Características mecánicas de huesos, músculos, tendones y ligamentos

Estructura

Cargas

Propiedades

Resistencia

Función.

Huesos

Con respecto a la estructura del hueso, este está constituido por la cavidad medular y endostio, además de sus principales partes del hueso como la Diáfisis, Epífisis, y Metáfisis. [1]

Fuerzas como compresión, tracción, flexión, cizallamiento y torsión.[2]

No presenta uniformidad en su composición. Está compuesto por una combinación de hueso laminar y hueso esponjoso. Su estructura se caracteriza por tener una disposición trabecular. En cuanto a su dureza, se mide en 30 unidades Vickers. Respecto a su capacidad para resistir diferentes tipos de fuerza, su resistencia a la compresión se encuentra en un rango de 167 a 213 MPa, su resistencia a la tracción varía entre 107 y 170 MPa, su resistencia a la flexión oscila entre 103 y 238 MPa, y su resistencia a la torsión se sitúa entre 65 y 71 MPa.[3]

La resistencia estima la oposición efectiva de un material a perder su integridad, es decir, a fracturarse, definiéndose como la fuerza necesaria para desencadenar el fracaso mecánico de dicho material bajo unas condiciones específicas de carga. [4]

Proporcionan soporte estructural al cuerpo, manteniendo su forma y protegiendo los órganos internos de factores externos.

La médula ósea es responsable de la producción de glóbulos rojos, los cuales se encargan de transportar el oxígeno a través de la sangre.

En conjunto con los músculos, articulaciones, ligamentos y tendones, los huesos posibilitan el movimiento voluntario del cuerpo.

Además de ser una importante reserva de calcio y fósforo, necesarios para su fortalecimiento, los huesos también almacenan ciertos tipos de lípidos y recursos utilizados en momentos de necesidad. [5]

Músculos

Está compuesto por fibras contráctiles, que pueden unirse al esqueleto o formar órganos o vasos. [6]

Tensión o fuerza de tracción. [6]

Tensión de las fibras musculares durante la contracción tetánica isométrica a diferentes longitudes de sarcómero; la capacidad de generar tensión depende del número de puentes cruzados, el filamento de miosina supera al filamento de actina. [7]

La resistencia muscular es la capacidad de un músculo o grupo de músculos para soportar repeticiones repetidas contra una resistencia durante un largo período de tiempo. [8]

Facilitan la expresión mediante la posibilidad de realizar una variedad de gestos faciales.

Nos alertan sobre posibles problemas de salud o condiciones específicas cuando experimentamos contracciones musculares intensas en áreas particulares, como el útero durante los dolores menstruales, el estómago durante los cólicos o las contracciones que indican el inicio del proceso de parto y la próxima llegada del bebé.

Contribuyen a la protección de los órganos y el esqueleto en nuestro cuerpo.

Dan forma a nuestro cuerpo y, cuando se desarrollan y fortalecen, influyen en la definición de nuestra apariencia física.[9]

Cartílagos

El cartílago articular está divido en cuatros zonas: superficial, transicional, radial y zona de cartílago calcificado. [10]

Comprensión y cizallamiento. [10]

El comportamiento viscoelástico se refiere a una combinación de características entre un muelle y un amortiguador. Experimenta una deformación progresiva a lo largo del tiempo. Las solicitudes de contacto máximo del cartílago pueden llegar a alcanzar los 20 MPa. En comparación con el hueso, el cartílago tiene un módulo de Young que es aproximadamente 1000 veces menor. Su grosor varía entre 2 y 4 mm. [10]

Es duro y fuerte en tensión, pero débil y deformado en compresión. [10]

La función del cartílago articular está determinada por la composición molecular de su matriz extracelular (MEC), compuesta principalmente por proteoglicanos y colágeno. Como se mencionó previamente, el agrecano es el principal proteoglicano presente en el cartílago, formando agregados grandes con hialuronano y teniendo carga negativa para retener agua en el tejido. El colágeno, principalmente el tipo II, actúa para restringir los proteoglicanos y contribuye a mantener la estructura del cartílago. En consecuencia, la MEC responde a las fuerzas de tracción, cizallamiento y compresión que el cartílago experimenta durante los movimientos mecánicos, como la marcha normal o el soporte de peso. [11]

Tendones

Su composición está formada por fibras de colágeno, una matriz de proteoglicanos y agua. [12]

Los tendones tienen una alta resistencia a

la tracción y están sujetos a acciones de compresión similares a cuerdas. [13]

El comportamiento es viscoelástico, lo que significa que combina propiedades de elasticidad y viscosidad. Es un material inextensible, con un alargamiento máximo del 4%. Sin embargo, si se somete a una deformación entre el 4% y el 8%, se romperá. Presenta una alta resistencia y puede soportar una carga máxima de 45 N. El módulo de Young, que indica la rigidez del material, se encuentra en el rango de 2000 a 4000 daN/mm². [12]

El tamaño determina la fuerza del tendón. El tendón más grande es el tendón de Aquiles. [12]

Las propiedades mecánicas de los músculos adyacentes también determinan el grado de tensión del tendón. [12]

Ligamentos

Se compone de tejido conectivo denso, principalmente colágeno. [14]

Son viscoelásticos, similares a los tendones, y los factores que afectan sus propiedades biomecánicas son los mismos. [14]

Exhibe un comportamiento viscoelástico, lo que implica propiedades combinadas de elasticidad y viscosidad. Es inextensible y su módulo de Young se encuentra en el rango de 760 a 2850 daN/mm². Además, presenta características mecánicas similares a las del tendón. [15]

Tienen baja vascularidad y celularidad, principalmente fibroblastos. [15]

Los ligamentos cumplen diversas funciones importantes:

1. Proporcionan estabilidad a las articulaciones al mantener los extremos articulares en su lugar.[16]

2. Guían y dirigen el movimiento de las articulaciones, permitiendo movimientos fluidos y controlados.[16]

3. Contribuyen a la información propioceptiva al enviar señales sensoriales a través de las terminaciones nerviosas al sistema nervioso central, lo que ayuda a mantener la conciencia y el control de la posición y el movimiento de las articulaciones.[16]

4. Los ligamentos son tejidos altamente especializados, diseñados específicamente para desempeñar su función de manera eficiente y efectiva. [16]