Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor | Fisioteràpia

I 0 flashcards i 9 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS FÍSICA APLICADA Grau en Fisioteràpia Universitat Autònoma de Barcelona AprenAI 2026-2027 Resum complet de biomecànica dels teixits (os, cartílag, tendó, múscul) i articulacions (espatlla, colze, canell, maluc) per a Física Aplicada a la UAB.

APREN.AI Índex 1 Introducció a la biomecànica i conceptes fonamentals Naturalesa i camps d'aplicació de la biomecànica Espai de moviment: plans i eixos segons Kapandji Principis biomecànics fonamentals de l'aparell locomotor Divisions de la iatrofísica 2 Biomecànica del teixit ossi Naturalesa biològica i organització estructural de l'os Composició bifàsica i osteogènesi Creixement ossi, modelatge i llei de Wolff Procés de reparació de les fractures Comportament mecànic i sol·licitacions estructurals Paper protector de l'activitat muscular i fractures per fatiga 3 Biomecànica del cartílag articular Tipus de teixit cartilaginós i característiques del cartílag hialí Composició de la matriu extracel·lular i component cel·lular Organització arquitectònica en zones histològiques Comportament bifàsic i propietats viscoelàstiques Mecanismes de lubrificació articular Mecanismes de desgast i fases de l'artrosi 4 Biomecànica dels tendons i lligaments Diferències funcionals i composició bioquímica Estructura jeràrquica i vascularització Transició mecànica a la unió osteotendinosa (UOT) Comportament mecànic sota tracció Remodelació tissular, factors biològics i patomecànica 5 Biomecànica del teixit muscular esquelètic Tipus de teixit muscular i organització estructural Components passius i actius de la fibra muscular Ultraestructura del sarcòmer i teoria de Huxley Tipologia de fibres musculars i reclutament motor Modalitats de contracció muscular Arquitectura muscular: fusiforme vs.

pennada i secció fisiològica Propietats mecàniques del teixit muscular 6 Biomecànica del complex de l'espatlla Arquitectura i anatomia funcional de les quatre articulacions Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 1 Articulació glenohumeral: morfologia i sistemes d'estabilització Cinemàtica articular i ritme escapulohumeral Cinètica glenohumeral i balanç dinàmic de forces Musculatura motora: parells de forces i depressió activa 7 Biomecànica del colze i de l'avantbraç Estructura anatòmica i eixos del complex articular Estabilitat articular: congruència òssia i lligaments Cinemàtica articular i centres de rotació Opcions funcionals: colze de força i de finura Cinètica i acció dels grups musculars 8 Biomecànica del canell i de la mà Articulacions del canell i fibrocartílag triangular Model de columnes de Taleisnick Cinemàtica articular del canell Cinètica i transmissió de càrregues Arquitectura òssia i funcional de la mà Articulacions de la mà i cinemàtica dels dits Biomecànica de la prensió: preses de força i pinces de precisió Posició funcional del canell i equilibri muscular 9 Biomecànica de l'articulació del maluc Morfologia i elements d'estabilització articular Angles d'orientació acetabular i femoral Arquitectura trabecular del coll femoral i triangle de Ward Comportament lligamentós durant el moviment articular Cinemàtica i control muscular de la flexió i l'extensió 10 Resum per repassar Principis i fonaments biomecànics Biomecànica dels teixits de l'aparell locomotor Biomecànica de les articulacions de l'extremitat superior Biomecànica del maluc Solucions de les preguntes de repàs Aquests apunts poden contenir errors o omissions.

Són un material de suport i no substitueixen el temari oficial ni el professorat: contrasta la informació important. Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 2 1 Introducció a la biomecànica i conceptes fonamentals EN ACABAR SABRÀS Distingir les forces internes i externes que actuen sobre l'aparell locomotor. Relacionar cadascun dels tres plans cardinals de Kapandji amb el seu eix perpendicular de moviment. Explicar els principis d'economia biològica, mecànica passiva de Putti i sistemes de pressió tancats. Diferenciar els camps d'estudi de la cinemàtica, l'estàtica i la dinàmica.

PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Per què el cos humà prefereix recolzar-se en estructures lligamentoses abans d'activar els músculs per mantenir una postura? La biomecànica és la ciència que aplica les lleis de la mecànica a les estructures biològiques per comprendre el moviment humà, les càrregues que suporta i les limitacions funcionals dels éssers vius.

ESQUEMA Estructura general de la biomecànica de l'aparell locomotor Components mecànics Ossos, tendons, músculs i juntes Palanques (ossos) Base rígida de transmissió Tensors i molles Tendons i músculs motors Rotacions articulars Nuclis d'eixos de gir Àmbits i disciplines Aplicacions mèdiques, esportives i laborals Branques físiques Cinemàtica, estàtica i dinàmica Àrees d'aplicació Mèdica, esportiva i ocupacional Principis operatius Lleis biològiques de funcionament Principi d'economia Mínima despesa energètica corporal Mecànica passiva Sustentació segons el model de Putti Geometria de Kapandji Intersecció de plans i eixos Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 3 Naturalesa i camps d'aplicació de la biomecànica Mentre que l'anatomia clàssica descriu la forma i la morfologia d'un procés fisiològic estàtic en un instant concret, la biomecànica se centra en la dinàmica, les energies i les sol·licitacions que s'originen durant el desplaçament.

L'aparell locomotor humà es pot modelar mecànicament a través de quatre components funcionals: Palanques: constituïdes pels segments ossis rídids. Tensors: representats pels tendons, encarregats de transmetre les traccions. Molles: formades pels músculs, que aporten capacitat elàstica i contràctil (vegeu «Biomecànica del teixit muscular esquelètic»). Elements de rotació: constituïts per les juntes articulars, que articulen el gir dels segments. Aquestes estructures responen contínuament a la interacció de dos grups de forces: Forces internes: generades en l'interior de l'organisme, com ara la tensió muscular i les forces de compressió articular.

Forces externes: procedents de l'entorn, tals com la gravetat, la resistència de tracció exercida per càrregues externes o l'acció aerodinàmica del vent. La disciplina es desenvolupa principalment en tres grans àmbits professionals: Àrea mèdica: analitza les afeccions de l'aparell locomotor i dissenya teràpies i dispositius com pròtesis articulars, pròtesis mioelèctriques per a amputats, implants i el pulmó d'acer. Àrea esportiva: optimitza el gest atlètic per maximitzar el rendiment, perfila tècniques d'entrenament i promou materials avançats.

Àrea ocupacional: examina la relació mecànica entre el cos i els elements del context laboral, docent, domèstic o d'oci per afavorir la salut i prevenir lesions (com per exemple en el disseny de cinturons de seguretat). COMPROVA-HO 2 Quina diferència funcional existeix entre l'enfocament de l'anatomia clàssica i el de la biomecànica? Espai de moviment: plans i eixos segons Kapandji L'espai tridimensional corporal s'articula mitjançant la intersecció de tres plans cardinals mútuament perpendiculars descrits per Kapandji.

Cada pla defineix la superfície plana on té lloc el moviment, al voltant d'un eix rígid perpendicular: Pla anatòmic Eix perpendicular associat Caracterització geomètrica Pla sagital Eix transversal Divideix el cos en meitat dreta i esquerra; permet flexions i extensions. Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 4 Pla anatòmic Eix perpendicular associat Caracterització geomètrica Pla frontal Eix sagital (anteroposterior) Divideix el cos en meitat anterior i posterior; permet abduccions i adduccions. Pla transvers Eix longitudinal (vertical) Divideix el cos en meitat superior i inferior; permet rotacions internes i externes.

