Laboratório de Engenharia Biomecânica

Por: Eng. Amaury Sousa Sá

Um dos aspectos mais importantes da Biomecânica é mapear os movimentos que o corpo humano produz ao praticar determinadas ações, sendo para melhoramento de uma prática esportiva ou desenvolvimento de dispositivos que facilitem essa movimentação. No caso da Engenharia biomecânica, esse mapeamento é importante para compreensão das cargas exercidas sobre os implantes desenvolvidos. Um subdimensionamento dessas cargas no design final, pode levar a consequências catastróficas. Nos tópicos a seguir focaremos como é estudado a movimentação da articulação tibiofemoral, mais conhecida como joelho.

Carregamentos exercidos sobre o joelho

Cargas exercidas no joelho

A articulação tibiofemoral suporta carregamentos advindos de diferentes fontes durante a sua rotina normal de trabalho, prioritariamente carregamentos de compressão e cisalhamento. A sustentação de peso e a contração dos músculos que cruzam o joelho e colaboram para o aparecimento destas forças, onde a compressão é a maior força quando o joelho está completamente estendido. Os músculos que cruzam o joelho, têm uma maior parcela na compressão da articulação tibiofemoral, porém o músculo do glúteo médio é responsável por uma parcela considerável para a compressão no platô tibial medial (HALL, 2016).

Direção das forças e momentos. Fonte: (KUTZNER et al., 2010)

O mapeamento dessas cargas e força exercida em seus componentes

Com o objetivo de realizar o mapeamento das cargas atuantes em uma prótese de joelho durante as atividades diárias, BERGMANN et al. Implantou próteses de joelho instrumentadas em uma série de pacientes. As atividades propostas por eles foram: caminhada, subida e decida de escada e o movimento de levantar e sentar de uma cadeira. A figura 1 apresenta os sentidos e direções das forças e momentos encontrados.

O mapa de carregamento durante um ciclo e cada atividade são apresentados nas figuras a seguir.

A força compressiva que a articulação tibiofemoral é submetida durante a fase de apoio da marcha é apresentada como ligeiramente maior do que três vezes o peso corporal, e podendo chegar a até aproximadamente quatro vezes o peso corporal durante a subida de uma escada (SRITHARAN; LIN; PANDY, 2012).

A maior parte da carga durante o apoio com o joelho completamente estendido fica concentrada no platô tibial medial, já a maioria das cargas de menor intensidade durante a fase de balanço são concentradas no platô tibial lateral (WINBY et al., 2009). O côndilo tibial medial suporta 60% do peso do joelho e é uma estrutura mais espessa (MALIK et al., 2021).

A função dos meniscos é realizar a distribuição das cargas que estão sendo impostas a articulação tibiofemoral por uma área maior, reduzindo a intensidade da tensão na articulação. O menisco também influencia diretamente na absorção de força no joelho, suportando até 45% da carga total (SHRIVE; O’CONNOR; GOODFELLOW, 1978). Como os meniscos ajudam a proteger as superfícies articulares dos ossos do desgaste, os joelhos submetidos a meniscectomias têm maior probabilidade de desenvolver condições degenerativas (HALL, 2016).

A compressão sobre a articulação patelofemoral é a soma vetorial da tensão no M. quadríceps femoral e o tendão patelar. A. Em extensão, a força compressiva é pequena. B. Conforme a flexão aumenta, a compressão aumenta. SUSAN (2012)

A articulação patelofemoral também exerce uma força no joelho e segundo Reilly (1972) durante uma caminhada nivelada essa força pode atingir a metade do peso corporal do indivíduo, atingir até 3,3 vezes peso corporal ao subir uma escada e pode atingir na ordem de 7,6 vezes o peso corporal ao realizar um exercício de agachamento.

Sobre o Autor

Eng. Amaury Sousa Sá

Amaury Sousa Sá é Engenheiro Mecânico formado pelo Instituto Federal do Piauí e atualmente cursa mestrado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Santa Catarina. Seu trabalho de pesquisa no Laboratório de Engenharia Biomecânica  (LEBm) foca na avaliação das características de projeto das próteses de joelho.

Mais informações:

https://www.linkedin.com/in/amaury-s%C3%A1-9205429b/

Referencias

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