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Sumário Elaborada com texto consistente, diversos estudos de caso e numerosas ilustrações, esta obra representa um recurso valioso para a aplicação dos princípios fundamentais de mecânica e para a compreensão da correlação entre força e movimento no sistema musculoesquelético. Esse conhecimento é essencial para a preparação de programas efetivos de fisioterapia e de atividade física, com o propósito de manter uma boa função musculoesquelética. Biomecânica Básica do Sistema Musculoesquelético começa com uma seção dedicada à biomecânica dos ossos, dos ligamentos, da cartilagem, dos tendões, dos músculos e dos nervos. Em seguida, é apresentada a biomecânica de todos os sistemas articulares, iniciando com a articulação mais simples do corpo e avançando até a mais complexa. Por fim, são apresentados tópicos importantes sobre biomecânica aplicada.

Edição totalmente revisada e atualizada Esta quarta edição é fruto dos achados mais recentes de pesquisas em biomecânica, com inclusão de atualizações nos capítulos sobre biomecânica aplicada e ampliação da cobertura de análise da marcha e de anormalidades da marcha. Foram também incorporados a esta edição novos estudos de caso, boxes de cálculo e fluxogramas.

Características desta edição • Imagens novas e atualizadas, que promovem ótima visualização dos princípios de biomecânica e de sua correlação com a função musculoesquelética • Boxes de cálculo, que mostram como realizar operações matemáticas simples aplicadas à biomecânica • Mais estudos de caso, que contribuem para a aplicação dos princípios de biomecânica aos pacientes com distúrbios musculoesqueléticos • Exercícios, que avaliam o conhecimento adquirido

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1 | Introdução à Biomecânica | Terminologia e Conceitos Básicos, 1 Apêndice A | Sistema Internacional de Unidades, 13 Parte 1 | Biomecânica dos Tecidos e Estruturas do Sistema Musculoesquelético, 19 2 | Biomecânica do Osso, 20 3 | Biomecânica da Cartilagem Articular, 51 4 | Biomecânica dos Tendões e Ligamentos, 87 5 | Biomecânica dos Nervos Periféricos e Raízes Nervosas Espinais, 110 6 | Biomecânica do Músculo Esquelético, 128 Parte 2 | Biomecânica das Articulações, 155 7 | Biomecânica do Joelho, 156 8 | Biomecânica do Quadril, 179 9 | Biomecânica do Pé e do Tornozelo, 195 10 | Biomecânica da Coluna Lombar, 221 11 | Biomecânica da Coluna Cervical, 248 12 | Biomecânica do Ombro, 279 13 | Biomecânica do Cotovelo, 297 14 | Biomecânica do Punho e da Mão, 313 Parte 3 | Biomecânica Aplicada, 341 15 | Biomecânica da Fixação de Fraturas, 342 16 | Biomecânica da Artroplastia, 350 17 | Biomecânica da Marcha, 369 Índice Alfabético, 385

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Biomecânica Básica do Sistema Musculoesquelético

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Essas empresas, respeitadas no mercado editorial, construíram catálogos inigualáveis, com obras que têm sido decisivas na formação acadêmica e no aperfeiçoamento de várias gerações de profissionais e de estudantes de Administração, Direito, Enfermagem, Engenharia, Fisioterapia, Medicina, Odontologia, Educação Física e muitas outras ciências, tendo se tornado sinônimo de seriedade e respeito. Nossa missão é prover o melhor conteúdo científico e distribuí-lo de maneira flexível e conveniente, a preços justos, gerando benefícios e servindo a autores, docentes, livreiros, funcionários, colaboradores e acionistas. Nosso comportamento ético incondicional e nossa responsabilidade social e ambiental são reforçados pela natureza educacional de nossa atividade, sem comprometer o crescimento contínuo e a rentabilidade do grupo.

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O GEN | Grupo Editorial Nacional reúne as editoras Guanabara Koogan, Santos, Roca, AC Farmacêutica, Forense, Método, LTC, E.P.U. e Forense Universitária, que publicam nas áreas científica, técnica e profissional.

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Margareta Nordin, PT, Dr Med Sci Professor (Research), Departments of Orthopaedic Surgery and Environmental Medicine, NYU School of Medicine. Director, Occupational and Industrial Orthopaedic Center, NYU Hospital for Joint Diseases, NYU Langone Medical Center, New York University, New York, New York

Victor H. Frankel, MD, PhD, KNO Professor, Department of Orthopaedic Surgery, NYU School of Medicine. President Emeritus, NYU Hospital for Joint Diseases, NYU Langone Medical Center, New York University, New York, New York

Revisão Técnica Prof. Dr. João Eduardo de Araujo Fisioterapeuta/Especialista em Acupuntura. Mestre e Doutor em Ciências, Área de Psicobiologia, pela USP – Ribeirão Preto. Docente do Departamento de Biomecânica, Medicina e Reabilitação da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto – USP, Curso de Fisioterapia

Tradução Maiza Ritomy Ide

Quarta edição

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Biomecânica Básica do Sistema Musculoesquelético

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„„ Os autores e a editora envidaram todos os esforços no sentido de se certificarem de que a escolha e a posologia dos medi­camentos apresentados neste compêndio estivessem em conformidade com as recomendações atuais e com a prática em vigor na época da publicação. Entretanto, em vista da pesquisa constante, das modificações nas normas governamentais e do fluxo contínuo de informações em relação à terapia e às reações medicamentosas, o leitor é aconselhado a checar a bula de cada fármaco para qualquer alteração nas indicações e posologias, assim como para maiores cuidados e pre­cauções. Isso é particularmente importante quando o agente recomendado é novo ou utilizado com pouca frequência. „„ Os autores e a editora se empenharam para citar adequadamente e dar o devido crédito a todos os detentores de direitos autorais de qualquer material utilizado neste livro, dispondo-se a possíveis acertos posteriores caso, inadvertida e involuntariamente, a identificação de algum deles tenha sido omitida. „„ Traduzido de: BASIC BIOMECHANICS OF THE MUSCULOSKELETAL SYSTEM, FOURTH EDITION Copyright © 2012 by Lippincott Williams and Wilkins, a Wolters Kluwer business. All rights reserved. 2001 Market Street Philadelphia, PA 19103 USA LWW.com Published by arrangement with Lippincott Williams & Wilkins, Inc., USA. Lippincott Williams & Wilkins/Wolters Kluwer Health did not participate in the translation of this title. ISBN: 978-1-4511-1709-7 „„ Direitos exclusivos para a língua portuguesa Copyright © 2013 by EDITORA GUANABARA KOOGAN LTDA. Uma editora integrante do GEN | Grupo Editorial Nacional Travessa do Ouvidor, 11 Rio de Janeiro – RJ – CEP 20040-040 Tels.: (21) 3543-0770/(11) 5080-0770 | Fax: (21) 3543-0896 www.editoraguanabara.com.br | www.grupogen.com.br | editorial.saude@grupogen.com.br „„ Reservados todos os direitos. É proibida a duplicação ou reprodução deste volume, no todo ou em parte, em quaisquer formas ou por quaisquer meios (eletrônico, mecânico, gravação, fotocópia, distribuição pela Internet ou outros), sem permissão, por escrito, da EDITORA GUANABARA KOOGAN LTDA. „„ Capa: Bruno Sales Editoração eletrônica: K2 Design