ERROR FREQÜENT Confondre el nom del pla amb el de l'eix sobre el qual es mou. Recorda que l'eix és perpendicular a la superfície del pla on es desenvolupa el moviment: el pla sagital gira al voltant de l'eix transversal, el pla frontal al voltant de l'eix sagital, i el pla transvers ho fa al voltant de l'eix longitudinal. COMPROVA-HO 3 Al voltant de quin eix es produeix un moviment que transcorre sobre el pla frontal?

Principis biomecànics fonamentals de l'aparell locomotor El cos humà opera sota principis d'optimització física per garantir l'eficiència i la continuïtat funcional: Principi d'economia i despesa mínima: les estructures sanes cerquen realitzar qualsevol tasca amb el menor consum energètic possible. Així, la quantitat de matèria òssia emprada en la formació dels ossos, la seva arquitectura interna i la seva forma s'adapten constantment a les exigències mecàniques de cada període biològic i de l'edat de l'individu (vegeu «Biomecànica del teixit ossi»).

Mecànica passiva de Putti: per assolir aquest estalvi energètic, el sistema activa i prioritza els elements passius de sustentació mecànica (com càpsules, cartílags i tendons) abans de recórrer a la despesa metabòlica activa de la contracció muscular. Estat de tensió prèvia en sistemes tancats: la majoria d'estructures que suporten càrregues compressives intenses, com el cartílag (vegeu «Biomecànica del cartílag articular»), presenten una pretensió interna basamental. Aquests sistemes funcionen amb la màxima eficiència mecànica quan operen com a recintes tancats que distribueixen les pressions internes de forma homogènia.

Compensació entre segments veïns: la deformació o la fallida mecànica produïda en un nivell articular o ossi determinat és atenuada i compensada immediatament per les estructures anatòmiques adjacents. Moviments integrats i principi d'equilibri: la funció de cada segment no s'ha d'avaluar de manera aïllada sinó com una seqüència coordinada. La coordinació normal condueix a l'estabilitat i l'equilibri integral de l'organisme; qualsevol ruptura d'aquest equilibri assenyala una alteració funcional.

Referències anatòmiques: paràmetres de mesura que permeten establir el llindar de la normalitat mecànica, els quals poden experimentar variacions fisiològiques depenent de l'estadi de creixement, la raça o l'estat nutricional. Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 5 COMPROVA-HO 4 Com contribueix la mecànica passiva de Putti a respectar el principi d'economia de l'organisme? Divisions de la iatrofísica La iatrofísica és l'aplicació formal dels mètodes de la física clàssica als sistemes mèdics i biològics.

Dins d'aquest àmbit, l'estudi mecànic es divideix en tres branques fonamentals: Branca de la mecànica Objecte d'estudi fonamental Cinemàtica Descripció geomètrica i temporal del moviment, sense analitzar les forces que l'originen. Estàtica Estudi dels cossos en repòs i de les condicions d'equilibri entre forces. Dinàmica Anàlisi del moviment associat directament a les forces que el causen o modifiquen. COMPROVA-HO 5 En què es diferencia la cinemàtica de la dinàmica en l'estudi del moviment corporal? IDEES CLAU La biomecànica investiga l'efecte de les forces internes i externes sobre les estructures vives aplicant lleis físiques.

L'aparell locomotor s'organitza mecànicament en palanques (ossos), tensors (tendons), molles (músculs) i rotacions (articulacions). Segons Kapandji, cada moviment transcorre en un pla cardinal perpendicular al seu eix de gir corresponent. El principi d'economia estableix que l'organisme busca la mínima despesa energètica, ajudant- se de la mecànica passiva de Putti. La iatrofísica es fragmenta en cinemàtica (moviment pur), estàtica (forces en equilibri) i dinàmica (forces i moviment). COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 6. Com actuen mecànicament els tendons i els músculs en l'analogia estructural de l'aparell locomotor? 7.

Quina condició necessiten els teixits amb tensió prèvia per optimitzar la seva resistència a les pressions? Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 6 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 8. Quin eix és estrictament perpendicular al pla sagital de Kapandji? 9. En quina àrea biomecànica s'emmarca el disseny dels cinturons de seguretat? 10. Què propugna el principi de la mecànica passiva de Putti? 11. Quina branca de la mecànica estudia el moviment sense atendre les forces causants? 2 Biomecànica del teixit ossi EN ACABAR SABRÀS Distingir la composició orgànica i inorgànica de la matriu òssia bifàsica i la seva relació mecànica.

Analitzar la resposta de l'os en la corba tensió-deformació segons el grau d'anisotropia estructural. Identificar les etapes de la placa de creixement i els processos biològics de consolidació òssia. Explicar l'acció neutralitzadora de la musculatura davant les sol·licitacions de flexió per prevenir fractures per fatiga. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 12 Per què un os llarg es trenca abans quan és sotmès a una torsió o a una càrrega perpendicular que quan rep una compressió al llarg del seu eix?

Eix anteroposterior a) Eix longitudinal b) Eix transversal c) Eix sagital d) Biomecànica esportiva a) Biomecànica mèdica b) Biomecànica ocupacional c) Biomecànica iatrofísica d) Estalviar energia emprant elements de sustentació passius a) Augmentar la despesa energètica del teixit ossi b) Aïllar el moviment de cada segment corporal c) Superar sempre càrregues externes concèntriques d) Estàtica a) Cinemàtica b) Cinètica c) Dinàmica d) Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 7 Naturalesa biològica i organització estructural de l'os El teixit ossi és una varietat especialitzada de teixit connectiu que, coordinat amb el cartílag, integra l'esquelet corporal.

Les seves funcions mecàniques comprenen el suport estructural de les parts toves, la protecció d'òrgans vitals i la transmissió de forces durant la locomoció. En l'àmbit biològic, actua com a dipòsit mineral de calci i fòsfor, magatzem energètic, centre d'hematopoesi i transmissor del so cap a l'oïda interna. Histològicament, l'os es classifica segons la seva maduresa en dues categories: Os primari o immadur: Apareix en l'etapa fetal i durant les primeres fases de la reparació òssia. Es caracteritza per una organització desordenada dels osteòcits, una matriu poc mineralitzada i fibres de col·lagen sense cap orientació geomètrica definida.

Os madur o secundari: Substitueix progressivament l'os primari. Presenta una mineralització superior, osteòcits menys nombrosos i allotjats regularment entre lamel·les, amb fibres col·làgenes alineades en paral·lel. Aquest os secundari s'estructura en dues formes funcionals: l'os cortical o compacte i l'os esponjós o trabecular. Característica Os cortical (compacte) Os trabecular (esponjós) Localització principal Diàfisi dels ossos llargs i superfície externa de l'esquelet. Epífisis dels ossos llargs i interior dels ossos plans.

Unitat estructural L'osteona o sistema de Havers, formada per canals centrals longitudinals amb vasos sanguinis i terminacions nervioses amielíniques (transmissió del dolor), connectats mitjançant els conductes transversals de Volkmann. Xarxa entrecreuada de trabècules òssies que delimiten cavitats interconnectades. Funció predominant Mecànica: resistència estructural a grans sol·licitacions i rigidesa davant les càrregues externes. Metabòlica i dinàmica: suport de demandes químiques i amortiment de l'energia procedent dels impactes.

