VI.- BIOMECANICA
Para la correcta aplicación de la fijación externa, así como la de
cualquier otro procedimiento de Osteosíntesis, se requiere del pleno conocimiento
de la técnica quirúrgica a utilizar.
Debe considerarse además que por medio del montaje del fijador externo se tiene la
ventaja de que realizando maniobras se pueden lograr modificaciones que
permitan OPTIMIZAR los resultados.
La necesidad de corregir deformaciones del esqueleto originadas por
diversos factores, en los que predominan diferentes fuerzas, nos obliga a
conocer conceptos elementales de BIOMECÁNICA.
La biomecánica es la ciencia que estudia las leyes de la Física y su aplicación a los seres vivos.
MECANICA
*ESTATICA: estudia los cuerpos en estado inmóvil
*DINAMICA: estudia los cuerpos en movimiento
DINAMICA
Cinemática: estudia los movimientos
Cinética: estudia las fuerzas que originan los movimientos
CINEMATICA EN BIOMECANICA
El esqueleto humano es un sistema compuesto de palancas cada hueso
actúa como una barra rígida que transmite y modifica la fuerza y el movimiento.
TIPOS DE MOVIMIENTO
1.- Rectilíneo, lineal o traslatorio. Ej: el movimiento de la mano
para agarrar un objeto.
2.-Angular o rotatorio: la pronosupinación
3.-Curvilineo: combinación de los anteriores. Ej.flexoextensión del
miembro inferior acompañado de rotación externa o interna.
4.-Complejo: combinación de todos los anteriores.Ej.al correr en
terreno variado
CINETICA EN BIOMECANICA
Estudia la fuerza que produce el movimiento
Fuerza, es la acción que presiona o tracciona un objeto
Tipos de fuerza: De
gravedad, externas e internas
Clases de fuerza:
-Par de fuerzas
-Sistema paralelo de fuerzas
-Fuerzas concurrentes o convergentes
-Fuerzas divergentes
SISTEMA PARALELO DE FUERZAS
FUERZAS CONCURRENTES
FUERZAS DIVERGENTES
CENTRO DE GRAVEDAD Y ESTABILIDAD
La estabilidad de un cuerpo puede ser afectada por la relación entre
la fuerza de gravedad y su base de apoyo. Para que un objeto sea estable, el
centro de gravedad debe estar ubicado dentro de la base de apoyo, de lo
contrario el cuerpo tiende a caerse.
En fijación externa para conseguir mantener la estabilidad, debemos
emplear las diversas clases de fuerzas, para anular los tipos de fuerza que
tiende a la desetabilización.
Así como los huesos constituyen palancas, que se mueven alrededor de
un eje (articulación), cuando se presenta una fractura los fragmentos óseos se
convierten en palancas que se mueven alrededor de la fractura.
Las fuerzas aplicadas correctamente a estas palancas provocan un equilibrio.
Lo que se trata de conseguir es una VENTAJA MECANICA, que es la
capacidad de una palanca para poder aumentar una fuerza. Se dice que una palanca mecánica es eficiente cuando solo se requiere
poca fuerza para superar una gran resistencia.
Toda palanca consta de:
FULCRO (F): punto done se aplica la fuerza a la palanca
PUNTO DE APLICACIÓN DE LA RESISTENCIA (R) es el peso que se va a mover
BRAZO DE PALANCA (BP) es la distancia entre el punto de aplicación de la fuerza(F)y el peso
que se va a mover(R).
En
Fijación Externa lo que
se quiere es conseguir el efecto
contrario, NO MOVER el punto donde inciden las fuerzas desestabilizadoras y conseguir la ventaja mecánica disminuyendo el brazo de palanca, para que no
se mueva la fractura aún
aplicando grandes fuerzas .
BIOMECANICA DEL HUESO
El tejido óseo
es un tipo especializado de tejido conectivo, cuya matriz extracelular se halla mineralizada
en su mayor parte .La matriz ósea
es la responsable de las extraordinarias propiedades biomecánicas del hueso.
El componente inorgánico de la matriz ósea, está constituido en
su mayor parte por fosfato cálcico en forma de cristales de
hidroxiapatita .
Las fibras colágenas le
proporcionan flexibilidad y resistencia a la tensión, mientras que las
sales minerales le dan dureza, rigidez y resistencia a la compresión.
El hueso posee una resistencia similar al hierro, pero es
tres veces más ligero y diez veces más flexible.
Las fibras colágenas se disponen en láminas paralelas (hueso laminar)
El hueso compacto predomina en
el esqueleto y está preparado para
resistir la flexión, la torsión y el cizallamiento. El hueso esponjoso en
cambio está preparado para resistir las fuerzas de compresión y tensión.
Los huesos responden a las
fuerzas aplicadas sobre su
superficie, de acuerdo a un patrón característico.
