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BIOMECANICA TEJIDOS APARATO LOCOMOTOR
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  • 1. BIOMECANICA DE TEJIDOS DEL APARATO LOCOMOTOR Juan I. Guerrero H. Kinesiología 2010
  • 2. La región elástica es la capacidad del tejido de volver a su forma original una vez que BIOMECÁNICA cese la fuerza. El módulo elástico es el límite elástico tisular. La región plástica describe TISULAR una deformación tisular irreversible. Si la fuerza no cesa, se alcanzará el punto de ruptura. Los parámetros que nos permite conocer la evaluación de una curva de deformación/fuerza son: la fuerza que soporta una estructura antes de romperse, la deformación que puede sufrir antes de romperse y la energía que puede acumular antes de romperse.
  • 3. TEJIDOS CONECTIVOS CORPORALES ESPECIALIZADOS___________ •TEJIDO OSEO •TEJIDO CARTILAGINOSO •TEJIDO LIGAMENTOSO Y CAPSULAR •TEJIDO SINOVIAL •TEJIDO TENDINOSO
  • 4. TEJIDO ÓSEO
  • 5. La matriz del tejido óseo posee un componente orgánico y un componente inorgánico. Es la que otorga las propiedades biomecánicas del hueso.
  • 6. El colágeno tipo I es cerca del 90% del total del componente orgánico. En el hueso laminar de un adulto se organiza en láminas paralelas, mientras que en la etapa embrionaria se organiza en forma desordenada en el hueso plexiforme. Confieren flexibilidad y resistencia frente a la tracción.
  • 7. El componente inorgánico de la matriz ósea esta mineralizado por fosfato de Calcio en forma de cristales de hidroxiapatita. Confieren dureza, rigidez y resistencia a la compresión.
  • 8. El componente celular esta compuesto por el linaje osteoblástico (preosteoblasto, osteoblasto y osteocito) y el linaje osteoclástico (osteoclasto). El preosteoblasto deriva de una célula madre del estroma celular y da origen al linaje osteblástico y al osteoblasto. Es de aspecto fusiforme.
  • 9. El osteoblasto conservaría la capacidad de proliferar. Se ubica en las superficies óseas. Margina su núcleo celular en el sector opuesto a la superficie. Segrega grandes cantidades de proteínas. Secreta el componente orgánico de la matriz y controla el depósito de sales. La influencia por PTH potencia su diferenciación.
  • 10. El osteocito deriva del osteoblasto. Se encuentra en una cavidad llamada laguna osteocitaria. Mantiene comunicaciones mediante conductos calcóforos con otros osteocitos, células de revestimiento y osteoblastos. Su preservación parece ser importante en la en la mantención de las propiedades biomecánicas tisulares, ya que detectan el estrés mecánico y las microlesiones de la matriz.
  • 11. Los preosteoclastos se unen entre si mediante la Caderina para formar osteoclastos, que se pueden organizar en grupos. El osteoclasto puede pasar al torrente sanguíneo mediante el capilar que pasa por los canales de Havers o unirse a la matriz ósea mediante las integrinas, para remodelar el hueso esponjoso. Posee lisosomas ricos en TRAP y colagenasas. En la zona clara (sector de su citoplasma) se encuentran microfilamentos de actina para su movimiento por el dominio osteoclástico. Para la reabsorción del tejido óseo primero acidifica lo mineralizado (bombea H+ a la matriz) y luego el componente orgánico es degradado por acción enzimática.
  • 12. La nutrición e inervación del tejido óseo es función del periostio, el que posee una capa externa fibrosa y una interna osteogénica. La capa fibrosa posee vasos gruesos. La capa osteogénica es rica en capilares y proliferación de osteoblastos.
