Estudo da Biomecânica em
Ortopedia
Cesar Martins, méd.
Universidade de Passo Fundo - RS
Biomecânica Básica
•  Propriedades de
Material
–  Elástica-Plástica
–  Tensão de Ruptura
–  Frágil-Dúctil
–  Dureza
•  Não Depende da
forma!
•  Propriedades Estruturais
–  Flexão
–  Torsão
–  Axial
•  Depende da forma!
Teste de Materiais
Resistência elástica do LCA e
dos enxertos mais utilizados
Tipo de enxerto
LCA íntegro
Ligamento patelar ossotendão-osso (10 mm)
Semitendíneo simples
Tendão flexor quádruplo
Tendão quadricipital (10
mm)
Resistência Elástica
Máxima (N)
2160 + 157
2376 + 151
1216 + 50
4108 + 200
2352 + 495
Fu FH, Bennett CH, Lattermann C and Ma CB: Current trends in anterior cruciate ligament reconstruction
Part I: Biology and Biomechanics o reconstruction. Am J Sports Med 1999; 27:821-830
Biomecânica Básica
Força – Deslocamento - Rigidez
Força
Inclinação = rigidez
= Força/
Deslocamento
Deslocamento
Biomecânica Básica
Força
Àrea
Tensão =
Force/Àrea
ΔL
Deformação =
Mudança na Altura(ΔL) /
Altura original (L0)
Artroplastia Total do Quadril
Estudo da Tribologia - atrito
Tensão-deformação & Módulo Elástico
Tensão =
Força/Àrea
Inclinação =
Módulo elástico=
Tensão /deformação
Deformação =
Mudança no comprimento / Comprimento original (ΔL/ L0)
Materiais Comuns em Ortopedia
•  Módulo Elástico(GPa) • 
• 
• 
• 
Stress
• 
• 
Deformação
Aço Inox
Titanium
Osso Cortical
Cimento Ósseo
Osso Esponjoso
UHMW-poli
200
100
7-21
2.5-3.5
0.7-4.9
1.4-4.2
Módulo de Elasticidade
•  Deformação Elástica
•  Deformação Plástica
•  Energia
Elástica
Plástica
Força
Energia
Absorvida
Deformação
Mecânica Óssea
•  Densidade
–  Mudanças sutis na
densidade levam a
grandes alt. no módulo
elásticos
•  Densidade muda:
–  Depende da idade
–  Doenças
–  Uso
–  Desuso
Cortical Bone
Trabecular Bone
Figure from: Browner et al: Skeletal Trauma
2nd Ed. Saunders, 1998.
Cargas Aplicadas no Osso
•  Acidentes de alta
energia
Cargas Ósseas
•  Flexão
•  Axial
–  Tensão
–  Compressão
•  Torsão
Flexão
Compressão
Torsão
Mecânica da Fratura
Figure from: Browner et al: Skeletal Trauma 2nd Ed, Saunders, 1998.
Mecânica da Fratura
•  Carga em Flexão:
–  Força de compressão
maior que força de
tensão
–  Falha óssea
Figure from: Tencer. Biomechanics in Orthopaedic
Trauma, Lippincott, 1994.
Momento de Inércia
•  Reistência a flexão,
torção, compressão,
tração ou cizalhamento
de um objeto é a função
de sua forma
•  Relação de uma força
aplicada para a
distribuição da massa
(forma) com respeito a
um eixo.
Figure from: Browner et al, Skeletal Trauma 2nd Ed,
Saunders, 1998.
Mecânica da Fratura
•  Calo fraturário
1.6 x + forte
–  Momento de Inércia
proporcional a r4
–  Aumento no raio pelo
calo, aumenta
grandemente o
momento of inércia e
rigidez
Browner et al, Skeletal Trauma
2nd Ed, Saunders, 1998.
0.5 x + fraco
Tencer et al: Biomechanics in
Orthopaedic Trauma, Lippincott, 1994.
Hastes Intramedulares
Momento de Inércia
•  Rigidez proporcional à
4a potência
Browner et al, Skeletal Trauma, 2nd Ed, Saunders,
1998.
Diâmetro de uma haste IM
Tencer et al, Biomechanics in Orthopaedic Trauma, Lippincott, 1994.
Abertura da haste
• Permite mais flexibilidade
em flexão
• Diminui resistência à torsão
Rockwood and Green’s, 4th Ed
Tencer et al, Biomechanics
in Orthopaedic Trauma, Lippincott, 1994.
Parafusos de Bloqueio
•  Controla torsão e carga axial
•  Vantegens
–  Estab. axial e rotacional
–  Esta. Angular
•  Desvantagens
–  Exposição RX e tempo cir.
–  Aumenta estress na haste
•  Localização dos parafusos
–  Fixação nas extrem. Hastes
amplia àrea fratura a ser
fixada em detrimento da
estab.
Biomecânica da Fixação
Tencer et al, Biomechanics in
OrthopaedicTrauma, Lippincott, 1994.
Anatomia do Parafuso
•  Parafuso
–  Diâmetro interna
–  Diâmetro externo
–  “Pitch”
Figure from: Tencer et al, Biomechanics in
OrthopaedicTrauma, Lippincott, 1994.
Parafuso Canulado
•  Canulados
–  Requer diâmetro
interno
–  Relativamente menores
roscas – reduz “pull
out”
–  Resistência parafuso
minimamente afetado
(α r4outer core - r4inner core )
Tencer et al, Biomechanics in
OrthopaedicTrauma, Lippincott, 1994.
Biomecânica da Fixação Externa
Biomecânica da Fixação Externa
•  Diâmetro do pino
–  {Raio}4
–  Fator mais significante
para a estabilidade da
montagem
Biomecânica da Placa Bloqueada
Fixação da Placa Convencional
Patient Load
Carga
<
Carga
Força de fricção
=
Placa bloqueada + parafuso de fixação
<
Carga
Força
compressiva no
osso
=
Estresse ao Osso
Carga
+
Pré-carga
Carga padrão x parafuso bloqueado
“Pullout” de parafusos
Por um esforço fletor
Resistência maior contra
esforço fletor
Maior àrea de resistência
Preservação da irrigação
sanguínea
DCP
LC - DCP
Preservação da irrigação sanguínea
- menor pré-estresse ósseo -
Placa convencional
• Osso pré-estresado
• Periósteo estrangulado
Placa de bloqueio
• Placa (não osso) é préestressado
• Periósteo preservado
Muito Obrigado