La cèl·lula òssia clau per a la mecanotransducció és l'osteòcit, resident a l'interior de la matriu, que detecta variacions locals de pressió mecànica per regular la síntesi dels osteoblasts (formació i mineralització) i l'activitat dels osteoclasts (reabsorció). COMPROVA-HO 13 Quina diferència funcional existeix entre els conductes de Havers i els de Volkmann en l'os cortical? Composició bifàsica i osteogènesi L'os es defineix mecànicament com un material bifàsic.

Aquesta naturalesa composta combina la resistència química i la ductilitat mitjançant dos components fonamentals: Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 8 El desenvolupament prenatal de l'esquelet comença mitjançant dues vies: l'ossificació intramembranosa (diferenciació directa de cèl·lules mesenquimàtiques en osteoblasts, originant els ossos plans de la volta cranial i la mandíbula) i l'ossificació endocondral (substitució progressiva d'un model cartilaginós previ, que dona lloc a la base del crani, la columna vertebral, la pelvis i les extremitats).

DEFINICIÓ L'anisotropia òssia és la propietat biomecànica per la qual el teixit ossi ofereix un comportament i una resistència mecànica diferents segons la direcció en què s'aplica la càrrega externa. L'os presenta el seu mòdul elàstic i resistència màxims quan les forces s'apliquen longitudinalment en paral·lel a les seves osteones. ERROR FREQÜENT Confondre el tipus de col·lagen segons el teixit de l'aparell locomotor. En l'os, els tendons i els lligaments el col·lagen predominant és el tipus I, mentre que en el cartílag articular hialí predomina el tipus II. Invertir aquests components en les anàlisis histològiques o biomecàniques suposa un error greu.

Creixement ossi, modelatge i llei de Wolff El creixement en longitud té lloc a la fisi o cartílag de creixement epifisari des de l'etapa embrionària fins a la pubertat. Aquest cartílag s'estructura en quatre zones ben delimitades des de l'epífisi cap a la diàfisi: Zona germinal: Capa cel·lular propera a l'epífisi amb condròcits ovals aïllats; presenta una intensa activitat mitòtica i síntesi de matriu extracel·lular, participant en el creixement transversal. Zona proliferativa: Cèl·lules cartilaginoses amb morfologia de falca apilades en columnes paral·leles a l'eix longitudinal de l'os; és la responsable directa del creixement vertical.

Zona hipertròfica: Condròcits madurs i arrodonits que incrementen considerablement de volum a mesura que s'allunyen de l'epífisi. Zona calcificada: Matriu cartilaginosa que es mineralitza per ser substituïda per teixit ossi immadur i posteriorment per os laminar, consolidant l'eixamplament metafisari. A la perifèria de la fisis trobem dues estructures especialitzades: el solc de Ranvier, que aporta nous condròcits per expandir el diàmetre de la placa, i l'anell pericondral de La Croix, un cèrcol fibrós que actua a mode de faixa contenidora per evitar el xafament fisiològic davant les càrregues de compressió.

Fase inorgànica mineral (70 % del pes total): Constituïda per cristalls d'hidroxiapatita de calci i fosfat . Proporciona duresa, solidesa i una gran rigidesa estructural a la compressió. 1 Ca + 2+ PO 4 3 Fase orgànica (22 % del pes) i aigua: Formada en un 90 % per fibres de col·lagen de tipus I i entre un 5 % i un 10 % de proteïnes no col·laginoses. Confereix flexibilitat, ductilitat i estabilitat estructural, evitant la fractura fràgil. El contingut hídric modula les respostes mecàniques instantànies. 2 Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 9 PROCÉS Zones de la fisis durant el creixement 1 Zona germinal Condròcits ovals aïllats amb alta taxa de divisió.

2 Zona proliferativa Cèl·lules en falca apilades que elonguen l'os. 3 Zona hipertròfica Augment de volum cel·lular i maduració. 4 Zona calcificada Mineralització de la matriu i substitució òssia. Els factors locals mecànics modulen clarament aquest procés: les forces de compressió axials continuades alenteixen l'activitat fisària (podent provocar un tancament prematur), mentre que la tracció moderada estimula el creixement en longitud (tot i que una tensió excessiva origina fissures). Les forces transversals o perpendiculars generen una deformació que és directament proporcional a la magnitud de la força i inversament proporcional al diàmetre ossi.

Durant el desenvolupament i la maduresa, l'arquitectura òssia s'adapta constantment a les càrregues funcionals: DEFINICIÓ La Llei de Wolff estableix que l'os té la capacitat biològica i mecànica de remodelar-se contínuament, modificant la seva mida, forma externa i arquitectura interna per optimitzar-se segons les exigències i tensions mecàniques a les quals està sotmès. En el subjecte adult, la remodelació òssia equilibra contínuament l'osteogènesi periòstica amb la reabsorció endòstica. Això manté la renovació d'entre un 5 % i un 10 % de la massa òssia anual i amplia el canal medul·lar.

La immobilització prolongada o el repòs en llit trenquen aquest equilibri, provocant una reducció de la massa òssia propera a l'1 % per setmana per reabsorció periòstica i subperiòstica. COMPROVA-HO 14 Què passa mecànicament a nivell cortical quan un pacient roman immobilitzat durant un mes sencer?

Procés de reparació de les fractures L'os és l'únic teixit de l'organisme capacitat per reparar-se a si mateix sense cicatriu fibrosa, reactivant els mecanismes de l'osteogènesi embrionària quan una sol·licitació supera la seva resistència màxima: Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 10 PROCÉS Etapes de la reparació d'una fractura 1 Hematoma Coall sanguini inicial reabsorbit per macròfags. 2 Cèl·lules osteogèniques Proliferació d'osteoblasts des dels extrems ossis. 3 Call immadur Ponts d'os primari sense orientació mecànica fixa. 4 Remodelació laminar Substitució per osteones alineades amb les càrregues.

Comportament mecànic i sol·licitacions estructurals El perfil resistent de l'os s'avalua mitjançant la corba tensió-deformació. En aquest gràfic, la inclinació inicial representa el mòdul elàstic o rigidesa (relació entre la tensió aplicada i la deformació resultant ): Regió elàstica: Tram lineal inicial on el teixit es deforma proporcionalment a la càrrega i recupera la seva morfologia original en retirar la força. Regió plàstica: Zona posterior al límit de fluència on l'os pateix microfràctures internes i deformacions permanents no recuperables. Punt de fallada o fractura: Sostre estructural on la deformació acumulada provoca la fallada mecànica.

L'os cortical es fractura quan la deformació supera el 2 % de la seva longitud, mentre que l'esponjós admet fins a un 7 % abans del col·lapse estructural. L'os respon de manera molt diferenciada davant cadascun dels patrons de càrrega mecànica: Sol·licitació mecànica Mecanisme d'acció Comportament i patró de fractura Compressió Forces iguals de sentit convergent dirigides cap a l'interior de l'estructura. L'os s'escurça i s'eixampla. És la sol·licitació que millor suporta l'os compacte. Típica de fractures vertebrals. Tracció o tensió Forces iguals en sentit divergent aplicades cap a l'exterior de l'estructura. L'os s'allarga i s'estreny.

