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7/30/2019 Cartilago Articular Unab Final(1)
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Biomecnica del cartlagoarticular
Equipo kinesiologa y movimiento Humano IUNAB 2013
Objetivos:
Conocer el comportamiento biomecanico deltejido cartilaginoso
Comprender la constitucin del tejidocartilaginoso y su implicancia anatomo funcional.
GENERALIDADES
El cartlago articular es un tejido elstico carente de nervios,vasos sanguneos y linfticos.
Se encuentra en las articulaciones sinoviales.
Reduce la friccin, transfiere y distribuye las solicitaciones yofrece una superficie articular lubricada.
Campos F. El cart ilago articular:aspectos mecnicos y su repercusin en la reparacintisular Rev. Ort op y Traumatol. 2002; 5:380 -390.
Comportamiento mecnico del cartlago
Modelo bifsico: Matrizorgnica slida 20-40% Agua60-80%
Medio fluido y poroso
Comportamiento viscoelstico
Compartimento hermtico y atensin
Soporta cargas con mnimadeformacin
Mnima friccin
COMPONENTEESTRUCTURAL
COMPONENTEDEL FLUIDO
PROPIEDADES BIOMECNICAS- Capacidad de soporte de carga-
Los componentesde su estructura
permitencomprender su
funcin mecnica
CARTLAGO ARTICULAR
Componentes celulares Componentes extracelulares
CONDROCITOSFASE SOLIDA POROSA PERMEABLE
Componente OrgnicoFASE FLUIDA INTERSTICIAL
Fluido intersticial libremente mvil
C olgeno II Proteogli cano
Rigidez yfuerza tensil
Fuerza decomprensin
Sales InorgnicasAGUA
Su biosntesis va en aumento
hasta los 20 a, despus semantiene.
Responde a la presinhidrosttica por deformacin dela pared celular.
Sintetizan y degradan losproductos de la matriz.
Los condrocitos son sensibles alos cambios estructurales de lamatrizy a la cargaCONDRON
CONDROCITO
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Composicin matriz extracelular.
Representacin esquemtica de la distribucin de proteoglicanos, colgena yagua a travs del cartlago articular (Adaptado de Mow y Lai, 1979).
COLAGENO Es la protena mas abundante en el cuerpo humano
Su unidad biolgica bsica es el tropocolgeno,formado por 3 cadenas de polipptidos deprocolgeno.
En el cartlago articular predomina el
colgeno tipo 2
Fibras de colgeno 60% Formacin del colgeno
Physical Therapy . Volume 79 . Number 3 . March 1999
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Proteoglicanos 40%
Esquema de un agregado de proteoglicano (adaptado
de Rosemberg, 1975)
Macromoleculas que retienen liquido Hacen de puentes entre las fibras Mantienen la tensin del sistema Se localizan ppal% en la capa media
Agua : 60-80%
ESTRUCTURA DEL CARTILAGOa. Cap a s up er fi ci al o de de sli za mi en to (40 m) . Escasa act ividad metablica. Presenta una elevada
concentracin de fibras de colgeno distribuidas perpendicularmente entre s y paralelas a la superficie.Soportalas fuerzas de cizallamiento.
b. Capa intermedia o de transicin(500 m). Elevada actividad metablica. Mayor presencia de PGs y menoscolgeno, dispuesto oblicuamentey al azar. Soporta fuerzas de compresin y loscondrocitos presentes son
ms redondeados.c . Cap a prof und a o radi al (100 0 m) . Rica en PGs y f ibras de colgeno. ste se distribuye radialmente
formando arcos. Clulas redondeadas formando columnas. Soporta fuerzas de compresin.
d. Capacalci ficada(300 m). Es lacapade anclajedel cartlago alhueso.No presenta PGs. Colgeno dispuestoradialmente. Presenta cristales de hidroxiapatita y est adyacente al hueso subcondral. La celularidad esescasa.
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ESTRUCTURA DEL CARTILAGO
Disposicin espacial de las fibras decolgeno
Tiene estructura arqueada para que el aumento de presindetermine su aplastamiento y un aumento de la superficiede contacto , que a su vez l leva a una disminuc in de lapresin en los puntos de apoyo.
SOPORTE DE FUERZAS COMPRESIVAS
Se puede comparar al cartlago a una mezcla decarpa de circo y tienda neumtica
Resistencia de las capas del cartlago
Adaptacin de las fibras de colgeno. Capa superficiales a las fuerzas
tangenciales o cizallamiento (a). Capas media y profunda resistente a lacompresin (b).
Interaccin estructural entre loscomponentes del cartlago
Los proteoglicanos:
Presentan cargas negativas. Las cadenas de GAG se repelen mutuamente ( -
). Estado conformacional rgido.
Solucin concentrada de GAGs intenta diluirsepor smosis
Los proteoglicanos tienden a expandirse en elcartlago
Expansin limitada por la retcula de colgeno(tensin).