„„ Ficha catalográfica N755b 4. ed.         Nordin, Margareta         Biomecânica básica do sistema musculoesquelético / Margareta Nordin, Victor H. Frankel ; tradução Maiza Ritomy Ide. - 4. ed. - Rio de Janeiro : Guanabara Koogan, 2013.                         il.                         Tradução de: Basic biomechanics of the musculoskeletal system         ISBN 978-85-277-2292-6         1. Mecânica humana. 2. Biomecânica. I. Frankel, Victor H. (Victor Hirsch), 1925-. II. Título. 13-03984 CDD: 612.76   CDU: 612.76

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„„ Os autores deste livro e a EDITORA GUANABARA KOOGAN LTDA. empenharam seus melhores esforços para assegurar que as informações e os procedimentos apresentados no texto estejam em acordo com os padrões aceitos à época da publicação. Entretanto, tendo em conta a evolução das ciências da saúde, as mudanças regulamentares governamentais e o constante fluxo de novas informações sobre terapêutica medicamentosa e reações adversas a fármacos, recomendamos enfaticamente que os leitores consultem sempre outras fontes fidedignas, de modo a se certificarem de que as informações contidas neste livro estão corretas e de que não houve alterações nas dosagens recomendadas ou na legislação regulamentadora. Adicionalmente, os leitores podem buscar por possíveis atualizações da obra em http:// gen-io.grupogen.com.br.

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Gunnar B. J. Andersson, MD, PhD Professor and Chairman Emeritus Department of Orthopaedic Surgery Rush-Presbyterian-St. Luke’s Medical Center Rush University Medical Center Chicago, Illinois

Sherry I. Backus, PT, DPT, MA Clinical Supervisor and Research Associate Leon Root MD, Motion Analysis Laboratory Rehabilitation Department Hospital for Special Surgery New York, New York

Ann E. Barr, PT, DPT, PhD Vice Provost and Executive Dean College of Health Professions Pacific University Hillsboro, Oregon

Jane Bear-Lehman, PhD, OTR, FAOTA Associate Professor and Department Chair Department of Occupational Therapy Steinhardt School of Education, Culture and Human Development New York University New York, New York

Allison M. Brown, PT, PhD Adjunct Instructor Department of Rehabilitation & Movement Sciences Doctoral Program in Physical Therapy School of Health Related Professions University of Medicine & Dentistry of New Jersey Newark, New Jersey

Florian Brunner, MD, PhD Consultant Department of Physical Medicine and Rheumatology Balgrist University Hospital Zurich, Switzerland

Marco Campello, PT, PhD Clinical Associate Professor Department of Orthopaedic Surgery NYU School of Medicine Associate Director Occupational and Industrial Orthopaedic Center NYU Hospital for Joint Diseases

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NYU Langone Medical Center New York University New York, New York

Dennis R. Carter, PhD Professor Departments of Mechanical Engineering and Bioengineering Stanford University Stanford, California

Michael S. Day, MD, MPhil Department of Orthopaedic Surgery NYU School of Medicine NYU Hospital for Joint Diseases NYU Langone Medical Center New York University New York, New York

Carlo D. de Castro, PT, MS, OCS Senior Physical Therapist/Clinical Specialist Occupational and Industrial Orthopaedic Center NYU Hospital for Joint Diseases NYU Langone Medical Center New York University New York, New York

Kharma C. Foucher, MD, PhD Assistant Professor and Co-Director Motion Analysis Laboratory Department of Orthopaedic Surgery Rush Medical College Rush University Medical Center Chicago, Illinois

Victor H. Frankel, MD, PhD, KNO Professor Department of Orthopaedic Surgery NYU School of Medicine President Emeritus NYU Hospital for Joint Diseases NYU Langone Medical Center New York University New York, New York

Marshall A. Hagins, PT, PhD, DPT Professor Department of Physical Therapy School of Health Professions Long Island University Brooklyn, New York

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Colaboradores

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Biomecânica Básica do Sistema Musculoesquelético

Clark T. Hung, PhD

Goran Lundborg, MD

Professor Department of Biomedical Engineering Fu Foundation School of Engineering and Applied Science Columbia University New York, New York

Professor Department of Hand Surgery Skåne University Hospital Malmö, Sweden

Laith M. Jazrawi, MD

Assistant Professor and Associate Chief of Spinal Surgery Department of Orthopaedic Surgery NYU School of Medicine NYU Hospital for Joint Diseases NYU Langone Medical Center New York University New York, New York

Associate Professor Department of Orthopaedic Surgery NYU School of Medicine NYU Hospital for Joint Diseases NYU Langone Medical Center New York University New York, New York

Charles J. Jordan, MD Fellow, Orthopaedic Trauma Service Florida Orthopaedic Institute Tampa, Florida Owen Kendall, BA, MFA Student, Class of 2014 School of Medicine Boston University Boston, Massachusetts

Owen Kendall, BA, MFA Student, Class of 2014 School of Medicine Boston University Boston, Massachusetts

Frederick J. Kummer, PhD Professor Department of Orthopedic Surgery NYU School of Medicine Associate Director Musculoskeletal Research Center NYU Hospital for Joint Diseases NYU Langone Medical Center New York University New York, New York

Dawn Leger, PhD Adjunct Assistant Professor Department of Orthopaedic Surgery NYU School of Medicine New York University New York, New York

Angela M. Lis, PT, PhD Associate Clinical Director Occupational and Industrial Orthopaedic Center NYU Hospital for Joint Diseases NYU Langone Medical Center New York, New York

Tobias Lorenz, MD, MSc Research Hospital Specialist Center for Rehabilitation Klinik Adelheid Unteraegeri, Switzerland

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Ronald Moskovich, MD, FRCS

Van C. Mow, PhD Stanley Dicker Professor of Biomedical Engineering, and Orthopaedic Bioengineering Department of Biomedical Engineering Fu Foundation School of Engineering and Applied Science Columbia University New York, New York

Robert R. Myers, PhD Professor Department of Anesthesiology Department of Pathology, Division of Neuropathology University of California San Diego La Jolla, California

Margareta Nordin, PT, Dr Med Sci Professor (Research) Departments of Orthopaedic Surgery and Environmental Medicine NYU School of Medicine Director Occupational and Industrial Orthopaedic Center NYU Hospital for Joint Diseases NYU Langone Medical Center New York University New York, New York

Kjell Olmarker, MD, PhD Professor Musculoskeletal Research Department of Medical Chemistry and Cell Biology Institute of Biomedicine Sahlgrenska Academy University of Gothenburg Gothenburg, Sweden

Nihat Özkaya, PhD (deceased) Research Associate Professor Departments of Orthopaedic Surgery and Environmental Medicine NYU School of Medicine New York University New York, New York

Evangelos Pappas, PT, PhD, OCS Associate Professor and Chair Department of Physical Therapy School of Health Professions Long Island University-Brooklyn Campus Brooklyn, New York

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Bjorn Rydevik, MD, PhD Professor Department of Orthopaedics University of Gothenburg Sahlgrenska University Hospital Gothenburg, Sweden

Ali Sheikhzadeh, PhD Research Associate Professor Departments of Orthopaedic Surgery and Environmental Medicine NYU School of Medicine Program Director Program of Ergonomics and Biomechanics Occupational and Industrial Orthopaedic Center NYU Hospital for Joint Diseases NYU Langone Medical Center New York University New York, New York

Peter S. Walker, PhD Professor of Orthopaedic Surgery NYU Hospital for Joint Diseases NYU Langone Medical Center New York University Professor Mechanical and Aeronautical Engineering New York University—Polytechnic New York, New York

