Conceptos Básicos de Biomecanica

 

Introducción La etimología etimología del término término Biomecánica Biomecánica provie proviene ne de las palabras palabras Biología, Biología, ciencia que estudia los seres vivos, y Mecánica,  ra  rama ma de la Físic Física a que estudi estudia a el movimiento movimient o de los cuerpos. Por lo tanto se define a la Biomecánica como   la ciencia que estudia la

estructura y función de los sistemas biológicos aplicando las leyes de la mecánica. Cuando el estudio se circunscribe al análisis de los movimientos movimientos dentro de la actividad física y el deporte se suele s uele hablar de Biomecánica Deportiva.

 

Concretamente, la mecánica nos permite definir y cuantificar el movimiento de los los cue cuerp rpos os,, es decir decir,, estu estudia dia la ca caus usa a y el efec efecto to del del movi movimi mien ento to.. Mientras que la kinesiología es la ciencia del movimiento. movimiento. Quizás el aporte más interesante de la Biomecánica es que permite abordar desde una perspectiva científica el análisis del gesto deportivo, deportivo, posibilitando así perfeccionar la técnica.

 

Divisiones de la Mecánica: Dinámica y Estática La Dinámica es la rama de la Mecánica que estudia el movimiento de los cuerpos bajo la acción de las fuerzas, fuerzas, mientras mientras que a Estática Estática es la encargada encargada dell estu de estudi dio o de la acció acción n de las fuer fuerza zass sobre sobre los cuerp cuerpos os en repo reposo so o en equilibrio. A su vez la Dinámica está constituida en dos partes: la Cinemática, que es el estudio del movimiento sin hacer referencia a las fuerzas que lo originan, y la Cinética, que relaciona la acción de las fuerzas que se ejercen sobre los cuerpos con los movimientos resultantes.

Cinética lineal : analiza la fuerza. Cinética angular : analiza los momentos.

 

Por ejemplo cuando se determina la fuerza que ejerce contra el suelo la pierna de pique de un saltador, saltador, y como se relaciona relaciona esto esto con la altura altura obtenida obtenida en el salto, salto, estamos ante un problema dinámico. Si en cambio, nos interesa la velocidad, la altura, el ángulo de salida, y la di dist stan ancia cia que que alca alcanz nzar ará á la bala bala cuan cuando do estu estudi diam amos os a un lanz lanzad ador or,, nos nos encontramos con un problema cinemático, cinemático, mientras que si estudiamos la magnitud dirección y sentido de las fuerzas que determinan la posición de equilibrio de un gimnasta cuando realiza un "Cristo" en las anillas, el análisis del problema es territorio de la Estática.

 

BIOMECANICA DE HUESO

 

Concepto I El hueso es un material material compue compuesto sto de dos fases: fases: Una fase inorg inorgánica ánica de sales mineral ale es y una matriz orgánica de colágeno y substancia fundamental. Componente inorgánico: Dureza y rigidez Componente orgánico: Flexibilidad Flexibilidad y elasticidad.

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Concepto II

La unidad estructural del hueso es el OSTEON o sistema have ha vers rsian iano, o, compue compuest sto o de lámina láminass concén concéntri tricas cas (lamel (lamelas) as) de matri matrizz minerraliz mine alizad ada a rodea odeada dass de un ca cana nall ce cent ntrran que que cont contie iene ne vasos asos sanguíneos y fibras nerviosas. No hay paso de colágeno entre un osteon y otro, los cuales se unen a través de una substancia cementante.

 

A nivel Microscópico Unidad funcional: Osteon o sistema haversiano haversiano (compuesto de laminillas)

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Conductos de Haver Haverss (vasos ( vasos sang. Y fibras nerviosas) Conductos de Volkman

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Periostio

 

Concepto III Macroscópicamente el hueso está compuesto de hueso compacto y Macroscópicamente esponjoso. Puede considerarse que es un continuo entre un material menos a uno más poroso.

 

A nivel Macroscópico (Repaso (Repaso Anatómico) EPIFISIS FISIS: Zona de crecimiento del hueso

METAFISIS DIAFISIS

METAFISIS FISIS: Zona de crecimiento del hueso

EPIFISIS

 

Conc Co ncer ertó tó IV •

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  El hues hueso o es un mate materi rial al ANIS ANISO OTRO TROPIC PICO, exhibi hibien endo do dif diferen erenttes propiedades mecánicas cuando es cargado en diferentes direcciones.   El hueso maduro es más fuerte y rígido en compresión. compresión.

