Mecânica Óssea

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SISTEMA SISTEMA ÓÓSSEOSSEO
Os humanos tem aproximadamente Os humanos tem aproximadamente 
270 ossos ao nascimento, no 270 ossos ao nascimento, no 
entanto, alguns ossos se fundem entanto, alguns ossos se fundem 
durante o crescimento de tal forma durante o crescimento de tal forma 
que no adulto o esqueleto consiste que no adulto o esqueleto consiste 
normalmente em 206 ossos.normalmente em 206 ossos.
~ 20 % da massa corporal~ 20 % da massa corporal
O ESQUELETO HUMANOO ESQUELETO HUMANO
� Os ossos são divididos em dois 
grupos principais, o esqueleto axial e 
o esqueleto apendicular.
� Esqueleto axial: consiste em 80 
ossos, englobando o crânio, a 
coluna vertebral e as costelas.
� Esqueleto apendicular: consiste 
em 126 ossos que configuram os 
membros superiores e os inferiores
LONGOS CURTOS PLANOS IRREGULARES
TIPOS DE OSSOSTIPOS DE OSSOS
TIPOS DE OSSOSTIPOS DE OSSOS
� Ossos longos (formam a estrutura do 
esqueleto apendicular)
� Ossos curtos (esses ossos executam limitados 
movimentos de deslizamento e servem para 
absorver impacto)
� Ossos planos (protegem órgãos internos e 
tecidos moles e também fornecem grandes 
áreas de inserção para músculos e ligamentos)
� Ossos irregulares (tem diferentes formas e 
funções especiais)
FUNFUNÇÇÃO DOS OSSOSÃO DOS OSSOS
Orgão de SuporteOrgão de Suporte Orgão Orgão 
armazenadorarmazenador
CCáálcio lcio Fosfato MagnFosfato Magnéésiosio
AlavancasAlavancas
Alavancas
O sistema esquelético provê as alavancas e eixos de 
rotação sobre os quais o sistema muscular gera os 
movimentos. Uma alavanca é uma máquina simples que 
aumenta a força ou velocidade de movimento. As 
alavancas são primariamente os ossos longos do corpo, e 
os eixos são as articulações nas quais os ossos se 
encontram. O modo como porções do esqueleto 
contribuem com o movimento é determinado pelo 
formato dos ossos, pelo arranjo estrutural dos ossos, e 
pelas características das articulações que os conectam. 
Suporte
Uma segunda função importante do sistema esquelético é
a provisão de uma estrutura de suporte, usada para 
manter a postura ereta. O esqueleto pode manter uma 
postura e, ao mesmo tempo, ser capaz de acomodar 
grandes forças externas, como aquelas envolvidas em um 
salto. Os ossos que consistuem o sistema esquelético 
aumentam de tamanho de cima para baixo à medida que 
mais peso corporal é assumido pela estrutura do 
esqueleto; assim, os do membro inferior, as vértebras 
inferiores e ossos pélvicos são mais largos que seus 
correspondentes no membro e tronco superior. Uma 
comparação visual do úmero com o fêmur, ou das 
vértebras cervicais e lombares, proporciona bons 
exemplos de aumentos que descem pelo corpo.
Outras Funções
Existem ainda três funções ósseas de 
adicionais não relacionadas 
especificamente com o movimento 
humano: proteção, armazenamento e 
formação de células sangüíneas. Os ossos 
protegem o cérebro e orgãos internos. O 
osso também armazena gordura e 
minerais. 
