Resistencia, Esfuerzo y Deformacion del hueso

Resistencia

§  Diferencia entre cortical y esponjoso (Modulo de Young del hueso trabecular es 75.5 MPa y 17 GPa en el cortical)

§  Mayor resistencia entre 20 y 40 años

§  El cortical disminuye 2% c/década dp 50 años

§  Ductilidad disminuye 5% c/década

§  Curva en función de la velocidad de aplicación de la carga:

§  A mayor velocidad de aplicación de la carga, más resistente

§  Se necesita más fuerza para romper un hueso bruscamente que lentamente

§  Más resistente a la compresión longitudinal

§  Material anisotrópico(“M1-4-BIOMECANICA-DE-LOS-HUESOS.pdf”, s/f)

Esfuerzo y Deformación del Hueso

El esfuerzo (stress, σ) es la resistencia interna de un objeto  a una  fuerza que  actúa  sobre  él, y se mide en  pascales  (Pa),  siendo  1 Pa una  fuerza  de  1 N distribuida  en  una  superficie  de  1 m2. En el caso del hueso, los valores fisiológicos de interés se encuentran en el intervalo de millones de pascales (mega pascales, MPa). La deformación (strain,  ε) es el otro concepto necesario  para describir el comportamiento mecánico  de los materiales y representa  los  cambios   en  las  dimensiones  del objeto  sometido  a la acción de la fuerza. La deformación puede expresarse en unidades de longitud absolutas  o en unidades de longitud  normalizadas ε = ΔL/L, donde  ΔL es la variación de longitud  y L la longitud  inicial, por  lo que  en este caso es una magnitud  a dimensional (mm/mm). La deformación suele  expresarse también  en porcentaje.

En ocasiones,  al someter  un  cuerpo  a la acción de una fuerza, el cuerpo  es capaz  de devolver  toda la  energía  empleada en  deformarlo   una  vez  cesa dicha  fuerza  (comportamiento elástico).  Sin embargo, en algunas circunstancias esto no es posible, resultando irreversible  la deformación sufrida (comportamiento plástico).  Si sometemos un  hueso  a la acción  progresiva  de  una  fuerza,  se  producen los dos tipos de deformación de forma sucesiva por lo que se dice que el hueso presenta  un comportamiento elástico-plástico.  De la curva  esfuerzo- deformación podemos obtener  gran cantidad  de información  sobre  las propiedades del  material.  Se distingue una primera región en la que el esfuerzo y la deformación son proporcionales (región  lineal de la curva, que corresponde a la región elástica, en la cual se cumple la ley de elasticidad de Hooke) y otra región en la que no se recupera la forma original del objeto aunque deje de aplicarse la carga (zona  plástica o de deformación irreversible). El punto  de transición entre  la región  elástica y la región  plástica se denomina  punto   de  vencimiento   o  cesión, que corresponde con la deformación de vencimiento  y con el esfuerzo  de vencimiento  o resistencia  elástica  máxima, que estima la capacidad de un material de deformarse sin sufrir microfracturas.  En una región determinada  de  la región  plástica  aparece  el punto  que corresponde  con   el   esfuerzo   máximo, a partir del cual se producen microfracturas responsables de que aun con una disminución del  esfuerzo,  se incremente la deformación sufrida por la muestra(“revision1.pdf”, s/f)

Leyes de Diseño Óseo

ü  Wolff: Mayor presiones sobre hueso, estimula formación ósea

ü  Delpech: Mayor presiones sobre cartilago, inhibe crecimiento

ü  Jansen: El diseño interno es en direccion de las presiones funcionales

ü  Basset: En relacion a la magnitud de las fuerzas funcionales

ü  Jones: No siempre la presion constante estimula al hueso, a veces hay resorción osea

ü  Hueter–Volkman: Presiones intermitentes estimulan el crecimiento

Leyes de Crecimiento Óseo

Leyes de Serres: de la Simetría

ü  de las Eminencias

ü  de las Cavidades

Leyes de Godín: Puberales

ü  de las Alternancias

ü  de las Proporciones

ü  de las Asimetrías

•Primeros 15 meses crecimiento de craneal a caudal

•Desde 7-8 años crecimiento de caudal a craneal

Visco elasticidad de los Huesos

Aunque el comportamiento mecánico  de muchos sólidos se aproxima a la ley de  Hooke (comporta- miento  elástico) y el de muchos líquidos  a la ley de Newton (comportamiento viscoso), ambas  leyes son idealización es. Al aplicar una cargas obre un  sólido elástico éste se deforma  hasta que la fuerza cesa y la deformación vuelve a su valor inicial.Si la cargase aplica  sobre un  fluido viscoso  también se deforma, pero no se recupera aunque césela carga.

 En  el caso de un material visco elástico, el objeto sobre el que se aplica la fuerza recupera parte de la deformación. La visco elasticidad  es un fenómeno que describe   las características mecánicas de los material es en función del tiempo.

El hueso, al igual que  la mayoría de los materiales biológicos,   es un material visco elástico.    Para cuantificar  las propiedades mecánicas de un material visco elástico debemos tener en  cuenta la relajación y l afluencia. La relajación es la disminución de la tensión en un rial sometido a una deformación constante, mientras que la fluencia es el aumento gradual de la deformación en un material sometido a una carga constante. El comportamiento visco elástico se describe mediante tres  variables: el módulo de almacenamiento  E′, el módulo de pérdida, E″ ) y       la fricción interna. En los materiales visco elásticos se calcula  un módulo complejo (E*), que es una medida de la  resistencia que opone el material al a de formación y reúne  la respuesta elástica, a través del módulo de almacenamiento (relacionando con el  almacenamiento de energía), y viscosa, a través del módulo de pérdida (relacionado con la disipación de la  energía). (“M1-4-BIOMECANICA-DE-LOS-HUESOS.pdf”, s/f)