1. DR. ALBERTO CHACON FLORES
RESIDENTE DEL 3ER AÑO
TRAUMATOLOGIA Y ORTOPEDIA
HOSPITAL GENERAL XOCO
ABRIL 2006
2. BIOMECANICA
Es la rama de la ciencia que estudia
los efectos de la energía y las fuerzas
sobre los sistemas biológicos.
Aplica las leyes físicas y mecánicas a los
sujetos vivos bajo condiciones normales y
anormales
3. BIOMECANICA
Aplica las leyes físicas Newtonianas sobre modelos
biológicos para describir su comportamientos y
funciones.
Primera ley o ley de inercia
Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento
rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen sobre él.
Segunda ley o Principio Fundamental de la Dinámica
La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a su
aceleración.
Tercera ley o Principio de acción-reacción
Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce sobre el
primero una fuerza igual y de sentido opuesto.
4. BIOMECANICA
La ortopedia se enfoca en los efectos de las
fuerzas aplicadas (Movimientos y
deformaciones) y momentos que actuan
sobre los tejidos músculo-esqueléticos.
Cinemática y Fricción.
5. FUERZAS ESQUELETICAS
ESTATICA.-
– ES EL ESTUDIO DE LOS CUERPOS QUE PERMANECEN EN
REPOSO O EN EQUILIBRIO.
Equilibrio Estable
Equilibrio Inestable
Equilibrio Indiferente
6. FUERZAS ESQUELETICAS
DINAMICA.-
Estudia las fuerzas que producen el movimiento, dividiéndose
en CINEMATICA Y CINETICA.
– CINETICA.- Estudia el movimiento de los cuerpos y las fuerzas
que actúan para producirlos.
– CINEMATICA.- Es la ciencia del movimiento que estudia las
relaciones que existen entre el desplazamiento, velocidades, y
aceleraciones en el movimiento.
7. FUERZAS ESQUELETICAS
– MOVIMIENTO.- Estado de un cuerpo que cambia de situación por
efecto de una fuerza intrínseca o extrínseca
– Cambio de posición de un objeto con respecto a otros que se
suponen fijos.
– CLASES DE MOVIMIENTO: RECTILINEO, ELIPTICO,
CIRCULAR.
– VELOCIDAD.- Tiempo en el que se realiza un fenómeno.
– ACELERACION.- Es la variación que experimenta la velocidad en
cada unidad de tiempo. M/seg x seg
8. FUERZAS ESQUELETICAS
Existen 2 tipos de movimiento:
– El TRANSLACIONAL (cada punto del cuerpo se desplaza en
líneas paralelas)
– EL ROTACIONAL (cuando los puntos del cuerpo describen
círculos concéntricos alrededor de un eje).
– La cinemática define al movimiento como el cambio continuo de
posición.
9. CONCEPTOS BASICOS DE
BIOMECANICA
FUERZA.- Un impulso o una tracción.
– Acción que cambia el estado de reposo al movimiento
– Newton.- Fuerza necesaria para acelerar una masa de 1 kg 1m/s2
– Existen 2 tipos:
– EXTERNAS (ajenas a la estructura, también llamadas de CARGA.
– INTERNAS (reaccionan a las cargas de las fuerzas externas,
llamadas también TENSIONES).
10. CONCEPTOS BASICOS DE
BIOMECANICA
TRABAJO.-
– Es la fuerza necesaria para levantar un objeto en contra de la
gravedad y se presenta el movimiento. JOULE.
– Producto de la fuerza aplicada por la distancia recorrida en la
misma dirección de la fuerza. (N/m)
11. CONCEPTOS BASICOS DE
BIOMECANICA
ENERGIA.-
– Es la capacidad de realizar un trabajo.
– Newton/metro (N/m)
– QUIMICA, MECANICA, TERMICA, ELECTRICA, ATOMICA,
NUCLEAR.
Energía potencial.
Energía cinética. Poseída por un cuerpo. Energía del movimiento,
12. CONCEPTOS BASICOS DE
BIOMECANICA
POTENCIA.-
– Es la rapidez con la que se realiza un trabajo. WATT = TRABAJO
DE 1 JOULE/seg.
13. CONCEPTOS BASICOS DE
BIOMECANICA
PALANCAS.-
– Es una máquina simple constituída por una barra que apoyada en
un punto llamado FULCRO vence una resistencia.