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Shira Schecter Weiner, PT, PhD Assistant Professor (Clinical) Department of Orthopaedic Surgery School of Medicine Coordinator, Master Program Program of Ergonomics and Biomechanics Occupational and Industrial Orthopaedic Center NYU Hospital for Joint Diseases NYU Langone Medical Center New York University New York, New York

Markus A. Wimmer, PhD Associate Professor and Director Department of Orthopaedic Surgery Rush University Medical Center Chicago, Illinois

Brett H. Young, MD Attending Surgeon Department of Orthopaedic Surgery Cayuga Medical Center Ithaca, New York

Joseph D. Zuckerman, MD Professor and Chair Department of Orthopaedic Surgery NYU School of Medicine NYU Hospital for Joint Diseases NYU Langone Medical Center New York University New York, New York

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Biomecânica Básica do Sistema Musculoesquelético

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Kevin A. Ball

Patrick S. Pabian

University of Hartford

University of Central Florida

Sébastien Boyas

Krystyna Gielo-Perczak

University of Ottawa

Worcester Polytechnic Institute

Michael Buck

Daniel Poulsen

Ithaca College

Texas Tech University Health Sciences Center

Christopher Hughes

Donald Rodd

Slippery Rock University

University of Evansville

Wei Liu

Roberta L. Russell

Walsh University

Eastern Washington University

Karen Lomond

Jane Worley

University of Vermont

Lake Superior College

Sharon McCleave

Jim Youdas

Seneca College of Applied Arts and Technology

Mayo Clinic College of Medicine

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Revisores

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A mecânica e a biologia sempre fascinaram o ser humano. A importância de compreender a biomecânica do sistema musculoesquelético não pode ser subestimada. Nos últimos anos, tem-se dado muita atenção à pesquisa genética, biológica e biomolecular, mas o estudo da mecânica de estrutura e do sistema do corpo como um todo ainda é fundamental. As doenças musculoesqueléticas estão entre as prevalentes no mundo e continuarão a crescer, uma vez que a população envelhece progressivamente. Este livro visa integrar o conhecimento biomecânico à formação clínica para atendimento ao paciente, o que não é uma tarefa simples; contudo, relacionar os conceitos básicos da biomecânica com vida cotidiana, reabilitação, ortopedia, traumatologia e assistência ao paciente facilita bastante. A biomecânica é uma especialidade multidisciplinar; assim, convidamos colaboradores nacionais e internacionais de várias disciplinas, com o propósito de fazer com que pessoas de diferentes áreas possam se sentir confortáveis ao ler esta obra, traduzida para os idiomas cantonês, holandês, português, japonês, coreano e espanhol. Com uma equipe de valor inestimável, a quarta edição de Biomecânica Básica do Sistema Musculoesquelético está incisiva e aprimorada graças às contribuições de estudan-

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tes, residentes, instrutores e professores de diferentes disciplinas que têm utilizado a obra durante os últimos 20 anos. Esperamos que seja empregada na formação de estudantes e residentes pelos muitos anos vindouros. Embora se tenha mantido o conteúdo básico desta obra, esta edição foi bastante atualizada com fundamento nas mais recentes pesquisas sobre o tema. Sempre foi nosso interesse fazer uma ponte entre o conhecimento da engenharia do corpo e o cuidado e a prática clínica. Este livro foi escrito não só para ortopedistas, fisiatras, fisioterapeutas, terapeutas ocupacionais, assistentes de médicos, ergonomistas, quiropráticos, treinadores, mas também para todos os profissionais da área da saúde que se iniciam na prática dos princípios biomecânicos para usar na avaliação e no tratamento de disfunções musculoesqueléticas. Desejamos que esta leitura o estimule a se aprofundar ainda mais no campo da biomecânica. Como sempre dizemos: “Conheça os princípios básicos de biomecânica, e você vai entender melhor as doenças osteomusculares”. Victor H. Frankel, MD, PhD, KNO Margareta Nordin, PT, Dr Sci

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Apresentação

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A biomecânica se fundamenta na física e nos conceitos de engenharia para descrever o movimento executado pelos vários segmentos do corpo e as forças que agem sobre esses segmentos durante as atividades normais. A inter-relação entre força e movimento é importante e deve ser entendida para que sejam aplicados programas de tratamento adequados a distúrbios osteomusculares. Poderão ser causados efeitos deletérios se as forças que atuam sobre as áreas com distúrbios alcançarem níveis elevados durante o exercício ou outras atividades cotidianas. O objetivo deste texto é familiarizar os leitores com a relação força-movimento no sistema musculoesquelético e as várias técnicas usadas para entender essa relação. A quarta edição de Biomecânica Básica do Sistema Musculoesquelético pode ser usada como material tanto para curso de biomecânica introdutória quanto para estudo independente. Ela foi atualizada para refletir as mudanças no conhecimento, mas ainda é projetada para estudantes interessados em biomecânica que​querem aprender mais sobre a disciplina. Este livro foi elaborado principalmente para estudantes que não têm formação em engenharia, porém desejam entender os conceitos mais básicos de biomecânica e física e como estes se aplicam ao corpo humano. As contribuições de estudantes ajudaram a melhorar bastante esta edição. Temos usado o livro por 20 anos no Programa de Ergonomia e Biomecânica na Universidade de Nova York, e foram os alunos e residentes que sugeriram as mudanças e que continuamente mostram interesse em desenvolver e melhorar esta obra. Formamos grupos de discussão para entender melhor o que os alunos queriam e aplicamos suas sugestões sempre que possível. Mantivemos os exemplos escolhidos para ilustrar os conceitos necessários ao conhecimento básico da biomecânica musculoesquelética; também mantivemos os importantes conceitos de engenharia em todo o volume. Os três capítulos sobre temas de biomecânica aplicada foram atualizados, e estudos de casos de pacientes e boxes de cálculo foram adicionados a cada capítulo. Os fluxogramas aparecem ao longo do livro como ferramentas de ensino. O texto funcionará como guia para uma compreensão mais profunda da biomecânica musculoesquelética adqui-

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rida por meio de leituras e pesquisa independente. As informações apresentadas também devem orientar o leitor na avaliação da literatura em biomecânica. Tentamos fornecer exemplos terapêuticos, mas não era nosso objetivo focar nessa área; em vez disso, descrevemos a base subjacente para o tratamento racional ou programas de exercícios. O Capítulo 1, introdutório, descreve a importância do estudo da biomecânica. O Apêndice A apresenta o Sistema Internacional de Unidades (SI), que serve como introdução para as medidas físicas utilizadas em todo o livro. O leitor não precisa de mais do que um conhecimento básico de matemática para compreender plenamente este material; contudo, é importante rever o Apêndice A acerca do SI e sua aplicação em biomecânica. Esta nova edição é dividida em três partes. A Parte 1, Biomecânica dos Tecidos e Estruturas do Sistema Musculoesquelético, aborda a biomecânica básica de ossos, ligamentos, cartilagens, tendões, músculos e nervos. A Parte 2, Biomecânica das Articulações, trata de cada sistema de articulação do corpo humano. Organizamos os capítulos partindo da articulação mais simples para a mais complexa. Embora existam muitas maneiras de organizálos, como, por exemplo, descrevendo inicialmente a coluna e finalmente o tornozelo, verificou-se que a melhor abordagem para o ensino é começar com o sistema mais fácil e progredir para o mais complicado. Sendo assim, começamos essa parte com um capítulo sobre o joelho e terminamos com um sobre o punho e a mão. A Parte 3, Biomecânica Aplicada, aborda alguns tópicos sobre fixação de fraturas, artroplastia e marcha. O conteúdo de seus capítulos é básico e funciona como introdução a temas em biomecânica aplicada, pois não são abordados profundamente. Por fim, esperamos que a revisão e a ampliação desta obra proporcionem aos leitores maior conscientização da importância da biomecânica. Nunca foi nossa intenção desenvolver o assunto à exaustão, mas sim fornecer uma iniciação básica do tema para que se conduza a um estudo aprofundado. Margareta Nordin, PT, Dr Sci Victor H. Frankel, MD, PhD, KNO

