FUNDAMENTOS DEL MOVIMIENTO HUMANOObjetivos:-Identificar los principales huesos del cuerpo humano.-Explicar las funciones generales del esqueleto y su división anatómica por regiones-Localizar las articulaciones fundamentales, relacionándolos con la capacidad de movimiento de las diferentes regiones corporales.-Clasificar las articulaciones según grado de movilidad y número de ejes-Identificar los principales músculos, relacionándolos con la capacidad de movimiento de las diferentes regiones corporales.-Explicar las características de las contracciones y trabajos musculares, destacando sus tipos.-Explicar la amplitud del trabajo muscular y la acción conjunta de los músculos.-Ejecutar los tipos de contracción y trabajo muscular.

La MECÁNICA es el estudio de las fuerzas y sus efectos. La aplicación de estos principios mecánicos a los cuerpos humanos y animal en movimiento y en reposo es la BIOMECÁNICA, un intento de combinar la ingeniería con la anatomía y la fisiología, desde el estudio teórico hasta la aplicación práctica.

No solo se debe incluir los aspectos biomecánicos sino también fisiológicos sobre la relación longitud-tensión muscular y los mecanismos de control neuromuscular.

El aparato de retroalimentación sensorial es un factor de gran importancia para una adecuada función neuromuscular; pero no están incluidos en este curso.

LA CONTRACCIÓN MUSCULAR DEPENDE DE:

- La estructura interna del músculo determina la relación de la fuerza que puede producir el músculo y la distancia en la cual éste puede contraerse. = Grosor de su porción carnosa y cantidad de miofibrillas que contiene.- De las inserciones musculares al esqueleto. El ángulo con el cual el músculo tira de la palanca ósea determina sus componentes de fuerza rotatorio y estabilizador y la distancia de la inserción muscular al eje del sistema de palancas determina el momento de fuerza que puede ser producido.- Cantidad de músculos actuando. Cuando dos o más músculos actúan sobre un mismo hueso, la resultante final depende de la fuerza desarrollada por cada músculo, sus ángulos individuales de tracción y sus localizaciones relativas al eje de la articulación.

CARGAS EXTERNAS: La resistencia que se opone a las fuerzas de los músculos, huesos y articulaciones, puede deberse a:

- Fuerza de GRAVEDAD: La Gravedad es la carga más comúnmente aplicada sobre el cuerpo y proporciona una línea de fuerza en dirección constante. Tanto el peso como la posición de la resistencia al ejercicio y del segmento corporal son importantes cuando se determina el efecto de la gravedad.

- Resistencia del AGUA: Dentro del agua se reduce o neutraliza la fuerza de gravedad pues está equilibrada por la fuerza de flotación = “El cuerpo es mantenido a flote por una fuerza igual al peso del volúmen del agua desplazada.” El agua también ofrece resistencia y se opone directamente contra el segmento corporal cuando este se desplaza a través de ella = El coeficiente dinámico de rozamiento es proporcional a la velocidad de desplazamiento en el fluido.

- Elasticidad de los materiales: Otro método (propuesto por Guthrie-Smith en 1943) para reducir el efecto de la gravedad es por suspensión en cabestrillos. Pueden utilizarse una gran variedad de materiales elásticos, como resortes, ligas, balones, etc., para proporcionar resistencia al ejercicio muscular. La línea de fuerza de la resistencia está situada a lo largo del material elástico.

- Fricción: Aparatos de ejercicio desarrollados actualmente hacen uso de la resistencia de fricción como carga para la contracción muscular. Algunos aparatos proporcionan una línea de fuerza perpendicular a la placa ósea a todo lo largo del arco de movilidad.

- Estructuras Fijas: Proporcionan resistencia para las contracciones isométricas. - Resistencia Manual: Puede oponer resistencia isométrica o puede dar una amplia variación de cargas de

resistencia.- Sistema de Poleas: Se utilizan para cambiar la línea de tracción sobre el cuerpo. Se pueden montar para

ofrecer resistencia, o como auxiliares en el soporte o movimiento, y pueden actuar en cualquier dirección.

El ángulo de la línea de aplicación de la resistencia o carga y la distancia de la carga al eje del sistema de palancas determina la efectividad de la resistencia.

APLICACIONES CLÍNICAS:- El Exámen Manual Muscular depende de la habilidad del clínico para aplicar fuerzas de diferentes grados

con el fin de evaluar la capacidad del paciente para resistirlas. Se considera la longitud de los brazos de palanca involucrados y la fuerza aplicada.

- La localización del centro de masa de cada segmento corporal afecta la actividad de los músculos que soportan ese segmento. (Como la mujer con carrilleras, o el varón con “abdómen cervecero”). Los procedimientos se desarrollan basados en principios mecánicos para superar los problemas de postura (como el tx para la escoliosis).

- Las muletas y bastones ayudan a liberar de las fuerzas de gravedad a una parte débil o dañada del cuerpo. Y el coeficiente de fricción entre la superficie de apoyo al caminar y las puntas de apoyo de las muletas, determina el ángulo dentro del cual las muletas pueden hacer contacto con el piso sin peligro.

- La evaluación y el Tx de la marcha depende de los parámetros mecánicos de desplazamiento, velocidad y aceleración.

- Desplazamiento, velocidad y aceleración son también importantes en la adaptación de aparatos y prótesis. Los moldes de yeso, los corsets y una gran variedad de aparatos, proporcionan soporte a los segmentos corporales afectados y aplican fuerzas y momentos al cuerpo. Para poder aplicarlos con resultados favorables se requiere comprensión de los principios de la biomecánica.

- Yesos aplicados en forma adecuada, los aparatos o las férulas proporcionan con frecuencia la fuerza necesaria para corregir una deformidad.

- Muchos de los ejercicios que cotidianamente realizan los deportistas, educadores físicos y aún terapistas, pueden ser perjudiciales. Pueden desarrollar tensión y lesionar articulaciones y los tejidos blandos del cuerpo. El análisis mecánico proporciona información que conduce a programas físicos más seguros y efectivos.

- Conocer el MECANISMO EXACTO DE LESIÓN es esencial para evaluar el daño correctamente. Por ej: Fx por tensión, Fx por flexión, Fx por compresión, esguinces y contusiones, son causados por fuerzas, pero el mecanismo determina probablemente si la lesión es una Fx o un esguince. El tipo de Fx producida depende de las características de la fuerza involucrada. Localizar los tejidos afectados y el grado de lesión se evalúan mejor si se comprende cómo fue causada.

CONCEPTOS:FUERZA: Capacidad para deformar, desplazar o modificar a un objeto o su trayectoria. Se expresa en

Newtons. 2ª Ley de Newton F = m x a (m = masa; a = aceleración). - Fuerza (lo que modifica, deforma, etc).POTENCIA: Producto de la fuerza por la velocidad. Se expresa en Watios (vatios) W. Refleja el

funcionamiento del músculo, sobre todo en los movimientos rápidos.TRABAJO: Es el producto de la fuerza por el desplazamiento. Se expresa en julios J. Se relaciona con la

capacidad energética del músculo.Trabajo Positivo: Se refiere al aumento de la energía potencial del sistema. Como cuando se utiliza un músculo y empieza poco a poco la contracción hasta alcanzar la potencia necesaria para realizar el trabajo que se le solicita.Trabajo Negativo: Es la disminución de la energía potencial del sistema. Se refiere a la disminución de la fuerza requerida por el músculo de manera que finalmente queda completamente relajado y sin contracción.

PALANCAS Acción y tipos. Ventaja mecánica.CENTRO DE MASA del cuerpo y sus segmentos constitutivos; y su relación con la base de soporte en posición

de pie y en la locomoción.MECÁNICA = ESTÁTICA + DINÁMICA.ESTÁTICA: Es el estudio de los cuerpos que permanecen en reposo o en equilibrio como resultado de fuerzas

que actúan sobre ellos. La ESTÁTICA es el estudio de los efectos externos de las fuerzas aplicadas a un cuerpo en equilibrio.

DINÁMICA: Es el estudio de los cuerpos en movimiento. = CINEMÁTICA + CINÉTICA. La DINÁMICA es el estudio de la acción de estas fuerzas en los cuerpos en desequilibrio.

CINEMÁTICA: La ciencia del movimiento, estudia las relaciones que existen entre los desplazamientos, velocidades y aceleraciones en el movimiento traslacional o rotacional. No se interesa en las fuerzas que intervienen, sino sólo en la descripción de los movimientos por sí mismos.

CINÉTICA = Trata de los cuerpos en movimiento y las fuerzas que actúan para producirlo. MAGNITUD: la fuerza kilogramo (kgf) o fuerza libra (lbf).LÍNEA DE APLICACIÓN: vertical, horizontal, del norte hacia el oeste.SENTIDO: de abajo arriba a lo largo de una vertical; o de arriba abajo a lo largo de la vertical.PUNTO DE APLICACIÓN: punto específico de contacto donde es aplicada la fuerza y el cuerpo sobre el cual

se aplica, talón, tuberosidad de la tibia.DIRECCIÓN: incluye aplicación y sentido.

FUERZA = Puede definirse como un impulso (empuje) o una tracción. Un objeto o cuerpo para producir una fuerza debe siempre actuar sobre otro. Puede resultar en un impulso o una tracción; y el cuerpo que es impulsado reacciona tan vigorosamente como el cuerpo que lo está impulsando. (3ª Ley de Newton = Las fuerzas siempre actúan por parejas: un objeto a ejerce una fuerza F sobre un objeto B, y el objeto B ejerce simultáneamente una fuerza R sobre el objeto A; la fuerza R es de igual módulo pero de dirección opuesta a la fuerza F.).