– Consiste en 2 fuerzas: POTENCIA y RESISTENCIA, que actúan
alrededor de punto de apoyo llamado FULCRO.
– BRAZO DE POTENCIA: La distancia de la potencia al fulcro.
– BRAZO DE RESISTENCIA: La distancia de la resistencia al fulcro.
14. CONCEPTOS BASICOS DE
BIOMECANICA
Las palancas son de 3 tipos.- según la localización de la
potencia y la resistencia en relación con el fulcro:
– 1) PALANCA DE PRIMER GRADO (INTERMOVIL).- Punto de
apoyo entre la potencia y la resistencia. Requiere un esfuerzo
pequeño para levantar una gran resistencia. Ej. un sube y baja, las
tijeras, el tríceps sobre el cúbito.
15. CONCEPTOS BASICOS DE
BIOMECANICA
– 2) PALANCAS DE 2o. GRADO (INTERRESISTENTE).- Tiene la resistencia
entre la potencia y el punto de apoyo. Como el brazo de resistencia es
menor que el brazo de potencia, la potencia será mayor que la resistencia.
Ej. una carretilla, un cascanueces, pararse de puntas
16. CONCEPTOS BASICOS DE
BIOMECANICA
– 3) PALANCA DE 3er. GRADO (INTERPOTENTE).- Es la potencia
localizada entre el punto de apoyo y la resistencia. Para sostener la
resistencia la potencia debe ser de mucho mayor magnitud que la
resistencia, pero el desplazamiento de la potencia es mucho menor que el
de la resistencia. Ej. las pinzas, cañas de pescar, la acción del bíceps sobre
el antebrazo.
17. CONCEPTOS BASICOS DE BIOMECANICA
ESFUERZOS.- Combinación de fuerzas aplicadas a unidad de área,
capaces de producir una deformación.
COMPRESION.- Se aplican cargas iguales y opuestas en los lados
opuestos de un cuerpo.
TENSION.-Dos fuerzas actúan en sentido opuesto y se alejan entre si;
ésta fuerza se aplica en TENSION. El esfuerzo de tensión se obtiene
dividiendo la CARGA ENTRE EL AREA DE SECCION
TRANSVERSAL.
CIZALLANTE O CORTANTE.- Aplicación de una o mas fuerzas en
sentido tangencial al eje de carga (paralelo a su superficie) y provocan
deslizamiento paralelo en sentido contrario entre los planos de un
cuerpo.
18. SOLICITACIONES
FLEXION.- Es la inducción de una curvatura a lo largo del eje
mayor de un objeto, por la aplicación de una fuerza excéntrica o
movimiento de flexión.
20. SOLICITACIONES
TORSION.- Fuerzas aplicadas que tienden a girar
un objeto alrededor de su eje (torcerlo).
21. SOLICITACIONES
TENSION.- Aplicación de una fuerza que tiende a alargar un
objeto (tirar de él), TERCER LEY DE NEWTON.
22. SOLICITACIONES
CORTANTE.- Fuerza aplicada paralelamente a la superficie de
un objeto (p.ej. la fuerza de rozamiento). Las fuerzas cortantes
pueden existir también profundamente en el interior del
material.
23. SOLICITACIONES
Todas las fuerzas o solicitaciones aplicadas deforman un
cuerpo.
– Aumenta longitud en tensión
– Aumenta grosor en compresión
– Angula en cizallamiento
Tasa de Poisson:
– Es la relación entre la deformidad axial y la transversal de un
cuerpo. (liga o pelota de tenis)
24. FUERZAS ESQUELETICAS
VECTORES Y FUERZAS
Cuerpos Libres: (Cuerpo de Newton) Para
calcular las fuerzas que actúan sobre una
parte del cuerpo, esta se debe considerar
por si sola, como un cuerpo libre. & fuerzas y
momentos en equilibrio. Verticales,
anteroposteriores y laterales.
25. FUERZAS ESQUELETICAS
VECTORES Y FUERZAS
Los músculos solo ejercen fuerzas
tensionales sobre los huesos.
Ejercen fuerzas compresivas sobre las
articulaciones.
28. BIOMECANICA DE LA COLUMNA
La columna protege la
médula espinal.