  • 13. COMPORTAMIENTO VISCOELÁSTICO DEL TEJIDO OSEO FRENTE A CARGAS
  • 14. Fracturas por estrés
  • 15. Puede ser causada por fatiga de tejidos de soporte, acelerada remodelación ósea o aumento del tono muscular frente a un nuevo estrés. El dolor aparece con la actividad y el ejercicio y cede con el reposo. Ocurren con mayor frecuencia en extremidades (Tibia un 73%)
  • 16. A medida que el estrés aumenta hay una progresiva deformación hasta el modulo elástico, comenzando la deformación plástica y las microfracturas, para llegar finalmente a la falla estructural. El diagnóstico mediante Rx no es útil para la etapa precoz e inicialmente es normal, al igual que la TC. La RM es una excelente herramienta diagnóstica en estadios precoces.
  • 17. TEJIDO TENDINOSO
  • 18. Las fuerzas generadas por los músculos se trasmiten al hueso mediante el tendón. Hay factores que inciden sobre el tendón en locomoción normal: •Distintos tendones en el cuerpo son sometidos a distintas fuerzas. •Nivel de contracción muscular y tamaño del tendón. •Actividades aplican distintos tipos de fuerza en un mismo tendón.
  • 19. El principal componente fibrilar de la matriz es el colágeno (tipo I en un 60%). Posee forma de S itálica y se organiza longitudinal al eje de las fuerzas que actúan sobre el tendón. Se puede encontrar en las capas del tendón (III, endotendón y epitendón), regulando el crecimiento fibrilar (V) y uniendo el tendón al hueso (II, VI, IX, X y XI).
  • 20. La presencia de proteoglicanos en pequeñas cantidades permiten la retención de agua (agrecan) y la readecuación de fibras durante una deformación mecánica (Decorina).
  • 21. La presencia de glicoproteínas en la matriz permite la estabilidad mecánica de esta (Tenacina-C) y favorecer la reparación tisular (Fibronectina). Aunque sea pequeño el porcentaje de elastina en la matriz contribuiría a la reorganización de las fibras de colágeno después de una deformación.
  • 22. Respecto al componente celular del tejido , predominan los tenoblastos y los tenocitos. Los tenoblastos están encargados de sintetizar las proteínas de la matriz, organizar la red de colágeno y remodelarla en los procesos de reparación tisular.
  • 23. Su composición interna es de tenoblastos, tenocitos y la MEC. Los tenocitos y colágenos forman el endotendón, recubierto a su vez por el epitendón. Todo a su vez se ve reforzado por el preitendón, que permite la entesis.
  • 24. COMPORTAMIENTO VISCOELÁSTICO DEL TEJIDO TENDINOSO FRENTE A CARGAS 1. Fase de pie, 1-2. Región Elástica, 2. Módulo elástico, 2-3. Región plástica, 3-4. Falla progresiva de fibras de colágeno, 4. Punto de Ruptura.
  • 25. TENDINOSIS Corresponde a una degeneración del tendón sin signos clínicos ni fisiológicos de inflamación. Ocurre una desorientación de las fibras de colágeno, las que se separan y pierden su orientación paralela. Hay un aumento en número de capilares y arteriolas.
  • 26. TENDINITIS Se observa degeneración del tendón, rotura vascular y respuestas inflamatorias para reparación.
  • 27. En la fase inflamatoria, eritrocitos, plaquetas, macrófagos, entre otras células migran hacia el lugar del daño y fagocitan materiales necróticos, además de inducir a los tenoblastos a sintetizar y acumular colágeno. En la fase reparadora, los tenoblastos secretan los componentes de la MEC. Se mantienen los niveles de agua y GAGs altos. En la fase de remodelación el tejido cambia a tejido fibroso y luego a tejido cicatrizado en 10 días. La organización de colágeno permite al tejido tener una mayor consistencia y fuerzas de tensión.
  • 28. TEJIDO CARTILAGINOSO
  • 29. El cartílago puede soportar peso y reviste extremos articulares. Tienen una vida temporal y una vez que se desintegran se calcifican.
  • 30. El cartílago hialino tiene aspecto vidrioso azulado. Es el más abundante. Desempeña un rol importante brindando sostén en vías altas respiratorias. En la vida fetal, otorga un modelo de esqueleto para su posterior osificación. También minimiza el roce entre superficies óseas en una articulación. Principalmente compuesto de agua y colágeno II, proteoglicanos (12%) y GAGs (resistencia frente a cargas compresivas por su carga negativa, haciendo que las moléculas de agrecan se repelan entre ellas, logrando máxima expansión de volumen).