És més freqüent en l'os esponjós i en arrencaments apofisaris. Formació de l'hematoma: La ruptura vascular inicial genera un coall sanguini local que és envaït i fagocitat per macròfags per netejar el focus de lesió. 1 Proliferació cel·lular osteogènica: Des d'ambdós extrems fracturaris proliferen cèl·lules progenitores i formadores d'os. 2 Formació del call ossi immadur: Es construeixen ponts cel·lulars de teixit primari, desordenat i poc mineralitzat, que immobilitza els extrems ossis fragmentats.

3 Remodelació laminar: El call primari és reemplaçat progressivament per os madur laminar secundari, orientant les seves noves osteones exactament al llarg de les línies de transmissió de forces mecàniques. 4 τ ρ Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 11 Sol·licitació mecànica Mecanisme d'acció Comportament i patró de fractura Flexió Desviació respecte a l'eix neutral provocada per un moment flector. Genera tensió a la cara convexa i compressió a la cara còncava. Pot originar-se per 3 punts (fractura central típica) o per 4 punts (dos moments iguals). Els ossos llargs amb gran longitud tenen major braç de palanca i es fracturen més fàcilment.

Cisallament o cisalla Forces paral·leles o perpendiculars aplicades sobre la superfície amb plans de lliscament. El teixit experimenta deformació angular i s'inclina abans de fracturar-se. És la càrrega que pitjor tolera el teixit cortical. Torsió Forces de rotació aplicades al voltant de l'eix longitudinal del cilindre ossi. Origina tensions de cisallament internes en tota l'estructura. Produeix la clàssica fractura espiroidal. La tíbia i el fèmur presenten una alta resistència gràcies a la disposició allunyada de la seva massa respecte a l'eix neutre. Com a principi general, l'os cortical resisteix millor la compressió que la tensió, i suporta millor la tensió que el cisallament.

COMPROVA-HO 15 Davant una sol·licitació de flexió pura, per quin punt començarà a esquerdar-se l'os cortical i per què? Paper protector de l'activitat muscular i fractures per fatiga A causa de la curvatura dels ossos i que els eixos anatòmics no coincideixen amb els eixos mecànics de càrrega, els ossos vius es troben constantment sotmesos a sol·licitacions combinades de flexió. En aquest context, la contracció muscular actua com un mecanisme estabilitzador fonamental: la contracció dels músculs neutralitza les forces de tracció a la cortical convexa, transformant tot el patró en un estat homogeni de compressió axial pura, que és el règim en què el teixit ofereix la màxima resistència.

Si el sistema neuromuscular falla per paràlisi (com succeeix en seqüeles poliomelítiques) o per fatiga en esforços esportius prolongats, els músculs perden capacitat de contracció activa i l'esquelet queda desprotegit davant moments flectors no mitigats. Una càrrega moderada que no produeix lesió en un sol cicle pot generar una fractura per fatiga o estrès quan s'aplica repetidament amb una freqüència elevada que impedeix el cicle normal de remodelació. La fallada per fatiga avança molt més de pressa al costat sotmès a tracció (generant una fissura transversal ràpida) que al costat compressiu, on l'os té marge temporal per formar microcalls de reparació.

Finalment, l'envelliment deteriora aquestes qualitats protectores: entre els 20 i els 40 anys es registra el pic de resistència mecànica. A partir dels 50 anys, la reabsorció mineral supera sistemàticament la formació osteoblàstica. Aquesta alteració condueix a l'osteoporosi, una malaltia degenerativa que Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 12 avança uniformement en els homes però s'accelera marcadament en dones a partir de la menopausa, afavorint l'aparició de microfractures davant sol·licitacions funcionals habituals.

IDEES CLAU L'os és un teixit connectiu bifàsic compost per hidroxiapatita inorgànica (70 % del pes), col·lagen tipus I orgànic (22 %) i aigua, combinant rigidesa amb ductilitat. L'os cortical és molt rígid i es fractura a partir d'un 2 % de deformació, mentre que l'os trabecular admet deformacions de fins a un 7 % absorbint l'energia dels impactes. L'anisotropia determina una resistència jeràrquica: l'os cortical suporta millor la compressió que la tensió, i és especialment vulnerable al cisallament. La llei de Wolff descriu l'adaptació estructural òssia a les càrregues mecàniques, mentre que la immobilització al llit suposa una pèrdua d'un 1 % de massa òssia setmanal.

La contracció muscular neutralitza les tensions de tracció a la cortical òssia provocades per la flexió fisiològica, evitant fractures per fatiga estructural. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 16. Quin és el llindar de deformació mecànica que provoca la fractura de l'os cortical en comparació amb l'esponjós? 17. Com aconsegueix la contracció del sistema muscular evitar la fallada mecànica d'un os llarg sotmès a flexió? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 18. Quin component atorga ductilitat i flexibilitat a la matriu bifàsica òssia? 19. Quina taxa mitjana de pèrdua de massa òssia provoca el repòs complet al llit? 20.

Davant quina de les següents sol·licitacions l'os cortical presenta la menor resistència mecànica? Fibres de col·lagen tipus II a) Proteoglicans del solc de Ranvier b) Fibres de col·lagen tipus I c) Cristalls d'hidroxiapatita d) 0,1 % cada mes a) 10 % cada any b) 5 % per setmana c) 1 % per setmana d) Tensió axial a) Cisallament b) Compressió longitudinal c) Flexió de quatre punts d) Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 13 21. Quin patró típic de fractura generen les forces de torsió sobre els ossos llargs? 3 Biomecànica del cartílag articular EN ACABAR SABRÀS Distingir la composició molecular i l'orientació del col·lagen segons la zona del cartílag articular.

Explicar la resposta mecànica viscoelàstica segons el model bifàsic de fluid i matriu sòlida. Identificar els sistemes de lubrificació i mecanismes de desgast presents a les articulacions sinovials. Seqüenciar ordenadament les quatre etapes degeneratives del procés d'artrosi. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 22 Com pot una articulació resistir tones de càrrega repetida durant dècades sense desgastar- se immediatament pel frec? Tipus de teixit cartilaginós i característiques del cartílag hialí El cartílag és un teixit connectiu especialitzat capacitat per suportar un entorn mecànic molt exigent al llarg de la vida sense patir danys estructurals.

Segons la seva localització i funció principal, es divideix en tres modalitats: Cartílag elàstic: present en estructures sotmeses a deformacions repetides com el pavelló auditiu. Fibrocartílag: amb un component fibrós dens, situat en meniscs i còndils mandibulars. Cartílag hialí: és el tipus més abundant i rellevant de l'aparell locomotor, ja que recobreix les superfícies de les articulacions sinovials. Macroscòpicament, l'aspecte del cartílag hialí varia amb l'edat: en infants és blanc amb tonalitats blavoses, mentre que en adults adquireix una coloració groguenca que pot derivar cap al marró.

El seu gruix oscil·la generalment entre els 2 mm i els 3 mm, tot i que varia segons l'articulació (fins a 5 mm al genoll i aproximadament 1 mm a les falanges). Les seves dues funcions mecàniques bàsiques consisteixen a transmetre càrregues articulars àmpliament per evitar pics de pressió destructius i permetre el lliscament ossi amb una fricció mínima. DEFINICIÓ El condro és la unitat funcional, anatòmica, citogenètica i mecànica elemental del cartílag, constituïda per l'associació funcional entre el condròcit i la matriu extracel·lular circumdant.

