Hamill. Biomecánica_5ed

40 Sección I PRINCIPIOS DEL MOVIMIENTO HUMANO RIGIDEZ La rigidez, o el módulo de elasticidad, está determinada por la pendiente de la curva de deformación en el rango de la res- puesta elástica y es representativa de la resistencia del material a la carga a medida que la estructura se deforma. La curva de tensión-deformación para un material dúctil, frágil, y el mate- rial óseo se muestra en la figura 2-19 (56). El metal es un tipo de material dúctil que tiene una alta rigidez, y en tensiones más allá de su punto de vencimiento, muestra un comportamiento dúctil cuando se somete a una gran deformación plástica antes de la falla. El vidrio es un material frágil que es rígido, pero falla con facilidad, ya que no tiene región plástica. El hueso no es tan rígido como el vidrio o el metal, y a diferencia de estos materia- les, no responde en forma lineal ya que se vence y se deforma de forma no uniforme durante la fase de carga (47). El hueso tiene un nivel de rigidez mucho menor que el metal o el vidrio, y se fractura después de muy poca deformación plástica. Al inicio de la carga, el hueso muestra una respuesta lineal- mente elástica. Cuando se aplica primero una carga, el hueso se deforma a través de un cambio en la longitud o en la forma angular. El hueso se deforma no más de alrededor de 3% (58). Esto se considera dentro de la región elástica de la curva de tensión-deformación porque cuando se retira la carga, el hueso se recupera y regresa a su forma o longitud original. Con la carga continua, el tejido óseo alcanza su punto de vencimiento, después del cual sus fibras externas comienzan a vencerse, con microdesgarros y despegue del material en el hueso. Esto se denomina la región plástica de la curva de tensión-deformación. El tejido óseo comienza a deformarse de manera permanente y eventualmente se fractura si la carga continúa en la región plás- tica. Por lo tanto, cuando la carga se retira, el tejido óseo no regresa a su longitud original, sino que queda de manera per- manente elongado. Aunque el hueso puede mostrar una res- puesta plástica, la carga normal permanece dentro de la región elástica. El hueso se comporta en gran medida como un mate-

rial frágil, que exhibe muy poca deformación plástica perma- nente con la falla. CARACTERÍSTICAS ANISOTRÓPICAS El tejido óseo es un material anisotrópico, lo que significa que el comportamiento del hueso varía de acuerdo con la direc- ción de la aplicación de carga (fig. 2-20). Las diferencias entre las propiedades del hueso esponjoso y cortical contribuyen a la anisotropia del hueso. La contribución de los componen- tes esponjoso y cortical de todo el hueso a la fortaleza general varía de acuerdo con la localización anatómica, ya que hay can- tidades variables de hueso cortical y esponjoso en cada sitio. El hueso esponjoso proporciona resistencia al doblamiento, y el hueso cortical proporciona una resistencia compresiva signifi- cativa. Dentro de cada hueso, existe una variación considera- ble, como se observa en el fémur, donde el hueso es más débil y menos rígido en las caras anterior y posterior que en las caras lateral y medial. Aunque las propiedades del hueso dependen de la dirección, en general, el tejido de los huesos largos puede manejar las cargas más fuertes en la dirección longitudinal y la menor cantidad de carga a través de la superficie del hueso (52). Los huesos largos son más fuertes al soportar cargas longitudi- nales porque habitualmente tienen cargas en esa dirección. CARACTERÍSTICAS VISCOELÁSTICAS El hueso es viscoelástico, lo que significa que su respuesta depende de la tasa y la duración de la carga. A velocidades más altas de carga, el hueso se vuelve más rígido, más fuerte y puede

A

Material dúctil

Figura 2-20. El hueso se considera anisotrópico porque responde de forma diferente si se aplican fuerzas en diferentes direcciones. (A) El hueso puede manejar fuerzas grandes aplicadas en dirección longitudinal. (B ) El hueso no es tan fuerte al manejar fuerzas aplica- das en forma transversal a través de su superficie. Deformación Figura 2-19. Curvas de tensión-deformación que ilustran las dife- rencias en el comportamiento entre un material dúctil (A) , un mate- rial frágil (B) , y el hueso (C) , que tiene propiedades tanto dúctiles como frágiles. Cuando se aplica una carga, un material frágil res- ponde en forma lineal y falla o se fractura antes de someterse a cual- quier deformación permanente. El material dúctil entra en la región plástica y se deforma de manera considerable antes del falla o la fractura. El hueso se deforma ligeramente antes de la falla. SAMPLE B C Tensión Material frágil Hueso