Hamill. Biomecánica_5ed

Capítulo 2 Consideraciones esqueléticas para el movimiento 41

material óseo. La tensión puede ser perpendicular al plano de un corte transversal del objeto sobre el que se aplica la carga. Esto se denomina tensión normal . Si la fuerza es paralela al plano de corte transversal, se denomina tensión de cizalla- miento . Cada tipo de tensión produce deformación. Por ejem- plo, en tanto que la deformación normal involucra un cambio en la longitud de un objeto, la deformación por cizallamiento se caracteriza por un cambio en el ángulo original del objeto. Un ejemplo tanto de deformación normal como de deformación por cizallamiento es la respuesta del fémur al soportar peso. El fémur se acorta en respuesta a la deformación normal, y se dobla en forma anterior en respuesta a la deformación por ciza- llamiento impuesta por el peso del cuerpo (52). La tensión nor- mal y la tensión de cizallamiento, desarrollados en respuesta a la tensión aplicada sobre la tibia, se presentan en la figura 2-22. También se ilustran la deformación normal y por cizallamiento, desarrolladas en respuesta a la compresión del fémur. Si el hueso tiene una lesión o no como resultado de una fuerza aplicada es algo que está determinado por los límites

Fractura

Fractura

CARGA

DEFORMACIÓN

absorber más energía antes de romperse. Estas tasas de defor- mación se observan en las situaciones de alto impacto que invo- lucran caídas o accidentes vehiculares. Como se muestra en la figura 2-21, un hueso al que se le aplica una carga con lentitud se fractura a una carga que es aproximadamente la mitad de la carga que puede ser manejada por el hueso a una tasa de carga rápida. El tejido óseo es un material viscoelástico cuyas propiedades mecánicas son afectadas por su tasa de deformación. Las pro- piedades dúctiles del hueso son proporcionadas por su material colagenoso. El contenido de colágeno proporciona al hueso la capacidad de soportar cargas de tensión. El hueso también es frá- gil, y su fortaleza depende del mecanismo de carga. La fragilidad del hueso es provista por los constituyentes minerales que pro- porcionan al hueso la capacidad de soportar cargas compresivas. Cargas aplicadas sobre el hueso El sistema esquelético está sujeto a una variedad de fuerzas aplicadas a medida que el hueso se somete a cargas en varias direcciones. Las cargas son producidas por el soporte de peso, la gravedad, las fuerzas musculares y por fuerzas externas. De manera interna, se pueden aplicar cargas a los huesos a través de las articulaciones por medio de los ligamentos o en las inser- ciones tendinosas, y estas cargas por lo general están por debajo de cualquier nivel de fractura. Externamente, el hueso se puede ajustar a múltiples fuerzas ejercidas por el entorno que no tie- nen límite en cuanto a su magnitud o dirección. La actividad muscular también puede influenciar las cargas que el hueso puede manejar. Los músculos alteran las fuerzas aplicadas al hueso al crear fuerzas de tensión y de compresión. Estas fuerzas musculares pueden reducir las fuerzas de tracción o redistribuir las fuerzas sobre el hueso. Ya que la mayoría de los huesos pueden manejar fuerzas de compresión más grandes, la cantidad total de carga se puede incrementar con la contribución muscular. Si los músculos se fatigan durante un episodio de ejer- cicio, su capacidad para aliviar la carga sobre el hueso disminuye. La distribución alterada de la tensión o el incremento en las fuer- zas de tracción vuelve al atleta o artista susceptible a la lesión. La tensión y la deformación producidos por las fuerzas apli- cadas sobre los huesos son causales de facilitar el depósito de Figura 2-21. El hueso se considera un material viscoelástico ya que responde de diferente forma cuando se le aplican cargas a diferentes tasas. (A) Cuando la carga se aplica rápidamente, el hueso responde con mayor rigidez, y puede manejar una carga más grande antes de fracturarse. (B) Cuando la carga se aplica de manera lenta, el hueso no es tan rígido o fuerte, y se fractura con cargas menores.

Estrés = Fuerza/área

Fuerza de tensión

Fuerza

A.

Estrés normal

B

. Estrés de cizallamiento

Deformación = cambio en la longitud o ángulo

Fuerza compresiva

. Deformación por cizallamiento

D

C Figura 2-22. El estrés, o fuerza por unidad de área, puede ser per- pendicular al plano (estrés normal) (A) o paralelo al plano (estrés de cizallamiento) (B) . La deformación del material es normal (C) , cuando la longitud varía, o por cizallamiento (D) , en la que el ángulo cambia. SAMPLE . Deformación normal Fuerza compresiva