sábado, 24 de octubre de 2015

Viscoelasticidad


0-. INTRODUCCIÓN A LA VISCOELASTICIDAD

La viscoelasticidad es una característica fundamental para nuestro cuerpo, sin esta propiedad no podríamos hacer todas las actividades que realizamos sin sufrir daños.

Para entender lo que significa y su importancia para nuestro cuerpo os presentamos esta entrada.


I-.¿QUÉ SIGNIFICA VISCOELÁSTICO?

Partiendo de estudio científico del comportamiento de los materiales hay dos leyes claves, para el comportamiento mecánico de muchos sólidos se usa la ley de Hooke (comportamiento elástico) y el de muchos líquidos a la ley de Newton (comportamiento viscoso), pero ambas leyes son idealizaciones.

Al aplicar una carga sobre un sólido elástico éste se deforma hasta que la fuerza cesa y la deformación vuelve a su valor inicial. Si la carga se aplica sobre un fluido viscoso también se deforma, pero no recupera su forma al cese de la carga.

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

Los huesos y los músculos, al igual que la mayoría de los materiales biológicos, son materiales viscoelástico. Para cuantificar las propiedades mecánicas de un material viscoelástico debemos tener en cuenta la relajación (stress relaxation) y la fluencia (creep). La relajación es la disminución de la tensión en un material sometido a una deformación constante, mientras que la fluencia es el aumento gradual de la deformación en un material sometido a una carga constante.


II-. FACTORES QUE MODULAN LA ELASTICIDAD EN UN SISTEMA VISCOELÁSTICO

Las características viscoelásticas dependen de la estructura corporal en concreto que estemos analizando.  
a) Hueso

Está compuesto por:
  • 35% sustancias orgánicas (colágeno) que le aportan ELASTICIDAD
  • 45%sustancias inorgánicas (Ca y P) , las cuales le dan la cualidad de la RIGIDEZ
  • 20% Agua
b) Cartílagos:

Su comportamiento depende del tiempo de aplicación y de la velocidad.
  • Comportamiento viscoelástico recuperable: Aplicación lenta o constante de la carga genera que el tejido se deforme con el tiempo puesto que va a ir expulsando su líquido al exterior, pero debido a su cualidad viscoelástica es capaz de reabsorber ese líquido y no deformarse por completo.

Ejemplo: Posición mantenida de bipedestación.
  • Comportamiento elástico recuperable: Consisten en una aplicación y retirada rápida de la carga, lo que no da tiempo a que el líquido pueda fluir hacia el exterior, por lo que nos es necesario que luego vuelva a penetrar en él. En este caso se comporta como un sólido elástico monofásico. Se deforma instantáneamente bajo la carga aplicada y se recupera instantáneamente al verse descargado. A este proceso se le denomina fenómeno de solicitación, relajación.

Ejemplo: un salto


b) Tendones y ligamentos:

El comportamiento de estas estructuras respecto a la viescoelasticidad dependerá del tipo de fuerzas que apliquemos sobre ellos.
  • Fuerzas aplicadas a velocidades altas responden volviéndose más rígido.
  • Fuerzas aplicadas a velocidad y carga alta à no son capaces de aguantarlas y se rompen.
  • Fuerzas aplicadas a velocidades lentas y carga alta à provocan un fallo en las inserciones de las estructuras, pudiendo llegar a desgarrase o romperse totalmente si las fuerzas fueran demasiado exigentes.
  • Ciclos repetidos de cargas à provocan que disminuya su rigidez.


Es debido a esto la importancia del calentamiento durante el entrenamiento, puesto que el ejercicio aumenta la resistencia a los distintos tipos de fuerzas.

c) Músculos:

Una propiedad biomecánica de estos es la viscoelasticidad, que viene dada por la relación fuerza – longitud.

Esta fuerza se genera por la resistencia a estirarse. Es la resistencia activa del musculo.

Una mayor velocidad conlleva a una mayor resistencia.




III-. FACTORES QUE AFECTAN A ESTA PROPIEDAD MECÁNICA SON:

1. La localización anatómica

2. Inmovilización/ejercicio

3. Exposición previa a la carga

4. Tasa de esfuerzo (elongación)

5. Dirección de las fuerzas aplicadas

6. Edad




IV-. MODELO MECÁNICO DE UN MÚSCULO:

Según el modelo mecánico para una fibra muscular (Hill 1938) el músculo está compuesto por elementos elásticos y contráctiles:

a) Elementos elásticos. Se dividen en dos

  • Elementos elásticos en serie, corresponden a los puentes cruzados de las miofibrillas cuya estructura posee cierta capacidad de estiramiento. Almacena gran cantidad de energía elástica si antes de que el músculo sea estirado existe una contracción previa (polimetría).

Son principalmente la actina y la miosina, aunque también se pueden incluir los tendones dentro de este grupo.

  • Elementos elásticos en paralelo, es el tejido conectivo paralelo a las miofibrillas que recubren los músculos y sus partes. Se produce cuando cohesionan las fibras musculares que permiten la circulación linfática y sanguínea y contienen los nervios.

Están compuestos por elementos pasivos está formado por tres componentes:

     Ø El endomisio que recubre a las fibras musculares y agrupa las unidades contráctiles de manera que hay menos pérdida de fuerza en el músculo

     Ø El perimisio recubre a los haces o fascículos musculares (conjunto de fibras musculares)
     Ø El epimisio que envuelve al músculo completo (conjunto de fascículos).

b) Elementos contráctiles o elementos activos, lo forman las miofibrillas del citoesqueleto de las fibras musculares (fibras musculares excitables), compuestas por sarcómeros en serie. Estas fibras actúan contrayéndose bajo un estímulo nervioso.



V-. ¿QUIERES SABER MÁS? 

a) Referencias bibliográficas de revistas científicas:
  • Kovach IS. A molecular theory of cartilage viscoelasticity. Biophys Chem [Internet]. 1996 [citado 6 mayo 2015];59(1-2):61-73. Disponible en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8867327
  • Silver FH, Horvath I, Foran DJ. Viscoelasticity of the vessel Wall: the role of collagen and elastic fibers. Crit Rev Biomed Eng [Internet]. 2001 [citado 6 mayo 2015];29(3):279-301. Disponible en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11730097
 b) Referencias a otras páginas profesionales:

 c) Contenido multimedia:



VI-. BIBLIOGRAFIA

  • Guede D, González P, Caeiro J.R. Biomechanics and bone (1): Basic concepts and classical mechanical trials. 2013; Rey Osteoporos Metab Miner. Vol 5.
  • Guede F, biomecanica del músculo. [Tesis doctoral]. Laureate: universidad de las américas.
  • También hemos obtenido información de los apuntes de la PDU de la Universidad San Jorge.

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