  • 31. El cartílago elástico a simple vista posee un color amarillento y es más flexible y elástico que el hialino. Su matriz presenta un entretejido denso de fibras elásticas ramificadas. Se encuentra en la epiglotis, cartílago corniculado y trompa auditiva.
  • 32. El cartílago fibroso es una transición entre tejido conectivo denso y cartílago hialino, ya que está compuesto por una combinación de fibras de colágeno y células cartilaginosas ubicadas en lagunas rodeadas por cantidades variables de matriz hialina. Las células cartilaginosas a menudo se ubican en hileras entre las que se encuentran haces de colágeno. Se puede encontrar en el DIV, meniscos y lugar de inserción de ligamentos y tendones. Carece de pericondrio
  • 33. El cartílago articular es capaz de resistir el ambiente riguroso en una articulación. Deriva del mesénquima y está desprovisto de vasos y nervios. Su densidad celular es menor. Estructuralmente compuesto para soportar compresión, debido a su cantidad de agua.
  • 34. Las propiedades biomecánicas del cartílago articular están dados por el colágeno tipo II y principalmente de proteoglicanos los que le entregan agua e impiden su expansión. Permite distribuir las cargas articulares y movimiento relativo con la superficie articular opuesta con mínima fricción y desgaste.
  • 35. Se desarrolla a partir del mesénquima, mediante dos mecanismos: crecimiento intersticial (mediante formación de grupos isógenos, grupos de condrocitos originados de una misma célula mesenquimática diferenciada, sólo en cartílago joven) o crecimiento aposicional (diferenciación de varios condroblastos en condrocitos).
  • 36. Posee un componente orgánico de condrocitos (10%), los que fabrican, secretan y mantienen este componente. Posee una red densa de colágeno (10% a un 30%) y proteoglicanos (3% a 10%). El componente inorgánico (60% al 87%) es principalmente agua y sales inorgánicas.
  • 37. Los condroblastos ( ) y condorcitos ( )son los encargados de la producción de células y así de nuevo cartílago. Se disponen uniformemente en fases de reposo tisular y en columnas en fases de crecimiento.
  • 38. El agua es el componente más abundante del cartílago. Contiene iones Ca y Na, importantes para el comportamiento mecánico del cartílago. Permite la difusión de gases, nutrientes y desechos. Se encuentra asociada a redes de colágeno y le otorgan organización estructural a la matriz. La mayoría del agua ocupa el espacio intermolecular y esta libre para moverse cuando se produce un gradiente de presión aplicado al tejido.
  • 39. El colágeno posee un alto nivel de organización. Su característica hidrofílica le permite almacenar agua. Se distribuye en las zonas tangencial (10-20%, forma capas fibróticas densas y ubicadas aleatoriamente), zona media (40-60% en forma más homogénea y orientado al azar) y zona profunda (30%, orientación de forma radial, permite anclaje al hueso). Gracias a la distribución en capas del colágeno permite distribuir la carga en forma más pareja en las regiones del tejido que la reciben. Al transcurrir los años el colágeno se reemplaza por tipos III y IV.
  • 40. Los proteoglicanos están compuesto pos una cadena central de ácido hialurónico y una estructura química de condritin 2- 4 y 4-6 sulfato y keratan sulfato, los que pierden su capacidad de reposición con los años. La organización globular de la proteína central determina que la deformación del cartílago sea más profunda que superficial, lo que aumenta su resistencia a la compresión. La inmovilización de PG junto con la red de colágeno, adiciona rigidez a la MEC.
  • 41. La nutrición del cartílago es especial , ya que los capilares encargados de nutrirlo se encuentran superficiales al pericondrio (P). La compresión y expansión del cartílago permite la secreción y posterior penetración de musina e hialuronidasa por la cápsula articular. Una vez que el cartílago se relaja, el líquido articular, con estas sustancias, imbiven en el tejido.
  • 42. Las propiedades de los PG pueden ser observadas claramente en la configuración del disco intervertebral, específicamente en el núcleo pulposo.
