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Serie Biomecánica clínica. 2 (3): 1-13, 2010 ISSN: 1989-
Biomecánica de los tejidos del aparato locomotor
1. Biomecánica de los tendones
Mª Teresa Angulo Carrere
E.U. de Enfermería, Fisioterapia y Podología. Universidad Complutense. Avenida Ciudad Universitaria s/n. 28040-Madrid [email protected]
Resumen: Descripción histológica y funcional de los tendones. Propiedades biomecánicas de los tejidos tendinosos y su implicación en la función y recuperación de los mismos.
Palabras clave: Paratenon. Fibroblastos. Matriz. Colágeno. Elastina. Anisotropía. Viscoelasticidad. Hysteresis. Tenacidad. Ductilidad. Unión musculotendinosa. Unión hueso-tendón. Fibras de Sharpey. Estrés-deformación. Aparato tendinoso de Golgi.
Abstract : Description of tendon function and histology. Biomechanical properties of tendon tissue and their involvement on the function and physilogical recovery.
Keywords: Paratenon. Fibroblasts. Matrix. Collagen. Elastin. Anisotropy. Viscoelasticity. Hysteresis. Toughness. Ductility. Bone-tendon junction. Sharpey fibers. Stress-strain deformation. Golgi tendon apparatus.
INTRODUCCIÓN
Los tendones son estructuras de tejido conjuntivo encargadas de unir los músculos al hueso. En términos mecánicos, el tendón sirve fundamentalmente para transmitir fuerza. Actúa como amplificador dinámico durante la rápida contracción muscular, almacén de energía y atenuante de la fuerza cuando aparece un rápido e inesperado movimiento.
Histológicamente, son tejido conjuntivo fibroso poco vascularizado, recubierto por tejido conectivo laxo denominado paratenon. El número de células (fibrocitos ) que posee el tendón también es muy escasa. Sólo un 10-20% del tejido corresponde a la porción celular del mismo. El resto del tejido, que constituye la matriz del tendón, esta compuesto por agua (65-70%), proteoglicanos, glicolípidos y fibras(^1 ). Estas fibras constituyen aproximadamente el 70-80% del peso seco del tendón y corresponden a fibras de colágeno en un porcentaje aproximado del 90%, el 0,5% restante, son fibras de elastina. El colágeno tipo I es el más común en el tendón (se observa también en la
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estructura del hueso y de la piel) a él se deberían las principales respuestas mecánicas y funcionales del mismo(^2 ). Los otros tipos de proteína colágena (tipos II,V,IX,X,XI y XII), que se encuentran en menor proporción, se relacionarían con otro tipo de función: disminuir la tensión de las zonas donde se concentra el mayor estrés cuando se aplican las fuerzas que se transmiten desde el tendón (tejido blando) al hueso (sobre todo en la interfase fibrocartilaginosa de la inserción)(^3 ).
Las fibras de colágeno poseen una estructura helicoidal, y se disponen orientadas de forma longitudinal a todo lo largo del eje del tendón (http://www.kumc.edu/ instruction/medicine/anatomy/histoweb/ct/ct.htm), proporcionándole una gran resistencia a la tracción, mientras que por el contrario, presenta gran fragilidad cuando se le somete a solicitaciones de compresión y/o cizallamiento o corte. Este comportamiento, debido al diseño interno y arquitectura tan específicos que presenta la estructura del tendón, hace que su respuesta mecánica a las cargas esté en función de la dirección en la que dichas fuerzas actúen sobre el tejido. Son, por tanto, estructuras anisotrópicas_._
Además, el tendón puede modificar la orientación de sus fibras tendinosas para obtener una mayor ventaja mecánica, por ejemplo, en el tendón de Aquiles: las fibras mediales de gemelos se enrollan lateralmente alrededor de 90º y descienden para formar la parte posterior del tendón. Las fibras del sóleo rotan de forma semejante para constituir la porción anterior del tendón. Esta disposición espiral de las fibras permite un mayor grado de elongación y recuperación elástica del tejido que ayudan al tendón a almacenar mayor energía_._
La presencia de gran cantidad de colágena en el tejido, hace que el tendón presente una alta tenacidad (resistencia a la disgregación de las moléculas del material) y gran ductilidad, lo que significa que antes de la ruptura almacena gran cantidad de energía sufriendo una gran deformación (absorben mayor energía antes de romperse que el hueso o el hormigón).
Las fibras colágenas poseen menor módulo de elasticidad que las fibras elásticas por lo que soportan mejor las cargas. Su módulo de elasticidad es de 5 al 10 % del de hueso, lo que facilita que un tendón sano, como el del músculo Triceps Sural, sea capaz de soportar cargas de hasta 9.000 N en carrera de velocidad(^4 ). La presencia en el tejido de fibras elásticas, ayudaría al tendón a volver a su estado de longitud inicial una vez que cede la fuerza deformante.
