Biomecânica da Fratura

Introdução

Fatores extrínsecos

Força: ação ou influência, que quando aplicada à um corpo tende a acelerá-lo ou a deformá-lo;

– Força = massa x aceleração
– Forças que têm magnitude e direção podem ser representadas por um vetor;
– Carga é a força sofrida por um corpo;

Esforço ou estresse é a resistência interna a deformação ou a força gerada dentro de um material resultado da aplicação de uma carga externa;
Esforço = carga/ área sobre a qual a carga atua;

Força e esforço podem ser classificados como tensão, compressão ou cisalhamento;
– Tensão e compressão atuam perpendicularmente ao plano em consideração(esforços normais);
– Cisalhamento atua em uma direção paralela ao plano considerado;
– Quilograma força: diferenciar força de massa

Deformação é a alteração nas dimensões lineares de um corpo que resulta da aplicação de uma força ou uma carga;
– Deformação de tração e compressão aumentam ou diminuem o comprimento por unidade de comprimento inicial. Elas são consideradas normais (atuam perpendicularmente à secção transversal da estrutura);
São designadas epsilon;
– Deformação de cisalhamento é produzida quando uma força externa é aplicada produzindo uma deformidade angular. É o movimento relativo de dois pontos quaisquer perpendicularmente à linha que os une;
– Deformidade normais e de cisalhamento não se excluem mutuamente;
– Deformidades de tensão e de compressão sempre se associam com deformidade de cisalhamento;

Fatores intrínsecos

Gaynor Evans = propriedades do osso que determinam sua suscetibilidade à fraturas:
– Capacidade de absorção de energia;
– Módulo de elasticidade (módulo de Young);
– Resistência à fadiga;
– Densidade.

Capacidade de absorção de energia

– energia é a capacidade de efetuar trabalho;
– trabalho = força x distância (Nm=joule);
– Newton = unidade de medida da força: é a força necessária para conferir a uma massa de 1 kg uma aceleração de 1 metro por segundo;
– Energia de deformação é a energia que um corpo é capaz de absorver alterando sua forma sob a aplicação de uma carga externa;
– Quanto mais rapidamente um corpo é carregado, maior será a absorção de energia antes da falha;
– Fraturas com carregamento lento são lineares. Carregamento rápido infunde enorme energia de deformação, de tal modo que uma explosão do osso tem lugar quando ele falha levando à cominuição;

Módulos de Young e curvas de esforço e deformação

– Deformação elástica é a deformação de estiramento que é recuperável;
– Deformidade plástica é quando maior estresse ou esforço for aplicado o poder de recuperação de uma substância pode ser excedido e ele permanece permanentemente deformado;
– Se a deformidade aumentar o material falha. É o que chamamos ponto de ruptura;
– Tenacidade é a quantidade de enrgia que uma substância pode absorver antes de falhar. É medida em joules/m³;

Resistência à fadiga

– Falha de fadiga: é quando um material é submetido a esforços repetidos ou cíclicos até falhar;
– Resistência à fadiga de um material é a variação dos esforços em relação ao número de ciclos necessários para produzir falha;
– limite de resistência é o maior esforço repetitivo com o qual o metal não falha;
– O aço utilizado para fabricar implantes ortopédicos pode tolerar 1000 N/mm² em uma carga única, mas não consegue tolerar a metade quando submetido a mais de 100000 ciclos.

Propriedade intrínseca da liga metálica:
– uma liga de ferro é capaz de suportar um ciclo infinito de esforços desde que o nível de esforço jamais se eleve acima do limite de resistência;
– as ligas de alumínio são particularmente susceptíveis à fadiga;