 

¿QUÉ ES  ANISOTROPIA  ANISOTR OPIA?  ? 

 

ANISOTROPIA Propiedad de un material donde muestra características mecánicas diferentes diferentes cuando la carga se aplica en diferentes direcciones

 

Propiedad Prop iedades es biomecánic biomecánicas as del hueso • •

  Fuerza   Rigidez

 

Propiedad Prop iedades es biomecánic biomecánicas as del hueso •

  Comportamiento óseo a diferentes diferentes tipos de carg carga a

 

Tensión Alteran la cementación y excluyen ost osteones. eones. Usualmente se ve en huesos de grandes proporc proporciones iones de hueso esponjoso. •

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Ej.: Fracturas por avulsión.

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Compresión

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  El máximo estrés compresivo ocurre en el perpendicular a la carga carga aplicada,   La estructura se acorta y ensanc ensancha. ha.   Microscópicamente hay agrietamiento de osteones.

plano

 

Clasificación de las fracturas. fracturas. Según el estado de la piel Fracturas cerradas. (que también se conoce como fractura compuesta)   Son aquellas en las que la fractura no comunica con el exterior exterior,, ya que la piel no ha sido dañada.

Fract Fr actur uras as abie abiert rtas. as. (que ta tambié mbién n se con conoce oce com como o fract fractur uraa simple) simple)   Son aquellas en las que se puede observar aquellas observar el hueso fracturado fracturado a simple vist vista, a, es decir,, existe decir existe una herida que deja los fragment fragmentos os óseos al descubiert descubierto. o. Unas veces, vec es, el propio traumatis traumatismo mo lesiona la piel y los tejid tejidos os subyacent subyacentes es antes de ll lle egar al hues hueso; o; otr otras, as, el hueso ueso fr frac actu turrado ado actú actúa a desd desde e den dentro tro, desgarr desg arrando ando los tejidos tejidos y la piel de modo que la fractura fractura queda en contacto contacto con el exterior..

 

Según el trazo de la fractura Transversales: la línea de fractura es perpendicular al eje longitudinal del hueso.

Oblicuas: la línea de fractura forma un ángulo mayor o menor de 90 grados con el eje longitudinal del hueso. Longitudinales: la línea de fractura sigue el eje longitudinal del hueso. Conminutas: hay múltiples líneas de fractura, con formación de numerosos fragmentos fragment os óseos.

 

En los niños, debido a la gran elasticidad de sus huesos, se produce un tipo especial de fractura: convexa se observa En «tallo verde»: el hueso está incurvado y en su parte convexa una línea de fractura que no llega a afectar todo el espesor del hueso.

 

¿Cómo se reconstruye el hueso al sufrir una ruptura? 

 

Cuando el hueso sufre una ruptura a esto se le llama FRACTURA. Al

fracturarse un hueso las células llamadas Osteoblastos   (células comie ienz nzan an a crea crearr las las cond condic icio ione ness para para que que las las regener reg enerador adoras as del hueso hueso))   com célula cél ulass del hueso hueso   (los Ost Osteocit eocitos) os)   pueda puedan n crece crecerr, unirs unirse e entr entre e sí y form formar ar hueso nuevo. Si el hueso disminuye en su parte orgánica como en su matriz mineral, en ambos casos el hueso se torna poroso y mas frágil, por lo que se hace mas propenso a fracturarse, como ocurre en la enfermedad llamada Osteoporosis, la cual es mas común en las mujeres que en los hombres por sus procesos propios de sus hormonas, lo mismo que la materni maternidad. dad. Dentro

de lo s hues hu eso o lar largo goss como las costillas, húmero, húmero, tibia, radio, fém fémur ur,, hay una sustancia llamada médula ósea como lo loss ("tuétano") del cual se forman tanto los glóbulos rojos   (eritrocitos)   como glóbulos blancos (leucocitos).

 

CARTILAGO ARTICULAR

 

INTRODUCCIÓN Durant Dur ante e el desarr desarroll ollo o embrio embrionar nario io,, el mesode mesodermo rmo se difer diferenc encia ia en un mesénquima organizador  (cordomesoblasto o mesoblasto paranotocordal)  que dará origen a:

Esclerotomo (tejido óseo). Mesodermotomo (tejido muscular).

Dermotomo (se une al ectodermo para constituir la piel).