Los proteoglicanos, que constituyen menos del 1% del tejido tendinoso, facilitan la organización estructural del tejido dando soporte y espacio a las células y fibras que lo componen. Ejemplo de ellos son el condroitin sulfato, dermatán sulfato (más común en los tendones que en los ligamentos) y el ácido hialurónico(^5 ).
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de fibras o fascículos del vientre muscular mucho antes que de la unión músculo- tendón o del propio espesor del tendón(^10 ).
Unión Tendón-Hueso
El tendón muscular se inserta con una inclinación de 30º con relación al eje diafisario del hueso (Fig. 2). El objetivo de esta inclinación es aumentar la superficie de inserción del tendón en el hueso.
30º30º
Figura 2. Unión hueso-tendón. La unión entre el tendón y el hueso se realiza formando un ángulo de inclinación de 30º para aumentar la superficie de inserción.
Las inserciones de los tendones en el hueso se establecen de tres formas diferentes:
Directa. Más resistentes (Fig.3). El tamaño de la inserción varía, pero la zona de transición suele ser menor de 1 mm(^1 ). Para realizar esta inserción, el tejido tendinoso debe sufrir una transformación tisular, de forma que se transforme en tejido óseo en la zona más próxima al punto de inserción en el hueso. Esto se efectúa a través de ir modificar progresivamente las características histológicas del tejido:
Tendón (Fig. 3 A). Tejido conectivo fibroso que posee flexibilidad y resistencia a la tracción. Los fibrocitos adoptan forma longitudinal.
Fibrocartílago (Fig. 3 B). Es una zona de amortiguación. Crecimiento. Los fibrocitos se hacen redondeados. Corresponde al nivel de ruptura en jóvenes.
Fibrocartílago calcificado (Fig. 3 C). Presenta un aumento de la superficie de inserción (“línea cementada o de marea”). Nivel de ruptura de las inserciones del adulto.
Tejido óseo (Fig. 3 D). Tejido muy resistente a la compresión.
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Figura 3. Unión directa hueso-tendón. Tendón (A). Fibrocartílago (B). Fibrocartílago calcificado (C). Tejido óseo (D).
Indirecta o Periostica (Fig.4). Menos resistente. Posee una mayor complejidad morfológica, presentando fibras superficiales y profundas. Las fibras superficiales conectan directamente con el periostio, las profundas (fibras de Sharpey) están ancladas directamente al hueso. Este tipo de inserción es más frecuentes en el individuo joven, en cambio, durante la edad adulta se transforman en Directas.
Fibras de Sharpey Músculo
Fibras superficiales
periostio hueso
Fibras de Sharpey^ Músculo
Fibras superficiales
periostio hueso
Figura 4. Unión indirecta hueso-tendón: Fibras de Sharpey ( ), fibras superficiales ( ).
Mixta. El mayor porcentaje de los tendones.
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la descarga no coinciden, lo que origina una disipación de energía denominada hysteresis. Las fuerzas a las que está sometido el tendón en las actividades diarias, incluso durante la práctica deportiva, se sitúan en la primera parte de la curva de tensión-deformación(^12 ).
El tendón tiene un comportamiento viscoelástico, que incluye aumento de la deformación en el tiempo bajo carga constante y, disminución del estrés a lo largo del tiempo bajo deformación constante. Este comportamiento del tendón, que también se repite en el ligamento, es muy importante en clínica. Si un tendón es sometido a elongación de forma cíclica o lenta, el pico de tensión originado es menor del previsto. Esta acomodación del tendón es un factor de adaptación que permite ajustar las cargas del músculo y evitar pueda romperse con facilidad. Este comportamiento de los tendones se puede producirse también con altas temperaturas, lo que puede explicaría los beneficios del calor aplicado sobre una articulación antes de movilizar la misma.
Cuando la aplicación de la carga se establece de forma cíclica (con fuerzas no muy altas y a baja velocidad) o se realizan elongaciones mantenidas sobre el tejido tendinoso, como en el caso de la marcha o la práctica de jogging , los periodos repetidos de estrés-relajación ablandarían la estructura tisular con continuas disminuciones del pico de estrés por cada ciclo. Este fenómeno podría ayudar a prevenir la fatiga de los ligamentos y tendones. Estos cambios se notan en clínica por una mayor laxitud de la articulación ejercitada, que tras un breve periodo de recuperación, esta situación vuelve a la normalidad(^1 ).
En condiciones normales, los ligamentos y tendones, a bajas cargas tienen un bajo módulo que permite a la articulación o músculo realizar la función normalmente. En cambio, con altas cargas o con cargas aplicadas a gran velocidad, el módulo de esos tejidos se incrementa notablemente de manera que hay mayor rigidez (menor deformación con mayor estrés del tejido) y la estabilidad articular puede mantenerse, pero aumenta el riesgo de lesiones sobre otras estructuras articulares (cartílago y meniscos) o sobre las fibras musculares.