Propriedades biomecânicas do osso:
– Osso x ferro fundido= o osso é 3x mais leve e 10x mais flexível, porém ambos os materiais possuem aproximadamente a mesma resistência à tração;
– Osso, material com duas fases: matriz (colágeno) + mineral ósseo;
– O mineral ósseo é mais rígido que o osso e é mais forte em compressão que em tensão;
– O colágeno não oferece nenhuma resistência à compressão, mas possui uma resistência à tração 5x à tração do osso
– O osso possui resistência à tração de cerca de 140 Nm/m² e uma resistência à compressão de 200 Nm/m²;
– Mecanismo de Cook-Gordon: a disposição dos cristais de apatita estreitamente agregados formando uma fissura em T dissipa energia e impede a fissura de estender-se;
– A rigidez e a resistência estática aumentam com o grau de mineralização do osso;
– A resistência à tração e o módulo de Young são maiores no eixo longitudinal do osso, pois ele é dútil, porém anisotrópico;
– O osso pode deformar-se até 0,75% antes que ocorra deformidade plástica. A deformação de ruptura é de 2 a 4%;
– Durante a deformidade plástica ele é capaz de absorver 6x mais energia antes de fratura, do que a fase elástica;
– Efeito Poisson= alteração do diâmetro / alteração do comprimento = 0,2 a 0,3;
– Material viscoelástico: amortecedor e uma mola em paralelo. O elemento elástico determina a deformidade máxima e o componente viscoso o tempo que levará para atingí-la;
– Mola = corpo hookeano + amortecedor = corpo newtoniano em paralelo = corpo de Kelvin
– Mola + amortecedor em série = corpo de Maxwel;
Corpo newtoniano não tem tendência à restituição e a energia é perdida;
– Quanto mais alta a velocidade de carregamento, maior a capacidade do osso de absorver energia; entretanto se o carregamento for levado à falha a quantidade de energia aumentada dissipada descarrega uma devastação no osso;
– As fraturas de baixa energia são geralmente lineares, mas com quantidade cada vez maiores de energia a cominuição e o desvio das fraturas aumentarão, bem como a lesão dos componentes de tecidos moles;

Fratura de fadiga:
– atividades vigorosas (exército), atletas, bailarinos, etc
– relacionado à fadiga muscular;
– relacionado também aos idosos;
– Carter e Hayes: fraturas de corticais por um único carregamento flexional x fadiga flexional= o padrão foi o mesmo- fratura transversa no lado da tensão e fratura oblíqua no lado da compresão;
– Diferenças: o tamanho da fratura oblíqua foi muito maior nos espécimes de fadiga;
– O carregamento repetido causou uma perda progresiva de rigidez, uma diminuição na resistência de cessão e um aumento na deformidade permanente e na histeresse; dano maior na área de compressão;
Osso em vivo possui a capacidade de auto-reparação;

Densidade

A resistência do osso é proporcional a sua densidade, seu conteúdo mineral e a quantidade de colágeno;

Furos no osso:
– maior que 30%;
– Secção aberta: quando uma secção aberta é deixada na diáfise de um osso e o osso é submetido a esforço torcional, há uma redistribuição dos esforços de cisalhamento tal que os esforços mais centrais são na mesma direção que o momento de torção aplicado e são aditivos;
– Bechtol e Lepper: quando os furos são colocados em uma área de tensão o efeito de enfraquecimento é máximo;
– A presença de um parafuso enfraquece o osso na mesma extensão que um furo não preenchido, mas o efeito diminui com a produção de osso novo;
– Brooks e col. (fraturas torcionais em fêmures de caninos): com um furo de 2,8 mm e uma carga aplicada durante 0,1 s., a redução média na absorção de energia foi de 58,5%,
– E para furos de 3,6 mm, de 51,9%;
– Como a absorção de energia está diminuída essas fraturas têm menos cominuição;
– Bechtol: 20%; Burstein determinou 30% do diâmetro do osso como nível crítico;
– Esforços em torno do furo são 1,6 maiores que no osso íntegro;
– Refratura: linha de fratura passou através do furo de furadeira em mais de 90% dos ossos testados;
– Após remoção do parafuso o osso é novamente susceptível à fratura; (6 em 38 fraturas) -> remodelação;
– A margem esclerótica apenas não é indicativo de falha na consolidação. Ossos trançados preenchem os defeitos( 6 a 8 semanas);
– MMSS: 6 semanas de proteção; MMII: muleta por 6 semanas;

Efeitos de implantes metálicos:
– concentrador de estresse;

A resistência à flexão relaciona-se com a quantidade de material que resiste à força aplicada e com a distância deste material até o eixo neutro;
– Fórmula: resistência de flexão = BH³/12
– um bastão sólido terá menor resistência que um cilindro oco com um raio maior sendo a quantidade de material nos dois a mesma. MI (cilindro) = pir³/2; cilindro oco. R = porção oca;
– uma pessoa de ossos longos e delgados corre maior risco de fratura que aquelas de ossos curtos e grossos;

– artrodese ou ancilose do quadril ou do joelho impedirá uma pessoa de encurtar o braço de alavanca da extremidade em uma queda;
– fratura supracondiliana pode relacionar-se com artrodese do joelho;
– fratura subtrocanteriana pode relacionar-se com artrodese do quadril;

Classificação das fraturas segundo o mecanismo de lesão

Saber como uma fratura foi produzida possui implicações terapêuticas.