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Prefácio

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Capítulo 1

Introdução à Biomecânica | Terminologia e Conceitos Básicos, 1

Apêndice A

Sistema Internacional de Unidades (Le Système International d’Unités), 13

PARTE 1

Biomecânica dos Tecidos e Estruturas do Sistema Musculoesquelético, 19

Capítulo 2

Biomecânica do Osso, 20

Capítulo 3

Biomecânica da Cartilagem Articular, 51

Capítulo 4

Biomecânica dos Tendões e Ligamentos, 87

Capítulo 5

Biomecânica dos Nervos Periféricos e Raí­zes Nervosas Espinais, 110

Capítulo 6

Biomecânica do Músculo Esquelético, 128

PARTE 2

Biomecânica das Articulações, 155

Capítulo 7

Biomecânica do Joelho, 156

Capítulo 8

Biomecânica do Quadril, 179

Capítulo 9

Biomecânica do Pé e do Tornozelo, 195

Capítulo 10

Biomecânica da Coluna Lombar, 221

Capítulo 11

Biomecânica da Coluna Cervical, 248

Capítulo 12

Biomecânica do Ombro, 279

Capítulo 13

Biomecânica do Cotovelo, 297

Capítulo 14

Biomecânica do Punho e da Mão, 313

PARTE 3

Biomecânica Aplicada, 341

Capítulo 15

Biomecânica da Fixação de Fraturas, 342

Capítulo 16

Biomecânica da Artroplastia, 350

Capítulo 17

Biomecânica da Marcha, 369

Índice Alfabético, 385

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Sumário

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Biomecânica Básica do Sistema Musculoesquelético

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Biomecânica dos Tendões e Ligamentos Angela Lis, Carlo de Castro e Margareta Nordin

Introdução Composição e estrutura dos tendões Composição e estrutura dos ligamentos Propriedades biomecânicas dos tendões e ligamentos Fatores que afetam as propriedades biomecânicas dos tendões e ligamentos Resumo Referências bibliográficas

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Capítulo

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Figura 4.1 Representação esquemática das fibrilas, fibras e feixes de colágeno nos tendões e ligamentos colagenosos (não representados em escala real). As moléculas de colágeno, hélices triplas de cadeias polipeptídicas em espiral, são sintetizadas e secretadas pelos fibroblastos. Estas moléculas (retratadas pelas “cabeças” e “caudas” para representar as cargas polares

Fatores de crescimento RER Receptores de fator de crescimento

Cadeia de pró-colágeno

Núcleo

MAPK Integrina

Carga mecânica

Gene de colágeno

Molécula de pró-colágeno

Fibroblasto

Molécula de colágeno

Fibrila de colágeno

Figura 4.2 Diagrama esquemático simplificando o processo de mecanotransdução. Na presença de carga mecânica e fatores de crescimento essenciais, um fibroblasto responde com uma série de eventos que envolvem a sinalização da integrina, da proteinoquinase ativada por mitógeno (MAPK) e do núcleo da célula para desencadear a produção de fibrilas de pró-colágeno pelo retículo endoplasmático rugoso (RER). As fibrilas são então clivadas extracelularmente para formar o colágeno. Adaptada de Kjaer, M. (2004). Role of extracellular matrix in adaptation of tendon and skeletal muscle to mechanical loading. Physiol Rev, 84(2), 658.

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positivas e negativas) agregam-se na matriz extracelular em um arranjo paralelo, formando microfibrilas e, então, fibrilas. A matriz escalonada das moléculas, em que cada uma se sobrepõe à outra, dá uma aparência de banda às fibrilas de colágeno sob microscopia eletrônica. As fibrilas agregam-se adicionalmente em fibras, que se reú­nem em feixes densos.

ligação do fator de crescimento semelhante à insulina), FGB (fator de crescimento de fibroblastos) e VEGF (fator de crescimento endotelial vasoativo), presumivelmente é o principal regulador da produção de colágeno. As interleucinas (IL-1, IL-6) e as prostaglandinas (PG) estão também envolvidas neste processo. Sugerem-se várias vias de sinalização da mecanotransdução entre os reguladores anteriormente mencionados e o núcleo da célula. A mais importante é a MAPK (proteinoquinase ativada por mitógeno), que é uma enzima que induz à sinalização do citosol para o núcleo. Esta informação medeia a expressão do gene e a ativação da síntese de proteí­nas para iniciar a produção de pró-colágeno. A síntese de fibras colágenas ocorre inicialmente em nível intracelular, com a montagem e a secreção de pró-colágeno pelo retículo endoplasmático rugoso (RER). As fibrilas de pró- colágeno são então clivadas e secretadas extracelularmente para formar o colágeno. A molécula de colágeno consiste em três cadeias polipeptídicas (cadeias a), cada uma enrolada em uma hélice cidos voltada para a esquerda, com cerca de 100 aminoá­ (Figura 4.3). Duas das cadeias peptídicas (chamadas cadeias a-1) são idênticas e diferem ligeiramente da outra cadeia (cadeia a-2). As três cadeias a são combinadas em uma tripla hélice voltada para a direita, que é um aspecto único e característico e confere a esta molécula a sua forma de bastonete (Prockop, 1990). O comprimento da molécula é de cerca de 280 nanômetros (nm) e seu diâ­me­tro é de cerca de 1,5 nm. Cerca de 300 se­quências de repetição de aminoá­cidos (glicina, prolina e hidroxiprolina), normalmente não encontradas em outras proteí­nas, caracterizam o colágeno (Prockop, 1990). Cada terceiro aminoá­cido de cada cadeia é glicina, e esta se­quência repetitiva é essencial para a formação adequada da tripla hélice. O pequeno tamanho deste aminoá­ cido possibilita o acondicionamento helicoidal comprimido da molécula de colágeno. Por outro lado, a glicina aumenta a estabilidade da molécula pela formação de ligações de hidrogênio entre as três cadeias da super-hélice. A hidroxiprolina e a prolina formam ligações de hidrogênio, ou moléculas de água ligadas por pontes de hidrogênio, dentro de

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C a p í t u l o 4   ●  Biomecânica dos Tendões e Ligamentos

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P a r t e 1  ●  Biomecânica dos Tecidos e Estruturas do Sistema Musculoesquelético

Composição e estrutura dos ligamentos Os ligamentos têm a mesma composição geral que os tendões, com algumas diferenças fundamentais. Semelhante aos tenócitos, os ligamentos têm fibroblastos que são encontrados dentro da substância do ligamento, alinhados com as fibrilas de colágeno. Como os tenócitos, os fibroblastos ligamentares também formam uma extensa rede com outras células via extensões citoplasmáticas que são ligadas por junções comunicantes. A matriz extracelular também é composta principalmente por colágeno do tipo I, embora, em contraste com os tendões, as fibras não sejam paralelas e sejam multidirecionais (Figura 4.5). A maioria está alinhada com o eixo do ligamento. Embora os ligamentos geralmente sustentem cargas de tração em uma direção predominante, também podem conter cargas de tração menores em outras direções, o que sugere que as fibras são entrelaçadas mesmo se não forem completamente paralelas (Figura 4.5B). Assim, a orientação específica dos feixes de fibras varia em certa medida entre os ligamentos e depende da função do ligamento (Amiel et al., 1984).

