Biomecanica de columna

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

2. BIOMECANICA Es la rama de la ciencia que estudia los efectos de la energía y las fuerzas sobre los sistemas biológicos. Aplica las leyes físicas y mecánicas a los sujetos vivos bajo condiciones normales y anormales

3. BIOMECANICA Aplica las leyes físicas Newtonianas sobre modelos biológicos para describir su comportamientos y funciones. Primera ley o ley de inerc i a 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 Din ámica La fuerza que act ú a sobre un cuerpo es directamente proporcional a su aceleración. Tercera ley o Principio de acci ón-reacción Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce sobre el primero una fuerza igual y de sentido opuesto.

4. BIOMECANICA La ortopedia se enfoca en los efectos de las fuerzas aplicadas (Movimientos y deformaciones) y momentos que actuan sobre los tejidos músculo-esqueléticos. Cinemática y Fricción.

5. FUERZAS ESQUELETICAS ESTATICA .- ES EL ESTUDIO DE LOS CUERPOS QUE PERMANECEN EN REPOSO O EN EQUILIBRIO. Equilibrio Estable Equilibrio Inestable Equilibrio Indiferente

6. FUERZAS ESQUELETICAS DINAMICA.- Estudia las fuerzas que producen el movimiento, dividiéndose en CINEMATICA Y CINETICA. CINETICA.- Estudia el movimiento de los cuerpos y las fuerzas que actúan para producirlos. CINEMATICA.- Es la ciencia del movimiento que estudia las relaciones que existen entre el desplazamiento, velocidades, y aceleraciones en el movimiento.

7. FUERZAS ESQUELETICAS MOVIMIENTO.- Estado de un cuerpo que cambia de situación por efecto de una fuerza intrínseca o extrínseca Cambio de posición de un objeto con respecto a otros que se suponen fijos. CLASES DE MOVIMIENTO: RECTILINEO, ELIPTICO, CIRCULAR. VELOCIDAD.- Tiempo en el que se realiza un fenómeno. ACELERACION.- Es la variación que experimenta la velocidad en cada unidad de tiempo. M/seg x seg

8. FUERZAS ESQUELETICAS Existen 2 tipos de movimiento: El TRANSLACIONAL (cada punto del cuerpo se desplaza en líneas paralelas) EL ROTACIONAL (cuando los puntos del cuerpo describen círculos concéntricos alrededor de un eje). La cinemática define al movimiento como el cambio continuo de posición.

9. CONCEPTOS BASICOS DE BIOMECANICA ENERGIA.- Es la capacidad de realizar un trabajo. Newton/metro (N/m) QUIMICA, MECANICA, TERMICA, ELECTRICA, ATOMICA, NUCLEAR. Energía potencial. Energía cinética. Poseída por un cuerpo. Energía del movimiento,

10. CONCEPTOS BASICOS DE BIOMECANICA FUERZA.- Un impulso o una tracción. Acción que cambia el estado de reposo al movimiento Newton.- Fuerza necesaria para acelerar una masa de 1 kg 1m/s 2 Existen 2 tipos: EXTERNAS (ajenas a la estructura, también llamadas de CARGA. INTERNAS (reaccionan a las cargas de las fuerzas externas, llamadas también TENSIONES).

11. CONCEPTOS BASICOS DE BIOMECANICA TRABAJO.- Es la fuerza necesaria para levantar un objeto en contra de la gravedad y se presenta el movimiento. JOULE. Producto de la fuerza aplicada por la distancia recorrida en la misma dirección de la fuerza. (N/m)

12. CONCEPTOS BASICOS DE BIOMECANICA POTENCIA.- Es la rapidez con la que se realiza un trabajo. WATT = TRABAJO DE 1 JOULE/ seg .

13. CONCEPTOS BASICOS DE BIOMECANICA PALANCAS.- Es una máquina simple constituída por una barra que apoyada en un punto llamado FULCRO vence una resistencia. Consiste en 2 fuerzas: POTENCIA y RESISTENCIA, que actúan alrededor de punto de apoyo llamado FULCRO. BRAZO DE POTENCIA: La distancia de la potencia al fulcro. BRAZO DE RESISTENCIA: La distancia de la resistencia al fulcro.

