7/30/2019 Cartilago Articular Unab Final(1)

1/7

08-05-201

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

7/30/2019 Cartilago Articular Unab Final(1)

2/7

08-05-201

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

7/30/2019 Cartilago Articular Unab Final(1)

3/7

08-05-201

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.

7/30/2019 Cartilago Articular Unab Final(1)

4/7

08-05-201

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

7/30/2019 Cartilago Articular Unab Final(1)

5/7

08-05-201

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.

7/30/2019 Cartilago Articular Unab Final(1)

6/7

08-05-201

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

7/30/2019 Cartilago Articular Unab Final(1)

7/7

08-05-201

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