biomecanica de columna (2)

BIOMECANICA DE COLUMNA.

DR. FEDERICO FIGUEROA REYESRESIDENTE DEL 3ER AÑO

TRAUMATOLOGIA Y ORTOPEDIAHOSPITAL GENERAL XOCO

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

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.

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd98/Fisica/02/




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.

FUERZAS ESQUELETICAS

ESTATICA.-

ES EL ESTUDIO DE LOS CUERPOS QUE PERMANECEN EN REPOSOO EN EQUILIBRIO.

Equilibrio Estable

Equilibrio Inestable

Equilibrio Indiferente


DINAMICA.-

Estudia las fuerzas que producen el movimiento, dividiéndose enCINEMATICAY CINETICA.

CINETICA.- Estudia el movimiento de los cuerpos y las fuerzas queactúan para producirlos.

CINEMATICA.- Es la ciencia del movimiento que estudia las relaciones que existen entre el desplazamiento, velocidades, y aceleraciones en el movimiento.


MOVIMIENTO.- Estado de un cuerpo que cambia de situación por efectode una fuerza intrínseca o extrínseca

Cambio de posición de un objeto con respecto a otros que se suponenfijos.

CLASES DE MOVIMIENTO: RECTILINEO, ELIPTICO, CIRCULAR.

VELOCIDAD.- Tiempo en el que se realiza un fenómeno.

ACELERACION.- Es la variación que experimenta la velocidad en cadaunidad de tiempo. M/seg x seg


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.

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,


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 tambiénTENSIONES).


TRABAJO.-

Es la fuerza necesaria para levantar un objeto en contra de la gravedad yse presenta el movimiento. JOULE.

Producto de la fuerza aplicada por la distancia recorrida en la mismadirección de la fuerza. (N/m)


POTENCIA.-

Es la rapidez con la que se realiza un trabajo. WATT = TRABAJO DE 1JOULE/seg.


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 depunto de apoyo llamado FULCRO.

BRAZO DE POTENCIA: La distancia de la potencia al fulcro.

BRAZO DE RESISTENCIA: La distancia de la resistencia al fulcro.


Las palancas son de 3 tipos.- según la localización de la potencia y laresistencia en relación con el fulcro:

1) PALANCA DE PRIMER GRADO (INTERMOVIL).- Punto de apoyo entre lapotencia y la resistencia. Requiere un esfuerzo pequeño para levantar unagran resistencia. Ej. un sube y baja, las tijeras, el tríceps sobre el cúbito.


• 2) PALANCAS DE 2o. GRADO (INTERRESISTENTE).- Tiene la resistencia entre lapotencia y el punto de apoyo. Como el brazo de resistencia es menor que el brazode potencia, la potencia será mayor que la resistencia. Ej. una carretilla, uncascanueces, pararse de puntas


• 3) PALANCA DE 3er. GRADO (INTERPOTENTE).- Es la potencia localizada entre el punto deapoyo y la resistencia. Para sostener la resistencia la potencia debe ser de mucho mayormagnitud que la resistencia, pero el desplazamiento de la potencia es mucho menor que elde la resistencia. Ej. las pinzas, cañas de pescar, la acción del bíceps sobre el antebrazo.


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 uncuerpo.

TENSION.-Dos fuerzas actúan en sentido opuesto y se alejan entre si; éstafuerza se aplica en TENSION. El esfuerzo de tensión se obtiene dividiendo laCARGA ENTRE EL AREA DE SECCION TRANSVERSAL.

CIZALLANTE O CORTANTE.- Aplicación de una o mas fuerzas en sentidotangencial al eje de carga (paralelo a su superficie) y provocan deslizamientoparalelo en sentido contrario entre los planos de un cuerpo.

SOLICITACIONES

FLEXION.- Es la inducción de una curvatura a lo largo del eje mayorde un objeto, por la aplicación de una fuerza excéntrica omovimiento de flexión.

SOLICITACIONES

COMPRESION.- Aplicación de una fuerza que tiende apretar oaplastar un objeto.

SOLICITACIONES

TORSION.- Fuerzas aplicadas que tienden a girar un objeto alrededor de su eje (torcerlo).

