Lezioni di Biomeccanica

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Serafina Blasi
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1 Università di Genova Scienze Mediche e Farmaceutiche CORSO DI LAUREA IN FISIOTERAPIA Lezioni di Biomeccanica Corso integrato di Cinesiologia, Biomeccanica Andrea Fusco Pt, SPt, OMT, SSc

2 La Biomeccanica dei Tessuti Molli Descrivere la struttura e composizione dei tessuti molli. Descrivere le caratteristiche meccaniche dei tessuti m. Indicazioni generali per il trattamento riabilitativo

3 Introduzione Tessuti connettivi dell apparato scheletrico non calcificati Cartilagine articolare Il disco intervertebrale Il legamenti Tendini Disordini muscolo-scheletrici Ogni struttura ha una risposta funzionale caratteristica al carico dinamico che si ripete durante la normale attività fisica

4 Introduzione I tessuti molli periarticolari sono composti biologici caratterizzati dalla presenza di macromolecole di collagene in forma fibrosa. L unità costituente le fibre di collagene è la molecola di tropocollagene Lunghezza 300nm, spessore 1.5nm, peso daltons Struttura ideale per resistere alle tensione

5 Esistono tre tipi di tessuti molli cartilaginei Cartilagine elastica (orecchio esterno, trachea) Fibrocartilagine (menischi) Cartilagine articolare(cartilagine ialina) La cartilagine articolaresi trova nelle articolazioni sinoviali e ricopre le superfici articolari dei capi ossei èquindi sottoposta a tutti i carichi che attraversano le articolazioni.

6 caratteristiche: Spessore variabile 1.5mm 5mm Colore bianco lucido giallo opaco Non contiene vasi Non è innervata

7 Le funzioni principali della cartilagine articolare sono: Ridurre gli stress nei punti di contatto Proteggere il tessuto osseo subcondrale Diminuire l attrito e le degenerazioni a livello delle superfici articolari

8 Struttura e composizione Cellule condrociti acqua (75%) Matrice extracellulare le fibre collagene proteoglicani

9 Disposizione nell ambito della cartilagine articolare del collagene (A), dei proteoglicani(b) e dei condrociti(c).

10 Il condrocita è l unità funzionale della Cartilagine articolare.. responsabile della biosintesi dei vari costituenti molecolari della matrice in cui vive, ne cura la loro disposizione e ne controlla l efficienza funzionale attraverso la regolazione del turnover. Densità cell./mm³ I suoi metaboliti sono forniti dal liquido sinoviale

11 Le caratteristiche dei condrociti cambiano con la profondità dalla superfice articolare. Zona superficiale (10-20%) dove le cellule sono appiattite e parallele alla superficie (tangential layer) Zona di transizione (40-60%) dove le cellule hanno una forma ellissoidale con assi obliqui alla superficie (transitional layer) Zona profonda (30%) con cellule sferiche a gruppi di 4/8, perpendicolari alla superficie (radial layer) Zona calcificata che precede il tessuto osseo subcondrale

13 Il collagene Una grossa parte della matrice extracellulare è composta da un fitta rete di fibre di collagene (unità strutturale tropocollagene) Il tropocollagene è costituito da tre catene polipeptidiche, con struttura α, organizzate in una struttura a tripla elica.

14 Il collagene

15 Il collagene Il diametro ed orientamento delle fibre nelle cartilagini articolari cambia con la distanza della superficie articolare. Zona superficiale: il diametro è circa 300nm. Organizzazione a fogli paralleli alla superfice articolare, costituisce 10-20% del volume della matrice. Zona transizionale: il diametro varia tra 30 e 60nm, questa zona costituisce il 40-60% del volume della matrice e le fibre sono disposte in modo casuale. Zona profonda: 30%del volume della matrice e le fibre sono disposte in modo radiale

16 Il collagene La caratteristica più importante del collagene è la resistenza allo stretch ALLUNGAMENTO

17 I proteoglicani Sono delle macromolecole composte da una struttura proteica portante alla quale lateralmente si attaccano delle catene di glicosoaminoglicani.