 

El “mesénquima organizador” que se encuentra situado entre dos zonas de desarrollo óseo se denomina interzona. interzona. Esta interzona interzona dará origen posteriormente a la estructura articular articul ar,, para ello puede evolucionar de tres formas distintas: Transformación ransformación hacia tejido óseo, constituyendo constituyendo las sinartrosis sinartrosis (articulaciones inmóviles). Transformación ransformación hacia sustancia cartilaginosa, formando las anfiartrosis (articulaciones semimóviles). Transformación hacia cavidad articular, dando origen a las diartrosis (articulaciones móviles)

 

Evolución de la “interzon “interzona”: a”: sinartrosis, anfiartrosis y diartrosis

 

Tipos de articulaciones de los seres humanos : Union de los dos huesos que permitan el movimiento.

 

Las articulaciones tipo diartrosis, se dividen en 6 tipos, dependiendo del diseño de las carillas articulares que constituyen la unión. Este diseño está en relación con la función mecánica de la articulación y de las posibilidades de movimiento en los tres planos de referencia referencia espacial.

Diseño mecánico: enartrosis(a), condiloartrosis (b) y encaje reciproco o selar (c)

 

movimiento en los tres planos del espacio. Consta de una Enartrosis. Posee movimiento cara articular esferica de un hueso que se acomoda en la cavidad de otro. Ejemplo: Art. Escapulo humeral (articulacion mas movil) Art. Coxofemoral Coxofemoral (articulacion mas grande)

 

Condiloartrosis. Presenta dos grados cinéticos de movimiento. Permite el movimiento de un lado a otro y hacia atrás y adelante. movimiento Ejemplo: Articulación radio con los huesos del carpo

 

Encaje reciproco o selar.   Articulacion Articulaciones es en   silla de montar selar o de encaje recíproco: reciben este nombre porque tienen forma de silla de montar, un ejemplo: la articulación que hay entre el primer metacarpiano y montar, el hueso del carpo.

 

Trocleartrosis.   Su mode modelo lo mecá mecáni nico co se corr corres espon ponde de con el de de una articu arti cula laci ción ón en BISAGRA, con movimiento sobr sobre e un único Anatómicamente está constituida por una superficie en forma eje. de tróclea encajada en una superficie cóncova. Un ejemplo de esta unión articular en bisagra lo constituyen: el codo, la rodilla y el tobillo.

 

Trocoides.   tamb tambié ién n llam llamad ada a a veces eces arti articu cula laci ción ón en piv pivote, ote, ya que que son son articulaciones sinoviales en en las cuales las superficies articulares pueden tomar una forma similar similar a la de un pivote pivote permitiendo desplaz desplazamientos amientos unicamente sobre sob re su eje longitud longitudina inal, l, pudien pudiendo do unicam unicamen ente te efect efectuar uar movim movimien ientos tos de rotación lateral lateral y rotación medial. la unión radio-cubital, articulaciones del cuello, codo y base del craneo.

 

Artrodia. La articulación articulación artrodia artrodia esta constituida constituida gener generalmen almente te por la unión de supe superf rfic icie iess arti articu cula larres plan planas as,, el movi movimi mien ento to que que orig origin inan an es el de deslizamiento. Como Co mo ej ejem empl plo o de este este tipo tipo de arti articu cula laci cion ones es nos nos enco encon ntram tramos os con con las las uniones establecidas entre los huesos del carpo y tarso.

 

Todas las diartrosis, poseen unos elementos comunes en su constitución :

Cavidad articular: situada entre los segmentos que forman la articulación y que se encue que encuent ntra ra recu recubi bier erta ta de teji tejido do fibr fibros oso, o, la cáps cápsul ula a arti articu cula larr, que que mantiene unidos los segmentos articulares entre sí .

Cartilago hialino: que recubre y protege las superficies óseas articulares Membrana sinovial: encargada de producir el líquido sinovial que actúa como lubricante articular

 

Ligame Lig ament ntos os art articu icular lares es: controlan el movimiento articular

normal,

protegiendo protegie ndo a la propia propia articulación articulación de movimientos movimientos lesivos lesivos para la misma misma,, evitando sus lesiones. elemento que no está está presente presente en todas Dispositivos especiales: es el único elemento las diartrosis. Su existencia depende de las necesidades mecánicas articulares. Son estructuras dedicadas a mejorar la congruencia y el reparto de fuerzas sobre sobre la articulación: meniscos y rodetes rodetes articulares. Suelen estar formados de fibrocartílago fibrocartílago y present presenta a alta resiste resistencia ncia a la tracción y a las fuerzas de compresión.