La primera fase es ELASTICA y
depende de la rigidez del hueso.
En esta fase la deformación es temporal y se mantiene durante el tiempo de aplicación de la fuerza, después el hueso recupera su
forma original .
Si la fuerza aumenta se inicia
una FASE PLASTICA y el hueso se recupera parcialmente, pero queda deformado .Por último cuando la fuerza
aplicada es mayor a la
resistencia del tejido, se produce la fractura.
Las fuerzas que pueden actuar
sobre el tejido óseo, son de tres tipos: tensión, compresión y torsión.
Además pueden ser aplicadas de
forma perpendicular a la superficie ósea (fuerza normal) o de forma oblicua
(fuerza de cizallamiento).
Los huesos largos, formados fundamentalmente por tejido óseo compacto o cortical son elásticos y poco plásticos. En estos huesos la
resistencia es mayor cuando la
fuerza se aplica en forma vertical
.Cuando la fuerza se aplica en forma oblicua la fase plástica se acorta y el hueso se fractura con mayor rapidez.
RIGIDEZ O ESTABILIDAD EN LA CONSOLIDACION
El IBV investigó en conejos para
comprobar el efecto de la proteína
Morfogenética (rhBMP-2) sobre el proceso de consolidación de fracturas, en dos situaciones mecánicas distintas. Según PERRIS en una fractura a la que se adicionan proteínas morfogenéticas, las
condiciones mecánicas que actúan sobre la fractura dan lugar a un tipo de
consolidación, más rápida o más lenta, dependiendo de la rigidez del sistema
utilizado para la fijación de la fractura.
Se sabe que un rango
de rigidez favorece el proceso de consolidación, los trabajos de
Krompecher lo demuestran, al hacer compresión interfragmentaria permite el
pasaje directo de los fibroblastos a osteoblastos sin pasar por la prefase de
condroblastos ....
....dando lugar a la
consolidación primaria, directa o en contacto,..
... lo que todavía
se desconoce es
en qué medida ,el efecto de la proteína
morfogenetica actúa sobre el callo óseo en los
distintos estados mecánicos .
¿MÁS RIGIDEZ?
La experiencia clínica
demuestra que cuando se utiliza un
sistema de fijación más rígido
el proceso de consolidación es mucho más rápido, al menos en las etapas iniciales de la consolidación.
En cambio ante un sistema de fijación
muy elástico, el proceso de consolidación en etapas precoces se retrasa. Al final las dos situaciones consolidan,
pero en las etapas iniciales el fijador
rígido facilita la formación de un callo de mayor calidad.
ESTIMULACION MECANICA –
DINAMIZACION
En Ortopedia está
demostrado que la carga mecánica apropiada, acelera la curación de las fracturas .El hueso responde bien al estímulo mecánico generado por las cargas dinámicas y estáticas.
La respuesta osteogénica
inducida se debe a la relación
directa entre la máxima tensión
y la frecuencia de carga .La formación
ósea aparece como respuesta al estímulo mecánico por el incremento de la duración de la carga.
De tal manera que cuando el
movimiento es bloqueado mediante una estabilización rígida, la remodelación
ósea puede realizarse mediante un
pequeño y poco visible callo, conduciendo
a una reparación ósea directa.
Por el contrario cuando existe
una estabilización interfragmentaria MENOS RIGIDA, la reparación ósea se presenta por
osificación intramembranosa
a partir del periostio.
Es de remarcar entonces que el
índice de curación por el volumen del flujo sanguíneo y por la extensión de la formación del callo,
se incrementan por la aplicación de movimientos interfragmentarios cíclicos adecuados porque el exceso de
tales movimientos
tiene una acción negativa sobre la angiogénesis ....
tiene una acción negativa sobre la angiogénesis ....
...y termina en una pseudoartrosis hipertrófica .
KENWRIGHT y GOODSHIP han demostrado los beneficios potenciales de
la carga mecánica controlada sobre la curación ósea.
En un estudio realizado
en fracturas tíbiales
estabilizadas mediante fijación
externa modificada,
para aplicar movimientos
axiales controlados, de 1mm
durante 30 minutos por día,
desde la segunda semana,
posterior a la colocación del tutor demostraron que
esta DINAMIZACION redujo significativamente el tiempo de curación y
estuvo asociada a un menor índice de intervenciones secundarias .
Para la correcta aplicación
de nuestro fijador externo, es muy importante considerar que se trata de un
montaje predominantemente NO TRANSFIXIANTE, y que el material del montaje
externo está confeccionado de aluminio el mismo que tiene características físicas
que le dan una aparente debilidad, pero cuando es bien aplicado, estas se convierten en ventajas. Es conveniente
recordar que el aluminio es un metal liviano y los tubos son
radiotransparentes.