Por todo lo expuesto anteriormente, su respuesta ante las cargas es velocidad dependiente (Fig.6). Cuando la alta solicitación se efectúa de forma rápida, la lesión se suele producir en el espesor del tendón. En la vida real, este tipo de lesiones se originan en los deportes con contracción muscular combinada de aceleración- deceleración(^13 )^ ya que, en condiciones normales, el tendón sano es capaz de resistir cargas a gran velocidad mucho mejor que el tejido muscular, produciéndose antes la lesión en el vientre muscular que en el tejido tendinoso.
De manera general, las lesiones se establecen afectando a fascículos musculares de diferente grosor de manera progresiva de calibre menor a mayor(^6 ). Por el contrario, si la tracción se efectúa de forma lenta o de forma cíclica, y la magnitud de la carga es suficiente, la ruptura del tendón tendrá lugar a nivel de la unión tendón-hueso (rotura
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más arrancamiento óseo). Cuando las cargas empleadas son de tracción pasiva la lesión se localiza en la unión músculo-tendón(^14 ,^15 ).
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LENTALENTA
Figura 6. Rotura tendinosa. En el interior del tejido se realiza cuando la carga aplicada es de gran velocidad (arriba). En la inserción tendinosa se realiza cuando la carga es aplicada de forma lenta y cíclica (abajo).
Cargas simples intensas y las cargas repetidas (lesiones traumáticas acumulativas) sobre tendón son un común y creciente problema clínico que produce debilitación del tejido y disminuyendo la calidad de vida(^16 ). Se cree que la carga actuando sobre el tejido más allá de un determinado límite mecánico de resistencia, causa lesiones irreversibles sobre la matriz extracelular que tienen como consecuencia un cambio permanente en las características mecánicas del tendón. Además, las células restantes del tejido y las células infiltradas en el tendón para su reparación, actúan formando una herida cicatricial(^17 ).
Los tendones están sujetos a cambios morfológicos, bioquímicos y biomecánicos que dependen de su localización anatómica, del grado de maduración del esqueleto, de la edad y del nivel de actividad del sujeto(^18 ). Mow(^1 ), asegura que las modificaciones que los ligamentos y tendones sufren por las demandas funcionales a las que están sometidos, podrían regularse por la misma ley que Wolff estableció sobre arquitectura interna del tejido óseo.
Otra de las características a tener en cuenta es la diferente respuesta mecánica que presentan los tendones ante las fuerzas de compresión, siendo muy baja su resistencia cuando se trata de tendones extrasinoviales y mayor resistencia en el caso de los tendones intrasinoviales(^19 ).
CARACTERÍSTICAS QUE MODIFICAN LA RESPUESTA BIOMECÁNICA DEL TENDÓN
Existen diferentes determinantes o factores que modifican las características biomecánicas del tendón, estos pueden ser tanto intrínsecas (factores fisiológicos que
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es constante en todos los tendones, ya que estos poseen diferentes respuestas según la localización y función del tendón o ligamento analizado(^1 ).
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Figura 7. Relación entre la práctica de ejercicio y la resistencia del tendón. Se observa un aumento de la resistencia tendinosa tras ejercicios de resistencia muscular.
Como se ha señalado, la inmovilización de un tendón o ligamento, disminuye la resistencia del tejido y, además, origina una osteoporosis difusa en la zona de inserción con el hueso(^27 ). Estos resultados sugieren que una aplicación progresiva de carga sobre estas estructuras llevaría a una recuperación de las funciones y estructura del tendón(^28 ). En base a este comportamiento del tendón, varios cirujanos han propuesto protocolos de movilización postquirúrgica sobre los tendones reparados mediante diferentes técnicas de sutura, para mantener las características mecánicas fisiológicas de estas estructuras, evitando las roturas tendinosas tras la reparación quirúrgica(^29 ). Estos hallazgos nos indican que la aplicación de fuerzas de tracción controladas mediante movilización precoz sobre tendones suturados, facilita y acelera la reparación de la zona a la vez que mejoran la función de deslizamiento del mismo (Fig. 8).
El problema surge sobre todo en aquellos tendones cubiertos de vainas serosas sinoviales (por ejemplo, en los músculos flexores digitales) en los que las suturas y la cicatriz deben ser mínimas, para que no existan adherencias o aumentos de diámetro que pueda crear conflicto con el movimiento de deslizamiento normal del tendón y su vaina(^23 ).
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Inmovilización Mobilización Precoz
Figura 8. Resistencia del tendón. Se observa un aumento progresivo de la resistencia del tendón en los casos sometidos a movilización precoz tras sutura quirúrgica.
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Recibido: 18 febrero 2010. Aceptado: 19 abril 2010.