CONSTITUICONSTITUIÇÇÃO DOS OSSOSÃO DOS OSSOS
Substância compactaSubstância compacta
Substântia esponjosaSubstântia esponjosa
Ossos MembranososOssos MembranososOssos CartilaginososOssos Cartilaginosos
CCéélulas lulas óósseassseas
Substancia intercelularSubstancia intercelular
��CCéélulas lulas 
precursorasprecursoras
��OsteoblastosOsteoblastos
��OsteOsteóócitoscitos
��OsteoclastosOsteoclastos
(Substancia (Substancia óóssea bssea báásica)sica)
��50 % Minerais50 % Minerais
��25 % liga25 % ligaçções organicasões organicas
��25 % 25 % ááguagua
�
Formas histologicamente definidas
OsteoblastosOsteoblastos OsteoclastosOsteoclastos
��������
DepDepóósito sito ÓÓsseosseo ReabsorReabsorçção ão óósseassea
Ossificacao EndocondralOssificacao Endocondral Ossificacao OsteoclOssificacao Osteocláásticastica
FormaFormaçção ão óóssea diretassea direta FormaFormaçção ão óóssea indiretassea indireta
��������
OSSO: TECIDO VIVOOSSO: TECIDO VIVO
� O OSSO É UM TECIDO DINÂMICO QUE 
CRESCEM ATÉ A IDADE ADULTA
� APÓS A IDADE ADULTA, ESTÁ SOB 
CONSTANTE REMODELAMENTO 
� SOFREM MODELAMENTO DADO UM 
ESTÍMULO APROPRIADO
Desenvolvimento esquelético de um feto de 6 meses de idade 
(Turek, 1991, p.6) 
Centros de Ossificação
MMSS e MMII de um RN
Radiografia de Mão e Pé de um RN
Ossificação da escápula
Ossificação do quadril
Centro de Ossificação
AS PRINCIPAIS PARTES DE UM OSSO LONGOAS PRINCIPAIS PARTES DE UM OSSO LONGO
ADAPTAADAPTAÇÇÕES DO TECIDO ÕES DO TECIDO ÓÓSSEOSSEO
�� CrescimentoCrescimento
�� ModelamentoModelamento
�� RemodelamentoRemodelamento
�� ReparoReparo
ADAPTAADAPTAÇÇÕES DO TECIDO ÕES DO TECIDO ÓÓSSEOSSEO
�� CrescimentoCrescimento: ossos crescem em comprimento e : ossos crescem em comprimento e 
em diâmetro (em comp. ~20 anos) em funem diâmetro (em comp. ~20 anos) em funçção de ão de 
fatores genfatores genééticos, biomecânicos, fisiolticos, biomecânicos, fisiolóógicos e gicos e 
ambientais.ambientais.
�� ModelamentoModelamento: aumento da massa : aumento da massa óóssea (ocorre ssea (ocorre 
na idade adulta).na idade adulta).
ADAPTAADAPTAÇÇÕES DO TECIDO ÕES DO TECIDO ÓÓSSEOSSEO
�� RemodelamentoRemodelamento: processo pelo qual a massa : processo pelo qual a massa 
óóssea ssea éé mantida ou diminumantida ou diminuíída.da.
�� Reparo Reparo óósseosseo:: processo pelo qual o osso processo pelo qual o osso éé
reparado apreparado apóós uma lesão.s uma lesão.
CCÉÉLULAS LULAS ÓÓSSEASSSEAS
Os processos ocorrem devido Os processos ocorrem devido àà atividade de:atividade de:
�� OsteoblastoOsteoblasto -- ccéélula lula óóssea responsssea responsáável pela vel pela 
produproduçção de tecido ão de tecido óósseosseo
�� OsteoclastoOsteoclasto -- ccéélula lula óóssea responsssea responsáável pela vel pela 
reabsorreabsorçção de tecido ão de tecido óósseosseo
�� OsteOsteóócito e ostecito e osteóóideide
ATIVIDADE DAS CATIVIDADE DAS CÉÉLULAS LULAS ÓÓSSEASSSEAS
CARGAS MECÂNICAS SOBRE OS OSSOSCARGAS MECÂNICAS SOBRE OS OSSOS
�� ForForçças atuam sobre os ossos de diferentes as atuam sobre os ossos de diferentes 
maneiras.maneiras.