Suprimento ­vascular dos tendões e ligamentos Os tendões e ligamentos têm uma vascularização limitada. Isso afeta diretamente a sua atividade metabólica, mais criticamente durante a cicatrização e a reparação. Os vasos sanguí­neos dos tendões representam apenas cerca de 1 a 2% da matriz extracelular (Kjaer, 2004). Assim, eles parecem brancos em comparação com os ­músculos altamente vascularizados de cor vermelha de que são originários. Além de sua vascularização limitada, vários fatores também contribuem para seu suprimento sanguí­neo, como a sua localização anatômica, morfologia, lesão prévia e níveis de atividade física. Por exemplo, há evidências de que alguns ligamentos e tendões são mais vascularizados devido à sua localização anatômica e inserções, ou a sua forma e função (p. ex., á ­ reas avasculares dos tendões dos músculos flexores longos dos dedos que se sobrepõem a polias ó ­ sseas). Além

A

Figura 4.6 Nanquim injetado (técnica de Spälteholz) em um tendão do calcâneo de coelho, ilustrando a vasculatura de um tendão revestido por paratendão. Os vasos entram a partir de vários pontos da periferia e fazem anastomose com um sistema longitudinal de capilares. Reproduzida com a permissão de Woo, S.L.Y., An, K.N., Arnoczky, D.V.M., et al. (1994). Anatomy, biology, and biomechanics of the tendon, ligament, and meniscus. In S.R. Simon (Ed.). Orthopaedic Basic Science. Rosemont, IL: American Academy of Orthopaedic Surgeons.

disso, existem também evidências de que o fluxo sanguí­neo é aumentado em tendões e ligamentos e em tecidos circundantes depois de perío­dos de atividade física aumentada (Benjamin et al., 2008) sem evidências de isquemia te­ci­dual, mesmo com cargas intensas (Kjaer, 2004), e depois de uma lesão que parece provocar revascularização e neovascularização em ­áreas previamente avasculares. Os tendões recebem seu suprimento sanguí­neo diretamente de vasos do perimísio, da inserção periosteal e do tecido circundante, por vasos no paratendão ou mesotendão. Os tendões circundados pelo paratendão têm sido chamados de tendões vascula­res e aqueles circundados por

B

Figura 4.7 A. Espécime humano injetado com nanquim ilustrando o suprimento ­vascular do tendão do músculo flexor profundo dos dedos a partir de um vínculo longo. B. Espécime em imagem aproximada (técnica de Spälteholz) mostrando a extensão do suprimento sanguí­neo proveniente do vínculo longo. Os vasos no vínculo dividem-se nos ramos dorsal, proximal e

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distal, desprendendo alças vascula­res para a substância do tendão. Reproduzido com a permissão de Woo, S.L.Y., An, K.N., Arnoczky, D.V.M., et al. (1994). Anatomy, biology, and biomechanics of the tendon, ligament, and meniscus. In S.R. Simon (Ed.). Orthopaedic Basic Science. Rosemont, IL: American Academy of Orthopaedic Surgeons.

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dois limites de alongamento. Ela representa a quantidade de carga e/ou o alongamento que a estrutura pode suportar antes de falhar. A carga máxima (N) é a carga mais elevada colocada sobre a estrutura antes da falha. O alongamento máximo (mm) é o maior alongamento possível do complexo até a falha. Por fim, a energia absorvida na ruptura (N/mm) éaá ­ rea sob toda a curva, que representa a energia máxima armazenada pelo complexo (Woo et al., 2000). As curvas de carga-alongamento têm diversas re­giões que caracterizam o comportamento do tecido (Figura 4.9A). A primeira região da curva de carga-alongamento é chamada de região inferior (toe region). Acredita-se que o alongamento refletido nesta região seja decorrente de uma mudança no padrão ondulado ou ondulações (Figura 4.4) das fibras colágenas relaxadas. Nesta região, o tecido se estende facilmente sem muita força, as fibras colágenas se endireitam e perdem sua aparência ondulada, e ocorre deslizamento entre as fibrilas e fascículos conforme é aplicada carga (Woo et al., 1994). A Figura 4.10 mostra a aparência das fibras colágenas relaxadas e sob carga, à microscopia eletrônica. Conforme vai sendo aplicada carga, a rigidez do tecido aumenta e há uma alteração resultante no alongamento do tecido. Esta região é denominada região elástica ou linear da curva. Segue a região inferior e é observada como um aumento súbito na inclinação da curva. Quando a região linear é ultrapassada, uma falha importante dos feixes de fibras ocorre de modo imprevisível. A curva pode terminar abruptamente ou curvar-se para baixo, em decorrência de alterações irreversíveis (falha) (Woo et al., 1994). Ao alcançar a carga máxima, que reflete a resistência máxima à tração do espécime, a falha completa ocorre rapidamente e a capacidade do tendão ou do ligamento de suportar a carga é substancialmente reduzida (falha completa). O tecido é então alongado até que se rompe, e a força resultante, ou carga (P), é traçada. No ponto no qual a curva se nivela com o eixo de alongamento, o valor da carga é designado como Plin. O ponto em que este valor é alcançado é o ponto de escoamento do tecido. A absorção de energia até Plin é representada pela ­área sob a curva até o final da região linear. Para testar também a deformação à tração do espécime de tendão e ligamento, são analisadas as curvas de tensão-deformação (Figura 4.9B). Em um diagrama de tensão-deformação, o alongamento frequentemente é expresso como deformação (e), que é a deformação do tecido calculada como uma porcentagem do comprimento original do espécime. A força por unidade de á ­ rea (neste caso, a carga de tração total por unidade pela ­área da seção transversa do tendão ou ligamento em análise) é expressa como tensão (s). A partir das curvas de tensão-deformação (Figura 4.9B), obtém-se um módulo (N/ mm2 ou MPa) da inclinação linear da curva de tensão-deformação entre dois limites de deformação, na qual a resistência à tração (N/mm2) é a tensão máxima alcançada, a deformação máxima (em porcentagem) é a deformação na falha e a densidade de energia de deformação (MPa) é a á ­ rea sob a curva de tensão-deformação. Este módulo de elasticidade para os tendões e ligamentos foi determinado em vários trabalhos (Fung, 1967; 1972; Viidik, 1968) e representa uma relação linear e proporcional entre a carga-deformação ou tensão-deformação:

E = s/e (em que E = módulo de elasticidade, s = tensão, e = deformação)

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A

B

Figura 4.10 Microscopia eletrônica de varredura de fibras colágenas sem carga (relaxadas) e com carga de ligamentos do joelho humanos (×10.000). A. As fibras colágenas sem carga têm uma configuração ondulada. B. As fibras colágenas se endireitam quando sob carga. Reproduzida com a permissão de Kennedy, J.C., Hawkins, R.J., Willis, R.B., et al. (1976). Tension studies of human knee ligaments. Yield point, ultimate failure, and disruption of the cruciate and tibial collateral ligaments. J Bone Joint Surg, 58A, 350.