  • 43. Cuando se produce daño en el cartílago se produce hematoma, migración de fibroblastos y vascularización. Se produce colágeno I que forma cartílago fibroso.
  • 44. COMPORTAMIENTO BIOMECANICO DEL CARTILAGO ARTICULAR FRENTE A CARGAS Sigue un modelo bifásico: primero ocurre una exudación del liquido intersticial (secretado por sinoviocitos) para disminuir el roce. Secundariamente, la carga es amortiguada por la matriz sólida de colágeno y PG. La exudación se detiene cuando el esfuerzo compresivo desarrollado dentro de la matriz sólida es suficiente para equilibrar el esfeurzo aplicado.
  • 45. La relajación del cartílago frente a la carga ocurre por la redistribución de la matriz sólida-porosa. Este proceso se detiene cuando el esfuerzo compresivo creado en la matriz sólida alcanza el esfuerzo generado por el módulo compresivo intrínseco de la matriz sólida.
  • 46. ARTROSIS Patología cuya causa puede ser genética, sistémica (obesidad, diabetes), biomecánicas, fuerzas musculares, entre otras. Los traumatismos, sedentarismo, envejecimiento o alteraciones untraarticulares llevan a una alteración de reflejos propioceptivos lo que conlleva a una inestabilidad y alteración de la función articular, desencadenando en una artrosis.
  • 47. TEJIDO LIGAMENTOSO
  • 48. Permiten el movimiento fisiológico de las asociaciones óseas, contacto permanente de las superficies articulares y evitan la separación de huesos relacionados aumentando su tensión.
  • 49. La organización de su componente fibrilar de colágeno y elástico (en paralelo y disposición helicoidal) permiten la característica resiliente del tejido, favorecida por la forma geométrica e inserción ligamentosa. El contenido hídrico (70%) es importante para su lubricación durante el movimiento.
  • 50. El exceso de carga y el microdaño producido por las mismas (por histéresis), desencadenan un proceso inflamatorio en el tejido, importante para activar los mecanismos de reparación tisular. Se puede llegar a desarrollar un proceso inflamatorio crónico cuando el tejido no se reposa, recupera y sana adecuadamente.
  • 51. Mediante una serie de receptores ubicados en los ligamentos, estos contribuyen a la propiocepción y kinestesia y podrían jugar un rol importante en la facilitación o inhibición de actividades musculares.
  • 52. La cápsula articular posee 3 capas: capa sinovial (rodea el lado articular de la capsula y consiste en dos o tres capas de sinoviocitos), capa subsinovial (pocos fibroblastos y fibras de colágeno empaquetadas libremente asociadas a tejido adiposo) y una capa de tejido conectivo denso (abundancia de fibroblastos y capilares dispersos).
  • 53. COMPORTAMIENTOS BIOMECANICOS DEL TEJIDO LIGAMENTOSO
  • 54. Comportamiento longitud/tensión de un ligamento. Una vez que todas las fibras fueron sometidas a elongación, la tensión aumenta rápidamente, lo que significa una progresiva falla en la configuración fibrilar de la MEC.
  • 55. La etapa de desorganización de fibras (elongación máxima), puede ser reversible sólo con la disminución de la carga y el descanso del tejido afectado.
  • 56. El fenómeno de tensión- relajación se refiere a la disminución de la longitud frente a una carga constante.
  • 57. La magnitud de la carga ejercida influye en la longitud adoptada por el tejido. La baja elongación del ligamento está asociada a cargas bajas y viceversa. Además, un estiramiento sorpresivo del tejido, puede exceder la cargabilidad fisiológica del tejido
  • 58. Un estiramiento mantenido durante Frente a una misma carga, se produce una determinada carga, se traducirá un aumento en la elongación del en una disminución del módulo de tejido (histéresis), pero frente a ésta (fenómeno tensión-relajación). mayor frecuencia, el tiempo de recuperación tisular será mayor. La recuperación tisular total puede lograrse en 24-48 horas, dependiendo de la carga a la que fue sometido el tejido durante un día.