�� A forA forçça muscular, a fora muscular, a forçça gravitacional e a fora gravitacional e a forçça a 
capaz de quebrar um osso durante um acidente capaz de quebrar um osso durante um acidente 
afetam um osso diferentemente.afetam um osso diferentemente.
�� Uma consideraUma consideraçção importante ão importante éé a direa direçção na ão na 
qual a forqual a forçça a éé aplicada sobre o osso.aplicada sobre o osso.
CARGAS MECÂNICAS SOBRE OS OSSOSCARGAS MECÂNICAS SOBRE OS OSSOS
TENSÃO CIZALHAMENTOCIZALHAMENTOCOMPRESSÃOCOMPRESSÃO
Torção CARGAS COMBINADAS
TIPOS DE SOLICITATIPOS DE SOLICITAÇÇÕES MECÂNICASÕES MECÂNICAS
TENSÃO TENSÃO -- ForForçça Tensila Tensil
ÉÉ uma foruma forçça de estiramento dirigida a de estiramento dirigida 
axialmente atravaxialmente atravéés de um corpo.s de um corpo.
�� A forA forçça de tensão a de tensão éé exercida sobre o exercida sobre o 
osso quando os mosso quando os múúsculos inseridos sculos inseridos 
nele se contraemnele se contraem
COMPRESÃO COMPRESÃO -- ForForçça Compressivaa Compressiva
ForForçça de pressão ou aperto dirigida a de pressão ou aperto dirigida 
axialmente atravaxialmente atravéés de um corpo.s de um corpo.
�� Cada vCada véértebra deve suportar todo o rtebra deve suportar todo o 
peso do corpo acima delapeso do corpo acima dela
CISALHAMENTO CISALHAMENTO -- DeslizamentoDeslizamento
A forA forçça de cisalhamento atua a de cisalhamento atua 
paralelamente ou tangencialmente a paralelamente ou tangencialmente a 
uma superfuma superfíície. Esta forcie. Esta forçça tende a a tende a 
causar um deslocamento ou causar um deslocamento ou 
deslizamento
de uma parte do objeto deslizamento de uma parte do objeto 
sobre a outrasobre a outra..
�� A forA forçça de cisalhamento esta a de cisalhamento esta 
presente no movimento de flexão do presente no movimento de flexão do 
joelhojoelho
ESTRESSE MECÂNICOESTRESSE MECÂNICO
�� A maneira pela qual as forA maneira pela qual as forçças estão distribuas estão distribuíídas das 
pelo osso afeta o resultado da apelo osso afeta o resultado da açção da forão da forçças as 
sobre esse osso.sobre esse osso.
�� Enquanto a pressão representa a distribuiEnquanto a pressão representa a distribuiçção ão 
externa da forexterna da forçça sobre o corpo. O a sobre o corpo. O estresseestresse
representa o resultado da distribuirepresenta o resultado da distribuiçção interna da ão interna da 
forforçça, aplicada externamente sobre o corpo.a, aplicada externamente sobre o corpo.
As forAs forçças se propagam pelo corpoas se propagam pelo corpo
FORFORÇÇAS IGUAIS EM AS IGUAIS EM ÁÁREAS DIFERENTES REAS DIFERENTES 
PROVOCAM PRESSÕES DIFERENTESPROVOCAM PRESSÕES DIFERENTES
A A áárea da rea da 
vvéértebra rtebra 
aumenta para aumenta para 
suportar mais suportar mais 
pesopeso
DeformaDeformaçção (ão (εεεεεεεε):): mudanmudançça de comprimento a de comprimento 
dividido pelo comprimento inicial do corpodividido pelo comprimento inicial do corpo
0l
l∆
=ε
ESTRESSE (ESTRESSE (σσσσσσσσ):): forforçça aplicada dividida pela a aplicada dividida pela 
áárea do corporea do corpo
A
F
=σ
PROBLEMAPROBLEMA
�� Quanto estresse compressivo estQuanto estresse compressivo estáá presente no presente no 
disco intervertebral L1/L2 de uma mulher de disco intervertebral L1/L2 de uma mulher de 
625N, dado que aproximadamente 45% do peso 625N, dado que aproximadamente 45% do peso 
corporal são suportados por este disco, (a) corporal são suportados por este disco, (a) 
quando ela estquando ela estáá na posina posiçção anatômica? (b) ão anatômica? (b) 
quando ela esta na posiquando ela esta na posiçção ereta segurando uma ão ereta segurando uma 
maleta de 222 N? (Suponha que o disco esteja maleta de 222 N? (Suponha que o disco esteja 
orientado horizontalmente e que sua orientado horizontalmente e que sua áárea da rea da 
superfsuperfíície seja 20 cmcie seja 20 cm22.).)
