propriedades mecânicas dessas 
estruturas é importante para prevenir e avaliar as causas 
das lesões.
Propriedades Mecânicas 
dos Tecidos do Corpo
• O sistema musculoesquelético pode ser submetido à diferentes 
tipos de estresse / cargas mecânicas.
Compressão Tração Cisalhamento
Propriedades Mecânicas 
dos Tecidos do Corpo
• O sistema musculoesquelético pode ser submetido à diferentes 
tipos de estresse / cargas mecânicas.
FlexãoTorção
Propriedades Mecânicas 
dos Tecidos do Corpo
Tração
Propriedades Mecânicas 
dos Tecidos do Corpo
Compressão
Deformação
• Os objetos se deformam quando são submetidos à ação de forças 
externas. Essas deformações podem ser grandes ou pequenas, 
dependendo da natureza do material e da tensão envolvida; 
• Deformação é a quantificação da mudança das dimensões do 
material; 
• Quando o carregamento de um objeto causa tração ou 
compressão dentro de um objeto, algumas mudanças no 
comprimento acompanham essa tensão. Essa deformação pode 
ser medida em termos absolutos que descrevem a mudança do 
comprimento como resultado do carregamento – por exemplo, um 
elástico alongado 10 cm ou um disco intervertebral comprimido 2 
cm. 
Deformação
• Quanta tensão pode um disco intervertebral suportar antes de 
se romper? 
• Até que ponto um osso pode ser fletido? 
• Quanta energia um ligamento pode absorver antes de se 
romper? 
• Até que ponto um tendão pode se alongar antes de o 
alongamento se tornar permanente? 
• Todas essas questões estão relacionadas com a maneira como 
os materiais respondem às forças. A relação entre a tensão e a 
deformação pode explicar o comportamento de um material 
sob carga.
Tensão x Deformação
• A força aplicada para deformar uma estrutura e a deformação 
resultante são conhecidas como tensão e deformação; 
• Os valores da tensão e da deformação são medidos por meio de 
um aparelho que pode aplicar tensão (força de tração) ou 
compressão (força de impulsão) na estrutura; 
• O gráfico que relaciona tensão com deformação é a curva de 
tensão-deformação de uma estrutura. Pode-se fazer uma 
análise de tensão-deformação para verificar como um material 
muda com o passar do tempo, como materiais reagem a 
diferentes aplicações de força e como um material reage à 
ausência da aplicação cotidiana de tensão.
Tensão x Deformação
• Diversos pontos-chave dessa curva 
são importantes para a função 
básica da estrutura. Nessa curva, a 
inclinação de sua parte linear é o 
módulo elástico, ou a rigidez do 
material; 
• Com a aplicação de maior força à 
estrutura, a inclinação da curva 
acaba diminuindo. Nesse ponto, 
diz-se que a estrutura cedeu ou 
a l c a n ç o u s e u p o n t o d e 
escoamento; 
• Até o ponto de escoamento, diz-se 
que a estrutura se encontra na 
região elástica. Se o material ainda 
estiver nessa região quando a 
tensão for removida, ele retornará 
a seu comprimento original sem 
que ocorra dano estrutural.
• Depois do ponto de escoamento, 
os componentes moleculares do 
material ficam permanentemente 
deslocados entre si; e se a força 
aplicada for removida, ele não 
retornará ao seu comprimento 
original; 
• A diferença entre o comprimento 
o r i g i n a l d o m a t e r i a l e o 
c o m p r i m e n t o ( e m re p o u s o ) 
resultante da tensão na região 
plástica é a deformação residual;
• Depois do ponto de escoamento, 
temos a região plástica. Se a força 
aplicada persistir além da região 
plástica, irá ocorrer ruptura da 
estrutura e, nesse ponto, a 
deformação rapidamente cai a 
zero.
• Nas atividades funcionais normais, a 
tensão aplicada não causará uma 
deformação que chegue até o ponto de 
escoamento; 
• Quando estruturas são projetadas por um 
engenheiro, o profissional considera um 
fator de segurança ao determinar a 
relação tensão-deformação da estrutura. 
Em geral, o fator de segurança se situa na 
faixa de 5 a 10 vezes a tensão que 
normalmente seria aplicada à estrutura. 
Isto é, a força aplicada para alcançar o 
ponto de escoamento é significativamente 
maior do que a força geralmente aplicada 
nas atividades cotidianas; 
• É evidente que materiais e estruturas 
biológicos devem ter um fator de 
segurança significativamente grande. As 
tensões aplicadas a uma estrutura 
biológica nas atividades cotidianas são 
muito menores do que essa estrutura 
pode enfrentar. 