Traumatismos diretos

Perkins: segundo as forças no local de fratura -> fratura por impacto, fraturas por esmagamento e fraturas penetrantes;

Fraturas por impacto

Força com um momento que está acabando é aplicada em uma pequena área;
– Característica: linha transversal de fratura;
– Pouca lesão de tecido mole (energia absorvida quase totalmente pelo osso);
– Chute, golpe com cassetete ou outra arma romba.

Fraturas por esmagamento

– extensa lesão de tecidos moles;
– osso extensamente fragmentado ou quebrado transversalmente;
– Antebraço e perna: ossos fraturados ao mesmo nível;

Fraturas penetrantes (tiros)

– projéteis de baixa e alta velocidade: Dimon e Rich= > 750 m/s(alta velocidade); DeMuth e Smith=> 540 m/s; Russoti e Sim=> 600 m/s;implicações importantes quanto ao tratamento;
– Energia cinética da bala varia diretamente com o quadrado da sua velocidade e apenas linearmente com a sua massa;
– – projéteis de baixa velocidade produzem poucos danos nos tecidos moles;
– – projéteis de alta velocidade acarretam extensa lesão de partes moles e, os fragmentos do osso, tornam-se projéteis secundários;

Traumatismo indireto

Forças que atuam à distância do local de fratura: Fraturas de tração ou tensão, fraturas de angulação, fraturas rotacionais, fraturas de compressão e fraturas devido à angulação, rotação e compressão axial;

Fraturas de tração ou tensão

improvável em diáfises de ossos longos;
Linha de fratura é geralmente transversal, no entanto, Albright afirmou que o plano de fratura pode ser ao longo de linhas de cisalhamento a 45° com a direção da tração;

Fratura de angulação

convexidade em tensão e a concavidade em compressão. Existirá um plano neutro que não estará nem em compressão e nem em tensão. Quanto mais longe do plano neutro maior a magnitude dos esforços;

Fraturas de angulação

as fibras na convexidade falham primeiro;
O osso na concavidade que está sob compressão poderá falhar em cisalhamento em ângulo com a linha principal da fratura destacando um fragmento triangular de tamanho variável;

Fraturas rotacionais

falha em tensão;
Componente vertical é uma falha de cisalhamento e dá início à fratura;
Netz e associados:ocorrem em duas fases: 1- número cada vez maior de fissuras ocorrem no córtex; 2- sob torque máximo, a falha final é provocada pela propagação súbita das fendas para formarem a fratura em espiral;

a porção não linear da curva de esforço deformação não resulta da viscoelasticidade, mas em vez disso do fissuramento do córtex na fase 1;
Esforços de cisalhamento verticais e horizontais. O esforço de cisalhamento pode ser resolvido em forças de compressão e tensão que são máximas em 45° com o plano de cisalhamento máximo;

fratura corre ao longo da linha de tensão;
Maiores quanto mais distante do eixo de rotação, mas são inversamente proporcional ao momento de inércia, por ex.: são mais comuns no terço distal da tíbia do que no terço proximal, apesar de o córtex do distal ser mais espesso e mais denso;

Fraturas de compressão

força de compressão em um cilindro provocaria ao falhar fraturas ao longo de um plano linear em um ângulo de quase 45°;
Contudo os ossos não são cilíndricos e muito raramente são fraturados por força pura de compressão;
Currey: força compresiva ao longo do eixo maior do osso produzirá uma fratura em um plano a 30° com a direção da força;

iniciado por linhas de cisalhamento por encurvamento das lamelas que aparecem primeiramente em áreas de concentração de esforço;(compressão
+ cisalhamento);
compressão longitudinal pode levar à fratura longitudinal sem desvio;
linha resultante da fratura é curva= componente oblíquo causado por compressão e um componente transverso por angulação;

Fraturas devido à angulação, rotação e compressão axial

angulação em torno de um eixo oblíquo, o que causa uma fratura oblíqua;
Se a diáfise for carregada axialmente a tendência à fratura é aumentada com uma força de cisalhamento a 45° com o eixo longo;
Pode ser confundido com fratura em espiral;

fratura espiral são longas, afiadas e pontudas como uma pena de escrever;
Fraturas oblíquas são curtas, rombas e arredondadas com uma colher de jardineiro;

> Arquivos de Apresentações em ppt

Última atualização porMarcioR4
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