Fractura per aixafament trabecular a) Fractura espiroidal b) Fractura transversal per 3 punts c) Avulsió per arrencament fibrós d) Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 14 Composició de la matriu extracel·lular i component cel·lular El cartílag articular és un teixit aneural, avascular i sense vasos limfàtics. Aquesta singularitat significa que la seva nutrició i equilibri depenen exclusivament de la interacció entre les seves cèl·lules i la matriu extracel·lular (MEC): Condròcits: cèl·lules altament diferenciades capaces de subsistir en condicions d'hipòxia. Tenen una mida, morfologia i metabolisme que varien segons la zona del teixit.

Són sensibles als canvis estructurals i mecànics de la matriu, sent els únics elements responsables de sintetitzar o degradar els seus components com a resposta adaptativa a les sol·licitacions funcionals. El procés de degeneració d'aquesta estructura es coneix com a condromalàcia. Fibril·les de col·lagen: suposen la proteïna més abundant de la fracció orgànica. En el cartílag articular predomina el col·lagen tipus II, a diferència del col·lagen tipus I típic de l'os, tendons i lligaments. Construeixen una xarxa tridimensional que immobilitza els proteoglicans i proporciona resistència davant esforços de tracció. La seva presència és especialment concentrada a la capa superficial.

Proteoglicans: macromolècules formades per una proteïna central unida a cadenes de glicosaminoaglicans. Aporten una gran capacitat d'unió a l'aigua degut a la seva forta afinitat hidròfila. Són els responsables directes de conferir resistència a la compressió i d'actuar com a amortidors elàstics. Aigua intersticial: component inorgànic majoritari. Constitueix aproximadament el 85 % del volum a la superfície i disminueix progressivament fins a un 65 % a les capes més profundes. Es reparteix en aigua lliure (mòbil) i lligada a macromolècules, condicionant el comportament mecànic en interacció amb el col·lagen i els proteoglicans.

COMPROVA-HO 23 Quina relació metabòlica tenen els condròcits amb l'entorn mecànic si el cartílag manca de vasos sanguinis? Organització arquitectònica en zones histològiques L'orientació dels seus components no és homogènia sinó que s'organitza en quatre estrats diferenciats des de la cavitat articular fins a la unió amb l'os subcondral (per a l'estudi de la placa òssia profunda, vegeu «Biomecànica del teixit ossi»): Zona Volum de MEC Morfologia cel·lular i orientació del col·lagen Contingut en proteoglicans Funció mecànica principal 1.

Superficial o tangencial 20 % Condròcits aplanats; làmines de col·lagen paral·leles a la superfície Molt baix Resistència davant forces de cisalla o fricció tangencial 2. De transició 40 % Cèl·lules esferoïdals; xarxa corbada de fibres obliqües El contingut més alt Amortiment de càrregues i resistència a compressió Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 15 Zona Volum de MEC Morfologia cel·lular i orientació del col·lagen Contingut en proteoglicans Funció mecànica principal 3. Radial o profunda 30 % Cèl·lules arrodonides en columnes; fibres perpendiculars i paral·leles a l'os Contingut alt Transmissió axial de forces i fixació a la matriu calcificada 4.

Calcificada 10 % Absència de condròcits actius, fibres estructurades o proteoglicans Sense PG (sals minerals) Transició mecànica d'ancoratge amb l'os subcondral Aquesta organització determina un comportament mecànic altament anisotròpic i heterogeni, especialment quan el cartílag es posa sota esforç de tracció superficial. ERROR FREQÜENT Un error molt habitual a les avaluacions és afirmar que la zona superficial conté la màxima concentració de proteoglicans per aturar el pes directe.

És a la inversa: la zona superficial té pocs proteoglicans i abundants fibres de col·lagen orientades tangencialment per suportar cisalla; la concentració màxima de proteoglicans amortidors es troba a la zona de transició. Comportament bifàsic i propietats viscoelàstiques Físicament, el cartílag respon segons el model bifàsic: un medi porós deformable (fase sòlida de col·lagen i proteoglicans) impregnat per un fluid intersticial mòbil (fase líquida aquosa). Existeix una relació directa entre la permeabilitat del teixit i el contingut d'aigua, mentre que la permeabilitat té una relació inversa amb la concentració de proteoglicans.

Quan s'aplica una càrrega sobre el teixit, es desenvolupa una deformació gradual deguda a dos fenòmens conjunts: la deformació intrínseca de les fibres de col·lagen i l'augment de la pressió local del fluid. Com a conseqüència d'aquesta pressió, l'aigua s'exsuda lentament a través dels porus de la matriu. Aquesta resposta depèn críticament de la taxa i el temps d'aplicació de les forces exteriors: Càrrega i descàrrega ràpida: el teixit es comporta gairebé com un sòlid monofàsic impermeable. No hi ha temps físic perquè el fluid sigui espremut fora de la matriu, provocant una deformació i recuperació instantànies.

Càrrega lenta o constant: el comportament és marcadament viscoelàstic i recuperable. El material es va comprimint paulatinament a mesura que el fluid és expulsat a l'exterior, fins a assolir un punt d'equilibri mecànic on cessa la deformació. Quan la sol·licitació desapareix, el cartílag reabsorbeix aigua i recupera el seu gruix original, sempre que disposi de prou fluid i de temps d'inactivitat suficient. COMPROVA-HO 24 Per què la permeabilitat del cartílag articular disminueix a mesura que augmenta la quantitat de proteoglicans?

Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 16 Mecanismes de lubrificació articular Per evitar la degradació per fricció durant el moviment, l'articulació compta amb diversos règims de lubrificació operatius segons el règim de moviment i la intensitat de la càrrega: Lubrificació per capa límit (boundary): una monocapa de molècules del líquid sinovial s'adhereix directament a les irregularitats microscòpiques de les dues superfícies en contacte. El lliscament es produeix entre aquestes molècules adherides. Resulta vulnerable i poc efectiva davant càrregues d'alta magnitud o esforços elevats de cisalla.

Lubrificació per pel·lícula de fluid: una capa contínua de líquid sinovial separa físicament ambdues superfícies de cartílag, suportant directament les pressions. Presenta dues variants principals: Hidrodinàmica: es produeix mitjançant el moviment tangencial relatiu de les superfícies, que arrossega el fluid i genera un efecte de falca mecànica de sustentació. Compressió o expressió de pel·lícula (squeeze-film): es genera mitjançant un moviment perpendicular d'aproximació entre les dues superfícies. El fluid ha de ser forçat cap a l'exterior a través d'un espai molt estret.

Permet aguantar càrregues molt intenses però durant intervals de temps curts, ja que la pel·lícula s'aprima fins que les superfícies arriben a tocar-se. Mecanismes de desgast i fases de l'artrosi El desgast es defineix com la pèrdua progressiva de material d'una superfície sòlida induïda per acció mecànica. Es divideix fonamentalment en dos tipus: Desgast interfacial: resultat de la interacció directa de contacte entre cares articulars. Pot ser per adhesió (fragments microscòpics de les superfícies que entren en contacte s'enganxen i s'arrenquen amb el lliscament) o per abrasió (un material o una partícula lliure més dura raspa i rasa una superfície més tova).

Desgast per fatiga: es produeix sense necessitat de contacte directe abrasiu, a causa de tensions deformants repetitives sobre la matriu sòlida combinades amb l'exsudació i entrada repetida de fluid. Amb el temps es genera una disrupció de la xarxa macromolecular de col·lagen i proteoglicans. Quan aquests processos superen la capacitat de resposta dels condròcits, s'instaura la malaltia degenerativa coneguda com a artrosi, la qual evoluciona en quatre fases estructurades: PROCÉS Fases de degradació articular en l'artrosi 1 Fase I: Velvetització Desgast de les capes superficials per cisalla i despreniment de microfragments.