As curvas de carga-alongamento analisadas anteriormente em geral se aplicam a tendões e ligamentos dos membros. A curva para o ligamento amarelo, com a sua elevada proporção de fibras elásticas, é diferente (Figura 4.11). Em testes de tração com um ligamento amarelo humano, o alongamento do espécime alcançou 50% antes que se obtivesse um aumento considerável na rigidez. Além deste ponto, a rigidez aumentou notavelmente com a carga adicional e o ligamento falhou abruptamente (alcançou a Pmax), com pequena deformação adicional (Nachemson e Evans, 1968). A maior proporção de proteí­nas elásticas e a capacidade elástica resultante do ligamento amarelo levam então a maior capacidade de alongamento antes da falha (maior deformação até a falha). A proporção de proteí­nas elásticas nos ligamentos e cápsulas é extremamente importante para a pequena deformação elástica que elas suportam sob deformação à tração, o armazenamento e a perda de energia. Durante a aplicação e

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qual são aplicadas cargas constantes à á ­ rea da coluna vertebral a fim de alongar os tecidos moles em torno da coluna anormalmente curvada (Figura 4.14).

Resposta biomecânica dos tendões e ligamentos a cargas não tensivas

Falha no ligamento e mecanismos de lesão tendínea Os mecanismos de lesão são semelhantes para ligamentos e tendões. Estes se dividem em duas categorias gerais, ou uma combinação de ambos: níveis elevados de tensão ou de carga (como nos casos de violência externa), taxas elevadas de deformação (como aqueles em que uma lesão por uso excessivo ou microtrauma repetitivo ultrapassa o processo reparador) ou níveis elevados de tensão e deformação (como em uma lesão ligamentar em esportes de colisão). Quando um ligamento in vivo é submetido a uma carga que excede a amplitude fisiológica (lesões decorrentes de níveis elevados de tensão), ocorrem microfalhas mesmo antes de alcançado o ponto de escoamento (Plin) (p. ex., ruptura parcial do ligamento) ou, se o Plin é excedido, o ligamento sofre falha grave (ruptura completa). Quando isto ocorre, a ar­ticulação começa a deslocar-se simultaneamente de modo anormal e mostra sinais de instabilidade. Este deslocamento também pode resultar em danos às estruturas circundantes, como a cápsula ar­ticular, os ligamentos adjacentes e os vasos sanguí­neos que irrigam essas estruturas. Noyes (1976) demonstrou a incapacidade progressiva do ligamento cruzado anterior (LCA) e o deslocamento da ar­ticulação tibiofemoral pela aplicação de um teste clínico, o teste de gaveta anterior, a um joelho de cadáver até o ponto de falha do LCA (Figura 4.15). Na carga máxima, a ar­ticulação deslocou-se vários milímetros, produzindo um aumento progressivo do alongamento do ligamento, que ultrapassou a sua região elástica. Assim, embora o ligamento ainda mantenha sua continuidade, sofreu macrofalha e microfalha extensa e alongamento amplo, com um consequente dano estrutural e mecânico. Como mostrado na Figura 4.15, a curva de força-alongamento produzida durante o experimento indicou quando começou a microfalha do ligamento, em comparação com

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3

4

Microfalha 2

Força (N)

Os tendões e ligamentos também podem ser submetidos à compressão e ao cisalhamento. Embora poucos pesquisadores tenham investigado as propriedades mecânicas destes tecidos sob estas condições de carga, verificou-se que são evidentes as adaptações a estas forças na estrutura de tendões e ligamentos. No caso dos tendões do músculo flexor longo dos dedos, as cargas compressivas estão presentes no lado dos tendões próximo das roldanas ó ­ sseas. Quando há cargas de tração a partir desse ponto, é encontrada fibrocartilagem como uma adaptação mecânica às cargas (Benjamin et al., 2008). Também ocorre cisalhamento de atrito nos tendões, que se friccionam em proeminências ­ósseas ou outros ­músculos. Os ligamentos, na sua função de guiar o movimento ar­ ticular e estabilizar segmentos, frequentemente também se deparam com forças de compressão, cisalhamento e torção. Em par­ticular, verificou-se que a resposta do ligamento a forças de cisalhamento não é linear e é independente da velocidade de aplicação da carga (Weiss et al., 2002).

Ruptura completa

1 0 0

1

2

3 4 Alongamento (mm)

5

6

7

Figura 4.15 Insuficiên­cia progressiva do ligamento cruzado anterior do joelho de um cadáver testado em tensão até a falha, a uma taxa de deformação fisiológica. A ar­ticulação foi luxada em 7 mm antes que o ligamento sofresse ruptura completa. A curva de força-alongamento produzida durante este experimento está relacionada com vários graus de deslocamento ar­ticular registrados fotograficamente; as fotografias correspondem aos pontos numerados de modo semelhante na curva. Reproduzida com a permissão de Noyes, F.R., Grood, E.S. (1976). The strength of the anterior cruciate ligament in humans and rhesus monkeys. Age-related and species-related changes. J Bone Joint Surg, 58A, 1074–1082.

as várias fases de deslocamento ar­ticular registradas fotograficamente. A correlação dos resultados deste teste in vitro com a prática clínica evidencia os microeventos que ocorrem no LCA durante a atividade diá­ria normal e durante as lesões de vários graus de severidade. Na Figura 4.15, a curva para o estudo experimental com joelhos de cadáveres foi dividida em quatro re­giões, correspondendo, respectivamente: (1) à carga colocada no LCA durante os testes de estabilidade da ar­ticulação do joelho rea­li­zados clinicamente, (2) à carga colocada neste ligamento durante a atividade fisiológica, (3) à carga imposta ao ligamento e a sua resultante de deformação permanente, do início da microfalha até a (4) ruptura completa (Quadro Estudo de Caso 4.1). As lesões ligamentares são classificadas clinicamente de três formas, de acordo com o grau de gravidade (Magee, 2007). As lesões da primeira categoria (entorse de primeiro grau) produzem sintomas negligenciá­ veis; sente-se um pouco de dor, mas não é detectada instabilidade ar­ticular, mesmo que possa haver um pouco de microfalha nas fibras colágenas. Macroscopicamente, não se pode observar ruptura das fibras ligamentares. As lesões da segunda categoria (entorse de segundo grau) produzem dor grave e pode ser detectada ou experimentada instabilidade ar­ticular. Ocorre uma falha progressiva das fibras colágenas, resultando em ruptura parcial do ligamento. A resistência e a rigidez do ligamento podem ser reduzidas em pelo menos 50%, o que corresponde à porcen-

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Estudo de Caso 4.2 Tenossinovite de De Quervain

extremamente difícil analisar a condição do tendão antes do desenvolvimento de sintomas para verificar a existência de um processo degenerativo. Tendinopatia é o termo mais apropriado a se usar, pois abrange todas as condições relacionadas com a patologia do tendão (Riley, 2004). Embora vários fatores tenham sido implicados, há um consenso de que um mecanismo de lesão comum na tendinopatia está relacionado com altas velocidades de deformação (Quadro Estudo de Caso 4.2).

Cicatrização de tendões e ligamentos Os tendões e ligamentos cicatrizam-se da mesma maneira que outros tecidos após uma lesão, com as mesmas três fases que ocorrem em sucessão: a fase inflamatória, a fase proliferativa ou fibroplasia e a fase de remodelação e matu-

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Estes incluem a idade, força, postura, vibração, temperatura, condição do tendão antes do aumento da frequência de deformação, organização do trabalho e predisposição individual (comorbidades). A dor pode ser explicada pela presença de inflamação; contudo, em alguns casos, a ausência de marcadores inflamatórios sugere que as tentativas dos tendões de adaptação à carga crescente e/ou à deformação provoca crescimento neurovascular. Isso leva não só a um aumento dos vasos sanguíneos na área, mas também dos nervos, o que torna os tendões mais sensíveis à dor (Barbe e Barr, 2006; Barr e Barbe, 2002; Benjamin et al., 2008).