La fuerza puede ser definida como una perturbación o carga mecánica, al actuar sobre un objeto puede deformarlo, cambiar su estado de movimiento o ambas cosas. Debe verse los efectos producidos en el cuerpo afectado. Los efectos son internos y externos.El EFECTO EXTERNO de una fuerza tiende a cambiar la velocidad de un cuerpo.El EFECTO INTERNO de una fuerza aplicada a un cuerpo da origen a un estado de esfuerzo

Se pueden clasificar las fuerzas de diversos modos, Por ejemplo:a) Según sus efectos en los objetos sobre los que se aplican:

- Fricción.- Interna o externa. Fuerza interna es la producida por el músculo. Fuerza externa es la resistencia contra la que el músculo debe luchar. Ambas fuerzas (interna y externa) se ejercen sobre los huesos-segmentos óseos articulados entre sí, constituyendo autenticas palancas. Carga. Una fuerza externa aplicada a un objeto se denomina carga.- Normal (perpendicular) o tangencial. - Tensil, compresiva o de cizalla. Tensión es la resistencia interna de un material que reacciona a una carga aplicada externamente.- Gravitacional (peso). Es una forma especial de fuerza. Es la fuerza gravitacional ejercida por la Tierra sobre la masa de ese objeto. La magnitud del peso de un objeto en la Tierra es igual a la masa de ese objeto (kg) por la magnitud de la aceleración gravitacional, que es aproximadamente 9.8 m/s2. Su dirección es siempre vertical y hacia abajo.

b) Según la orientación cuando se comparan con otras dos o más fuerzas cualesquiera actuando sobre un único cuerpo pueden ser:- Paralelas.- Coplanares: actuando sobre una superficie plana de dos superficies.- Colineales: tienen una línea común de acción.- Concurrentes: líneas de acción que interseccionan en un único punto.

Con una contracción muscular relativamente pequeña se puede conseguir un movimiento de la palanca mucho mas amplio. Las palancas de 3er grado o de Velocidad, es muy importante para el movimiento humano. Cuanto más cerca esta el punto de apoyo del punto de aplicación de la Potencia se consiguen movimientos de la palanca más amplios. En la contracción muscular podemos aplicar una contracción intensa pero de corto recorrido. El músculo puede acortarse como mucho un 20 – 25 %, esto supone unos pocos centímetros que pueden determinar un movimiento amplio de un segmento utilizando esta palanca de Balance.

FORTALECIMIENTO

Elementos que componen los programas de fortalecimiento:

a) Modo de Contracción: - Isométrico o Estática. c) Forma de los Ejercicios:- Isotónica o Dinámica. -Carácter analítico o global. - Concéntrico. -Nociones de Grupos Musculares. - Excéntrico y Pliométrico. -Programas Motores.- Isoquinética o Isokinética.

b) Tipos de Fortalecimiento: -Desarrollo de la Fuerza Máxima. -Desarrollo de la Potencia Máxima. -Desarrollo de la Velocidad Máxima o de la Fuerza Explosiva. -Aumentar la masa Muscular.-Incrementar la Resistencia.

CONTRACCIÓN ISOMÉTRICA O ESTÁTICA: El músculo desarrolla tensión pero no cambia su longitud externa (longitud constante). Contracción muscular sin rango de movimiento articular.- Ventajas:

- Permite un fácil control de las tensiones ejercidas sobre el músculo y las estructuras vecinas.- Es útil en la recuperación de la amiotrofia.- Se adapta muy bien a algunos músculos de tipo tónico que funcionan esencialmente de este modo, como los músculos del tronco.

- Inconvenientes:- Su utilización exclusiva no es válida para los músculos de tipo fásico o mixto.

CONTRACCIÓN ISOTÓNICA O DINÁMICA: El músculo desarrolla tensión cambiando su longitud implicando rango de movimiento articular.- Concéntrica: El músculo se acorta variando su tensión mientras vence una carga constante. Sus puntos de inserción se aproximan. Contracción muscular con movimiento articular centrípeto.- Excéntrica: El músculo se alarga variando su tensión, mientras vence una resistencia constante. Sus puntos de inserción se alejan. Contracción muscular con movimiento articular centrífugo.

CONTRACCIÓN ISOKINÉTICA: Contracción Isotónica. La tensión desarrollada durante la contracción es máxima durante todo el ROM. Se logra con la ayuda de equipos computarizados empleados para la reeducación y entrenamiento muscular (Nautilius, Cybex, Kin-Com).

Objetivos de un programa de Fortalecimiento:- CURATIVOS: Tienen como finalidad el tratamiento de un déficit muscular secundario a un traumatismo o a una

inmovilización prolongada.

- PREVENTIVOS: Se trata de prevenir las recidivas de lesiones ligamentosas, accidentes musculares o Tendinopatias.

- PALIATIVOS: Se trata de compensar la pérdida de ciertos músculos. Ej. fortalecer MsSs en paraplejia.

Sistemas de Fuerzas: Se representan como vectores en relación con un objeto entre si. A proporción la intensidad de la fuerza con la longitud. Diagrama de Cuerpo Libre: magnitud, línea de acción, dirección, punto de aplicación.

Espacio: Ejes y Planos. Sagital (Y, Z), Coronal (X, Y), Transversal (X, Z) .

Materia: Todo lo que ocupa un lugar en el espacio.

Centro de Masa: Es el punto que se encuentra exactamente en el centro de la masa de un objeto. “Centro de Gravedad”. Si es una figura o Cuerpo Geométrico: está en el centro geométrico. Si es una masa con distribución asimétrica: es centro de masa se encontrará más cerca del extremo más grande y pesado.Humano: Tiene que ver: (1)- la constitución, edad, sexo. (2)- disposición de los segmentos al caminar, correr o saltar.

Peso: Es la atracción que ejerce la fuerza de gravedad sobre su masa (kg). La fuerza de gravedad actúa siempre verticalmente hacia el centro de la tierra.

Presión: Indica cómo está distribuida la fuerza dentro de un área. El cociente de la fuerza total entre la superficie de una aplicación de la misma. P = F/A = fuerza/área = kg/cm2. Las fuerzas deben soportarse sobre la mayor área de superficie corporal posible. Corsets para escoliosis, prótesis para amputados. (Golpear la palma de la mano con el puño cerrado de la otra mano; golpear la palma de la mano con la misma fuerza pero ahora con la punta del pulgar contrario es doloroso; esa misma fuerza pero ahora a través de la punta de una aguja = es catastrófico). (Si un cojinete de presión actúa sobre una ortesis de espalda y ejerce una fuerza de 1.8 kg sobre un área de 122 cm2 0.014kg/cm2 ; ¿en 30.4 cm2?) Zapatos o esquíes para la nieve.

Las lesiones de piel y úlceras de presión son complicaciones clínicas serias que se pueden evitar. ¿Deterioro circulatorio o sensorial? Fieltro, algodón, guata o esponja distribuyen la presión. Cámara llena de aire o una bolsa de agua entre las superficies de contacto hacen una “distribución automática de la presión, congruencia perfecta y adaptabilidad de forma”, particularmente al ajustarse a la respiración y a otros movimientos torácicos.

Leyes básicas de Estática, Cinemática y Cinética de Isaac Newton:- Ley de la Inercia o I Ley de Newton: Establece que un cuerpo permanece en reposo o movimiento uniforme

hasta que actúa sobre él un juego externo de fuerzas. Si un cuerpo está en reposo, las fuerzas que actúan sobre él deben estar completamente equilibradas. Y si un cuerpo se está moviendo, continuará moviéndose a una velocidad uniforme hasta que alguna fuerza lo detenga o cambie su velocidad o dirección. La inercia de un cuerpo es proporcional a su peso.

- Ley de la Aceleración o II Ley de Newton: Es un caso especial de la primera y establece que la aceleración de una partícula es directamente proporcional a la fuerza equilibrada que actúa sobre ella e inversamente proporcional a la masa de la partícula. Un impulso considerable sobre un objeto pequeño lo acelerará rápidamente y un impulso pequeño sobre un objeto grande lo acelerará lentamente.

- Ley de Reacción o III Ley de Newton: Para cada acción existe una reacción igual y opuesta. Si empujas sobre un objeto, este empujará sobre ti.

Los movimientos se pueden analizar desde 3 perspectivas como mínimo:1- La DIRECCIÓN de movimientos (teoría de la regulación), los ámbitos neurofisiológico y psicológico; la “sensomotricidad”.2- La ESTRUCTURA de los cuerpos movidos y en movimiento. El cuerpo humano como sistema (huesos, músculos, tendones, etc.). Anatomía y Fisiología.3- Las FUERZAS que producen determinadas formas de movimiento de los cuerpos (masas) de acuerdo con las diferentes leyes (Mecánica). Fuerzas internas o musculares y fuerzas externas o de otras fuentes.

MOTRICIDAD: Es el campo que se ocupa de las cuestiones de la dirección, del regulador, de la conciencia del sistema en movimiento; de la asimilación de informaciones y de la motivación.

KINESIOLOGÍA = TEORÍA DE LOS MOVIMIENTOS: Es el estudio fundamentalmente estructural (anatómico) de los movimientos de los seres vivos.