Matriz del material: sometida a presin osmticade expansin o precarga de aprox. 0,35 Mpa.
Interaccin estructural entre loscomponente del cartlago
Al aplicar una tensin sobre la superficie del cartlago: Deformacin = cambio de forma de proteoglicanos.
> Presin interna = sale agua.
> [ proteoglicanos ] = < permeabilidad.
presin de expansin (hasta que se = la F interna y externa)
La tasa de movimiento de lquidodepende de la diferencia depresin y la permeabilidad del tejido.
Cartlago = Baja permeabilidad
Elevada resistencia al flujo de fluido
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Propiedades mecnicas delcartlago articular
Permeabilidad
- Parmetro que mide la resistencia a la friccin de matriz slidade un material poroso al paso a travs suyo de un flujo lquido.
A < permeabilidad > resistencia al flujo de liquido.
Permeabilidad
La permeabilidad del cartlago articular sano decrece con el aumento de lapresin y con la deformacin.
Mecanismo regulador:
- Evita la prdida total del fluido intersticial.
Velocidad dedeformacin.
Influye sobre el comportamiento mecnico.
A > velocidad de carga < deformacin y < permeabilidad.
- No se da tiempo para que el lquido pueda fluir hacia elexterior del tejido y luego volver a entrar en l.
- Ejemplo: Saltos.
- Se deformar y recuperar su forma instantneamente.
Comportamiento elstico recuperable oindependiente del tiempo
A < velocidad de carga > deformacin y > permeabilidad.
- Se da tiempo para que salga el liquido.
- Ejemplo: Periodo largo de pie.
- Al descargar, el tejido recuperar sus dimensionesoriginales siempre que tenga suficiente fluido y tiempo.
Velocidad dedeformacin.
Comportamiento visco elstico recuperable odependiente del tiempo.
Tensin / Deformacin Curva tpica exponencial.
No posee un nico mdulo de Young.
Porcin inicial: Alineamiento del colgeno (direccin de lafuerza).
Porcin final: Rigidez del propio colgeno.
Respuesta a fluencia del cartlago articular
Ensayo de fluencia o creep.
- Aplicacin de carga compresiva de forma instantnea yconstante.
- La deformacin aumenta de forma continua hasta que sealcanza una meseta.
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Respuesta a fluencia delcartlago articular
Deformacin = Flujo de liquido.
Fase inicial = Flujo a velocidad elevada (permeabilidadinstantnea)
Fase final = Cese de la exudacin = Deformacin de equilibrio Equilibrio entre:
- Presin de expansin
- Resistencia de cartlago Carga aplicada.
Lubricacin de cartlago.
a) Pelcula gruesa.
- Pelcula de lubricante que separa dos superficiesarticulares.
- Acta ante cargas bajas..- Dentro de este grupo se considera
la lubricacin hidrodinmicay pelcula prensa.
2 principales formas de lubricacin
Lubricacin del cartlago. b) Capa lmite.
Monocapa lubricante sobre las superficies decontacto.
Proteccin durante movimiento o carga de mayorintensidad.
Limita adhesin y abrasin.
Bajo condiciones severas de carga que el fluidosinovial puede actuar como lubricante de capa lmitepara el cartlago articular
Lubricacin elastohidrodinmica (es la que realmente ocurre en elcartilago)
al no ser un solido rgido y de forma geomtrica perfecta, elcartlago sufre la accin de lubricacin mezclando la pelculaprensa y la hidrodinmica. la mezcla de ambas se llamaelastohidrodinamica
- Sobre materiales blandos
La pres in de la pelcula fluid a
Deformaciones sobre cartlagos en cont acto.
- Mejora la geometra y el rea de contacto.
- Mayor resistencia y durabilidad
- Mayor capacidad de soportar cargas de contacto.
Lubricacin de cartlago.
Nutricin
Con la compresin el cartlago sevaca de lquido
Con la descompresin elcartlago se llena de lquido
Membrana sinovial
Lquido sinovial
Deslizamiento
Coeficiente de friccinAcero/acero Aceite 0,210Tefln/Tefln - 0,050Hielo/hielo - 0,032Cartlago/Cart. LS 0,005
CartlagoHueso
Capa lmitePelcula Gruesa
Lquido sinovial
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MeniscosBibliografia:
Nordin M., Biomecnic a Bsica del Sistema musculoesqu eletic o, McGraw-Hill. Interamericana,D.L. Madrid 2004:453.
Bone Strength: Current Concepts CHARLES H. TURNER Orthopaedic Research Laboratories
and Biomechanics and Biomaterials Research Center, Indiana University Purdue University atIndianapolis,
Biomechanics of Articular Car tilage and Determination o f Material Properties XIN L. LU and VANC. MOW Department of Biomedical Engineer ing, Columbia University, New York, NY