Ciclo 1

Ciclo 20

a

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Ca

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Ciclo N

Ca

ma designer gráfica do sexo feminino, de 45 anos, recentemente trabalhou por várias horas seguidas devido ao aumento na quantidade de trabalho. Desenvolveu dor e desconforto no aspecto dorsolateral do punho dominante. Os sintomas pioram com a abdução ativa do polegar ou com o desvio ulnar passivo com adução do polegar, confirmando a presença de tenossinovite de De Quervain. Esta é uma condição dolorosa que afeta os tendões do músculo abdutor longo do polegar e do músculo extensor curto do polegar e sua bainha articular no ponto onde o tendão passa pelo punho (Figura do Estudo de Caso 4.2). Este é um bom exemplo de uma lesão por esforço repetitivo. Nesta situação, há um acúmulo de exposição a uma alta velocidade de deformação (tarefa que combina uma alta repetição de forças de baixa intensidade). Neste caso, a tolerância mecânica das estruturas afetadas foi ultrapassada, e ocorreu microtrauma, produzindo uma resposta inflamatória e subsequente dor e função alterada. Se fosse traçada uma curva tensão-deformação, seria observado um deslocamento para a direita conforme progredisse a aplicação de cargas cíclicas, indicando uma maior deformação e possível deslocamento molecular (deformação plástica). Com o passar do tempo, devido à natureza repetitiva da lesão, a lesão acaba ultrapassando o processo de cicatrização. Isso leva a uma resposta inflamatória crônica, que torna o tecido ainda mais suscetível a lesões adicionais, já que ultrapassa a sua resistência à tração e aumenta a sua suscetibilidade a uma falha completa. Isso pode ser menos frequentemente observado em pacientes com síndrome de De Quervain, mas é mais comum em indivíduos com tendinopatia do manguito rotador (músculos subescapular, supraespinal, infraespinal e redondo menor). Neste caso, o principal fator de risco parece ser a repetição da atividade. No entanto, evidências atuais sugerem que uma combinação de fatores é o que, por fim, contribui para o aparecimento dos sintomas.

Carga (N)

U

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tir

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da

a

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Alongamento (mm)

Figura do Estudo de Caso 4.2  Esta curvatura representa um ciclo típico de aplicação e retirada da carga. O eixo y corresponde à carga aplicada e o eixo x, ao alongamento no interior do tecido. A área entre as curvas representa as perdas de energia no interior do tecido (histerese). Conforme aumenta a quantidade de ciclos, aumenta o percentual de deformação, indicando maior deformação e uma possível ruptura molecular.

ração. No entanto, este processo é mais lento para tendões e ligamentos, devido à vascularização limitada destes tecidos. O resultado final é a criação de tecido cicatricial, que é caracterizado por defeitos persistentes, componentes de MEC anormais e o diâ­me­tro anormalmente reduzido das fibrilas de colágeno, o que o torna biomecanicamente inferior ao tecido normal. Embora o tecido cicatricial possa reagir e adaptar-se à carga, pode melhorar a apenas 10% a 20% das propriedades dos tecidos normais (Frank, 2004). Há também uma variação na capacidade de tendões e ligamentos de cicatrizar-se. Um bom exemplo é o ligamento colateral medial do joelho, que pode cicatrizar-se completamente após a ruptura total, sem a necessidade de intervenção cirúrgica (Woo et al., 2000); outros ligamentos, como o LCA, precisam de enxerto e reinserção após a ruptura total. Do mesmo modo, no caso de tendões, as lacerações

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proporção de elastina responde pelas variações na extensibilidade • A disposição das fibras colágenas é quase paralela nos tendões, equipando-os a suportar cargas unidirecionais elevadas. O arranjo menos paralelo nos ligamentos possibilita que essas estruturas sustentem predominantemente tensões de tração em uma direção e tensões menores em outras direções • Os tendões e ligamentos têm um suprimento neurovascular complexo, que desempenha um papel importante no metabolismo, cicatrização, propriocepção e produção de dor • Na inserção do ligamento e do tendão no osso, que é uma estrutura mais rígida, a mudança gra­dual de um material mais fibroso para outro mais ósseo resulta em uma concentração de tensão reduzida • Os tendões e ligamentos sofrem deformação antes da ruptura. Quando a resistência à tração destas estruturas é ultrapassada, a ruptura completa ocorre rapidamente e a sua capacidade de suporte de carga é substancialmente diminuí­da • Os mecanismos de lesão em um tendão são influenciados pela quantidade de força produzida pela contração do ­músculo ao qual o tendão está ligado e à ­área da seção transversa do tendão em relação à do seu ­músculo • O comportamento biomecânico dos ligamentos e tendões é viscoelástico, ou dependente da velocidade de aplicação da carga, de modo que estas estruturas exibem um aumento da resistência e da rigidez com uma velocidade aumentada • Um efeito adicional da dependência da velocidade de aplicação da carga é a deformação lenta, ou fluência, que ocorre quando os tendões e os ligamentos são submetidos a uma carga baixa constante durante um perío­do prolongado; o relaxamento da tensão ocorre quando estas estruturas mantêm um alongamento constante ao longo do tempo • Os ligamentos e tendões remodelam-se em resposta às solicitações mecânicas que recebem • Os aloenxertos e autoenxertos são úteis na reconstrução dos ligamentos, mas as propriedades do material não retornam completamente aos níveis normais • O envelhecimento resulta em um declínio das propriedades mecânicas dos tendões e ligamentos (a sua resistência, rigidez e capacidade de resistir à deformação) • A gravidez, a imobilização, as condições sistêmicas e determinados agentes farmacológicos influenciam as propriedades biomecânicas dos ligamentos e tendões.

Exer cícios 1 Quais são as diferenças estruturais na orientação das fibras colágenas entre os tendões e ligamentos? Qual é a relação entre a orientação das fibras colágenas e sua respectiva função? 2 Desenhe um gráfico (curva) carga-alongamento hipotético para um tecido vivo tenoligamentar, mostrando na curva todas as re­giões e rotulando os eixos. 3 Explique a diferença entre o ponto de escoamento e o ponto de falha final. 4 Os ligamentos e tendões são tecidos cuja resposta varia com o tempo e que exibem um comportamento dependente da velocidade de aplicação da carga quando

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submetidos à carga. Qual é a propriedade biomecânica desta resposta? Explique e tente esclarecer essa propriedade usando curvas de tensão-relaxamento e fluênciadeformação. 5 Ilustre três casos clínicos que demonstrem os mecanismos de lesão nos tendões e ligamentos, nos quais existe uma carga externa elevada, uma alta velocidade de deformação com uma carga baixa e uma carga alta combinada a uma elevada velocidade de deformação.

