Biomecánica de Tejidos: Propiedades Mecánicas y Modelos Fisiológicos

Propiedades Mecánicas de los Tejidos Biológicos

1. Propiedades Mecánicas de los Componentes del Tejido

• Colágeno: Proporciona resistencia a la tracción y otorga rigidez al tejido.
• Elastina: Confiere capacidad de deformación y elasticidad.
• Reticulina: Contribuye a dar volumen y soporte estructural.
• Proteoglicanos: Aportan resistencia a la deformación y a la compresión.

2. Características del Colágeno y su Influencia en las Propiedades del Tendón

El colágeno en el tendón se orienta fundamentalmente en paralelo a la dirección de la tracción. Esta disposición lo diferencia del ligamento y le confiere al tendón una mayor rigidez y capacidad para transmitir fuerzas de tensión de manera eficiente.

3. Características de la Fase Elástica en el Componente Mecánico de un Tejido

La fase elástica de un tejido se caracteriza por su capacidad de volver a su forma original una vez que la fuerza externa que lo deforma es retirada.

4. Curva Tensión-Deformación de un Tejido: El Límite de Hooke

En la curva tensión-deformación de un tejido, el límite de Hooke representa el punto hasta el cual la deformación es directamente proporcional a la tensión aplicada. Más allá de este límite, la deformación del colágeno se explica por la pérdida de su forma helicoidal, y no por la deformación intrínseca de la proteína como tal, indicando el inicio de un comportamiento no lineal.

5. Módulo de Young para un Cuerpo Sometido a Cizallamiento

El Módulo de Young (o módulo de cizallamiento en este contexto, aunque la descripción es más de módulo de cizallamiento o rigidez al cizallamiento) para un cuerpo que cizalla indica que la rigidez de un cuerpo es proporcional a la tensión a la que es sometido e inversamente proporcional a la tangente del ángulo generado por el desplazamiento. Este módulo cuantifica la resistencia del material a la deformación por cizallamiento.

6. Componentes Responsables de la Capacidad Elástica del Cartílago Articular y su Relación con la Artrosis

Los proteoglicanos son los principales responsables de la capacidad elástica del cartílago articular. Si el cartílago pierde proteoglicanos, también pierde su capacidad de retener agua, lo que resulta en una disminución de su altura y, consecuentemente, un mayor roce y desgaste durante la compresión. Esta degradación es un factor clave en la aparición y progresión de la artrosis.

7. Modelo de Henneman y Olson

El modelo de Henneman y Olson postula que la fuerza generada durante un acto motor depende de la cantidad de unidades motoras reclutadas y de la frecuencia de descarga de estas. Este reclutamiento es dependiente de la resistencia que se deba vencer, siguiendo el principio de tamaño (unidades motoras más pequeñas se reclutan primero).

Biomecánica del Sistema Musculoesquelético

8. Relación entre Propiedades Mecánicas del Hueso y sus Componentes Histológicos

• Colágeno: Aporta resistencia a la tracción.
• Minerales (principalmente hidroxiapatita): Confieren resistencia a la compresión y rigidez.
• Proteoglicanos: Contribuyen a la resistencia a la compresión y a la viscoelasticidad.

9. Efecto Poisson y Estructuras Sometidas a Dicha Condición

El Efecto Poisson describe cómo todo tejido sometido a una fuerza axial experimenta una deformación transversal. Esto provoca estrés de tracción y cizallamiento en direcciones perpendiculares a la fuerza aplicada. Estructuras como el cartílago articular, el disco intervertebral y los meniscos están constantemente sometidas a esta condición debido a las cargas compresivas y de cizallamiento que soportan.

10. Modelo Matemático de Hill y sus Desventajas

El modelo de Hill establece que la tensión máxima generada por un músculo es proporcional a la velocidad de contracción. Sin embargo, presenta varias desventajas:

• Explica solo la contracción concéntrica.
• Es aplicable únicamente a fuerzas bajas.
• No explica adecuadamente el comportamiento muscular bajo fuerzas moderadas o altas.

11. ¿Qué es un Desgarro Muscular?

Un desgarro muscular ocurre cuando la fuerza externa aplicada sobrepasa la capacidad plástica (límite de deformación sin daño permanente) del músculo, resultando en la ruptura de fibras musculares.

12. Relación entre Tensión y Velocidad de Contracción según Hill

Según el modelo de Hill, a mayor velocidad de contracción (concéntrica), menor es la tensión muscular que puede generarse.

13. Función de la Membrana Interósea

La membrana interósea cumple varias funciones cruciales:

• Sirve como punto de inserción muscular para diversos músculos del antebrazo o la pierna.
• Contribuye a la distribución de fuerzas entre los dos huesos largos (radio y cúbito, o tibia y peroné).
• Actúa como una unión que mantiene la estabilidad y la relación anatómica entre los dos segmentos óseos.

14. Relación entre Tensión y Velocidad de Contracción Concéntrica y Excéntrica según Hill

Según el modelo de Hill (y extensiones posteriores), en la contracción excéntrica, a mayor tensión aplicada al músculo (resistencia externa), mayor es la velocidad de contracción excéntrica que el músculo puede soportar antes de ceder o lesionarse. Esto contrasta con la contracción concéntrica.

15. Definición de Estrés Mecánico

El estrés mecánico se define como la tensión intermolecular que se produce en un tejido debido a la acción de una fuerza externa. Este estrés es la causa directa de la deformación del material.

16. Tipos de Estrés Mecánico

Los principales tipos de estrés mecánico son:

• Estiramiento (o tracción): Fuerza que tiende a alargar el material.
• Compresión: Fuerza que tiende a acortar o comprimir el material.
• Deslizamiento (o cizallamiento): Fuerza que tiende a deformar el material por deslizamiento de planos paralelos.

17. Diferencias Mecánicas entre Tendón y Ligamento

Aunque ambos son tejidos conectivos densos, presentan diferencias mecánicas clave:

Tendón:

• Función principal: Transmite fuerza de tensión generada por el músculo al hueso.
• Composición: Contiene más colágeno y menos elastina.
• Organización de fibras: Las fibras de colágeno están dispuestas de forma paralela y ordenada en la dirección de la carga principal, lo que le confiere alta resistencia a la tracción en una dirección.

Ligamento:

• Función principal: Estabiliza articulaciones, permitiendo distintos grados de libertad de movimiento pero limitando el exceso.
• Composición: Contiene menos colágeno y más elastina (en comparación con el tendón).
• Organización de fibras: Las fibras de colágeno tienen una disposición más irregular o multidireccional, lo que le permite soportar cargas en diversas direcciones y proporcionar estabilidad multidireccional.