BIOMECÁNICA: Aplicación de la mecánica en la investigación de los movimientos en los seres vivos. Trabaja de forma analítica (análisis de los movimientos) y de forma constructiva (creación de aparatos como prótesis según principios ergonómicos).

ERGONOMÍA: Ciencia que estudia la economía del rendimiento humano.MECÁNICA: Es la ciencia que estudia la influencia de las fuerzas en el movimiento de los cuerpos y su

descripción.MECÁNICA DE LOS GRADOS DISCRETOS DE LIBERTAD: Describe los procesos mediante un número finito

de coordenadas. Se centra en el movimiento de cada punto de masa., de cuerpos rígidos, cuerpos compuestos (poliarticulado, movible en sí).

MECÁNICA DE LOS CONTINUOS: Describe los cuerpos deformables (flexión, extensión, corriente,

modificación de volúmen, etc.). Especialmente la teoría de la elasticidad y de hidro y aerodinámica.CENTRO DE GRAVEDAD: Es aquel punto, que se mueve según las leyes de la mecánica como si toda la

masa del cuerpo en cuestión fuese unida a él y todas las fuerzas externas que influyen sobre el cuerpo (sobre todo la fuerza de gravedad) se originasen el él. Su posición depende de la forma del cuerpo y de la distribución de las masas en el mismo. En figuras irregulares puede estar situado fuera del cuerpo.

PLANO CARTESIANO: La elección de los ejes sigue los criterios del sistema referencial de la tierra y no de la estructura corporal del hombre. Aunque pueden ajustarse.

MOVIMIENTO: Es la modificación de las coordenadas de un cuerpo durante el tiempo dentro de un sistema referencial libremente escogido pero luego mantenido (sistema de coordenadas). Cada movimiento de un cuerpo es un proceso dentro del espacio tridimensional (estereométrico) = adelante, al lado y vertical.

Siempre se observan como mínimo dos puntos del cuerpo para poder describir el movimiento.

Para realizar un buen análisis, es necesario tomar en cuenta todas las fuerzas que actúan sobre un objeto. Ya sea que se realice como: a) - Un solo sistema de fuerzas. b) - Combinación de sistemas de fuerzas.Para esto se utilizan dos procedimientos:MÉTODO DE COMPOSICIÓN DE FUERZAS: Se usa cuando hay 2 o + fuerzas que actúan en un mismo plano = COPLANARES y sobre un mismo punto = CONCURRENTES, y se desea mostrar su efecto combinado como una sola fuerza, la RESULTANTE.MÉTODO DE RESOLUCIÓN DE FUERZAS: Se usa cuando se reemplaza una fuerza por 2 o + componentes equivalentes a la fuerza.

MÉTODO DE RESOLUCIÓN DE FUERZASSe le llama así a la sustitución de una fuerza por 2 o + fuerzas equivalentes, llamadas componentes de la

fuerza original. Es lo opuesto a la composición. La única regla es que los componentes, cuando sean sumados en un diagrama vectorial, deben empezar en donde comienza la fuerza original, y terminar en donde termina.

Las fuerzas de un diagrama vectorial tendrán que moverse a una posición paralela, intersecándose en un punto común sobre la línea de acción de la fuerza original en el diagrama espacial. Esta selección y arreglo de los componentes de una fuerza están determinados por el problema a resolver.

La resolución más útil involucra la determinación de componentes rectangulares, con ángulos rectos entre sí, y la fuerza original se convierte en la hipotenusa de un triángulo rectángulo. Los componentes rectangulares siempre deben ser de menor magnitud que la fuerza original.- COMPONENTE ROTACIONAL: Tiende a rotar el segmento.- COMPONENTE ESTABILIZADOR: Comprime las superficies articulares, o a veces, los separa. Fuerza S.

DESCOMPOSICIÓN DE LA FUERZA:La fuerza muscular se transforma entonces en dos componentes. Una que actúa con un ángulo de 90° respecto a la palanca ósea, y la otra actúa a lo largo de la palanca hacia la articulación proximal.

En la figura 9, el codo se encuentra en extensión completa y el ángulo de acción muscular es muy pequeño, por lo tanto, la componente de rotación F1 también es muy pequeña. En este caso la componente de fijación es muy grande. En la figura 10, se aprecia que cuando el codo se flexiona el ángulo de acción muscular aumenta; la componente de rotación también aumenta y la componente de fijación, disminuye.

En la figura 11, el ángulo de acción es de 90°. La componente de rotación es máxima y no hay componente de fijación de este músculo. Cuando el ángulo de acción muscular aumenta (más de 90°), la componente de rotación disminuye y la componente de distracción aumenta (Fig.12).

Conociendo el ángulo de acción muscular y la fuerza F, las componentes F1 y F2 se calculan de la siguiente forma (Fig.13):F1 = F x cos αF2 = F x sen αAumentando el ángulo α el valor seno aumenta y su valor coseno disminuye, es decir, F1 (componente de rotación) aumenta y F2 (componente de fijación), disminuye.

Normalmente la dirección de una fuerza muscular (línea de acción) forma un ángulo de acción muscular con su palanca ósea. Si como consecuencia de la acción muscular la palanca ósea se mueve, la magnitud del ángulo entre el

músculo y hueso (ángulo de acción) sufre modificaciones. Una fuerza posee magnitud y dirección y puede considerarse como un vector.

¿Qué tensión deben realizar los músculos extensores del cuello sobre la cabeza para mantenerla en una determinada posición? ¿Cómo varía la compresión en las articulaciones del codo, rodilla y tobillo con fuerzas aplicadas externamente y con disposiciones segmentarias diferentes?¿cómo varía la fuerza sobre la cabeza femoral con las cargas llevadas en la mano?

En los problemas estáticos, en general las incógnitas son las magnitudes de las fuerzas de reacción articular y las tensiones musculares.

El análisis mecánico de una articulación requiere que conozcamos las características vectoriales de tensiones en los músculos, las localizaciones de las inserciones musculares de los músculos involucrados, los pesos de los segmentos corporales, y las localizaciones de los centros de gravedad de dichos segmentos.

Claro, hacemos simples representaciones de sistemas complejos.

MODOS DE DEFORMACIÓNCuando los objetos actúan bajo la acción de fuerzas aplicadas externamente, pueden trasladarse en la

dirección de la fuerza neta y rotar en la dirección del torque neto que actúa sobre ellos. Si un objeto está sometido a fuerzas aplicadas externamente pero está en equilibrio estático, es más probable

que exista algún cambio de forma local dentro del objeto.El cambio local de un objeto bajo el efecto de las fuerzas aplicadas se conoce como deformación. El grado de

deformación depende de muchos factores, incluyendo las propiedades del material, el tamaño y la forma del objeto, factores ambientales como el calor y la humedad; y la magnitud, dirección y duración de las fuerzas aplicadas.

Una forma de distinguir las fuerzas es mediante la observación de su tendencia para deformar el objeto sobre el que se están aplicando:

El objeto está en tensión si el cuerpo tiende a alongarse y en compresión si tiende a contraerse en la dirección de las fuerzas aplicadas. Se les llama fuerzas normales o axiales.

La carga en cizallamiento difiere de la tensión-compresión en que está causada por fuerzas que actúan en direcciones tangentes al área (se les llama fuerzas tangenciales) resistiendo las fuerzas que causan cizalla, mientras que tanto la tensión como la compresión están causadas por fuerzas colineales aplicadas perpendicularmente a las áreas sobre las que actúan.

Los objetos también se deforman cuando están sometidos a fuerzas que causan flexión y torsión, las cuales están relacionadas con las acciones del momento y del torque de las fuerzas aplicadas.

Existen test de tensión y compresión uniaxial, torsión y de flexión.

SOLICITACIÓN NORMAL Y DE CIZALLAHacemos un corte hipotético perpendicular al eje longitudinal del hueso.

El hueso está en equilibrio y las dos piezas también lo están. Esto exige que en la pieza exista una fuerza interna igual en magnitud pero opuesta en dirección a la fuerza aplicada externamente. B

La fuerza interna se distribuye sobre toda el área de sección transversal de la sección cortada, y F representa la resultante de la fuerza distribuida. C.

La intensidad de esta fuerza distribuida (fuerza por unidad de área) se conoce como solicitación. Debido a que la fuerza resultante en la sección cortada es perpendicular al plano del corte, la solicitación correspondiente se llama solicitación normal o axial.

Asumiendo que la intensidad de la fuerza distribuida en la sección cortadas es uniforme sobre el área de corte transversal A del hueso = F/A.

Las solicitaciones normales causadas por fuerzas que tienden a estirar (elongar) los materiales son conocidas como solicitaciones tensiles, aquellas que tienden a contraerlos se conocen como solicitaciones compresivas. Las solicitaciones son medidas en N / m2 = Pascales.

La solicitación de cizalla, es una medida de la intensidad de las fuerzas que actúan tangentes (paralelas) a un plano de corte. Fuerzas que actúan perpendiculares al eje longitudinal del hueso. Hay una fuerza interna en la sección de corte que actúa en una dirección tangente a la superficie de corte. Si se conocen las magnitudes de las fuerzas externas, entonces también se conoce la fuerza interna considerando el equilibrio translatorio y rotacional. Solicitación de cizalla se conoce como la intensidad de la fuerza interna tangente a la sección de corte = (tau). Si la intensidad de la fuerza tangente a la sección de corte es uniforme sobre el área de sección de corte A, entonces = F/A.