 

Ligame Lig ament ntos os art articu icular lares es: controlan el movimiento articular

normal,

protegiendo protegie ndo a la propia propia articulación articulación de movimientos movimientos lesivos lesivos para la misma misma,, evitando sus lesiones. elemento que no está está presente presente en todas Dispositivos especiales: es el único elemento las diartrosis. Su existencia depende de las necesidades mecánicas articulares. Son estructuras dedicadas a mejorar la congruencia y el reparto de fuerzas sobre sobre la articulación: meniscos y rodetes rodetes articulares. Suelen estar formados de fibrocartílago fibrocartílago y present presenta a alta resiste resistencia ncia a la tracción y a las fuerzas de compresión.

 

BIOMECÁNICA DEL CARTILAGO ARTICULAR Histológicamen Histológic amente, te, el cartílago hialino está está comp compuest uesto o básicamente básicamente de agua en más más del del 60 60% % del del tejid ejido. o. El 40 40% % rest estante ante lo cons consti titu tuy yen las las célu célula las, s, denominadas  condorcitos, y la matri matrizz extr extrace acelul lular ar (condrina), formada por una sustancia amorfa amorfa y unos component componentes es fibrilares que se localizan localizan en el ella. la. Los condrocitos, que le dan al cartílago articular las características características mecánicas de la plasti plasticida cidad d y la viscol viscolela elasti sticid cidad ad,   se se encu encuen entr tran an alo aloja jado doss en unas unas depresion depr esiones es de la matriz (lagunas) (lagunas) en las que se aloja norm normalmen almente te más de un condrocito.

 

PROPIEDADES PROPIED ADES MECANICAS DEL CARTILAGO HIALINO El ca cart rtíl ílag ago o se comp compor orta ta como como un mate materi rial al   viscoelástico. Es un material poroso lleno de fluido en su interior que se comporta como una esponja Posee Pos ee la particularida particularidad d de que está está diseñado mecánicamen mecánicamente te para soportar soportar cargas car gas de Compr Compresión esión (su resist resistencia encia a la tracción es un 5% de la del hueso, hueso, mientras el módulo de elas mientras elasticidad ticidad en compresi compresión ón es del orden de 0.1% que el tejido óseo). El tejido hialino es un material  anisotrópico, esto esto es es debido debido a la disposición disposición que presentan presentan los haces de fibras colágenas en su interior, interior, estableciendo una arquitectura arquitectur a muy específica específica de su estructura estructura histológica.

 

La deformación del cartílago hialino depende de la velocidad de aplicación de la ca carg rga. a. Cu Cuan ando do la ca carrga se apli aplica ca a gran gran velo veloci cidad dad sobre sobre cart cartíl ílag ago o hialino, este este presenta mayor mayor rigidez. Cu Cuanto anto may mayor or sea la rapidez con la que aplicamos aplic amos la carga, carga, más rápida rápida es la compresión compresión y por lo tanto tanto más difícil es que salga salga el agua del interior interior del tejido hialino; hialino; en cambio, cambio, cuan cuando do la carga se aplica aplica de forma forma lenta lenta y con const stant ante e sobre cartíl cartílago ago,, se consigue consigue mayor mayor deformación del tejido.

Grafica tensión  –   deform deformaci ación ón del cartílago hialino en función incr increme ement nto o de veloc velocida idad d de la ca carg rga a del apli ap lica cada da ( ): a mayo mayorr velo veloci cida dad d de apli ap liccac ació ión, n, me men nor def efor orm mac ació ión n y mayor tensión del tejido se genera

 

DINÁMICA ARTICULAR Nuestrass articulacion Nuestra articulaciones es se mueven de form forma a que los segmentos segmentos articulare articularess no tienen ejes fijos de movimiento, movimiento, sino trayect trayectorias orias de ejes instantáneos instantáneos de movi mo vimi mien ento to.. El área área dond donde e se acum acumul ula a may mayor núme númerro de esto estoss ej ejes es instantáne áneos de giro, es la zona donde se sitúa el supuesto eje de movimi movi mien ento to que se toma toma como como ref referen erenci cia a para para real realiz izar ar la goni goniom omet etría ría articular.

 

Las

articulaciones

de

las

clasificamos

según

el el

 

grado

libertad de movimiento en:

articulaciones de 3 grados cinéticos (movimientos alrededor de los tres ejes del espacio); de 2 grados cinéticos (movimient (movimientos os alrededor de dos ejes de referencia referencia espacial) y de 1 grado cinético (movimiento alrededor de un eje del espacio).

 

Por ejemplo el codo tiene 1o grado de libertad, ya que realiza los movimientos sólo de flexión – extensión,

la muñeca tiene 2o grado de libertad la escápula – humeral tiene 3o grado de libertad ya que es capaz de realizar todo tipo de movimiento.