SOLUSOLUÇÇÃOÃO
�� (a) 14 N/cm(a) 14 N/cm22
�� (b) 25,2 N/cm(b) 25,2 N/cm22
A
F
=σ
ENVERGAMENTO ENVERGAMENTO 
�� Um tipo ligeiramente mais complicado Um tipo ligeiramente mais complicado 
de carga que os ossos devem suportar de carga que os ossos devem suportar éé
chamado de chamado de envergamento.envergamento.
�� Compressão e tensão isolados são forCompressão e tensão isolados são forçças as 
axiais, ou seja, elas são dirigidas ao longo axiais, ou seja, elas são dirigidas ao longo 
do eixo longitudinal do osso ou outro do eixo longitudinal do osso ou outro 
objeto. Quando uma excêntrica (não objeto. Quando uma excêntrica (não 
axial) axial) éé aplicada aplicada àà extremidade do osso, extremidade do osso, 
ele se curva , criando um estresse ele se curva , criando um estresse 
compressivo em um lado do osso e um compressivo em um lado do osso e um 
estresse de tensão do lado oposto. estresse de tensão do lado oposto. 
TORTORÇÇÃOÃO
�� A A tortorçção ão ocorre quando um osso ocorre quando um osso éé
contorcido ao redor do seu eixo contorcido ao redor do seu eixo 
longitudinal, tipicamente quando uma de longitudinal, tipicamente quando uma de 
suas extremidades estsuas extremidades estáá fixa. Fraturas de fixa. Fraturas de 
tortorçção de tão de tííbia não são incomuns em bia não são incomuns em 
acidentes de futebol, onde o pacidentes de futebol, onde o péé éé
mantido em uma posimantido em uma posiçção fixa enquanto ão fixa enquanto 
o resto do corpo sofre uma toro resto do corpo sofre uma torççãoão
CARGAS COMBINADASCARGAS COMBINADAS
�� Devido ao fato de que os ossos Devido ao fato de que os ossos 
do corpo humano estão do corpo humano estão 
submetido submetido àà forforçça gravitacional, a gravitacional, 
forforçças musculares e outras, eles as musculares e outras, eles 
geralmente recebem a ageralmente recebem a açção de ão de 
forforçças de vas de váários tipos. A rios tipos. A 
presenpresençça de mais de uma das a de mais de uma das 
cinco formas puras de carga cinco formas puras de carga éé
chamada de chamada de cargas combinadascargas combinadas. . 
Propriedades mecânicas do tecido Propriedades mecânicas do tecido óósseosseo
FATORES DE INFLUÊNCIA NA FATORES DE INFLUÊNCIA NA 
RESISTÊNCIA RESISTÊNCIA ÓÓSSEASSEA
�� DimensõesDimensões
�� Geometria de AplicaGeometria de Aplicaçção das Forão das Forççasas
�� IdadeIdade
�� SexoSexo
Densidade Densidade óóssea em crianssea em criançças (12 as (12 -- 13 anos) em fun13 anos) em funçção ão 
da atividade fda atividade fíísicasica
(Grimston et al., 1993)(Grimston et al., 1993)
Carga ativa: Contração muscular (natação)
“Impacto”: 3 vezes o Peso Corporal (corredores, ginastas, dançarinos)
CARACTERCARACTERÍÍSTICAS DO TECIDO STICAS DO TECIDO 
ÓÓSSEO DE CRIANSSEO DE CRIANÇÇASAS
Maior Proporção de Colágeno
���� Aumento da flexibilidade óssea
���� Maior tolerância à deformação plástica.
