biomecanica de columna (2)
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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.
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
FUERZAS ESQUELETICAS
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.
FUERZAS ESQUELETICAS
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
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.
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,
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 tambiénTENSIONES).
CONCEPTOS BASICOS DE BIOMECANICA
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)
CONCEPTOS BASICOS DE BIOMECANICA
POTENCIA.-
Es la rapidez con la que se realiza un trabajo. WATT = TRABAJO DE 1JOULE/seg.
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 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.
CONCEPTOS BASICOS DE BIOMECANICA
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.
CONCEPTOS BASICOS DE BIOMECANICA
• 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
CONCEPTOS BASICOS DE BIOMECANICA
• 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.
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 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
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
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
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
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
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
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
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
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.
DISCO INTERVERTEBRAL
PLACAS CARTILAGINOSAS MARGINALES
Cartílago hialino
Separa al núcleo de el cuerpo vertebral
Desaparece con la edad
DISCO INTERVERTEBRAL
PROPIEDADES FISICAS
ELASTICIDAD:
VISCOELASTICIDAD
FATIGA
COMPRESION
Flexibilidad a cargas bajas
Estabilidad a cargas altas
Deformidad permanente sin herniación del núcleo
DISCO INTERVERTEBRAL
PROPIEDADES FISICAS COMPRESION
Unidad vertebral funcional
Falla vertebral
Fx de placas terminales
Sin daño al disco
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)
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)
DISCO INTERVERTEBRAL
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
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.
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
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
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
BIOMECANICA DE LOS LIGAMENTOS ESPINALES
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)
BIOMECANICA DE LOS LIGAMENTOS ESPINALES
BIOMECANICA DE LOS LIGAMENTOS ESPINALES
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
BIMECANICA VERTEBRAL
CUERPO VERTEBRAL
Trasmite las fuerzas de compresión a través de las corticales(10-40%) o de la esponjosa (60-90%).
BIMECANICA VERTEBRAL
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".
BIMECANICA VERTEBRAL
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
UNIDAD FUNCIONAL ESPINAL
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