2 Fase II: Fissuració Separació dels feixos de col·lagen a la zona III i aparició d'esquerdes. 3 Fase III: Ulceració Confluència de diverses fissures i pèrdua completa de fragments de cartílag. 4 Fase IV: Eburnització L'os subcondral queda totalment exposat i es poleix pel fregament mecànic directe. Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 17 COMPROVA-HO 25 En què es diferencia patològicament la fase de fissuració de la fase d'ulceració en l'artrosi? IDEES CLAU El cartílag hialí és el teixit articular predominant; conté col·lagen tipus II per a la resistència a tracció i proteoglicans que aporten capacitat d'amortiment davant la compressió.

L'arquitectura del cartílag hialí s'estructura en 4 zones: tangencial (protegeix de la cisalla), de transició (màxima concentració de proteoglicans), radial (columnes profundes) i calcificada (ancoratge ossi). El comportament mecànic és bifàsic i viscoelàstic: respon com un sòlid rígid davant càrregues sobtades i es deforma dependent del temps per exsudació de fluid sota pressions sostingudes. La lubrificació es divideix en capa límit (monocapa molecular poc resistent a cisalla) i per pel·lícula de fluid (hidrodinàmica per lliscament i per compressió o squeeze-film per càrregues sobtades).

El desgast del teixit pot ser interfacial (adhesió i abrasió) o per fatiga interna de la xarxa matricial. L'artrosi degenerativa segueix 4 etapes clíniques consecutives: velvetització superficial, fissuració radial, ulceració destructiva i eburnització de l'os subcondral denudat. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 26. Quina diferència d'orientació i funció mecànica presenta el col·lagen entre la zona 1 (superficial) i la zona 3 (radial)? 27. Què succeeix amb el contingut hídric del cartílag articular quan s'aplica una càrrega sostinguda en el temps? 28. Quina és la manifestació final de l'artrosi sobre l'estructura òssia en la fase d'eburnització? Test Encercla la resposta correcta.

Les solucions són al final. 29. Quin tipus de col·lagen és característic del cartílag articular hialí? 30. Quina capa del cartílag té més quantitat de proteoglicans? Col·lagen tipus II a) Col·lagen tipus I b) Col·lagen tipus III c) Col·lagen tipus IV d) Os subcondral a) Zona superficial b) Zona de transició c) Zona calcificada d) Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 18 31. Quin règim de lubrificació actua quan dues superfícies s'apropen perpendicularment a gran pressió? 32. Quina alteració histològica defineix la fase I (velvetització) de l'artrosi?

4 Biomecànica dels tendons i lligaments EN ACABAR SABRÀS Distingir les diferències estructurals i funcionals entre tendons i lligaments. Identificar els llindars d'allargament elàstic, plàstic i de ruptura en la corba de tracció. Descriure les quatre zones de transició estructural de la unió osteotendinosa. Analitzar l'impacte de l'entrenament, la immobilització i la mobilització precoç sobre la matriu col·làgena. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 33 Per què un tendó sa gairebé mai no es trenca pel mig quan el múscul pateix una sobrecàrrega brusca?

Diferències funcionals i composició bioquímica Els tendons i els lligaments són estructures conjuntives denses adaptades per transmetre càrregues mecàniques dins l'aparell locomotor. Tot i compartir una base estructural comuna, tenen comeses mecàniques diferents: els tendons uneixen múscul a os per transmetre forces de tracció i generar moviment, mentre que els lligaments connecten ossos entre si per estabilitzar les articulacions i limitar moviments lesius o excessius. Ambdós teixits presenten una densitat cel·lular relativament baixa en comparació amb el volum total del teixit.

Prop del 20% del volum correspon als elements cel·lulars (predominantment fibroblasts i tenòcits), mentre que el 80% restant el forma la matriu extracel·lular (MEC). L'aigua representa entre el 60% i el 80% de la matriu, i la fracció sòlida restant (20-40%) està integrada per fibres proteiques i substància fonamental.

Component Lligament Tendó Matriu cel·lular 20% 20% Matriu extracel·lular (MEC) 80% 80% Lubrificació per adhesió a) Lubrificació límit b) Lubrificació per abrasió c) Lubrificació per compressió d) Unió de múltiples fissures a) Exposició òssia polida b) Microdesgast superficial c) Destrucció de l'os d) Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 19 Component Lligament Tendó Aigua (% de la MEC) 60-80% 60-80% Sòlids (% de la MEC) 20-40% 20-40% Proporció de col·lagen 70-80% del pes sec Lleugerament més alta Col·lagen tipus I (% del col·lagen) 90% 95-99% Col·lagen tipus III (% del col·lagen) 10% 1-5% Substància fonamental 20-30% del pes sec Lleugerament més alta El col·lagen suposa al voltant del 25% del total de proteïnes de l'organisme.

És una proteïna fibril·lar allargada amb una seqüència d'aminoàcids específica organitzada per resistir forces direccionals. La unitat bàsica és el tropocol·lagen, sintetitzat a l'interior dels fibroblasts i secretat a l'espai extracel·lular, on s'acobla formant estructures d'ordre superior. Les fibres d'elastina aporten capacitat de recuperació elàstica. Estan formades per molècules d'elastina entrellaçades de manera desorientada en repòs. Són molt riques en aminoàcids hidròfobs com la valina i l'alanina, i incorporen dos aminoàcids característics: la desmosina i la isodesmosina.

Quan el teixit s'estira, aquests enllaços creuats permeten que les cadenes s'orientin en la direcció de la força aplicada, oferint una tensió proporcional a l'allargament. La substància fonamental constitueix la fase amorfa i no fibril·lar de la matriu. És un gel viscós compost per aigua, proteoglicans i glicoproteïnes de la matriu. Té com a funcions principals facilitar el transport i intercanvi molecular entre cèl·lules i modular la resposta viscoelàstica durant les sol·licitacions mecàniques. COMPROVA-HO 34 Per quina raó bioquímica els tendons contenen una proporció superior de col·lagen de tipus I que els lligaments?

Estructura jeràrquica i vascularització L'organització estructural dels tendons i lligaments segueix una estricta jerarquia multinivell dissenyada per dissipar tensions i evitar la propagació catastròfica de fractures: La disposició espacial d'aquests elements varia segons les necessitats funcionals del teixit: Tropocol·lagen: triple hèlix macromolecular bàsica secretada pel fibroblast. 1 Microfibril·les i subfibril·les: empaquetament ordenat de molècules de tropocol·lagen a l'espai extracel·lular. 2 Fibril·les de col·lagen: agregació de subfibril·les que mostren el patró típic d'estries periòdiques. 3 Fascicles: agrupacions de fibril·les envoltades per teixit connectiu fi.

4 Tendó o lligament complet: conjunt de fascicles estructurats per complir la funció de tracció. 5 Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 20 Tendó: presenta una disposició de fibres estrictament paral·lela i longitudinal respecte a la línia de tracció del múscul, fet que li permet tolerar tensions uniaxials enormes sense deformació transversal excessiva. Lligament: les fibres tenen una organització semi-paral·lela; la majoria segueixen l'eix principal de tracció, però algunes s'orienten lleugerament en altres angles per resistir càrregues en diverses direccions articulars.