Diminuição da resistência à compressão
Alto potencial de remodelagem 
Sobrecarga
Adulto Criança
FRATURA Deformação
ENSAIO MECÂNICOENSAIO MECÂNICO
Stress suportado pelo osso corticalStress suportado pelo osso cortical
Comportamento mecânico do tecido Comportamento mecânico do tecido óósseo em sseo em 
relarelaçção a direão a direçção da forão da forçça aplicadaa aplicada
CARGAS TRAUMCARGAS TRAUMÁÁTICAS X REPETITIVASTICAS X REPETITIVAS
�� Quando uma Quando uma úúnica fornica forçça , grande o suficiente a , grande o suficiente 
para causar lesão, atua sobre os tecidos para causar lesão, atua sobre os tecidos 
biolbiolóógicos, ela gicos, ela éé considerada como sendo considerada como sendo 
traumtraumááticatica. A for. A forçça produzida pode ser a produzida pode ser 
suficiente para fraturar o osso.suficiente para fraturar o osso.
�� A lesão tambA lesão tambéém pode resultar da repetim pode resultar da repetiçção ão 
sustentada de forsustentada de forçças relativamente pequenas. as relativamente pequenas. 
Fraturas que resultam de Fraturas que resultam de cargas repetitivascargas repetitivas são são 
fraturas de fadiga ou fraturas de estresse.fraturas de fadiga ou fraturas de estresse.
LESÃO DO TECIDO LESÃO DO TECIDO ÓÓSSEOSSEO
Lesão traumática: alta intensidade e baixa repetição
Lesão repetitiva: baixa intensidade e alta repetição
Osso é um material altamente adaptável e muito sensível 
ao desuso, imobilização ou atividade vigorosa e altos 
níveis de carga. O tecido ósseo consegue auto-reparar-se 
e pode alterar suas propriedades e configuração em 
resposta a demanda mecânica. Isto foi determinado 
primeiro pelo anatomista alemão Julius Wolff, que nos 
deu a teoria sobre o desenvolvimento ósseo denominada 
Lei de Wolff, que afirma: “Cada mudança na forma e 
função de um osso ou apenas de sua função é seguida 
por certas alterações definitivas em sua arquitetura 
interna, e alterações secundárias igualmente definitivas 
em sua conformação externa de acordo com as leis da 
matemática.“
Durante o crescimento e no decorrer da vida, os ossos são sujeitos 
a cargas aplicadas externamente e a forças musculares, às quais o 
osso responde. O osso é remodelado e reparado, e é um tecido 
dinâmico e ativo em que grandes volumes de osso são removidos 
pela reabsorção óssea e substituídos através de depósito ósseo. 
Esse processo não é igual em todos os ossos, nem mesmo em um 
único osso. Por exemplo, o osso na parte distal do fêmur é
substituído a cada 5 meses, enquanto o osso no corpo do fêmur é
substituído muito mais lentamente.
Em adultos jovens, os 
depósitos de osso ocorrem na mesma proporção que a reabsorção 
óssea, e a massa óssea total é razoavelmente constante. Contudo 
pelo exercício, a massa óssea pode ser aumentada mesmo em 
adultos jovens. Esse é um dos grandes benefícios da atividade 
física.
Linhas trajetoriais na cabeça do 
fêmur
LEI DE WOLFFLEI DE WOLFF
Cada mudanCada mudançça na funa na funçção ão éé seguida por certas seguida por certas 
mudanmudançças na arquitetura interna e conformaas na arquitetura interna e conformaçção ão 
externaexterna do osso.do osso.