DEFORMACIÓNES NORMAL Y DE CIZALLAEl alargamiento elástico es una medida del grado de deformación del

tejido. En el caso de solicitación hay dos tipos de deformación: Deformación Normal se define como el ratio del cambio (incremento o disminución) de longitud en relación a la

longitud original (no deformada) = Ɛ (epsilon). Si el hueso es sometido a un par de fuerzas tensiles, la longitud del hueso puede incrementarse a l´(longitud´) o una cantidad Δλ = l´ - l . La deformación normal es el ratio de la cantidad de elongación respecto a la longitud original, o Ɛ = Δ l / l. Si la longitud del hueso aumenta en la dirección en la que se calcula la deformación, entonces la deformación es tensil y positiva. Si la longitud disminuye en la dirección en la que se calcula la deformación, entonces la deformación es compresiva y negativa.

Las Deformaciones de Cizalla están descritas con el símbolo (gamma). Están causadas por las solicitaciones de cizalla. Las fuerzas actúan tangenciales deformando el objeto. El ángulo formado entre la posición inicial y la deformación es muy pequeño y la tangente del ángulo es aprox. igual al propio ángulo medido en radianes y la deformación en cizalla promedio es = d / h, donde d es el desplazamiento relativo horizontal de la parte superior y h la altura.

Las deformaciones se calculan dividiendo dos cantidades medidas en unidades de longitud; las deformaciones y consecuentemente el alargamiento elástico implicado pueden ser muy pequeños (0.001, o 0.1%).

DIAGRAMAS SOLICITACIÓN DEFORMACIÓNO es el origen del diagrama, el estado inicial sin carga ni

deformación. P es el límite de proporcionalidad. Entre O y P solicitación y deformación son linealmente

proporcionales y el diagrama es una línea recta. El punto E representa el límite elástico. El punto Y es el límite de elasticidad, y la solicitación y

correspondiente al límite de elasticidad se llama fuerza elástica del material. En este nivel de solicitación puede darse una considerable elongación atirantamiento sin un incremento correspondiente de la carga.

U es el punto de solicitación más alto en el diagrama. La solicitación u es la fuerza última del material. R representa el punto de ruptura o colapso.La solicitación en la que se produce el colapso se llama fuerza de ruptura del material.Si la solicitación es tensil, compresiva o en cizalla, la curva es diferente, también la intensidad de la fuerza, el

material y la temperatura afectan las relaciones entre solicitación-deformación.

DEFORMACIONES ELÁSTICAS Y PLÁSTICAS

Elasticidad: es la capacidad de un material para recuperar su tamaño y forma original (cuando estaba sin solicitación) al eliminar las cargas aplicadas. Si se aplica una carga sobre un material de modo que la solicitación generada en el material es igual o menor que el límite elástico, las deformaciones presentadas serán recuperadas completamente al eliminar la carga.

La Plasticidad implica deformaciones permanentes. Los materiales pueden experimentar las deformaciones plásticas tras las deformaciones elásticas cuando son puestos en carga más allá de sus límites elásticos.

El punto donde el segmento corta el eje de deformación se llama deformación plástica, que significa el punto de cambio de forma permanente (irrecuperable) que ha tenido lugar en el material.

La Viscoelasticidad es la característica de un material que tiene propiedades tanto de fluido como de sólido. Un material sólido se deformará hasta cierto punto al aplicársele una fuerza externa. Una fuerza aplicada

continuamente sobre un cuerpo fluido causará una deformación contínua (conocida como flujo). La viscoelasticidad es una propiedad del fluido que es una medida cuantitativa de la resistencia al flujo. Utilizan los principios de la mecánica como de los fluidos.

VISCOELASTICIDADCuando muchos materiales se someten a niveles de solicitación relativamente bajos presentan comportamiento

elástico, y deformación plástica a niveles de solicitación altos.Los materiales elásticos se deforman instantáneamente cuando se someten a cargas aplicadas desde el

exterior y al ser retiradas recuperan su forma original casi instantáneamente. Para un material elástico, la solicitación solo es una función de deformación; y no manifiestan un comportamiento dependiente del tiempo. La relación solicitación-deformación es única.

Otros materiales, como los polímeros plásticos, metales a altas temp, y casi todos los materiales biológicos, presentan deformación gradual y recuperación cuando se someten a carga y descarga = se les llama viscoelásticos. La respuesta que presentan depende de con qué rapidez se aplica o elimina la carga. El punto de deformación que experimentan depende del grado de aplicación de las cargas que causan deformación. La relación solicitación-deformación no es única, pero es una función de tiempo o del grado en que las solicitaciones y deformaciones se desarrollan en el material.

VISCOELASTICIDAD = Viscosidad es una propiedad del fluido y es una medida de resistencia al flujo. Elasticidad es una propiedad del material sólido. Poseen propiedades del tipo sólido y tipo fluido.

Para un material elástico, la energía proporcionada para deformarlo (energía de deformación) es almacenada como energía potencial, disponible para devolver el material a su tamaño y forma original (sin solicitación) al ser eliminada la carga aplicada. La carga y descarga coinciden indicando no pérdida de energía. Y a niveles altos de solicitación, la mayoría de los materiales elásticos presentan comportamiento plástico.

Para los materiales elasto-plásticos, algo de la energía de deformación se disipa en forma de calor durante las deformaciones plásticas. Para los materiales viscoelásticos, algo de la energía de deformación se almacena en el material como energía potencial y algo de ésta se disipa en forma de calor sin tener en cuenta si los niveles de energía son pequeños o grandes.

Porque el comportamiento del material viscoelástico depende del tiempo, las diferencias entre las respuestas del material elástico y viscoelástico son más que evidentes bajo condiciones de carga dependientes del tiempo.

Material elástico + carga repentina = deformación inmediata.Material elástico - carga repentina (quitarla) = recuperación inmediata.Material viscoelástico + - carga repentina = la deformación incrementa o desciende gradualmente.Si es un sólido viscoelástico la recuperación será completa finalmente.Si es un fluido viscoelástico recuperación incompleta con un residuo de deformación mantenido en el

material. Un material elástico no manifestará comportamiento solicitación-relajación. Un material viscoelástico, responderá con un nivel de solicitación alto que disminuirá con el tiempo. Si es un sólido viscoelástico, el nivel de solicitación nunca se reducirá a cero. Un fluido viscoelástico la solicitación se reducirá finalmente a cero.

FATIGA Y RESISTENCIALas cargas que no pueden causar colapso de una estructura en una aplicación simple, pueden causar la

fractura cuando se aplican repetidamente.El colapso puede ocurrir dependiendo de la amplitud de la carga aplicada, las propiedades mecánicas del

material, el tamaño de la estructura y las condiciones operacionales. Fractura por cargas repetidas Fractura de fatiga.

A más alta temperatura a la que se usa el material, más baja es la fuerza de fatiga.Los equipos ortopédicos experimentan cargas y descargas repetidas (actividades de los pacientes y acciones

musculares). En algún tiempo (quizá años) , un equipo protésico de soporte de carga o equipo de fijación, después de ciclos de carga y descarga (alternancia de solicitaciones) puede causar el colapso por fatiga del equipo.

BIOMECÁNICA DE LOS TEJIDOS DEL SISTEMA MUSCULOESQUELÉTICO

Objetivos del Sistema Esquelético (solo la dentina y el esmalte de los dientes son más duros que los huesos): a) Proteger los órganos internos.b) Proporcionar uniones cinemáticas rígidas y lugares de inserción muscular.c) Facilitar la acción muscular y el movimiento corporal, incluyendo su desplazamiento trasnacional.

Características:a) Es uno de los tejidos más dinámicos y metabólicamente activos, y permanece activo a lo largo de toda la vida.b) Ricamente vascularizado.c) Excelente capacidad de autorreparación.d) Puede alterar sus propiedades y configuración en respuesta a cambios en la demanda mecánica impuesta sobre él uso intenso = aumenta su densidad, desuso = perdida ósea y osteoporosis.e) Cambios en la forma ósea durante la curación de una fractura.

Tejido óseo = Tejido Conectivo especializado. Su composición sólida se adapta a sus funciones de sostén y protectoras. Tiene células y matriz extracelular orgánica de fibras y una sustancia fundamental producida por las células.

Alto contenido en materiales inorgánicos en forma de sales minerales que se combinan íntimamente con la matriz orgánica. El componente inorgánico lo hace duro y rígido. El componente orgánico proporciona flexibilidad y elasticidad.

Su composición difiere del lugar (su localización en el cuerpo), edad, dieta y presencia de enfermedad.El colágeno compone aproximadamente el 90% de la matriz extracelular y forma aproximadamente el 25% del

peso seco del hueso. Es el bloque de construcción universal del cuerpo, y el principal componente fibroso de otras estructuras esqueléticas.

La sustancia fundamental gelatinosa que rodea a las fibras mineralizadas de colágeno es principalmente polisacáridos protéicos o glucosaminoglicanos. Sirven de sustancia de cimentación para las capas de fibras mineralizadas de colágeno. Son el 5% de la matriz extracelular.

Agua. Hasta el 25% del peso del hueso.

PROPIEDADES BIOMECÁNICAS DEL HUESO

Puede ser considerado como un material bifásico = compuesto de 2 fases : 1) el mineral , 2) el colágeno y la sustancia fundamental. Un elemento fuerte y vidriado incrustado en uno más débil y flexible. Sus propiedades mecánicas más importantes son: su fuerza y su rigidez.