A la pell, en contrast, les fibres s'entrecreuen completament a l'atzar per tolerar forces multidireccionals. Tant els tendons com els lligaments tenen una vascularització pobra, factor clau que limita la seva taxa metabòlica i allarga notablement els processos de cicatrització tissular. En els tendons, l'aportació sanguínia prové de tres fonts: la unió miotendinosa (perimisi), la inserció perióstica i els embolcalls peritendinosos. Segons la presència i el tipus d'embolcall, es classifiquen en: Tendons vasculars: envoltats per un paratendó, típics de zones sotmeses a baixa fricció (com el tendó d'Aquil·les).

Els vasos sanguinis hi penetren des de diferents punts perifèrics i creen una xarxa anastomòtica longitudinal mitjançant capil·lars. Tendons avasculars: revestits per una beina tendinosa o sinovial amb mesotendó, característics de zones d'alta fricció (com els tendons flexors dels dits). La seva nutrició depèn essencialment de vincles vasculars reduïts i de la difusió de nutrients a través del líquid sinovial. COMPROVA-HO 35 Quina conseqüència biomecànica té la diferència en l'orientació fibril·lar entre un tendó i un lligament?

Transició mecànica a la unió osteotendinosa (UOT) El tendó interactua amb el seu entorn mitjançant dues unions especialitzades: la unió tendomuscular (o miotendinosa, UTM), que transmet la tensió generada pels sarcòmers als feixos de col·lagen (vegeu «Biomecànica del teixit muscular esquelètic»), i la unió osteotendinosa (UOT), responsable de fixar el tendó a l'os i transmetre les càrregues sense generar pics destructius d'estrès per discrepància de rigidesa.

Aquesta interfase osteotendinosa s'organitza en quatre zones o estrats histològics consecutius: Estrat tendinós: caracteritzat per una estructura fibril·lar clàssica amb tenòcits allargats, fibres de col·lagen alineades i substància fonamental. 1 Estrat fibrocartilaginós: els tenòcits adquireixen una morfologia arrodonida i s'assemblen a condròcits en una matriu cartilaginosa. 2 Estrat fibrocartilaginós mineralitzat: apareix una frontera de transició coneguda com a línia de ciment o blavosa, que marca el primer vestigi de matriu osteoide entre el teixit fibrocartilaginós i les cèl·lules condrocitàries.

3 Estrat ossi: teixit ossi pròpiament dit, definit per la presència de cristalls d'hidroxiapatita incrustats a l'interior i a la perifèria de les fibres de col·lagen (vegeu «Biomecànica del teixit ossi»). 4 Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 21 PROCÉS Zones de la unió osteotendinosa (UOT) 1 Estrat tendinós Tenòcits allargats i feixos de col·lagen orientats. 2 Fibrocartílag Cèl·lules arrodonides d'aspecte condrocitari. 3 Fibrocartílag mineralitzat Línia de ciment i primera matriu osteoide. 4 Estrat ossi Fibres de col·lagen amb cristalls d'hidroxiapatita.

ERROR FREQÜENT És un error habitual considerar la unió osteotendinosa com una frontera neta i brusca entre teixit tou i os. En realitat, és un gradient continu de quatre estrats consecutius dissenyat per esmorteir el canvi dràstic de rigidesa entre el tendó i el teixit ossi rígid mineralitzat. Comportament mecànic sota tracció Els tendons presenten una notable inextensibilitat fisiològica, necessària per no dissipar energia elàstica innecessària durant el moviment, alhora que gaudeixen de viscoelasticitat per atenuar oscil·lacions durant els canvis ràpids d'allargament i escurçament muscular.

La seva resistència mecànica prové directament de l'empaquetament de col·lagen tipus I: un tendó pot resistir de 400 a 1.800 vegades la força màxima desenvolupada pel ventre muscular que té associat. Quan se sotmet a una prova de tracció progressiva, la seva corba tensió-deformació mostra tres règims clars: Allargament fisiològic reversible (fins al 4%): les fibres, que en repòs mostren un patró ondulat, es desondulen i s'estiren elàsticament sense sofrir cap dany estructural permanent. Si la càrrega cessa, recuperen la longitud original. Deformació plàstica (del 4% al 8%): es comencen a trencar microestructures fibril·lars i enllaços moleculars creuats.

El teixit pateix una deformació permanent irreversible i perd capacitat de càrrega. Ruptura completa (per sobre del 8%): el tendó no pot suportar més tensió mecànica i es produeix la fallada mecànica total del cos tendinós. El mòdul de Young (o mòdul elàstic) mesura la rigidesa intrínseca del material davant de càrregues axials de tracció o compressió.

En el tendó, aquest mòdul se situa entre 2.000 i , reflectint una rigidesa longitudinal notablement superior a la d'altres estructures de l'aparell locomotor: Teixit Tipus de càrrega Mòdul de Young ( ) Tendó Tracció uniaxial Os Tracció/compressió longitudinal Cartílag articular Compressió 1,57 4.000 daN/mm2 daN/mm 2 2.000 4.000 1.500 1.900 Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 22 Teixit Tipus de càrrega Mòdul de Young ( ) Cartílag articular Tracció 0,35 Cartílag articular Torsió 0,24 COMPROVA-HO 36 Què passa mecànicament en un tendó si la seva elongació relativa arriba al 6% de la longitud de repòs?

Remodelació tissular, factors biològics i patomecànica Els tendons i lligaments tenen una capacitat adaptativa modulada per l'ambient mecànic i l'estat metabòlic de l'organisme: Entrenament i sobrecàrrega funcional: indueix hipertròfia tissular, augment del diàmetre dels feixos fibril·lars de col·lagen i un increment significatiu de la força de tracció i rigidesa, tant en el cos tendinós com en la interfase lligament-os. Immobilització: produeix una pèrdua ràpida de proteoglicans i col·lagen, amb disminució de la secció transversal (com s'observa al lligament encreuat anterior després de períodes de descàrrega articular).

La recuperació de la rigidesa prèvia a la immobilització requereix períodes prolongats de càrrega progressiva, sovint de fins a 1 any complet. Mobilització precoç enfront d'immobilització post-lesió: l'aplicació de mobilització passiva precoç controlada després de la reparació quirúrgica redueix la formació d'adherències restrictives sense comprometre la resistència a la tracció del teixit. Edat: les propietats de resistència mecànica i rigidesa augmenten des de la infància fins a assolir un pic a l'edat adulta; posteriorment, l'envelliment produeix un deteriorament progressiu d'ambdós paràmetres.

Diabetis mellitus: afavoreix l'aparició de contractures musculars, tenosinovitis, capsulitis i un increment anormal de la rigidesa articular per alteració del col·lagen. Farmacologia i teràpies mèdiques: els corticoides (esteroides) inhibeixen la síntesi de nou col·lagen; la hemodiàlisi i els empelts condicionen la viabilitat i adaptabilitat de la matriu. Temperatura: l'exposició al fred intens incrementa de forma transitòria la rigidesa dels teixits tous rics en col·lagen.

daN/mm 2 Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 23 IDEES CLAU Els tendons transmeten forces musculars uniaxials amb fibres paral·leles, mentre que els lligaments guien i limiten moviments articulars amb fibres semi-paral·leles. El col·lagen tipus I és la proteïna dominant en tendons (95-99%) i lligaments (90%), a diferència del cartílag on predomina el tipus II. La resposta a la tracció té un límit elàstic reversible fins al 4% d'elongació, deformació plàstica entre el 4% i el 8%, i ruptura per sobre del 8%. El mòdul de Young del tendó ( ) supera el de l'os i és ordres de magnitud superior al del cartílag articular.