COLLETTI, EDWARDS, GORDON, SHARY & BELE (1989) relataram que os 
levantadores de peso aumentam a densidade mineral óssea em locais que 
sustentam mais peso como a lombar, trocânteres, colo femoral comparado com 
as outras estruturas que suportam menor quantidade de carga.
DOENDOENÇÇAS DO TECIDO AS DO TECIDO ÓÓSSEOSSEO
�28 milhões de americanos
�80% mulheres
�1.5 milhões de fraturas anuais, 
incluem: • 300.000 quadril
• 700.000 vértebras
• 250.000 pulso
• 300.000 outros
Osteogênese imperfeitaOsteogênese imperfeita
�� Causada por um defeito genCausada por um defeito genéético que afeta a tico que afeta a 
produproduçção de colão de coláágenogeno
DOENDOENÇÇAS DO TECIDO AS DO TECIDO ÓÓSSEOSSEO
Adaptação do Tecido Ósseo: IMOBILIZAIMOBILIZAÇÇÃOÃO
��MARINO (1984) correntes elMARINO (1984) correntes eléétricas tricas 
estimulam a formaestimulam a formaçção de calo ão de calo óósseosseo
��BRIGHTON (1981) estimulaBRIGHTON (1981) estimulaçção elão eléétrica trica 
e magne magnéética estimulam a consolidatica estimulam a consolidaçção ão 
de fraturas.de fraturas.
OsteoporoseOsteoporose EpidemiologiaEpidemiologia
„„Osteoporose Osteoporose éé uma doenca que uma doenca que 
atravatravéés de pouca massa s de pouca massa óóssea, ssea, 
caracteriza um distcaracteriza um distúúrbio da rbio da 
microarquitetura do tecido, que microarquitetura do tecido, que 
leva hleva háá um aumento da ruptura do um aumento da ruptura do 
material, e consequentemente material, e consequentemente 
caracteriza um aumento do risco de caracteriza um aumento do risco de 
fraturas.fraturas.““
••AlemanhaAlemanha
••USA USA 
••Reino UnidoReino Unido
••BrasilBrasil
(Keck & Kruse, 1994)(Keck & Kruse, 1994)
Exemplo da VExemplo da Véértebrartebra
Formas de OsteoporoseFormas de Osteoporose
CushingCushing--OsteoporoseOsteoporoseOsteoporose de ImobilizaOsteoporose de Imobilizaççãoão
Osteoporose InvolutivaOsteoporose Involutiva
(Adler, 1998)(Adler, 1998)
Fatores de RiscoFatores de Risco
Fatores Fatores 
GenGenééticosticos
FatoresFatores
HormonaisHormonais
Fatores relacionados Fatores relacionados 
a dietaa dieta
Fatores Fatores 
ExExóógenosgenos
Referências Biliográficas:
Turek, S. L. (1991) Desenvolvimento do Esqueleto. In Turek, S. L. Ortopedia _ Princípios e 
sua Aplicação, Vol. 1. 4a. edição. São Paulo: Editora Manole.
Turek, S. L. (1991) Histologia do Osso. In Turek, S. L. Ortopedia _ Princípios e sua 
Aplicação, Vol. 1. 4a. edição. São Paulo: Editora Manole.
Hamill, J. & Knutzen, K. (1999) Bases Biomecânicas do Movimento Humano. São Paulo: 
Editora Manole.
Hall, S. (1993). A Biomecânica do Crescimento e do Desenvolvimento Ósseo. In Hall, S. 
Biomecânica Básica. Rio de Janeiro: Guanabara-Koogan.
Rohen, J. & Yokochi, C. (1987) Anatomia Humana _ Atlas Fotográfico de Anatomia 
Sistêmica e Regional, Vol. I, São Paulo: Editora Manole.
Nordin, M. & Frankel, V. (1989) Biomechanics of Bone. In Nordin, M. & Frankel, V. Basic 
Biomechanics of the Musculoskeletal System. Second Edition. Philadelphia: Lea & Febiger.