Si se aplica una solicitación dentro de su límite elástico, al ser retirada esta, volverá a sus condiciones originales inmediatamente. A medida que la carga excede este límite, la estructura ósea exhibe un comportamiento plástico, y la estructura no volverá a sus dimensiones originales cuando se libere la carga y habrá alguna deformación residual permanente. Si la carga se incrementa progresivamente, la estructura se colapsará en algún punto (fractura).

Los dos tipos básicos de deformación son la deformación lineal (cambio en la longitud = alargamiento o acortamiento), y la deformación en cizalla (cambio en las relaciones angulares dentro de la estructura = es la cantidad de cambio angular en un ángulo recto que se dispone en el plano de interés en la muestra).

El hueso cortical es más rígido que el hueso esponjoso, soportando mayor solicitación pero menos deformación entes del colapso. El hueso esponjoso (in Vitro) puede soportar hasta un 50% de deformación antes de empezar a tensionarse, mientras que el hueso cortical cede y se fractura cuando la deformación excede de 1.5 a 2%. Debido a su estructura porosa, el hueso esponjoso tiene una gran capacidad para el almacenamiento de energía. La diferencia física entre los dos tejidos óseos se cuantifica en términos de la densidad aparente del hueso (masa de tejido óseo presente en una unidad de volúmen de hueso).

Se puede decir que la fuerza y rigidez ósea son máximas en la dirección en la que más se aplican las cargas diariamente.

Su comportamiento mecánico (bajo la influencia de fuerzas y momentos) se ve afectado por sus propiedades mecánicas, características geométricas, el tipo-dirección-frecuencia de la carga aplicada.

Comportamiento del Hueso bajo varios modos de carga:

Las fuerzas y momentos aplicados en varias direcciones, pueden producir tensión, compresión, flexión, cizalla, torsión y carga combinada.

Tensión: Cargas iguales y opuestas se aplican hacia fuera de la superficie de la estructura. La solicitación y deformación tensil se producen en el interior de la estructura. Solicitación tensil: muchas pequeñas fuerzas alejándose de la superficie de la estructura. La máxima solicitación tensil se produce en un plano perpendicular a la carga aplicada. Las fracturas por carga tensil se suelen ver en huesos con una gran proporción de hueso esponjoso. Ej: a) las fracturas de la base del 5° metatarsiano adyacentes a la inserción del tendón del músculo peroneo lateral corto, b) las fracturas del calcáneo adyacentes a la inserción del tendón de Aquiles (contracción intensa del tríceps sural carga tensil anormalmente alta).

Compresión: Aplicación de cargas iguales y opuestas hacia la superficie de la estructura, la solicitación y deformación compresiva se producen en el interior. Solicitación Compresiva: muchas pequeñas fuerzas dirigidas hacia

la superficie. La solicitación compresiva máxima se produce en un plano perpendicular a la carga aplicada. Bajo carga compresiva, la estructura se acorta y se ensancha. Las Fxs por compresión se encuentran comúnmente en vértebras, que están sometidas a intensas cargas compresivas.

Cizalla: Carga paralela a la superficie de la estructura. La solicitación y deformación en cizalla se producen dentro de la estructura. Solicitación en Cizalla: Se define como muchas pequeñas fuerzas actuando sobre la superficie de la estructura en un plano paralelo a la carga aplicada. La estructura sometida a la carga de cizalla se deforma internamente de una manera angular; los ángulos rectos sobre una superficie plana dentro de la estructura se convierten en obtusos o agudos.

Siempre que una estructura se somete a una carga tensil o compresiva, se produce una solicitación en cizalla. Las fracturas en cizalla se ven más a menudo en el hueso esponjoso. El hueso cortical adulto humano exhibe diferentes valores para la solicitación última bajo cargas compresivas, tensiles y en cizalla. El hueso cortical puede soportar mayores solicitaciones en compresión (aproximadamente 190 MPa) que en tensión (aproximadamente 130 MPa) y mayor solicitación en tensión que en cizalla (70 MPa). La elasticidad (módulo de Young) es aproximadamente 17 GPa en carga longitudinal o axial y aproximadamente 11 GPa en la carga transversal. Los valores del hueso trabecular humano para la medición en compresión son aproximadamente 50 MPa y se reducen a aproximadamente 8 MPa si se carga en tensión. El módulo de elasticidad es bajo (0.0 – 0.4 GPa) y dependiente de la densidad aparente del hueso trabecular y de la dirección de la carga. La consecuencia biomecánica clínica es que la dirección del colapso en compresión resulta en general en una fractura estable, mientras que una fractura iniciada por tensión o cizalla puede tener consecuencias catastróficas.

Las tres estructuras principales que rodean íntimamente, conectan y estabilizan las articulaciones son:

- Tendones. - Ligamentos. - Cápsula Articular.Son estructuras pasivas pero con un papel esencial en el movimiento articular:

a) Conectan un hueso con el otro.b) Aumentan la estabilidad mecánica de las articulaciones.c) Guían el movimiento articular.d) Evitan el movimiento excesivo.

Los ligamentos y las cápsulas articulares actúan como limitadores estáticos. Los tendones insertan el músculo al hueso y transmiten las cargas tensiles de aquél a este, produciendo movimiento articular o manteniendo la postura corporal. Los tendones y los músculos forman la unidad músculo-tendón que actúa como un limitador mecánico.

Factores que afectan la función biomecánica de los tendones y los ligamentos son el envejecimiento, el embarazo, la movilización y la inmovilización, la diabetes, el uso de medicamentos antiinflamatorios no esteroideos (AINE), y los efectos de la hemodiálisis.

TENDONES Y LIGAMENTOSSon tejidos conectivos densos = tejidos colagenosos

de fibras paralelas; escasamente vascularizados. COLÁGENO: El colágeno es su principal

componente, proteína fibrosa que constituye aproximadamente un tercio de las proteínas totales del

cuerpo. El colágeno constituye una gran porción de la matriz orgánica del hueso y el cartílago y tiene una única función de soporte mecánico en otros tejidos conectivos tales como vasos sanguíneos, corazón, uréteres, riñones, piel e hígado. La gran estabilidad mecánica del colágeno proporciona a los tendones y ligamentos su característica fuerza y flexibilidad.

Fracturas en compresiónsubcapitales bilaterales

del cuello femoral enun paciente que fue tratado

con terapia electroconvulsiva.

Están constituidos por pocas células (fibroblastos) y en una abundante matriz extracelular. Esta matriz extracelular está formada 70% por agua y 30% sólida. Los sólidos son: colágeno por arriba del 75%, sustancia fundamental y una pequeña cantidad de elastina.La molécula de colágeno más común es el colágeno tipo I, comprende 3 cadenas. Casi 2/3 de la molécula de colágeno consiste en 3 a-a: glicina (33%), prolina (15%), e hidroxiprolina (15%).

Las moléculas nuevas de colágeno recién formado tienen sus puentes entre las 3 cadenas de la molécula de colágeno y son fácilmente solubles en soluciones neutras de sal y en soluciones ácidas, y las uniones cruzadas son desnaturalizadas bastante fácilmente por el calor.

El colágeno maduro no es soluble en soluciones neutras de sal ni en soluciones ácidas y sobrevive a una más alta temperatura de desnaturalización.

La vida media del colágeno en un ser maduro es muy larga; quizá existan a lo largo de toda la vida adulta del organismo; sin embargo en jóvenes y en tejidos físicamente alterados ( por ej lesionados inmovilizados) el recambio se ve acelerado.

ELÁSTINA: Las propiedades mecánicas de los tendones y ligs también dependen de la proporción de elastina que contengan. Es escasa en tendones y ligamentos de extremidades, pero el ligamentos elásticos como el lig amarillo: cada uno de los ligamentos que unen a distancia las láminas vertebrales entre si, constituidos por tejido elástico, su proporción es sustancial; conectan las láminas de vértebras adyacentes con un papel especializado que es proteger las raíces nerviosas espinales de atropamientos mecánicos, para presolicitar el segmento móvil (la unidad funcional de la columna) y proporcionar a la columna cierta estabilidad intrínseca.

SUSTANCIA FUNDAMENTAL: En ligs y tendones consiste de proteoglicanos junto con glicoproteínas estructurales. Los proteoglicanos se unen a la mayoría del agua extracelular del lig y tendón, haciendo que la matriz sea un material tipo gel altamente estructurado más que una solución amorfa. Actúa también como una sustancia tipo cemento, entre las microfibrillas de colágeno, y ayuda a estabilizar el esqueleto colagenoso de los tendones y ligs y contribuye a la fuerza global de estas estructuras compuestas.

VASCULARIZACIÓN: Los tend y ligs tienen una vascularización limitada, que afecta su proceso de curación y a su actividad metabólica. Se encarga de mantener el proceso continuo de la síntesis y reparación de la matriz. En su ausencia, el daño derivado de actividades normales se acumula (fatiga) y el ligamento corre el riesgo de romperse.

ESTRUCTURA EXTERNA E INSERCIÓN EN EL HUESO: Los tendones tienen una vaina que los protege y facilita su deslizamiento. El algunos tendones como los flexores de los dedos, la vaina recorre la longitud del tendón, y en otros la vaina se encuentra sólo en el punto donde el tendón se flexiona en relación a una articulación.

En las zonas donde los tendones se someten a fuerzas de fricción particularmente altas (como en las palmas, en los dedos, y a nivel de la articulación de la muñeca), una lámina sinovial parietal se encuentra justo debajo de la superficie del tendón (su cubierta se llama paratendón), esta membrana del tipo sinovial, llamada epitendón, rodea varios haces de fibras. El fluido sinovial producido por las células sinoviales del epitendón facilita el deslizamiento del tendón.