Tipos de Materiais
• Essas estruturas têm propriedades não lineares ou 
viscosas, em combinação com propriedades elásticas 
lineares; 
• Como resultado da combinação dessas propriedades, a 
magnitude da tensão passa a depender da 
velocidade de aplicação da carga, ou da rapidez com 
que a carga é aplicada; 
• Os materiais biológicos, como tendões e ligamentos, 
exibem certo grau de viscoelasticidade.
Viscoelásticos
Tipos de Materiais
• Em uma curva de tensão-deformação desse tipo de 
material, também se aplicam os termos rigidez, ponto de 
escoamento e ponto de ruptura; 
• As regiões elástica e plástica são definidas de maneira 
similar às do material elástico, mas, ao contrário do que 
ocorre nas estruturas elásticas, a rigidez tem valores 
variados que podem ser determinados pelo ponto onde foi 
feito o cálculo na curva; 
• Além disso, em um material viscoelástico, a energia 
mecânica armazenada não retorna completamente após a 
remoção da carga aplicada.
Viscoelásticos
Tipos de Materiais
Viscoelásticos
• A rigidez designada 
por E1 é inferior à 
referente ao ponto 
E2. Em E3, no 
entanto, a rigidez é 
com certeza inferior 
à de E2.
Tipos de Materiais
Características Biomecânicas 
dos Ossos
• O osso deve ser capaz de resistir simultaneamente a 
diversas forças aplicadas. Em uma posição estática, o osso 
resiste à força da gravidade, sustenta o peso do corpo e 
absorve a atividade muscular produzida para manter a 
postura estática. Em um modo dinâmico (p. ex., uma corrida), 
as forças são várias vezes ampliadas e se tornam 
multidirecionais; 
• Trata-se do material mais forte e rígido do sistema 
musculoesquelético. O osso cortical é encontrado nas 
camadas externas densas e rígidas dos ossos. Já o osso 
esponjoso ou trabecular, menos denso, é um osso poroso e 
de aparência esponjosa encontrado na parte mais interna do 
osso cortical, próximo às extremidades dos ossos longos.
Características Biomecânicas 
dos Ossos
Características Biomecânicas 
dos Ossos
Características Biomecânicas 
dos Ossos
• Sustentação
• Locais de inserção tendínea
• Alavancas
• Proteção
• Produção de células sanguíneas
Funções dos Ossos
Características Biomecânicas 
dos Ossos
Características Biomecânicas 
dos Ossos
• Os valores para o módulo de elasticidade, tensão de escoamento, tensão 
máxima, tensão de ruptura e deformação de ruptura do osso cortical 
variam entre os diferentes ossos e de acordo com o ponto escolhido 
em um mesmo osso. Além disso, os valores dessas propriedades 
podem mudar com a idade. A porosidade desse tecido determina 
sobretudo a sua força e rigidez.
• Outro fator que afeta a resistência mecânica e a rigidez é a taxade 
aplicação da carga. O osso é mais resistente e rígido quando a carga é 
aplicada com rapidez, mas mais fraco e menos rígido quando ela é 
aplicada com lentidão; 
• Assim, a carga aplicada de forma lenta através de uma articulação 
pode resultar em uma fratura por avulsão, enquanto uma mesma carga 
aplicada rapidamente irá romper o ligamento; 
• Os ossos são fortes em compressão e fracos em cisalhamento.
Características Biomecânicas 
dos Ossos
• Hipertrofia
• Atrofia
• Tríade da Mulher atleta
• Osteoporose
Resposta Óssea ao Estresse
Biomecânica das 
Fraturas
Exemplos de Lesões e Possíveis Cargas Mecânicas 
Causadoras
Características Biomecânicas 
das Cartilagens
• Existem três tipos diferentes de cartilagem: a hialina, a fibrosa e a 
elástica; 
• A primeira, também chamada de cartilagem articular, é aquela que 
cobre as extremidades dos ossos longos nas articulações; 
• A segunda (fibrocartilagem) é encontrada dentro de algumas cavidades 
articulares (menisco do joelho), nos discos intervertebrais (anel fibroso), 
nas bordas de algumas cavidades articulares e nas inserções dos 
tendões e ligamentos junto aos ossos; 
• Já a terceira é encontrada na orelha externa e em vários outros órgãos 
que não fazem parte do sistema musculoesquelético; 
• A cartilagem é capaz de suportar compressão, tração e cargas de 
cisalhamento.
Características Biomecânicas 
das Cartilagens
• A cartilagem não possui irrigação sanguínea nem inervação, sendo nutrida 
pelo líquido intra-articular; 
• A cartilagem articular é anisotrópica, tendo diferentes propriedades 
materiais para diferentes orientações com relação à superfície articular; 
• As propriedades da cartilagem a tornam bastante apropriada para 
resistir às forças de cisalhamento; 
• A cartilagem deforma instantaneamente a uma carga baixa ou 
moderada e, se for submetida a uma carga rápida, se tornará mais rígida 
e deformará durante um período mais prolongado; 
• A distribuição das forças pela área na articulação determina a carga 
incidente na cartilagem, e a distribuição da força depende da espessura 
da cartilagem.