A.-Son cuatro los conceptos elementales que señalamos y que
siempre se deben considerar al colocar nuestro fijador FERN:
a.-Brazo de palanca.-La estabilidad de un montaje no está dada
por que este sea transfixiante o no transfixiantes ,está dada por la ubicación
de los clavos, dependerá de su cercanía al foco de fractura y la separación
conveniente entre estos y los clavos
proximales o distales. Un procedimiento transfixiante puede ser
inestable si los clavos están lejanos al foco de fractura.
Al colocar el FERN recomendamos que una vez realizada la reducción de
la fractura se deben colocar los clavos
cercanos a la fractura, a 2o 3 cm y no
más del foco de fractura, aún siendo un trazo oblicuo largo. De esta forma la
acción de palanca se verá muy disminuida y anulada (reducir el brazo de
palanca).
b.-Reducir el momento de flexión.- Así como un aparato de yeso
por muy ceñido que esté colocado, inmoviliza menos que una placa de
osteosíntesis y esta a su vez, menos que un clavo intramedular, un montaje de
fijación externa cuanto más lejano esté del plano óseo inmovilizará menos ,la
idea es acercarlo más al foco de
fractura donde se concentran los momentos de flexión y disminuirlos o anularlos
,por ello al utilizar nuestro fijador es
muy importante acercarse al plano cutáneo muscular hasta donde sea posible.
c.-Aumentar las líneas de fuerza.-Considerando que el montaje del FERN está conformado por tubos de aluminio,
los que como ventajas son livianos y transparentes a los rayos X,
individualmente tienen menor resistencia
a la flexión, por ello las rótulas
fueron confeccionadas con dos canales para que acepten a dos tubos, con la
finalidad de tolerar mejor las fuerzas de flexivas, y si el paciente es muy
alto y de gran peso se puede utilizar un montaje adicional. La idea es que cada
tubo incremente las líneas de resistencia. Por lo que para evitar
complicaciones se recomienda NO utilizar
un solo tubo por montaje.
d.-Doble inserción en cada punto de fijación.-Cada rótula
constituye un punto de fijación las que
se deben ubicar convenientemente para cumplir bien su función, además cada
rótula tiene dos canales paralelos para ubicar allí a los clavos que se
insertarán al hueso, y lo diseñamos así porque comprobamos experimentalmente en el taller y
luego clínicamente que los clavos dispuestos así toleran mejor las presiones que se repiten cíclicamente y
son menos propensas a los aflojamientos ,especialmente cuando se utiliza el
FERN como tratamiento definitivo.,
B.- ESTABILIDAD
Si quisiéramos resumir el
concepto de Estabilidad en
biomecánica, tenemos que
referirnos necesariamente a FUERZAS Y RESISTENCIAS
Un cuerpo inicia su movimiento por una fuerza y para continuar en movimiento se necesitan
fuerzas que actúen sobre él, y si se quiere cambiar la dirección del
movimiento o si se quiere frenar el
movimiento también se requieren otras fuerzas.
Estabilidad = equilibrio 1° Ley
de Newton
La estabilidad es un estado en
el que los cuerpos están en equilibrio, sin movimiento, que es lo que buscamos
cuando reducimos e inmovilizamos una fractura para que se inicie el proceso de
consolidación.
Sin embargo debemos considerar que la estabilidad que obtengamos debe ser segura y mantenerse
como tal, porque existen situaciones que originan la pérdida de este estado de
equilibrio y dan lugar a la inestabilidad que es perjudicial para la
consolidación.
¿Cuándo utilizamos fijación externa es suficiente obtener estabilidad?
BUENA ESTABILIDAD?
MALA ESTABILIDAD?
Así como criticamos el concepto de BUENA INMOVILIZACIÓN y MALA
INMOVILIZACIÓN por que literalmente es incorrecto, pensamos que siendo la
estabilidad un estado de equilibrio en el que el cuerpo no se mueve o permanece
inmóvil, no podríamos hablar de buena o mala
estabilidad.
Lo que sí se puede comprender es que existe una estabilidad
transitoria, insegura, precaria o fácilmente desestabilizable, a lo que se le
denomina Estabilidad relativa y que
biomecánica mente es una Estabilidad
Estática Negativa.
Por lo que la respuesta a la pregunta sería no es suficiente conseguir solamente
Estabilidad. Si el procedimiento de fijación externa se utiliza como tratamiento definitivo con
mayor justificación será muy importante asegurarnos por todos los medios
biomecánicos que se obtenga una Estabilidad Estática Positiva llamada
también Estabilidad absoluta.