14. CONCEPTOS BASICOS DE BIOMECANICA Las palancas son de 3 tipos.- según la localización de la potencia y la resistencia en relación con el fulcro: 1) PALANCA DE PRIMER GRADO (INTERMOVIL).- Punto de apoyo entre la potencia y la resistencia. Requiere un esfuerzo pequeño para levantar una gran resistencia. Ej. un sube y baja, las tijeras, el tríceps sobre el cúbito.

15. CONCEPTOS BASICOS DE BIOMECANICA 2) PALANCAS DE 2o. GRADO (INTERRESISTENTE).- Tiene la resistencia entre la potencia y el punto de apoyo. Como el brazo de resistencia es menor que el brazo de potencia, la potencia será mayor que la resistencia. Ej. una carretilla, un cascanueces, pararse de puntas

16. CONCEPTOS BASICOS DE BIOMECANICA 3) PALANCA DE 3er. GRADO (INTERPOTENTE).- Es la potencia localizada entre el punto de apoyo y la resistencia. Para sostener la resistencia la potencia debe ser de mucho mayor magnitud que la resistencia, pero el desplazamiento de la potencia es mucho menor que el de la resistencia. Ej. las pinzas, cañas de pescar, la acción del bíceps sobre el antebrazo.

17. CONCEPTOS BASICOS DE BIOMECANICA ESFUERZOS.- Combinación de fuerzas aplicadas a unidad de área, capaces de producir una deformación. COMPRESION.- Se aplican cargas iguales y opuestas en los lados opuestos de un cuerpo. TENSION.- Dos fuerzas actúan en sentido opuesto y se alejan entre si ; ésta fuerza se aplica en TENSION. El esfuerzo de tensión se obtiene dividiendo la CARGA ENTRE EL AREA DE SECCION TRANSVERSAL. CIZALLANTE O CORTANTE.- Aplicación de una o mas fuerzas en sentido tangencial al eje de carga (paralelo a su superficie) y provocan deslizamiento paralelo en sentido contrario entre los planos de un cuerpo.

18. SOLICITACIONES FLEXION.- Es la inducción de una curvatura a lo largo del eje mayor de un objeto, por la aplicación de una fuerza excéntrica o movimiento de flexión.

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

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

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

22. SOLICITACIONES CORTANTE.- Fuerza aplicada paralelamente a la superficie de un objeto (p.ej. la fuerza de rozamiento). Las fuerzas cortantes pueden existir también profundamente en el interior del material.

23. 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

24. FUERZAS ESQUELETICAS VECTORES Y FUERZAS Cuerpos Libres: (Cuerpo de Newton) Para calcular las fuerzas que actúan sobre una parte del cuerpo, esta se debe considerar por si sola, como un cuerpo libre. & fuerzas y momentos en equilibrio. Verticales, anteroposteriores y laterales.

25. FUERZAS ESQUELETICAS VECTORES Y FUERZAS Los músculos solo ejercen fuerzas tensionales sobre los huesos. Ejercen fuerzas compresivas sobre las articulaciones.

26. SOLICITACIONES Carga crítica de Euler (columnas)

27. BIOMECANICA DE LA COLUMNA

28. BIOMECANICA DE LA COLUMNA La columna protege la médula espinal. Se articula de manera controlada a través de un complejo de palancas (vértebras), pivotes (articulaciones y discos), límites pasivos (ligamentos) y activos (Músculos) Reforzada por la parrilla costal Estabilidad mecánica dada por un sistema dinámico neuromuscular

29. BIOMECANICA DE LA COLUMNA Funciones biomecánicas Transfiere las cargas de la cabeza el tronco y cualquier peso agregado a la pelvis Permite movimientos fisiológicos suficientes entre los 3 Protege la médula espinal de las fuerzas y movimientos fisiológicos y traumáticos