18 I proteoglicani Lo ialuronato raccorda tra loro i vari proteoglicani formando degli aggregati di multimolecole. Aggrecan: large aggregating chondroitinsulphate proteoglycan Aggrecan = 10% del peso secco

19 I proteoglicani Il contenuto di proteoglicani aumenta in modo significativo con l allontanarsi dalla superficie articolare, raggiungendo il valore massimo nel tratto di transizione/profondo A causa della carica negativa dei glicosoaminoglicani, i proteoglicani tendono a legarsi all acqua per osmosi, inotre le singole molecole di proteoglicani tendono a respingersi reciprocamente determinandone la disposizione

20 Le interazioni fisico/chimiche delle varie componenti della matrice extra cellulare sono fondamentali nel determinare le proprietà della cartilagine articolare La più importante interazione avviene tra la pressione idrostatica dell ambiente sinoviale e la pressione osmotica esercitata dal proteoglicani (gel idrofilo)

21 Compressione

22 Caratteristiche meccaniche La CA si comporta come un materiale viscoelastico associano le proprietà elastiche e viscose Si deformano in modo non lineare e ritornano alla forma e dimensione originaria in modo non lineare Tempo Spessore cartilagine Forza applicata

23 Tensione Le fibre collagene sono gli elementi più resistenti alla tensione nei tessuti connettivi. La loro presenza nella cartilagine articolare è indicativa del fatto che si possa verificare degli stress in tensione.

24 Note cliniche: l invecchiamento Con il passare del tempo la composizione della cartilagine cambia: contenuto totale di acqua concentrazione di proteoglicani alterazione aggrecan Diametro delle fibre collagene

25 Note cliniche Invecchiamento Malattie reumatiche

26 Il disco intervertebrale Il disco costituisce l elemento primario di connessione tra i corpi vertebrali della colonna. La sua funzione primaria è quella di trasmettere il carico dalla parte superiore del corpo alla pelvi. Permette la mobilità della colonna: vertebra-discovertebra Ammortizza nel caso di carichi rapidi e improvvisi

27 Il disco intervertebrale

28 Il disco intervertebrale Nella colonna vi sono 23 dischi Forma circa cilindrica con un diametro 2/3 cm e spessore 1cm Non ci sono dischi tra atlante/epistrofeo/occipite La loro forma varia dalla zona craniale a quella caudale Altezza disco/altezza vertebra 1/3 livello lombare 1/5 livello toracico 2/5 livello cervicale

29 Il disco intervertebrale

30 Il disco intervertebrale La sua capacità di trasmettere e distribuire il carico dipende dalla sua anatomia e dalla sua composizione chimica I carichi sono in compressione e o torsione

31 Il disco intervertebrale Il disco è una fibrocartilagine avascolare, costituito da cellule (5800 cells/mm³) e matriceextracellulare. Strutture: nucleo polposo, anello fibroso, piatto cartilagineo.

32 Il disco intervertebrale Nucleo polposo si può considerare un gel con la funzione di assorbire e distribuire i carichi., costituisce circa 25-50% della sezione sagittale del disco, è situato circa al centro del disco Anello fibroso le lamine sono 15/20 e sono organizzate in maniera concentrica, vi sono inoltre alcune fibre di elastina che sono molto importanti nel recuperare la forma dell anello dopo la deformazione Il piatto cartilagineo separa il corpo vertebrale dal nucleo e dall anello. Esso è molto importante per il nutrimento del disco (70%)

33 Il disco intervertebrale

34 Il disco intervertebrale

35 Il disco intervertebrale

36 Il disco intervertebrale Clinica Il 30% delle lesioni della colonna sono riconducibili ad una lesione del disco Il meccanismo principale di lesione del disco: carico basso ma prolungato nel tempo. Le degenerazione del disco è relazionata all invecchiamento del disco (disidratazione)

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