En zonas donde el tendón no requiere tanto sometimiento a fuerzas de fricción, están rodeadas sólo por el paratendón.

Al final del tendón, las fibras de colágeno se entrelazan con fibrocartílago; este fibrocartílago se convierte gradualmente en fibrocartílago mineralizado y luego emergen hacia el hueso cortical. El cambio de material más tendinoso a material más óseo produce una alteración gradual en las propiedades mecánicas del tejido (ej rigidez incrementada), que resulta en un efecto de disminución de concentración de la solicitación en la inserción del tensón hacia el hueso más rígido.

COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE TENDONES Y LIGAMENTOS: Son estructuras viscoelásticas con propiedades mecánicas unidas.

Los tendones son suficientemente fuertes para soportar las elevadas fuerzas tensiles que resultan de la contracción muscular durante un movimiento articular, aunque son suficientemente flexibles para angularse alrededor de las superficies óseas y desviarse por debajo de los retináculos para cambiar la dirección final de la tracción muscular.

Los ligamentos son plegables y flexibles, permitiendo los movimientos naturales a los huesos a los que se insertan, pero son fuertes e inextensibles como para ofrecer una resistencia adecuada a las fuerzas aplicadas.

Ambos, ligs y tendones soportan principalmente cargas tensiles durante la carga normal y excesiva. Cuando la carga lleva a la lesión, el grado de daño se afecta por la tasa de impacto además de por la cantidad de carga.

En reposo, (1) las fibras se observan onduladas, se estiran fácilmente sin mucha fuerza. A medida que la carga continúa, la rigidez del tejido incrementa y se requiere progresivamente mayor fuerza para producir cantidades equivalentes de elongación. La elongación se expresa como deformación (es el cambio de longitud calculado como un porcentaje de la longitud original del espécimen).

Si se incrementan las deformaciones, una región lineal continuará a la región inicial (2) y corresponde a la respuesta de tejido a la mayor elongación.

Tras la región lineal, a grandes deformaciones, la curva de solicitación-deformación puede terminar abruptamente o la curva puede descender como resultado de cambios irreversibles (3). Donde la curva se estabiliza hacia el eje de deformación, el valor de la carga se designa como P. El punto en el que se alcanza este valor es el límite de elasticidad para el tejido.

Cuando se sobrepasa la región lineal, se produce el principal colapso de los haces de fibras de una forma impredecible. Con la consecución de la máxima carga que refleja la fuerza tensil última del espécimen, el colapso completo se produce rápidamente, y la habilidad de soportar la carga del tendón o el ligamento se reduce sustancialmente (4).

Durante la carga y la descarga de un ligamento entre dos límites de elongación. Las fibras elásticas permiten al material retornar a su forma y tamaño original después de ser deformado.

Entretanto, parte de la energía gastada se almacena; la que se pierde representará la pérdida de energía durante el ciclo y se llama histéresis.

‹ El área oscura en la imagen de la izq representa la energía perdida.

COLAPSO DEL LIGAMENTO Y MECANISMOS DE LESIÓN DEL TENDÓN: Los mecanismos para ambos tejidos son similares. Cuando el lig. in vivo se somete a la carga que excede el rango fisiológico, el microcolapso se produce incluso antes de que se alcance el límite de elasticidad.

Cuando se excede el límite de carga, el lig. empieza a experimentar un colapso notable y simultáneamente la articulación empieza a desplazarse anormalmente, pudiendo dañar a las estructuras adyacentes como cápsula articular, ligs y vasos sanguíneos que irrigan a estas estructuras.

El microcolapso se inicia incluso antes de que se exceda el rango de carga fisiológico y puede ocurrir a lo largo del rango fisiológico en cualquier ligamento dado.

LESIONES LIGAMENTARIAS: Grado I = síntomas clínicos inapreciables, algo de dolor pero no se aprecia inestabilidad articular.Grado II = dolor intenso y cierta inestabilidad articular (colapso progresivo de las fibras de colágeno que provoca ruptura parcial de lig.). La fuerza y rigidez del lig se ha reducido alrededor del 50% más o menos. La inestabilidad articular se enmascara a menudo por la actividad muscular. (por eso el test se hace bajo anestesia). La carga de una articulación que es inestable como resultado de una ruptura ligamentosa o de la cápsula articular produce solicitaciones anormalmente altas sobre el cartílago articular. Esto se ha correlacionado con la osteoartritis precoz.

Los mecanismos son similares en ligs y tendones, pero en los tendones hay dos factores adicionales debido a su inserción a los músculos: la cantidad de fuerza producida por la contracción de un músculo al que se inserta el tendón y el área de sección cruzada del tendón en relación a la de su músculo. Un tendón está sometido a una solicitación creciente a medida que el músculo se contrae. Cuando la contracción muscular es al máximo, también lo es la solicitación al tendón.

Esta solicitación puede ser incrementada más si se produce la rápida contracción excéntrica del músculo (ej la rápida dorsiflexión del tobillo, que no permite la relajación refleja de los músculos gemelos y soleo, incrementa la tensión sobre el tendón de Aquiles).

La fuerza de una músculo depende de su sección transversa fisiológica. A mayor área de sección cruzada del tendón, mayores son las cargas que puede tolerar. Se ha visto que la fuerza tensil de un tendón sano puede ser más de dos veces la de su músculo Las rupturas musculares son más comunes que las rupturas a través del tendón.

MÚSCULOS

El calentamiento.

Se trabajan todas las articulaciones principales del cuerpo. Los ejercicios empezarán lentamente y aumentarán gradualmente la intensidad y amplitud del movimiento de la articulación.

El aumento de la temperatura producida por los ejercicios de calentamiento provoca varios efectos fisiológicos. Se aumenta la capacidad de la hemoglobina para liberar el oxígeno a los tejidos musculares, lo que permite un proceso metabólico más rápido en el interior de los músculos y un aumento en la eficacia funcional de las unidades musculares que trabajan.

Existe vasodilatación con aumento de flujo. El flujo sanguíneo disminuye su viscosidad facilitando el aumento

de flujo e incrementando así la eficacia funcional de los grupos activos. Además, el flujo aumentado evita que exista demasiada acumulación de productos de desecho metabólico.

A temperaturas elevadas, la contracción muscular se produce más rápidamente y con mayor fuerza, lo que permite que el individuo realice movimientos complejos de una forma coordinada. Esta capacidad se incrementa posteriormente gracias al aumento de las transmisiones de los impulsos neuromusculares los grupos musculares en actividad. Este aumento de la capacidad de los impulsos neuromusculares para dirigirse a los principales grupos musculares involucrados podría aumentar la capacidad del individuo para reaccionar a los movimientos bruscos o cambios de dirección.

El flujo sanguíneo aumentado de los músculos tiene una influencia positiva sobre la elasticidad, con el consiguiente mejoramiento en el funcionamiento mecánico y la capacidad de las unidades musculares en actividad para adaptarse a los cambios de longitud. Todo esto tiene una influencia positiva sobre la disminución de la incidencia de lesiones.

La temperatura del organismo vuelve a la normalidad aproximadamente al cabo de 45 minutos de iniciado el reposo.

Los ejercicios de flexibilidad (estiramientos) son más convenientes cuando los músculos ya están calientes y por lo tanto más flexibles, y no al inicio como muchos los realizan, pero si deben realizarse antes de iniciar con la demanda intensa del trabajo muscular y físico, también deben realizarse los estiramientos después de la actividad intensa ya durante la etapa de enfriamiento.

Objetivos del Calentamiento.

1- El flujo sanguíneo de los músculos a ejercitar, debe aumentar elevando la temperatura muscular, dando por resultado los efectos antes mencionados.2- Debe aumentar la respiración y permitir así que el sistema respiratorio reúna la demanda incrementada de oxígeno.3- La frecuencia del pulso también debe aumentar, para que la sangre repleta de oxígeno se transporte a los músculos.4- Los movimientos activos de las articulaciones del cuerpo deberían provocar un aumento de la producción del líquido sinovial para disminuir la tensión y fricción sobre las superficies articulares.

Enfriamiento o Periodo de Refresco.

Dado que el ejercicio muscular intenso provoca la producción de lactato, el cual inhibe la velocidad de la glucólisis y la movilización de los ácidos grasos libres, puede ser crucial la eliminación del ácido láctico tras el ejercicio de gran intensidad, y esta eliminación del lactato aumenta durante la recuperación mediante ejercicios aerobios moderados.

Se facilita el retorno venoso hacia el corazón mediante la acción de bombeo de los músculos impidiendo así la acumulación de sangre en las extremidades. Hay estudios que muestran que el reposo tras el ejercicio produce una frecuencia cardiaca neta más rápida de retorno a nivel basal de captación neta de oxígeno.

Si se continúa con actividad en lugar de detenerse por completo, los niveles de lactato continúan disminuyendo más rápidamente que en pasividad.

Las sesiones de enfriamiento deben durar mientras la frecuencia cardiaca esté encima del nivel de frecuencia de reposo.

El dolor muscular que queda después de un ejercicio intenso, disminuye al realizarse una buena etapa de enfriamiento, cuando el dolor es producido por acumulación de lactato. Pero si el dolor es producido por microdesgarros ya sea de tejido muscular o de tejido conectivo, la sesión de enfriamiento no tiene ningún efecto, el dolor permanece hasta que la lesión es reparada.