  • 59. Una actividad física regulada, aumenta la fuerza de un ligamento y el tamaño y cantidad del colágeno (aumento metabolismo del colágeno en respuesta al estímulo). El sedentarismo produce degeneración tisular y afuncionalidad de las fibras de colágeno, además de una actividad osteoclástica aumentada, lo que difunde el ligamento en el hueso.
  • 60. ESGUINCE Torcedura articular traumática que origina una distensión o una rotura completa de los ligamentos estabilizadores. Se produce al estirar o forzar hasta superar el módulo de deformación plástica de los ligamentos.
  • 61. Se puede clasificar en esguinces de 1° grado (microtraumatismos por una pequeña distención, mantención íntegra de estabilidad articular), 2° grado (rotura parcial del ligamento, cierto grado de estabilidad) o 3° grado (desgarro de ligamentos y cápsula, inestabilidad articular total). Los esguinces más comunes son los de tobillos, seguidos por los de rodilla y muñeca.
  • 62. TEJIDO SINOVIAL
  • 63. Es una delgada lámina celular que recubre la superficie interna de la cápsula articular, tapiza también las porciones intraarticulares de los huesos, pero no los cartílagos articulares. Esta constituida por tejido conjuntivo rico en vasos linfáticos y sanguíneos, secreta el líquido sinovial
  • 64. Posee dos capas: 1. Intima sinovial que contacta con espacio articular y una de células: se encuentran fibroblastos (sinoviocitos B) con abundante R.E.R y Golgi discreto y Macrófagos (sinoviocitos A), con mas retículo endoplásmatico. 2. Subsinovial más externa que sirve de soporte a la capa íntima sinovial. Formada por tejido adiposo, vasos de mayor tamaño, MEC escasa basada en tejido reticular principalmente. Abundantes adipocitos, fibroblastos, fibrocitos y mastocitos cercanos a la zona que separa la íntima de esta capa.
  • 65. Los sinoviocitos tipo A son células no fijas que pueden fagocitar células extrañas y desechos en la cavidad articular y poseen una habilidad presentadora de antígeno. Derivan de células mononucleares del linaje sanguíneo y pueden ser consideradas macrófagos residentes (macrófagos tisulares) como las células de Kupffer a nivel hepático.
  • 66. Los sinoviocitos tipo B se caracterizan por la abundancia de retículos endoplásmicos rugosos y procesos dendríticos que forman una red regular en la superficie luminar de la membrana sinovial. Son productores de ácido hialurónico, colágeno, y fibronectina para el intersticio y el líquido sinovial.
  • 67. El líquido sinovial rellena la cavidad articular, tiene un color amarillento y composición similar a la del liquido intersticial, pero con un componente especial que es el ácido hialurónico, que proporciona gran viscosidad; sirve como lubricante de la articulación y además colabora en la nutrición del cartílago articular.
  • 68. La función de la membrana sinovial es llenar la cavidad articular y actúa como lubricante, manteniendo al mínimo la fricción entre los huesos durante el movimiento o mientras se soportan pesos, además de suministrar un medio nutricional para el cartílago articular.
  • 69. COMPORTAMIENTO BIOMECANICO DEL TEJIDO SINOVIAL Líquido sinovial sano––comportamiento temporal de una carga de tracción normal (p) en el cartílago articular de la cadera, y el respectivo estrés de las fibras de colágeno (σ11f) y en la matriz infiltrada (σ11n).
  • 70. Entre sus características físicas se destaca su volumen (dependiente del tamaño de la articulación), color (normalmente incoloro o ligeramanete amarillo y transparente), viscosidad (otorgada por la presencia de ácido hialurónico) y su densidad (la media es 1,010 g/ml). Entre sus características químicas resaltan sus proteínas (valores deben ser inferiores a 2,5 g /dl. Albúmina en doble proporción a las globulinas. No hay fibrinógeno), mucopolisacáridos (ácido hialurónico), glucosa (ligeramente inferior a la glicemia), nitrógeno no proteico (fluctúa entre 20 y 40 mg/dl) y pH (7,4 generalmente).