1. BIOMECANICA DE COLUMNA.
DR. FEDERICO FIGUEROA REYES
RESIDENTE DEL 3ER AÑO
TRAUMATOLOGIA Y ORTOPEDIA
HOSPITAL GENERAL XOCO

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
CINEMATICAY 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
 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,

10. CONCEPTOS BASICOS DE BIOMECANICA
 FUERZA.- Un impulso o una tracción.
 Acción que cambia el estado de reposo al movimiento
 Newton.- Fuerza necesaria para acelerar unamasa 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).

11. 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)

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 SECCIONTRANSVERSAL.
 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.

19. SOLICITACIONES
 COMPRESION.- Aplicación de una fuerza que tiende apretar o
aplastar un objeto.

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.

26. SOLICITACIONES
 Carga crítica de Euler
(columnas)

27. BIOMECANICA DE LA COLUMNA

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

30. ANATOMIA
 7 vértebras cervicales
 12 torácicas
 5 lumbares
 5 sacras fusionadas
 3-4 coccígeas fusionadas

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)

44. DISCO INTERVERTEBRAL
 PRESION INTRADISCAL

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)

54. BIOMECANICA DE LOS LIGAMENTOS
ESPINALES

55. ESTRUCTURAS OSEAS
 VERTEBRAS
 Cuerpo vertebral
 Hueso esponjoso rodeado de delgada cortical
 Placas terminales
 Arco posterior (neural)
 2 pedículos
 2 láminas
 Apófisis espinosas y transversas
 Diferentes formas en segmentos son adaptaciones
fisiológicas

56. BIMECANICA VERTEBRAL
 CUERPO VERTEBRAL
 Resiste la compresión y es mayor según
su masa

57. BIMECANICA VERTEBRAL
 CUERPO VERTEBRAL
 Trasmite las fuerzas de compresión a través
de las corticales(10-40%) o de la esponjosa
(60-90%).

58. BIMECANICA VERTEBRAL
 CUERPO VERTEBRAL
 Placas marginales
 Soportan 8000N (55-45%)
 Fx centrales (discos sanos)
 Periféricas (Discos degenerados)
 Completas (alta energía)
 Ley de Pascal

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

62. MUSCULATURA ESPINAL
 MUSCULATURA BASICA
 Postvertebrales
 Profundos
 Intermedios
 Superficiales
 Prevertebrales
 Abdominales

63. MUSCULATURA ESPINAL
 POSTVERTEBRALES
 Profundos
 Interespinales
 Intertransversales
 Rotadores
 Elevadores costales

64. MUSCULATURA ESPINAL
 POSTVERTEBRALES
 Intermedios
 Lumbosacros
 Semiespinales torácicos
 Semiespinales cervicales
 Semiespinales capitales

65. MUSCULATURA ESPINAL
 POSTVERTEBRALES
 Superficiales
 Masa común:
 Iliocostal
 Largo
 Espinal

66. MUSCULATURA ESPINAL
 Prevertebrales
 Músculos abdominales
 Oblicuos externos
 Oblicuos internos
 Transverso abdominal
 Recto abdominal

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

68. ESTABILIDAD COLUMNAR

69. BIOMECANICA MUSCULATURA VERTEBRAL
 60º por flexion de la
columna lumbar con la
pelvis fija
 Flexión de la cadera
añade 25º mas

70. BIOMECANICA MUSCULATURA VERTEBRAL
 Flexión
 Extensión
 Flexión lateral
 Rotación axial

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)

72. UNIDAD FUNCIONAL ESPINAL

73. UNIDAD FUNCIONAL ESPINAL