Muchos afirman sentirse menos fatigados el día después de un entrenamiento con enfriamiento, y se explica por la eliminación del lactato y el consiguiente aumento de la velocidad de la glucólisis y movilización de los ácidos grasos libres.

Objetivos del enfriamiento.

1- Reducir los niveles de lactato en sangre tan pronto como sea posible para aumentar la recuperación.2- Permitir que la frecuencia cardiaca, la respiración y otras funciones del organismo se adapten al cambio de nivel de actividad.3- Aumentar o mantener la flexibilidad muscular mediante el estiramiento de los músculos calientes.

LESIONES¿Dónde y cómo se realizó la lesión? ¿Por una actividad única? ¿Por un traumatismo repetido y

sobreutilización?Hay que diferenciar la causa del efecto. Identificar la fuerza (incluyendo cantidad de energía) causante y

productora de la lesión. EL MECANISMO DE LESIÓN. Todo esto nos da una detección precoz y el inmediato diagnóstico, con el consiguiente tratamiento adecuado.

Estableciendo el mecanismo de lesión, se puede determinar qué parte del cuerpo está lesionada, tejidos específicos y el alcance potencial de la lesión y posibles secuelas con limitaciones futuras.

Si no se conoce cómo se ha producido la lesión y cómo reacciona el cuerpo a las cargas aplicadas, no pueden eliminarse, y ni siquiera limitarse la lesión corporal resultante. El conocimiento de los principios biomecánicos aplicados a la producción de la lesión puede ayudar a disipar las malas interpretaciones acerca de la etiología de las lesiones.

Desde la molesta ampolla hasta la fractura invalidante, todas las lesiones involucran aplicación de fuerzas.

La fuerza puede definirse como una tracción o un empuje o como la entidad que tiende a producir o modificar el movimiento. Una fuerza puede describirse por cuatro características importantes:

1- Punto de aplicación. El punto de aplicación es la localización en donde la fuerza aplicada toma contacto con la parte del cuerpo.

2- Línea de aplicación. La línea de aplicación describe la trayectoria a lo largo de la cual actúa la fuerza. 3- Dirección. La línea pasa a través del punto de aplicación. Se representa por una punta de flecha .4- Magnitud. Es la cantidad de fuerza aplicada en el punto de aplicación. Suele ser el producto de la masa del

objeto (m) y la velocidad (v) dividido por el tiempo (t), 2° ley de Newton F = mv / t . El ángulo con el que esta línea se aproxima a la parte del cuerpo, determina qué cantidad de fuerza se dirige al interior del cuerpo y qué cantidad de fuerza se desliza a lo largo de la superficie de la parte del cuerpo.

Ejemplo: a) Una fuerza perpendicular (fuerza normal) al cuerpo puede producir una contusión.b) Una fuerza paralela al cuerpo produce una abrasión.c) Si la línea está situada entre la perpendicular y la paralela del cuerpo, se produce una combinación de contusión y abrasión. La línea de aplicación de la fuerza (F) produce un componente de compresión (C) y un componente de cizallamiento (S). La dirección de la fuerza, al chocar con el cuerpo, produce una fuerza de reacción (3° ley de Newton). La magnitud de la fuerza aplicada puede ser perpendicular (normal) o paralela a la superficie del cuerpo (tangencial).

Carga. Una fuerza externa aplicada a un objeto se denomina carga. Las cargas más frecuentes aplicadas al cuerpo que pueden producir lesión son el contacto directo con otro objeto, la contracción muscular y la inercia de la parte del cuerpo.

Los huesos, ligamentos, tendones, músculos y cartílagos proporcionan las fuerzas de resistencia a las cargas. Los músculos, al unir los huesos pueden establecer la tensión sobre las apófisis del hueso. También actúan en solitario o en grupos produciendo tensión o compresión a partir de las fuerzas resultantes o estableciendo momentos de curvatura o torsión.

Inercia es la propiedad de un objeto a resistir el cambio de movimiento (1ª ley de Newton). Esta fuerza tiende a mantener el objeto en reposo (si estaba estacionario), o mantener al objeto en movimiento a velocidad constante en línea recta.

MomentosLa magnitud depende de la magnitud del componente de la fuerza (F) perpendicular al brazo de palanca

(momento) y la longitud del brazo de esfuerzo. El momento opuesto se llama momento de resistencia. Si el brazo de F es mayor que el brazo de R, la magnitud de F es menor que R para mantener el equilibrio. Esta relación de los brazos de palanca proporciona la ventaja mecánica del sistema de palancas. Si el brazo de esfuerzo es de 30cm y el brazo de resistencia es de 5cm, la ventaja mecánica será de 6: 30 cm/ 5 cm = 6.

Tensión – deformación.Al aplicarse una carga sobre un objeto, éste tiende a resistir a los cambios de tamaño o forma que pueden

producirse por la carga. Esta resistencia o reacción interna a la carga es la tensión mecánica. Se mide en unidades de fuerza por unidad de área (Presión). La tensión no puede resistir completamente a la carga, de modo que se producen algunos cambios en la forma o tamaño. Este cambio es la deformación.

La deformación se determina comparando el cambio en la longitud con la longitud original en deformaciones normales o longitudinales, y el cambio en el ángulo con el ángulo original en la deformación por cizallamiento.

Los principales tipos de tensiones y deformaciones son la compresión, la presión y el cizallamiento. En la compresión, el objeto disminuye de longitud pero aumenta de perímetro (ej. carga sobre un disco intervertebral, las dos superficies se acercan entre ellas al protruir el anillo fibroso bajo la tensión. Con la presión, el objeto se estrecha.

El cizallamiento se produce cuando las cargas actúan paralelamente a otra pero en direcciones opuestas, creando una deformidad angular.

Flexibilidad: El alcance total (dentro de los límites de dolor) de una parte del cuerpo a través de su arco de movimiento potencial. La habilidad de un músculo para relajarse y producir una fuerza de estiramiento. La extensibilidad de tejido periarticular (estructuras que circundan y cruzan las articulaciones) para permitir un movimiento normal o fisiológico de una articulación o extremidad corporal.

Flexibilidad adecuada: El estado ideal de longitud y elasticidad de las estructuras cruzando las articulaciones y afectando un movimiento articular sencillo o doble (tal como los músculos posteriores al muslo –isquiotibiales -cruzando la cadera y las articulaciones de la rodilla).

Estiramiento: Descripción de una actividad que aplica una fuerza deformadora a lo largo del plano de un movimiento.

Ejercicios de Flexibilidad: Término general utilizado para describir ejercicios ejecutados por una persona para elongar los tejidos blandos (músculos, aponeurosis, tejido conectivo, tendones, ligamentos, cápsulas articulares y la piel) de forma pasiva (aplicación manual o mecánica de una fuerza externa para estirar los tejidos blandos) o activamente (el estiramiento de los tejidos blandos se lleva a cabo por el mismo individuo).

Movilización: Describe la aplicación de una fuerza a través de planos rotatorios o translatorios de un movimiento articular.

Movilización articular: Tracción pasiva y/o movimientos de deslizamientos aplicados en las superficies articulares que mantienen o restauran el juego normal articular permitido por la cápsula, de manera que puede llevarse a cabo el mecanismo de rodar-deslizar mientras se mueva el individuo.

Estabilidad: La habilidad de una articulación/armazón óseo para amortiguar y resistir/aguantar movimientos sin ocasionar lesiones en las articulaciones y a sus tejidos circundantes, tales como lesiones de dislocación articular, esguinces (desgarres) de los ligamentos, o desgarres del tejido muscular. La resistencia o cohesión a desplazamientos de potencial dislocante.

Laxitud (o flojedad): Describe el grado de estabilidad de una articulación, la cual depende de sus estructuras de soporte (ligamentos, cápsula articular y continuidad ósea). El grado de movimiento anormal de una articulación.

Propósito de las Articulaciones Sin las articulaciones no hubiera movimiento ni estabilidad. Estas uniones permiten los movimientos angulares de los segmentos del cuerpo. Las articulaciones proveen estabilidad o soporte/apoyo estático. Además, como una unidad total del cuerpo humano, las articulaciones proveen la capacidad para trasladarse de un punto a otro (movimientos translatorios).

Flexibilidad de las Articulaciones Falta/mala flexibilidad. Causas Esta condición puede ser ocasionada por varios factores. Una posible causa puede ser la postura defectuosa, aquellas posturas inapropiadas habituales y en el trabajo fatigoso. La inactividad física/inmovilización afecta la flexibilidad. Definitivamente la edad es un determinante no controlable. En términos generales, la flexibilidad disminuye gradualmente desde el nacimiento hasta la senectud. Por otro lado, los ejercicios de estiramiento ayudan a retrasar la pérdida gradual de flexibilidad que ocurre al individuo avanzar en edad. Sin embargo, programas de entrenamiento con resistencias (e.g., pesas) para el desarrollo de volumen muscular (principalmente mediante alta resistencia y baja repetición) que no incorpora una sesión de estiramiento después del ejercicio pueden ser detrimentales para el nivel de flexibilidad. El género o las diferencias entre sexos influyen en el grado de flexibilidad del individuo. Hacia una misma edad, las niñas y las mujeres son, por término medio/promedio, más flexible que los varones, ya que las mujeres no desarrollan la cantidad de volumen muscular que se observa en los hombres (principalmente por razones hormonales). La compresión de los nervios periféricos. puede también inducir un problema de flexibilidad. Otro factor es la dismenorrea o dolor menstrual. El sistema articular cuenta con diversas clases de articulaciones. Cada tipo de articulación se caracteriza por un nivel de movilidad particular. Por consiguiente, el tipo de articulación afecta la flexibilidad de diferentes partes en nuestro cuerpo.