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

31. ANATOMIA Plano sagital 4 curvas normales Convexidad anterior cervical y lumbar (lordosis) Concavidad anterior dorsal y sacrococcígea (cifosis) Aumentan la flexibilidad Absorben mejor la compresión Mantienen la firmeza y estabilidad articular

32. ANATOMIA Curva torácica estructural Menor altura anterior del cuerpo anterior Curva cervical y lumbar por disco en cuña

33. DISCO INTERVERTEBRAL ANATOMIA 20-33% de la altura de la columna Núcleo pulposo Anillo fibroso Placas marginales cartilaginosas

34. DISCO INTERVERTEBRAL Sujeto a varias fuerzas y momentos Soporta las cargas compresivas del tronco 3-7 veces el peso del cuerpo Fuerzas tensionales Cargas torsionales Fuerzas de cizallamiento Combinaciones

35. DISCO INTERVERTEBRAL PROPIEDADES DEPENDIENTES DE TIEMPO Viscoelasticidad Histéresis.- Pérdida de energía tras ciclos de carga y descarga repetitivos (brincar) Deformidad (Creep).-carga súbita y mantenida Relajación

36. DISCO INTERVERTEBRAL PROPIEDADES DEPENDIENTES DE TIEMPO Fuerzas de alta amplitud y corta duración Daño estructural irreparable Fuerzas de baja magnitud y larga duración Falla por fatiga, desgarre. Dependientes de la edad

37. DISCO INTERVERTEBRAL NUCLEO PULPOSO Fibras delgadas en un gel de mucoproteínas y mucopolisacáridos. 40% área total del disco. Mayor en cervicales y lumbares Contiene de 70-90% agua (disminuye con la edad) Mas posterior en lumbares

38. DISCO INTERVERTEBRAL ANILLO FIBROSO Tej. fibroso en bandas laminadas concéntricas en arreglo helicoidal Se unen a placas cartilaginosas en la zona central y al cuerpo vertebral en la periferia (Sharpey). Aumentan estabilidad.

39. DISCO INTERVERTEBRAL PLACAS CARTILAGINOSAS MARGINALES Cartílago hialino Separa al núcleo de el cuerpo vertebral Desaparece con la edad

40. DISCO INTERVERTEBRAL PROPIEDADES FISICAS ELASTICIDAD: VISCOELASTICIDAD FATIGA COMPRESION Flexibilidad a cargas bajas Estabilidad a cargas altas Deformidad permanente sin herniación del núcleo

41. DISCO INTERVERTEBRAL PROPIEDADES FISICAS COMPRESION Unidad vertebral funcional Falla vertebral Fx de placas terminales Sin daño al disco

42. DISCO INTERVERTEBRAL PROPIEDADES FISICAS TENSION en el anillo fibroso a la flexo-extensión y lateralización y en rotación axial a 45 º Zonas anteroposteriores mas resistentes a la tensión Estructura anisótropica (propiedades mecánicas varían con las distintas orientaciones espaciales)

43. DISCO INTERVERTEBRAL PROPIEDADES FISICAS FLEXION El anillo fibroso se abulta hacia la concavidad, sin movimiento del núcleo TORSION Falla a 20 º dañ á ndose sobre todo el anillo fibroso CIZALLAMIENTO Se da en la torsión, fuerzas sin distribución uniforme hasta 260N/mm (alta)

44. DISCO INTERVERTEBRAL PRESION INTRADISCAL

45. LIGAMENTOS ESPINALES Estructuras uniaxiales Resisten cargas según orientación de sus fibras. Resisten fuerzas de tensión pero se vencen a la compresión Actuán de manera individual en repuesta a las fuerzas aplicadas a la columna

46. LIGAMENTOS ESPINALES Permiten movimientos fisiológicos adecuados y mantener posturas fijas Disminuir el gasto energético muscular Restringir movimientos a límites definidos para proteger la médula espinal. Absorción de energía

47. BIOMECANICA DE LOS LIGAMENTOS ESPINALES 7 ligamentos espinales Lig ant longitudinal Lig post longitudinal Lig intertransversos Lig capsulares Lig amarillo Lig interespinosos Lig supraespinosos

48. BIOMECANICA DE LOS LIGAMENTOS ESPINALES Lig ant longitudinal Estructura fibrosa Aspecto anterior basioccipital Se une al atlas y a la cara anterior de todos los cuerpos vertebrales hasta el sacro Se une firmemente a los cuerpos vertebrales pero no a los discos intervertebrales.