Referências bibliográficas Amiel, D., Frank, C., Harwood, F., et al. (1984). Tendons and ligaments: A morphological and biochemical comparison. J Orthop Res, 1, 257. Amiel, D., Kuiper, S.D., Wallace, C.D., et al. (1991). Age-related properties of medial collateral ligament and anterior cruciate ligament: A morphologic and collagen maturation study in the rabbit. J Gerontol, 46(4), B156–B165. Amiel, D., Woo, S.L.Y., Harwood, F.L., et al. (1982). The effect of immobilization on collagen turnover in connective tissue. A biochemical-biomechanical correlation. Acta Orthop Scand, 53, 325. Barbe, M.F., Barr, A.E. (2006). Inflammation and the pathophysiology of work-related musculoskeletal disorders. Brain Behav Immun, 20(5), 423–429. Bardin, T., Kuntz, S., Zingraff, J., et al. (1985). Synovial amyloidosis in patients undergoing long-term hemodialysis. Arthritis Rheum, 28(9), 1052–1058. Barr, A.E., Barbe, M.F. (2002). Pathophysiological tissue changes associated with repetitive movement: A review of the e ­ vidence. Phys Ther, 82(2), 173–187. Benjamin, M., Kaiser, E., Milz, S. (2008). Structure-function relationships in tendons: A review. J Anat, 212(3), 211–228. Campbell, R.B., Wiggins, M.E., Cannistra, L.M., et al. (1996). Influence of steroid injection in ligament healing in the rat. Clin Orthop, 332, 242–253. Carlstedt, C.A., Madson, K., Wredmark, T. (1986a). The influence of indomethacin on collagen synthesis during tendon healing in the rabbit. Prostaglandins, 32, 353. Carlstedt, C.A., Madson, K., Wredmark, T. (1986b). The influence of indomethacin on tendon healing. A biomechanical and biochemical study. Arch Orthop Trauma Surg, 105, 332. Cooper, R.R., Misol, S. (1970). Tendon and ligament insertion. A light and electron microscopic study. J Bone Joint Surg, 52A, l. Corsetti, J.R., Jackson, D.W. (1996). Failure of anterior cruciate ligament reconstruction: The biologic basis. Clin Orthop, 325, 42–49. Dourte, L.M., Kuntz, A.F., Soslowsky, L.J. (2008). Twenty-five years of tendon and ligament research. J Orthop Res, 26(10), 1297–1305. Dressler, M.R., Butler, D.L., Wenstrup, R., et al. (2002). A potential mechanism for age-related declines in patellar tendon biomechanics. J Orthop Res, 20(6), 1315–1322. Elliott, D.H. (1967). The biomechanical properties of tendon in relation to muscular strength. Ann Phys Med, 9, 1. Frank, C.B. (2004). Ligament structure, physiology and function. J Musculoskelet Neuronal Interact, 4(2), 199–201. Frank, C.B., David, A.H., Shrive, N.G. (1999). Molecular biology and biomechanics of normal and healing ligaments—a review. Osteoarthritis Cartilage, 7(1), 130–140. Fung, Y.C.B. (1967). Elasticity of soft tissues in simple elongation. Am J Physiol, 213, 1532. Fung, Y.C.B. (1972). Stress-strain-history relations of soft tissues in simple elongation. In Y.C. Fung, N. Perrone, M. Anliker (Eds.).

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Tenócitos

CELULAR

Substância fundamental Material semelhante a um gel

PG + ÁGUA

Elastina

•Receptores de dor

•Mecanorreceptores

•Terminações neurais

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PROPRIEDADE MECÂNICA VISCOELÁSTICA

Orientação unidirecional para suportar cargas de tração

Colágeno tipo1

PROTEÍNAS

NEURAL

•Insere o músculo ao osso •Transmite cargas de tração com perda de energia mínima •Polias que levam à vantagem mecânica •Mantém a postura corporal •Controle motor

MATRIZ EXTRACELULAR

Função

* Este fluxograma é projetado para discussão em sala de aula ou em grupo. O fluxograma não objetiva ser completo.

Estrutura e propriedades mecânicas do tendão.*

Fl u xo grama 4 .2

VASCULAR

Estrutura

TENDÕES


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Total/Parcial

RUPTURA

Imobilização

Estiramento

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•Lacerações

•Lesões por armas de fogo

•Colisões

•Fraturas ósseas

Esforço

Quantidade de carga por unidade de área

Velocidade de estiramento Microtraumas que excedem o processo de reparação

Diminuição das propriedades mecânicas Esforço

VIOLÊNCIA EXTERNA

USO EXCESSIVO

Lesões associadas ao tipo de estiramento local e/ou nível de esforço

Lesões Mecânicas

ATROFIA

* Este fluxograma é projetado para discussão em sala de aula ou em grupo. O fluxograma não objetiva ser completo.

Lesão ligamentar. Exemplos clínicos.*

F l ux ogr ama 4.5

•Doenças endocrinológicas e metabólicas: Diabetes melito

•Lesões iatrogênicas: Corticosteroides

Lesões associadas a doenças

Lesões Patológicas

Componentes da célula e/ou da matriz extracelular

ESTRUTURA DO LIGAMENTO

LESÃO LIGAMENTAR


Sumário Elaborada com texto consistente, diversos estudos de caso e numerosas ilustrações, esta obra representa um recurso valioso para a aplicação dos princípios fundamentais de mecânica e para a compreensão da correlação entre força e movimento no sistema musculoesquelético. Esse conhecimento é essencial para a preparação de programas efetivos de fisioterapia e de atividade física, com o propósito de manter uma boa função musculoesquelética. Biomecânica Básica do Sistema Musculoesquelético começa com uma seção dedicada à biomecânica dos ossos, dos ligamentos, da cartilagem, dos tendões, dos músculos e dos nervos. Em seguida, é apresentada a biomecânica de todos os sistemas articulares, iniciando com a articulação mais simples do corpo e avançando até a mais complexa. Por fim, são apresentados tópicos importantes sobre biomecânica aplicada.

Edição totalmente revisada e atualizada Esta quarta edição é fruto dos achados mais recentes de pesquisas em biomecânica, com inclusão de atualizações nos capítulos sobre biomecânica aplicada e ampliação da cobertura de análise da marcha e de anormalidades da marcha. Foram também incorporados a esta edição novos estudos de caso, boxes de cálculo e fluxogramas.

Características desta edição • Imagens novas e atualizadas, que promovem ótima visualização dos princípios de biomecânica e de sua correlação com a função musculoesquelética • Boxes de cálculo, que mostram como realizar operações matemáticas simples aplicadas à biomecânica • Mais estudos de caso, que contribuem para a aplicação dos princípios de biomecânica aos pacientes com distúrbios musculoesqueléticos • Exercícios, que avaliam o conhecimento adquirido

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1 | Introdução à Biomecânica | Terminologia e Conceitos Básicos, 1 Apêndice A | Sistema Internacional de Unidades, 13 Parte 1 | Biomecânica dos Tecidos e Estruturas do Sistema Musculoesquelético, 19 2 | Biomecânica do Osso, 20 3 | Biomecânica da Cartilagem Articular, 51 4 | Biomecânica dos Tendões e Ligamentos, 87 5 | Biomecânica dos Nervos Periféricos e Raízes Nervosas Espinais, 110 6 | Biomecânica do Músculo Esquelético, 128 Parte 2 | Biomecânica das Articulações, 155 7 | Biomecânica do Joelho, 156 8 | Biomecânica do Quadril, 179 9 | Biomecânica do Pé e do Tornozelo, 195 10 | Biomecânica da Coluna Lombar, 221 11 | Biomecânica da Coluna Cervical, 248 12 | Biomecânica do Ombro, 279 13 | Biomecânica do Cotovelo, 297 14 | Biomecânica do Punho e da Mão, 313 Parte 3 | Biomecânica Aplicada, 341 15 | Biomecânica da Fixação de Fraturas, 342 16 | Biomecânica da Artroplastia, 350 17 | Biomecânica da Marcha, 369 Índice Alfabético, 385

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Nordin | Biomecânica Básica do Sistema Musculoesquelético  

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