Efectos La pobre flexibilidad tiene consecuencias adversas para el rendimiento deportivo. Limita evidentemente el entrenamiento y la práctica de deportes competitivos y recreativos. En términos clínicos, una mala flexibilidad limita la corrección voluntaria de los defectos posturales. Un problema de flexibilidad crónico (a largo plazo) puede resultar (o agravar) ciertas condiciones óseo-articulares. Durante cierto número de años, la falta de flexibilidad tiende a convertirse en permanente o irreversible, especialmente a medida que el desarrollo de la artrosis provoca la calcificación de los tejidos cercanos de las articulaciones.

Flexibilidad excesiva. Como todos sabemos, los extremos son dañinos para la salud. Mucha va en detrimento de la estabilidad articular y sostén deseado. Puede predisponer a lesiones articulares.

Buena flexibilidad. La apropiada flexibilidad permite a la articulación moverse en forma segura en diferentes posiciones. Esto previene lesiones (musculares y ligamentosas) cuando la articulación se lleva forzadamente hasta el extremo de su amplitud de movimiento. Además, un buen nivel de flexibilidad ayuda a la eficiencia en la ejecutoria de las destrezas. Para poder alcanzar esta condición se debe poseer también estabilidad muscular y ligamentosa de las articulaciones envueltas.

Importancia terapéutica de la flexibilidad. Como un ejercicio terapéutico, los ejercicios de flexibilidad ayudan a la rehabilitación de la movilidad articular y de sus tejidos blandos envueltos luego de cirugías o traumas deportivas.

Ejercicios para aumentar/desarrollar la flexibilidad. Si el objetivo es un aumento en la flexibilidad más allá de los límites normales, se deben de seguir los siguientes delineamientos/recomendaciones: Los movimientos se deben de realizar a través de la máxima amplitud de la movilidad. Los ejercicios seleccionados deben incluir los grupos de músculos antagonistas.

Los Defectos Posturales.La mala postura es un desequilibrio del sistema músculo-esquelético que produce un mayor gasto de energía del

cuerpo, ya sea cuando éste se encuentra en actividad o en reposo, provocando cansancio y/o dolor. Las personas al tratar de reestablecer el equilibrio de sus cuerpos, adoptan nuevas posiciones, ocasionando mayores deformidades, en vez de apaciguar los efectos de una mala postura. Estas deformidades pueden ser incapacitantes desde el punto de vista estético y de orden funcional.

La mala postura en las personas es causada generalmente por problemas congénitos, genéticos, infecciosos, posturales o idiopáticos (originados en sí mismo). Las deformaciones en la columna también se pueden deber a enfermedades degenerativas o malos hábitos. Las posturas inadecuadas en las personas debido, por ejemplo, a cargas en la espalda, pueden causar dolores musculares en cuello, hombros y espalda, y provocar agotamiento. Por eso es recomendable que el peso máximo de carga sobre la espalda de una persona no exceda el 10% de su peso corporal.

La EscoliosisLa escoliosis es otra de las deformaciones de la columna con mayor recurrencia y se caracteriza por la

desviación lateral de la línea vertical de la columna vertebral.En la Escoliosis Estructurada se presenta la curva permanente acompañada de rotación de los cuerpos

vertebrales. En la No Estructurada, la curva desaparece con los movimientos de inclinación lateral del tronco. Así tenemos las escoliosis adoptadas por una mala postura, ya sea al sentarse o pararse, y las escoliosis provocadas por la Dismetría de miembros inferiores (cuando un miembro inferior es más corto que el otro).

LESIONES EN LOS DEPORTISTAS

LESIONES DE CORAZÓN:

MUERTE SÚBITA:a) La incidencia anual de muerte súbita, debida a enfermedad cardiovascular no diagnosticada, es de alrededor

1 de  cada 100,000 a 1 de cada 300,000 atletas, fundamentalmente adolescentes que participan en deportes organizados como el fútbol.

Entre atletas mayores, la frecuencia estimada de muerte súbita cardíaca podría ser mayor que en adolescentes: aproximadamente 1 de cada 15,000 a 50,000. Sin embargo, estos datos son limitados y la magnitud del problema de salud pública podría estar subestimada.

b) En cuanto al sexo existe un alto predominio en hombres, con una relación de 9:1 con mujeres. Ésta menor proporción de muertes podría explicarse porque las mujeres jóvenes participan menos en los deportes que se relacionan con muerte súbita, y en los deportes en general, además por la diferente demanda de entrenamiento, o por la diferente adaptación cardíaca.

La miocardiopatía hipertrófica es también menos reconocida clínicamente en mujeres que en hombres.La asociación de enfermedad cardiovascular no sospechada y muerte súbita en atletas jóvenes no es una

coincidencia. A partir del inicio de la participación de un individuo en deportes competitivos, la probabilidad de un evento de estos se incrementa, y en 90% de casos ocurre durante el ejercicio.

c) La muerte súbita en atletas ocurre en una gran variedad de deportes, pero los casos más reportados pertenecen al fútbol soccer, al fútbol americano y al básquetbol.

Atletas jóvenes:Las causas más comunes de muerte súbita cardiovascular en atletas competidores jóvenes, menores de 35

años de edad, son anormalidades congénitas graves del corazón. Entre éstas, la anomalía predominante es la miocardiopatía hipertrófica, la cual ocurre en alrededor de un

tercio de casos.

LESIÓN DEL LIGAMENTO ANTERIOR DE LA RODILLA

Los ligamentos cruzados anterior y posterior de la rodilla proporcionan estabilidad a la rodilla. Se cruzan uno con otro en forma de “X”, lo cual permite la flexión y extensión de esta articulación, sin que ocurran movimientos de lado a lado.

Las lesiones de los ligamentos cruzados habitualmente consisten en esguinces. El ligamento cruzado anterior es el que más a menudo se lesiona, debido a un movimiento de giro de manera súbita con los pies plantados en el piso, con lo cual el deportista cambia rápidamente de dirección, gira sin mover los pies  o falla al caer en tierra después de un salto.

Las lesiones del ligamento cruzado anterior por lo general causan dolor y producen un sonido semejante a un pequeño estallido al momento de la lesión. Estas lesiones se pueden describir como un pequeño desgarro, un desgarro completo o una avulsión del hueso en el que se inserta el ligamento en la rodilla.

DESGARRO DE LOS MENISCOS:

Los meniscos son pequeñas piezas de cartílago en forma de “C”, que actúan como un amortiguador en la articulación de la rodilla. Uno de ellos es externo (el menisco lateral) y el otro, interno (el menisco medial).

Los desgarros de meniscos ocurren cuando estas piezas de cartílago son lesionadas durante movimientos que rotan de manera forzada la rodilla, mientras carga peso. Algunas veces ocurren desgarros totales o parciales cuando el atleta gira o rota rápidamente sobre la parte superior de la pierna (con el pie firmemente plantado).

Un menisco desgarrado o roto causa dolor que incluso puede ser severo si los fragmentos de menisco son presionados entre las superficies articulares del fémur y la tibia. Es común que ocurra edema al momento de la lesión, pero se puede desarrollar hasta horas después, cuando se inflaman los tejidos de la articulación. Con frecuencia, la lesión produce un sonido de “clic” al momento que ocurre o la articulación puede sentirse debilitada.

ESGUINCE DE TOBILLO:

El tobillo es uno de los sitios más lesionados durante las actividades o deportes profesionales o recreacionales. La mayoría de los esguinces de tobillo ocurren cuando el pie sufre una inversión o eversión abruptas, como cuando el atleta corre, da un giro, se cae o aterriza después de un salto; así uno o más ligamentos laterales de articulación se lesionan.

Los signos y síntomas usuales de un esguince incluyen dolor, edema, ardor y pérdida de la capacidad funcional. Estas manifestaciones varían en intensidad dependiendo de la severidad de la lesión.

PRIMER GRADO: • Éste es leve, con dolor leve, escaso edema y puede haber rigidez de la articulación.• Consiste en un alargamiento o desgarro menor del ligamento, sin laxitud.• Usualmente afecta el ligamento talofibular anterior.• La pérdida de la función es mínima o no ocurre.• El atleta puede volver a su actividad normal después de unos cuantos días, sin el auxilio de dispositivo alguno.

SEGUNDO GRADO:• Éste es leve, con dolor leve, escaso edema y puede haber rigidez de la articulación.• Desgarro parcial de uno o varios ligamentos laterales.• Pérdida moderada de la función, sin dificultad para elevar el primer ortejo y para caminar.• La recuperación total de la fuerza y estabilidad de la articulación toma más de 3 meses.

TERCER GRADO: • Inicialmente puede haber dolor severo, que luego más adelante puede ser leve o desaparecer cuando hay disrupción total de las fibras nerviosas.• El edema puede ser profuso y la articulación se presenta rígida algunas horas después de la lesión.• Hay ruptura completa de los ligamentos del complejo lateral, con laxitud severa.• Existe pérdida completa de la función y necesidad de inmovilización y apoyo para la deambulación.• La recuperación puede tardar cuatro meses o más.

Representación esquemática del control ventilatorio durante el ejercicio.

BIBLIOGRAFÍA

BIOMECÁNICA ORTOPÉDICA De Victor H. Frankel y Albert H. Burstein