Se articula de manera
controlada a través de un
complejo de palancas
(vértebras), pivotes
(articulaciones y discos),
límites pasivos (ligamentos)
y activos (Músculos)
Reforzada por la parrilla
costal
Estabilidad mecánica dada
por un sistema dinámico
neuromuscular
29. BIOMECANICA DE LA COLUMNA
Funciones biomecánicas
– Transfiere las cargas de la cabeza el tronco y
cualquier peso agregado a la pelvis
– Permite movimientos fisiológicos suficientes
entre los 3
– Protege la médula espinal de las fuerzas y
movimientos fisiológicos y traumáticos
31. ANATOMIA
Plano sagital
– 4 curvas normales
Convexidad anterior cervical y lumbar (lordosis)
Concavidad anterior dorsal y sacrococcígea (cifosis)
– Aumentan la flexibilidad
– Absorben mejor la compresión
– Mantienen la firmeza y estabilidad articular
32. ANATOMIA
Curva torácica
estructural
– Menor altura anterior del
cuerpo anterior
Curva cervical y lumbar
por disco en cuña
33. DISCO INTERVERTEBRAL
ANATOMIA
– 20-33% de la altura de la
columna
– Núcleo pulposo
– Anillo fibroso
– Placas marginales
cartilaginosas
34. DISCO INTERVERTEBRAL
Sujeto a varias fuerzas y momentos
Soporta las cargas compresivas del
tronco
– 3-7 veces el peso del cuerpo
Fuerzas tensionales
Cargas torsionales
Fuerzas de cizallamiento
Combinaciones
35. DISCO INTERVERTEBRAL
PROPIEDADES DEPENDIENTES DE
TIEMPO
– Viscoelasticidad
– Histéresis.- Pérdida de energía tras ciclos
de carga y descarga repetitivos (brincar)
– Deformidad (Creep).-carga súbita y
mantenida
– Relajación
36. DISCO INTERVERTEBRAL
PROPIEDADES DEPENDIENTES DE
TIEMPO
– Fuerzas de alta amplitud y corta duración
Daño estructural irreparable
– Fuerzas de baja magnitud y larga duración
Falla por fatiga, desgarre.
Dependientes de la edad
37. DISCO INTERVERTEBRAL
NUCLEO PULPOSO
– Fibras delgadas en un gel de mucoproteínas y
mucopolisacáridos.
– 40% área total del disco. Mayor en cervicales y
lumbares
– Contiene de 70-90% agua (disminuye con la
edad)
– Mas posterior en lumbares
38. DISCO INTERVERTEBRAL
ANILLO FIBROSO
– Tej. fibroso en bandas laminadas concéntricas en
arreglo helicoidal
– Se unen a placas cartilaginosas en la zona
central y al cuerpo vertebral en la periferia
(Sharpey). Aumentan estabilidad.
39. DISCO INTERVERTEBRAL
PLACAS CARTILAGINOSAS MARGINALES
– Cartílago hialino
– Separa al núcleo de el cuerpo vertebral
– Desaparece con la edad
40. DISCO INTERVERTEBRAL
PROPIEDADES FISICAS
– ELASTICIDAD:
– VISCOELASTICIDAD
– FATIGA
– COMPRESION
Flexibilidad a cargas bajas
Estabilidad a cargas altas
Deformidad permanente sin herniación del núcleo
41. DISCO INTERVERTEBRAL
PROPIEDADES FISICAS
– COMPRESION
Unidad vertebral funcional
– Falla vertebral
– Fx de placas terminales
– Sin daño al disco
42. DISCO INTERVERTEBRAL
PROPIEDADES FISICAS
– TENSION en el anillo fibroso a la flexo-extensión
y lateralización y en rotación axial a
45º
– Zonas anteroposteriores mas resistentes a la
tensión
– Estructura anisótropica (propiedades
mecánicas varían con las distintas
orientaciones espaciales)
43. DISCO INTERVERTEBRAL
PROPIEDADES FISICAS
– FLEXION
El anillo fibroso se abulta hacia la
concavidad, sin movimiento del núcleo
– TORSION
Falla a 20º dañándose sobre todo el anillo
fibroso
– CIZALLAMIENTO
Se da en la torsión, fuerzas sin distribución
uniforme hasta 260N/mm (alta)
45. LIGAMENTOS ESPINALES
Estructuras uniaxiales
Resisten cargas según orientación de sus
fibras.
