Viscoelasticidad

VISCOELASTICIDAD EN EL CUERPO HUMANO

Cuando se retira la fuerza de estiramiento a un músculo no activado, se produce un acortamiento que presenta dos fases diferenciadas: la primera inmediata y rápida y, la segunda, lenta y retardada. Este hecho demuestra una elasticidad musculas imperfecta.
En biomecánica la elasticidad se representa por el modelo de Hooke (1660) que establece una relaciónproporcional aritmética entre fuerza y alargamiento en un sólido sometido a tensiones. A partir de esra proporcionalidad surge el módulo de elasticidad que establece la tensión necesaria para producir una unidad de deformación. El gráfico tensión deformación al someter a un material a tracción es una línea recta, es decir, un estiramiento x es directamente proporcional a la fuerza aplicada F(F=kx; K constante de rigidez). Por lo tanto, los materiales cumplen, dentro de ciertos límites llamados límites elásticos, que la deformación producida es directamente proporcional al valor de la fuerza deformadora que lo origina.
Dentro del contexto de la ley de Hooke los tejidos serían perfectamente elásticos ante la aplicación de cualquier carga y esto no es así. En realidad existe un límiteelástico más allá del cual se produce una determinada deformación. La diferencia entre la longitud original y la nueva longitud se conoce como deformación permanente o deformación plástica. Evidentemente si la tensión sigue aumentando alcanzaremos el punto de rotura que corresponde a aquella carga que provoca una pérdida de continuidad en la estructura del tejido. Algunas veces es útil conocer laresistencia de los tejidos a la rotura cuando son sometidos a ciclos repetidos de carga. En este caso la curva de fatiga representará la relación entre la aplicación de ciclos de tensión y el número de ciclos hasta la rotura.
También es importante resaltar que las estructuras del cuerpo humano son anisotrópicas pues sus propiedades mecánicas son diferentes en diferentes direcciones. Estecomportamiento es el resultado de una especialización y adaptación de los tejidos para soportar la carga en determinadas direcciones. Un ejemplo podría ser el tendón de Aquiles o el tendón rotuliana claramente preparados para soportar tensiones en una determinada dirección y siendo relativamente vulnerables en otras direcciones. El hueso también tiene propiedades anisotrópicas pues la dureza, en general, esmayor en el eje longitudinal.
Sin embargo, el cuerpo humano no puede regirse totalmente por la ley de Hooke, pues en realidad los tejidos se comportan como un sistema que combina las propiedades básicas de la elasticidad y la viscosidad, entendiéndose como viscoelasticidad una propiedad mecánica de los materiales dependiente del tiempo. Para comprender mejor este comportamiento se utilizan modelosque simulan el movimiento del sistema musculotendinoso. La mayoría de estos modelos se fundamentan en tres categorías básicas: Maxwell, Kelvin y el modelo de tres elementos de Hill.
El modelo de Maxwell combina una serie de mielle y un piston hidráulico. Este modelo da una deformación inmediata del muelle seguido de un aumento proporcional de la deformación en función del tiempo del pistónhidráulico. Se utiliza fundamentalmente para representar el comportamiento de los fluidos. Kelvin establece otro modelo que distribuye los dos elementos en paralelo. En este caso la longitud aumenta continuadamente pero disminuyendo en el tiempo. Pero hoy en día el modelo mas utilizado por los biomecanicos es el de Hill. Este modelo se configura agregando n muelle en serie al modelo de Kelvin. Laresultante expresa una deformación inmediata, seguida de una deformación exponencial que disminuye en el tiempo. La deformación inmediata es el resultado de la posición del muelle en serie, y la deformación exponencial corresponde a la implicación del modelo de Kelvin. Este modelo es el que se utiliza normalmente para representar la viscoelasticidad de las estructuras musculares y esqueléticas. Un...