OBJETIVOS DE LA FIJACION
EXTERNA NO TRANSFIXIANTE
MONOLATERAL
- CONSEGUIR y
- MANTENER la ESTABILIDAD
.- DE LA ESTABILIDAD
“El término Estabilidad es
diferente a inmovilización”
INMOVILIZACION = SIN MOVIMIENTO
ESTABILIDAD = ESTADO DE EQUILIBRIO
ESTABILIDAD:
-
ESTATICA
- DINAMICA
ESTABILIDAD ESTATICA
Cuando el cuerpo está en reposo
Positiva Neutra Negativa
M = + F
M = F
M= -F
e = -
F
e = F e=
+F
La estabilidad estática puede ser positiva,
neutra o negativa. Será positiva cuando se requiere mayor esfuerzo para
movilizar el cuerpo y menor fuerza para restablecer el equilibrio, en cambio en
la estabilidad estática negativa para movilizar el cuerpo se requiere poco
esfuerzo y más fuerza para restablecer el equilibrio. Como se comprenderá lo que se busca al realizar osteosíntesis en
general es conseguir una estabilidad estática positiva.
Conviene entonces precisar las variantes de la estabilidad y que según
la AO puede ser absoluta y relativa, y que en nuestro medio dio lugar a
utilizar los términos buena y mala inmovilización.
Cuando la estabilidad es segura lo que significa que se disminuyen o
anulan las fuerzas desestabilizantes, nos referimos biomecánicamente a una
estabilidad estática positiva que es la
que se requiere para una buena consolidación. En otras situaciones sean por las
características de la fractura, por las limitaciones del diseño del implante
utilizado o por una mala técnica quirúrgica se obtendrá una estabilidad estática negativa, lo que significa una
estabilidad insegura fácilmente desestabilizable.
Inestabilidad por aflojamiento = no consolidación. Al restablecerse la
estabilidad evoluciona a la
consolidación.
Está probado que la
Inestabilidad perjudica a la
consolidación y que la Estabilidad la favorece
Tenemos que considerar además que tanto los metales de los implantes
de osteosíntesis como los huesos tiene
una fase elástica y una fase plástica, las que
si no son bien manejadas pueden dar lugar a fatiga y posterior ruptura
de los implantes, y fracturas en los
huesos.
Mala técnica quirúrgica
la
placa absorbe la capacidad de carga, el implante primero
se fatiga y luego se rompe
Sin embargo si se regulan los movimientos en el momento oportuno se
obtiene una Estabilidad Dinámica que
es el fundamento de la Dinamización y de
esta forma se favorece la consolidación.
APLICACIÓN
EN FIJACION EXTERNA
El hueso es elástico, y la Dinamización favorece la consolidación por
lo que se requiere una ESTABILIDAD DINAMICA (cuerpo en equilibrio en un plano pero en
movimiento en otro plano).Cuando aplicamos
nuestro procedimiento, para conseguir
Dinamizar, debemos reducir los brazos de palanca, el momento de flexión, aumentar las líneas de
fuerza, y colocar doble inserción de clavos en cada punto de fijación, para
anular las Fuerzas externas, internas y
las de gravedad que tienden a la Desestabilización. En el
momento oportuno se aflojan las rótulas distales y se permite la carga
progresiva.
Se inicia la Dinamización al tercer mes de la IQ por apreciarse un
retardo en la consolidación y en el control
al cuarto mes ,se puede apreciar la formación de callo .
C.- INESTABILIDAD
Cuando un cuerpo en equilibrio, es accionado por una fuerza, se mueve
y deja de ser estable.
En biomecánica cuando fuerzas externas o internas predominan sobre las
fuerzas que estabilizan se establece una inestabilidad.
Inestabilidad > Fuerzas
Cuando se presenta la Inestabilidad necesitamos neutralizar o anular
esas fuerzas para restablecer la Estabilidad
Resistencia:
Hueso, metales.
Fase elástica Permite tolerar
ciertas fuerzas y presiones
Fase Plástica Cuando es
superada el hueso se fractura y el implante se fatiga y después se rompe
Las complicaciones al realizar
Osteosíntesis generalmente se deben
a factores de interferencia del
paciente, que no han sido bien evaluados, a una mala técnica quirúrgica o a una mal manejo post quirúrgico (carga
precoz).
Esta
fractura pudo ser tratada de diferentes formas
.El cirujano optó por colocar tres tornillos de
compresión Inter fragmentaria y férula de yeso complementaria
Se obtuvo
buena reducción inicial, pero una estabilidad insegura, por lo que aparecerá complicación por aflojamiento. Se estableció una Estabilidad Relativa o
Estabilidad Estática Negativa
A los 15 días el paciente percibe crepitación en la zona lesionada
y a las tres semanas aparece
secreción
serohemática .
Se resolvió
incrementando la estabilidad con un montaje en Delta y una semana después desaparece la secreción
y la crepitación que percibía el
paciente.
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