Biomecánica del Cartílago Articular PDF

13/09/23 BIOMECÁNICA DEL CARTÍLAGO ARTICULAR Liliana Patricia Escobar Serna Fisiotera...

13/09/23 BIOMECÁNICA DEL CARTÍLAGO ARTICULAR Liliana Patricia Escobar Serna Fisioterapeuta Docente - UAM 1 BIOMECÁNICA DEL CARTÍLAGO ARTICULAR 1. Introducción 3. Comportamiento biomecánico del cartílago articular Naturaleza viscoelástica del CA 2. Composición y estructura del cartílago articular Permeabilidad del CA Condrocito Comportamiento del CA bajo tracción uniaxial Colágeno Comportamiento del CA en cizalladura pura Proteoglicano Agua 4. Lubricación del cartílago articular Interacción física y estructural ente los componentes del Lubricación frontera cartílago articular Lubricación por película de fluido 2 1  13/09/23 1. Introducción 3 2. Composición y estructura del cartílago articular 4 2  13/09/23 Composición y estructura del cartílago articular CONDROCITOS COLÁGENO TIPO II (15 al 22%) PROTEOGLICANO (4 al 7%) AGUA (60 al 85%) SALES INORGÁNICAS, Y OTRAS PROTEINAS 5 Composición y estructura del cartílago articular Células esparcidas por el cartílago articular. CONDROCITOS Generan, secretan, organizan y mantienen los componentes orgánicos de la matriz extracelular (MEC). 6 3  13/09/23 Composición y estructura del cartílago articular COLÁGENO TIPO II (15 al 22%) Alta resistencia a las tensiones. Rígido y fuerte en tensión y débil y deformable a la compresión. El cartílago es anisotrópico. 7 Composición y estructura del cartílago articular PROTEOGLICANO (4 al 7%) Se distribuyen de manera no homogénea, con > concentración en la zona media y < concentración en la zonas superficial y profunda. Están compuestos por una estructura proteica (núcleo) y una polisacarida (glucosaminoglicanos – GAGs). Se enlaza a la molécula de hialuronato a través de un enlace que se estabiliza por una proteína (LP) à es muy importante en la función del cartílago. 8 4  13/09/23 Composición y estructura del cartílago articular AGUA (60 al 85%) La > cantidad à cerca de la superficie articular y disminuye con la profundidad a un promedio del 65% (zona profunda). Contiene cationes libres como Na+, K+ y Ca2+ que influyen en el comportamiento fisicoquímico y mecánico. La mayoría del agua ocupa los espacios interlaminares de la MEC y está libre para moverse ante gradientes de carga o presión u otras fuerzas electroquímicas. El comportamiento fluido del cartílago permite el movimiento de gases, nutrientes y productos de desecho entre los condrocitos y el fluido sinovial rico en nutrientes. 9 Interacción física y estructural ente los componentes del cartílago articular Las propiedades fisicoquímicas del gel de PG atrapado en la red de colágeno, permiten que resista la compresión. Cuando se aplica una fuerza de compresión al cartílago, se produce una deformación, causada principalmente por la variación del componente molecular de los PG. 10 5  13/09/23 Interacción física y estructural ente los componentes del cartílago articular Cuando el cartílago articular es sometido a cargas externas, la matriz sólida de colágeno – PG y el fluido intersticial funcionan en conjunto, lo cual es importante en la protección contra los altos niveles de tensión y esfuerzo que se desarrollan en la MEC. 11 3. Comportamiento biomecánico del cartílago articular 12 6  13/09/23 Comportamiento biomecánico del cartílago articular El cartílago articular está compuesto por 3 fases: Fase sólida (poroso-permeable) à MEC - red de colágeno – PG. Fase fluida à agua intersticial. Fase iónica à catión Na+ y anión Cl- y otras como el Ca2+. Contribuye en menos del 5% al soporte de la carga 13 Comportamiento biomecánico del cartílago articular Propiedades mecánicas intrínsecas Compresión Tracción/Tensión Cizalladura 14 7  13/09/23 Naturaleza de la viscoelasticidad del cartílago articular Viscoso Elástico Fluido viscoso Solido elástico Amortiguador Resorte 15 Permeabilidad del cartílago articular El cartílago es un material altamente poroso (+/- 80%) y de muy baja permeabilidad. 16 8  13/09/23 Comportamiento del cartílago articular bajo tracción uniaxial El comportamiento mecánico en tracción es altamente anisotrópico. Las características anisotrópicas son causadas por la variación del colágeno y la organización del PG en las superficies articulares y el orden de las capas dentro del tejido. 17 Comportamiento del cartílago articular bajo tracción uniaxial En tracción o compresión uniaxial siempre hay un cambio volumétrico, hay flujo de fluido intersticial e induce efectos viscoelásticos en el tejido. 18 9  13/09/23 Comportamiento del cartílago articular en cizalladura pura No se producen cambios volumétricos ni cambios de presión. La rigidez de cizalladura del cartílago se debe al contenido de colágeno y a la interacción entre colágeno y PG. 19 4. Lubricación del cartílago articular 20 10  13/09/23 Lubricación del cartílago articular La articulación sinovial tiene un coeficiente de fricción extremadamente bajo. Desde el punto de vista de la ingeniería hay dos tipos fundamentales de lubricación: ✓ LA LUBRICACIÓN FRONTERA involucra una monocapa simple de moléculas de lubricante absorbido sobre cada superficie de contacto. ✓ LA LUBRICACIÓN POR PELÍCULA DE FLUIDO una capa de fluido suministra una gran separación de las superficies articulares. 21 22 11  13/09/23 Bibliografía Nordin, Margareta; Frankel, Victor H. (2013). Bases Biomecánicas del Sistema Musculoesquelético. Cuarta Edición. Wolters Kluwer Health España S.A. 23 12