La unió osteotendinosa dissipa pics de tensió mitjançant quatre estrats: tendó, fibrocartílag, fibrocartílag mineralitzat i os. La mobilització passiva precoç minimitza la formació d'adherències sense reduir la resistència última a la tracció. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 37. En quins rangs de deformació percentual es troben el comportament elàstic, plàstic i de fallada del tendó? 38. Quins quatre estrats consecutius conformen la unió osteotendinosa (UOT)? 39. Com difereixen els tendons vasculars dels avasculars pel que fa al seu embolcall i localització? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 40. Quin tipus de col·lagen predomina en tendons i lligaments? 41.

A partir de quin percentatge d'allargament s'inicia la deformació plàstica tendinosa? 42. Com s'ordenen les fibres de col·lagen en el tendó? 2.000 4.000 daN/mm 2 Col·lagen de tipus IV a) Col·lagen de tipus II b) Col·lagen de tipus X c) Col·lagen de tipus I d) A partir del 2% a) A partir del 12% b) A partir del 8% c) A partir del 4% d) Estrictament paral·leles i longitudinals a) Completament a l'atzar b) En xarxa tridimensional creuada c) Semi-paral·leles en dos plans d) Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 24 43. Quin efecte té la mobilització passiva precoç post-reparació tendinosa?

5 Biomecànica del teixit muscular esquelètic EN ACABAR SABRÀS Distingir els components conjuntius passius dels elements actius del teixit muscular. Descriure les bandes del sarcòmer i el mecanisme contràctil de la teoria de Huxley. Comparar les propietats de les fibres Tipus I, IIa i IIb i el seu ordre de reclutament. Calcular la força axial d'un múscul pennat utilitzant la fórmula trigonomètrica respecte a la secció fisiològica. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 44 Com pot un múscul generar més tracció si les seves fibres estan inclinades respecte a l'os i no estiren en línia recta?

Tipus de teixit muscular i organització estructural El moviment voluntari és la base fonamental per preservar l'autonomia funcional i desenvolupar les activitats de la vida diària. El teixit muscular es classifica en tres tipus diferenciats: Múscul llis: localitzat a les parets de les vísceres internes, de contracció involuntària. Múscul cardíac: presenta estriacions microscòpiques però el seu funcionament és involuntari. Múscul estriat esquelètic: representa aproximadament el 45 % del pes corporal. Es troba ancorat a l'esquelet per mitjà de tendons i genera força motriu sota control voluntari, oferint una resposta mecànica excel·lent a la tracció gràcies a la seva maquinària contràctil.

Tot múscul esquelètic està integrat per cèl·lules excitables especialitzades, xarxes de vasos sanguinis, vies nervioses organitzades i una matriu de teixit conjuntiu extracel·lular. Produeix ruptura per tracció a) Redueix les adherències tissulars b) Augmenta la rigidesa per fred c) Inhibeix la síntesi d'elastina d) Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 25 ESQUEMA Estructura del múscul esquelètic Components passius i actius de la fibra muscular La fracció mecànica passiva la formen embolcalls successius de teixit connectiu que alberguen fibres de col·lagen, reticulars i elàstiques.

Aquest conjunt actua com un component elàstic en paral·lel a les fibres, cohesionant l'estructura muscular i facilitant el trànsit vascular, limfàtic i nerviós: Endomisi: teixit conjuntiu lax que envolta de manera individual cada fibra muscular. Perimisi: beina de teixit conjuntiu dens que agrupa les fibres en fascicles. Epimisi: fàscia de teixit conjuntiu fibrós que recobreix tot el ventre muscular. Els elements actius constitueixen vora el 80 % de la massa del múscul i estan formats per elements excitables: Sarcolema: membrana cel·lular autèntica de la fibra, situada just sota l'endomisi. Sarcoplasma: citoplasma intern que conté la matriu cel·lular, mitocondris i l'aparell de Golgi.

Miofibril·les: estructures contràctils cilíndriques formades per proteïnes filamentoses. Els filaments fins d'actina s'organitzen en una doble hèlix associada a troponina i tropomiosina. Els filaments gruixuts de miosina presenten una regió helicoïdal llarga i dos caps globulars que formen els ponts creuats, situant-se de manera intercalada entre els filaments prims d'actina.

Múscul esquelètic Òrgan contràctil voluntari Elements passius Teixit conjuntiu en paral·lel Epimisi Embolcall fibrós de tot el múscul Perimisi Envolta els fascicles musculars Endomisi Recobreix cada fibra individual Elements actius Maquinària excitable i contràctil Sarcolema i sarcoplasma Membrana cel·lular i citoplasma Miofibril·les Cadena longitudinal de sarcòmers Actina i miosina Miofilaments prims i gruixuts Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 26 COMPROVA-HO 45 Quina funció mecànica exerceixen l'epimisi, el perimisi i l'endomisi durant el treball muscular?

Ultraestructura del sarcòmer i teoria de Huxley El sarcòmer constitueix la unitat funcional i contràctil bàsica de la miofibril·la. Sota el microscopi presenta un patró alternat de bandes: Bandes I (clares): integrades per filaments d'actina i dividides al centre per la línia Z, que serveix d'ancoratge estructural. Bandes A (fosques): formades per filaments de miosina i dividides per la línia M. Banda H: regió central al voltant de la línia M on únicament hi ha miosina sense superposició d'actina.

Segons la teoria del lliscament miofibril·lar de Huxley, els filaments prims i gruixuts mantenen la seva longitud invariant durant la contracció: llisquen els uns sobre els altres gràcies a la interacció dels ponts creuats. Aquest lliscament aproxima les línies Z consecutives, escurçant les bandes I i H, i provocant l'escurçament global de la fibra muscular. Com més longitud útil té un sarcòmer dins del seu rang òptim, més ponts d'unió es poden establir i major força pot desenvolupar. DEFINICIÓ El sarcòmer és el segment comprès entre dues línies Z successives; representa la unitat morfofuncional més petita capaç de desenvolupar tensió mecànica activa en el teixit muscular.

Tipologia de fibres musculars i reclutament motor Les característiques funcionals del múscul depenen directament de la composició de les seves fibres: Tipus de fibra Denominació habitual Velocitat i força Resistència a la fatiga Tipus I Lentes o vermelles Contracció lenta i sostinguda Molt resistents a la fatiga Tipus IIa Intermèdies o roses Velocitat i força moderadament altes Moderada resistència a la fatiga Tipus IIb Ràpides o blanques Moviments ràpids i explosius Fatigabilitat fàcil i ràpida El patró d'activació durant l'esforç segueix un ordre jeràrquic estricte: primer es recluten les fibres lentes (Tipus I), a continuació les intermèdies (Tipus IIa) i en darrer terme les ràpides (Tipus IIb).

En el procés de relaxació muscular, l'ordre s'inverteix completament. COMPROVA-HO 46 En quin ordre es desconnecten les fibres musculars en iniciar la relaxació motora? Apunts de Biomecànica de l'Aparell Locomotor " Fisioteràpia 27 Modalitats de contracció muscular Segons el comportament de la tensió interna i la variació de la longitud del múscul es distingeixen: Arquitectura muscular: fusiforme vs. pennada i secció fisiològica L'arquitectura muscular descriu la disposició geomètrica de les fibres respecte a l'eix de tracció del tendó: Músculs fusiformes: fibres orientades paral·lelament a l'eix de tracció.…