SOLICITACIONES

TENSION.- Aplicación de una fuerza que tiende a alargar un objeto(tirar de él), TERCER LEY DE NEWTON.

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.

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)

SOLICITACIONES

FUERZAS ESQUELETICASVECTORES 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.

FUERZAS ESQUELETICASVECTORES Y FUERZAS

Los músculos solo ejercen fuerzas tensionales sobre los huesos.

Ejercen fuerzas compresivas sobre las articulaciones.

SOLICITACIONES

Carga crítica de Euler (columnas)

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


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

ANATOMIA

7 vértebras cervicales

12 torácicas

5 lumbares

5 sacras fusionadas

3-4 coccígeas fusionadas

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

ANATOMIA

Curva torácica estructural Menor altura anterior del

cuerpo anterior

Curva cervical y lumbar por disco en cuña

DISCO INTERVERTEBRAL

ANATOMIA 20-33% de la altura de la

columna

Núcleo pulposo

Anillo fibroso

Placas marginales cartilaginosas


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


PROPIEDADES DEPENDIENTES DE TIEMPO Viscoelasticidad

Histéresis.- Pérdida de energía tras ciclos de carga y descarga repetitivos (brincar)

Deformidad (Creep).-carga súbita y mantenida

Relajación


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


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


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.


PLACAS CARTILAGINOSAS MARGINALES

Cartílago hialino

Separa al núcleo de el cuerpo vertebral

Desaparece con la edad


PROPIEDADES FISICAS

ELASTICIDAD:

VISCOELASTICIDAD

FATIGA

COMPRESION

Flexibilidad a cargas bajas

Estabilidad a cargas altas

Deformidad permanente sin herniación del núcleo


PROPIEDADES FISICAS COMPRESION

Unidad vertebral funcional

Falla vertebral

Fx de placas terminales

Sin daño al disco


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)


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)


PRESION INTRADISCAL

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

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

BIOMECANICA DE LOS LIGAMENTOS ESPINALES

7 ligamentos espinales

Lig ant longitudinal

Lig post longitudinal

Lig intertransversos

Lig capsulares

Lig amarillo

Lig interespinosos

Lig supraespinosos


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.


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


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


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


Lig supraespinosos

Inician en la nuca y bajan por la punta de las apófisis espinosas hasta el sacro

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)


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

BIMECANICA VERTEBRAL

CUERPO VERTEBRAL

Resiste la compresión y es mayor según su masa


CUERPO VERTEBRAL

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


CUERPO VERTEBRAL

Placas marginales Soportan 8000N (55-45%)

Fx centrales (discos sanos)

Periféricas (Discos degenerados)

Completas (alta energía)

Ley de Pascal

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".


FACETAS ARTICULARES Estructuras estabilizadoras

Soportan 18-33% de fuerzas de compresión

45% de torsional

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

MUSCULATURA ESPINAL

MUSCULATURA BASICA Postvertebrales

Profundos

Intermedios

Superficiales

Prevertebrales

Abdominales

MUSCULATURA ESPINAL

POSTVERTEBRALES Profundos

Interespinales

Intertransversales

Rotadores

Elevadores costales

MUSCULATURA ESPINAL

POSTVERTEBRALES Intermedios

Lumbosacros

Semiespinales torácicos

Semiespinales cervicales

Semiespinales capitales

MUSCULATURA ESPINAL

POSTVERTEBRALES Superficiales

Masa común:

Iliocostal

Largo

Espinal

MUSCULATURA ESPINAL

Prevertebrales Músculos abdominales

Oblicuos externos

Oblicuos internos

Transverso abdominal

Recto abdominal

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

ESTABILIDAD COLUMNAR

BIOMECANICA MUSCULATURA VERTEBRAL

60º por flexion de la columna lumbar con la pelvis fija

Flexión de la cadera añade 25º mas

BIOMECANICA MUSCULATURA VERTEBRAL

Flexión

Extensión

Flexión lateral

Rotación axial

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)

UNIDAD FUNCIONAL ESPINAL

biomecanica de columna (2)

Documents