 

Cuan Cu and do lo loss movi vim mien ientos arti articu cula larres tie tiene lug lugar, ar, en el int inter erio iorr de la articulación se observ observan an tres tres tipos tipos de mov movim imien ientos tos mecán mecánico icoss puros, puros, que aislado aisladoss o combinados entre ellos originan los los movimientos movimientos articulares que medimos externamente externamente en la cl clín íniica habi habitu tual al y que que deno denom minam inamos os grad grado o de libe liberrtad. ad. Estos movimientos movimien tos se clasifican en:

SIN componente rotatorio: Translación.   CON componente rotatorio:

 

Rodamiento. Movimiento en el cual el centro de rotación (punto en el que la velocidad los respecto segmentos del cuerpo que se mueven alrededor de él, esrelativa al plano de referencia, se sitúa “cero”)a con siempre entre las dos superficies articulares.

Deslizamiento. Movimiento en el cual el centro de rotación con respecto al plano de referencia, permanece siempre a la misma distancia de la superficie por la que se desliza. Es el movimiento predominante en las articulaciones de los seres vivos.

 

Nuestras articulaciones constituyen constituyen los fulcr fulcros os de las palancas formadas por los segmentos óseos. En sus movimien movimientos, tos, las articulaciones, articulaciones, realizan realizan desplazamien desplazamientos tos angulares angulares cuya cu ya ampl amplit itud ud es medi medida da a tr trav avés és de goni gonióm ómet etrros (tran (transp spor orta tado dore ress de ángulos). Estas palancas puede dividirse, según su diseño, en:

 

1. Palancas de 1er género   (fulcr (fulcro o entr entre e la resis resisten tencia cia y la potenc potencia) ia).. Corresponden al diseño de la mayoría de las articulaciones dedicadas a la resis re siste tenci ncia a (eje (ejemp mplo los: s: cade caderra, colu column mna a verte ertebr bral al y unió unión n occi occipi pito to atloidea). En el caso de nuestro aparato locomotor, estas articulaciones la posi po sici ción ón de dell fulc fulcrro está pró próxima a la poten otenci cia, a, lo que orig origin ina a una una desventaja mecánica: mayor esfuerzo de la fuerza de potencia (actividad muscular) muscu lar) que la magnitud magnitud de la resistencia resistencia a vencer vencer.. En contraposi contraposición, ción, tienen como ventaja ventaja mayor velocidad del movimiento movimiento generado.

Palanca Pala nca de primer género: género: unión del occipital con el atlas.

 

2. Palancas de 2do género  (Resistencia entre fulcro y potencia). Por su diseño, poseen la ventaja mecánica de utilizar menor fuerza de potencia que qu e la resi resist sten encia cia a vence vencerr. En el apar aparat ato o loco locomo moto torr, sólo sólo se puede puede encontrar en la posición de puntillas de los pies.

Palanca posiciónde desegundo puntillas.género:

 

3. Palancas de 3er género  (P  (Potencia otencia entr entre e fulcro y resistenc resistencia). ia). Las articulaciones de las extremidad extremidades es suelen tener tener e est ste e tipo de diseñ diseño. o. Present Presentan an desventaja desventaja mecá mecánica nica:: mayor esfuerz mayor esfuerzo o de pot potencia encia (acci (acción ón muscul muscular) ar) que la magni magnitud tud de la resi resist stencia encia a vencer venc er.. Tienen como ventaja el mayor espaci espacio o rec recorr orrido ido y el poder adqui adquirir rir mayo mayorr velocidad lineal en el extremo extremo distal. Deb Debido ido al esfuerzo mu muscular scular que deben realizar los músculos músculos que muev mueven en estas palanc palancas, as, nuestr nuestro o aparat aparato o locomot locomotor or presen presenta ta un di dise seño ño có cóni nico co en las las ex extr trem emid idad ades. es. Tan anto to las las extr extrem emid idad ades es supe superi rior ores es como como inf inferiores eriores son más anchas en la zona pro ximal,oadelgazánd adelgazándose progresivamente progresiv amente hacia distal. El diseño diseñ o cónico cónico, , disminuye el proximal, moment momento de inercia ose y facilita la aceler aceleración ación del movimiento.

Palanca de tercer género: articulaciones de las extremidades.

 

“SIEMPRE SUEÑA Y APUNTA MAS

ALTO DE LO QUE SABES QUE PUEDES

LOGRAR”