49. BIOMECANICA DE LOS LIGAMENTOS ESPINALES Lig post longitudinal Estructura fibrosa Aspecto posterior basioccipital Cubre a los lig denso y transversos (membrana tectoria) Cubre las superficies posteriores de todos los cuerpos vertebrales hasta el coccyx. Se une firmemente al disco intervertebral y no al cuerpo vertebral

50. BIOMECANICA DE LOS LIGAMENTOS ESPINALES Lig intertransversos Van entre las apófisis transversas Intimamente unidos a la masa común Lig capsulares Se insertan a los márgenes de los proceso articulares adyacentes Fibras perpendiculares al plano de las facetas

51. BIOMECANICA DE LOS LIGAMENTOS ESPINALES Lig amarillo Se extiende del borde anteroinferior de la lámina superior, al borde posterosuperior de la lámina inferior, de la 2ª cervical a la 1ª sacra Rico en fibras elásticas Lig interespinoso Unen las apófisis espinosas adyacentes, desde su raíz hasta su vértice Rudimentarios en las cervicales

52. BIOMECANICA DE LOS LIGAMENTOS ESPINALES Lig supraespinosos Inician en la nuca y bajan por la punta de las apófisis espinosas hasta el sacro

53. 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

54. BIOMECANICA DE LOS LIGAMENTOS ESPINALES

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

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

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

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

59. BIOMECANICAQ VERTEBRAL LEY DE PASCAL: "La presión existente en un líquido confinado actúa igualmente en todas direcciones, y lo hace formando ángulos rectos con la superficie del recipiente".

60. BIMECANICA VERTEBRAL FACETAS ARTICULARES Estructuras estabilizadoras Soportan 18-33% de fuerzas de compresión 45% de torsional

61. MUSCULATURA ESPINAL Provee estabilidad al tronco en cualquier postura Producen los movimientos de la actividad fisiológica Generan fuerzas isométricas Cambian de longitud (isotónicas) Aumentan la rigidez de la columna y su estabilidad

62. MUSCULATURA ESPINAL MUSCULATURA BASICA Postvertebrales Profundos Intermedios Superficiales Prevertebrales Abdominales

63. MUSCULATURA ESPINAL POSTVERTEBRALES Profundos Interespinales Intertransversales Rotadores Elevadores costales

64. MUSCULATURA ESPINAL POSTVERTEBRALES Intermedios Lumbosacros Semiespinales torácicos Semiespinales cervicales Semiespinales capitales

65. MUSCULATURA ESPINAL POSTVERTEBRALES Superficiales Masa común: Iliocostal Largo Espinal

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

67. ESTABILIDAD COLUMNAR La parrilla costal y la musculatura dorsal mantienen la posición longitudinal de la columna como al mástil de un barco. Dorsal ancho Trapecio Serrato posterior sup e inf

68. ESTABILIDAD COLUMNAR

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

70. BIOMECANICA MUSCULATURA VERTEBRAL Flexión Extensión Flexión lateral Rotación axial

71. UNIDAD FUNCIONAL ESPINAL Segmento de movimiento Comportamiento similar al de la columna completa Curva deformidad-carga Zona neutral (NZ) mov fisiológico Zona elástica (EZ) límite fisiológico Coeficiente de flexibilidad (EZ/CFM)

72. UNIDAD FUNCIONAL ESPINAL

73. UNIDAD FUNCIONAL ESPINAL