Resisten fuerzas de tensión pero se vencen
a la compresión
Actuán de manera individual en repuesta a
las fuerzas aplicadas a la columna
46. LIGAMENTOS ESPINALES
Permiten movimientos fisiológicos
adecuados y mantener posturas fijas
Disminuir el gasto energético muscular
Restringir movimientos a límites definidos
para proteger la médula espinal.
Absorción de energía
47. BIOMECANICA DE LOS
LIGAMENTOS ESPINALES
7 ligamentos espinales
– Lig ant longitudinal
– Lig post longitudinal
– Lig intertransversos
– Lig capsulares
– Lig amarillo
– Lig interespinosos
– Lig supraespinosos
48. BIOMECANICA DE LOS
LIGAMENTOS ESPINALES
Lig ant longitudinal
– Estructura fibrosa
– Aspecto anterior basioccipital
– Se une al atlas y a la cara anterior
de todos los cuerpos vertebrales
hasta el sacro
– Se une firmemente a los cuerpos
vertebrales pero no a los discos
intervertebrales.
49. BIOMECANICA DE LOS
LIGAMENTOS ESPINALES
Lig post longitudinal
– Estructura fibrosa
– Aspecto posterior basioccipital
– Cubre a los lig denso y transversos
(membrana tectoria)
– Cubre las superficies posteriores de
todos los cuerpos vertebrales hasta
el coccyx.
– Se une firmemente al disco
intervertebral y no al cuerpo
vertebral
50. BIOMECANICA DE LOS
LIGAMENTOS ESPINALES
Lig intertransversos
– Van entre las apófisis transversas
– Intimamente unidos a la masa
común
Lig capsulares
– Se insertan a los márgenes de los
proceso articulares adyacentes
– Fibras perpendiculares al plano de
las facetas
51. BIOMECANICA DE LOS
LIGAMENTOS ESPINALES
Lig amarillo
– Se extiende del borde anteroinferior
de la lámina superior, al borde
posterosuperior de la lámina inferior,
de la 2ª cervical a la 1ª sacra
– Rico en fibras elásticas
Lig interespinoso
– Unen las apófisis espinosas
adyacentes, desde su raíz hasta su
vértice
– Rudimentarios en las cervicales
52. BIOMECANICA DE LOS
LIGAMENTOS ESPINALES
Lig supraespinosos
– Inician en la nuca y bajan por la
punta de las apófisis espinosas
hasta el sacro
53. BIOMECANICA DE LOS
LIGAMENTOS ESPINALES
CARACTERISTICAS
FISICAS DE LOS
LIGAMENTOS
– Curva deformidad-carga
Zona neutral (NZ) mov fisiol
Zona elástica (EZ) límite fisiol
Zona plástica (PZ) ruptura
Grieta crítica de Griffith
(vibración)
59. BIOMECANICAQ VERTEBRAL
LEY DE PASCAL: "La
presión existente en
un líquido confinado
actúa igualmente en
todas direcciones, y
lo hace formando
ángulos rectos con la
superficie del
recipiente".
60. BIMECANICA VERTEBRAL
FACETAS
ARTICULARES
– Estructuras
estabilizadoras
– Soportan 18-33% de
fuerzas de compresión
– 45% de torsional
61. MUSCULATURA ESPINAL
Provee estabilidad al tronco en cualquier
postura
Producen los movimientos de la actividad
fisiológica
Generan fuerzas isométricas
Cambian de longitud (isotónicas)
Aumentan la rigidez de la columna y su
estabilidad
67. ESTABILIDAD COLUMNAR
La parrilla costal y la
musculatura dorsal
mantienen la posición
longitudinal de la
columna como al mástil
de un barco.
– Dorsal ancho
– Trapecio
– Serrato posterior sup e
inf
71. UNIDAD FUNCIONAL ESPINAL
Segmento de movimiento
Comportamiento similar al
de la columna completa
– Curva deformidad-carga
Zona neutral (NZ) mov
fisiológico
Zona elástica (EZ) límite
fisiológico
Coeficiente de flexibilidad
(EZ/CFM)