Características Biomecânicas 
das Cartilagens
Características Biomecânicas 
das Cartilagens
• A cartilagem é importante para estabilidade e funcionamento de uma 
articulação, porque esse tecido distribui as cargas pela superfície e 
reduz pela metade as forças de contato; 
• As fibras de colágeno estão arranjadas de modo a suportar a aplicação 
das cargas. No joelho, o menisco medial transmite 50% da carga de 
compressão. A remoção mesmo de uma pequena parte da cartilagem 
pode aumentar a força de contato em até 350%; 
• A cartilagem tem 1 a 7 mm de espessura, dependendo da carga e da 
incongruência das superfícies articulares. Por exemplo, nas articulações 
talocrural e do cotovelo, a cartilagem é muito delgada, enquanto nas 
articulações do quadril e do joelho, a cartilagem é espessa; 
• Uma das cartilagens mais espessas no corpo, com aproximadamente 5 
mm, se situa na parte inferior da patela. 
Características Biomecânicas 
dos Ligamentos
• Os ligamentos exibem comportamento 
viscoelástico, o que ajuda a controlar a 
dissipação da energia e o potencial 
para lesão; 
• A tensão máxima que um ligamento 
pode suportar está relacionada com 
sua área de secção transversal; 
• As fibras de colágeno num ligamento 
estão arranjadas de tal modo que o 
ligamento pode lidar tanto com 
cargas tensivas como com cargas de 
cisalhamento; contudo, essa estrutura 
está mais preparada para cargas 
tensivas. 
Características Biomecânicas 
dos Ligamentos
• As fibras de colágeno dos ligamentos, quando não submetidas 
à carga, exibem uma configuração ondulada ou pregueada; 
• Em condições de baixas cargas, as pregas nas fibras de 
colágeno do ligamento desaparecem. Nesse ponto, o ligamento 
se comporta de forma praticamente linear, com deformações 
que são relativamente pequenas e dentro do limite fisiológico; 
• Em cargas maiores, o ligamento sofre ruptura parcial ou 
completa. Geralmente, quando uma carga tensiva é aplicada 
com muita rapidez a uma articulação, é mais provável que o 
ligamento se rompa, e não o osso na inserção do ligamento.
Tipos de Articulações
Pouco ou nenhum 
movimento
Articulações móveis
Movimento limitado
Dobradiça Umeroulnar Interfalangeana
Pivô Radioulnar prox. Atlantoaxial
Elipsóide Radiocárpica
Plana Carpometacárpica Intercárpica
Sela Carpometacárpica do polegar
Condilóide Metacarpofalangeana Tibiofemoral
As articulações do tipo Diartrose possuem capacidade de movimentar-se;
A capacidade do corpo de transformar o movimento angular de uma articulação em 
movimento translacional eficiente dos segmentos do corpo envolve os graus de 
liberdade do movimento;
Os graus de liberdade equivalem ao número de planos em que a articulação se 
movimenta. Dado que o corpo e seus segmentos se movem em três planos de 
movimento, os graus de liberdade são, no máximo, três. 
Osteocinemáticos ou 
Fisiológicos
Artrocinemáticos ou 
Acessórios
 A osteocinemática se 
preocupa com os 
movimentos das partes 
ósseas ou dos segmentos 
que compõem uma 
articulação.
 A artrocinemática foca 
especificamente nos 
movimento mínimos 
dentro de uma articulação 
e entre as superfícies 
articulares. 
Movimentos Articulares
Osteocinemáticos ou 
Fisiológicos
Artrocinemáticos ou 
Acessórios
Osteocinemáticos ou 
Fisiológicos
Artrocinemáticos ou 
Acessórios
Regra - Côncavo X Convexo
Quando uma superfície convexa 
se move sobre uma superfície 
côncava ocorre um rolamento 
para o mesmo lado do 
movimento angular (movimento 
do osso) mas um deslizamento 
para o lado oposto;
Já quando uma superfície 
côncava se move sobre uma 
superfície convexa, ocorre tanto 
um rolamento como 
deslizamento para o mesmo 
sentido do movimento angular. 
Movimento a partir de uma superfície convexa
Rolamento no mesmo sentido e deslizamento 
no sentido oposto do movimento angular
Movimento a partir de uma superfície côncava
Rolamento e deslizamento no mesmo sentido 
movimento angular
Considerações sobre o tipo de Cadeia Cinética