C6 - Mécaniques des tissus biologiques: blessures et prévention Flashcards

1
Q

Quelle tranche d’âge est le plus à risque ?

Quelle région du corps est le plus à risque de blessures?

A

15 à 24 ans

Genou 24%
Cheville 15%

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2
Q

Types de tissus touchés par les traumatismes

A
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3
Q

Types de traumatismes (toutes localisations confondues)

A

Note
- Contusion : Blessures sans gravité

(Prof passe peut de temps dessus)

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4
Q

Trauma dans le sport - principales parties du corps selon la discipline
- Basket
- Football
- Cyclisme
- Football US
- Baseball

A
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5
Q

Structure à risque - Bref résumé des rôles
- Os
- Cartilage
- Ménisque
- Tendons
- Ligaments
- Capsule

A

Os :
- Structure rigide, fortement minéralisée

Cartilage : entre deux os, jonctions souples pour éviter contact os à os
- tissu dont la fonction consiste essentiellement à transmettre et répartir les charges lorsque les articulations sont sollicitées.
- joue rôle d’un roulement à billes et d’un amortisseur entre les extrémités osseuses, accompagnant chacun de nos efforts et mvts.

Ménisque : cousin entre les 2 os
- cartilages plats, placés entre l’os sup de la jambe et l’os inf de la jambe. Ils sont situés entre les ligaments croisés et les ligaments latéraux.

Ligament :
- attachent les os entre eux.
- Rôle principal est de rendre les articulations plus stables et, lorsqu’ils sont gravement atteints, ils donnent l’impression que l’articulation atteinte est lâche ou instable.

TENDONS :
- attachent les muscles aux os.
- transmettent les forces générées par les muscles pour faire bouger les os
- rôle imp dans la stabilité articulaire et contribuent à l’absorption des charges d’impact générées par des activités comme la course à pied et les sauts

CAPSULE :
- Enveloppe fibreuse et élastique entourant les articulations synoviales, qui permet de maintenir en contact les surfaces articulaires des os et d’en assurer la stabilité.

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6
Q

Types de squelette

A
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7
Q

Comportement mécanique des structures biologiques

3 types de déformation

A

Répond différemment aux sollicitations mécaniques que ce soit de nature…
- Physiologique
- Selon l’impact

3 zones de déformation ;
- Déformation élastique (+ pour le KIN)
- Déformation plastique ou permanente
- Rupture complète

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8
Q

Est-ce que les objets rigides ou souples cassent le plus ? et dans le corps ?

A

+ un matériaux est rigide, + il aura de risque à se casser

Objet souple à moins de chance à se casser

Dans le corps ->les os

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9
Q

Comportement mécanique - Loi de Hooke
- Explication déchirure : application de la force sur le muscle

A

Reliée au Déformation élastique est une fonction LINÉAIRE des contraintes

La loi de Hook ne prévoit pas de déchirure dans son calcul même si la déchirure peut survenir à force d’étirer le muscle avec de la force

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10
Q
  • Explication déchirure : application de la force sur le muscle
  • 3 zones physiologiques
A
  1. Début de déchirure dû à une force ext ->muscle va slowly se déchirer et renvoie la même force réactive
  2. rajout de force = muscle se déchire un peu plus, mais ne renvoie plus autant de force
  3. rajout de force = muscle se déchire un peu + et devient de moins en moins fort jusqu’à déchirer complètement

3 zones;
- zone de démarrage
- zone de rupture
- zone linéaire = comportement normal de l’objet

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11
Q

Déformation élastique

A

Zone de déformation faible et normale

Exemple - revient sur le même chemin pour revenir à zéro (Diagramme de phase)
* Durant la marche ou la course
* Os, tendons, etc. se déforment de quelques μm à mm
* L’allongement se situe à l’int du domaine élastique
* Correspond à la zone de déformation physiologique
* Compression du tibia de 0,4 mm après un saut de 170 cm

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12
Q

Comportement mécanique - Déformation plastique

A

Ex ;
- Placage où le ligaments s’étire au de la de la zone élastique
- Entorses

Diagramme de phase ;
On ne revient pas sur le même chemin pour revenir à zéro = Comportement dystérisie dans la déformation plastique

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13
Q

Comportement mécanique - Rupture complète

A

Ex de forces aux articulations: (juste pour donner un effet grandeur)

Force relative au poids corpo (PC) à certaines art :
* Doigt: 3 à 14x le poids du doigt
* Coude: 0,4 à 1,4 x PC
* Colonne vertébrale: 2 à 3 x PC
* Soulever un poids de 200 N (~20 kg) le dos fléchi
=>11 x PC sur la CV

Couché : forces sur la CV
* Près de 300 N pour un adulte (moitié du poids corpo!)

Marche : forces de réaction max
* Sous chaque pied : près 1,5 poids corpo
* Hanche : 4 à 7 x PC
* Genou: 2 à 4 x PCs
* Cheville : 4 à 5 x PC

Course : forces de réaction max sous chaque pied
* 3 à 5 x le PC

NOTE
- mains sont très fragiles pour les blessures
- muscle génère une quantité de force + imp que nécessaire, car évolution n’ont pas bien placé les muscles dans le corps pour prendre autant de charge de force

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14
Q

Comportement dystérisie

A

Force appliqué n’est pas la même que la force de réaction de retour -> pour les déformations plastiques

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15
Q

Comparaison de matériaux

A
  • Tous les matériaux n’ont pas les mêmes caractéristiques
  • Difficile de comparer des matériaux diff avec leur relation force-déformation
  • Ex: Os plus rigide que ligament, se déforme moins pour une même force appliquée
  • Pour éliminer les facteurs confondants, on normalise la force (F)…
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16
Q

Normalisation de la force : Éq

A

Éq : σ = F/A (N/m2 ou Pascal (Pa))
* F = Force
* A = Aire de surface = section droite (perpend.) qui subit la mise en charge
* σ = sigma = contrainte

NOTE
- on n’utilise pas la force max =>on veut normaliser l’objet/région en question par sa dimension et non par sa force

EX de CALCUL:
* Fracture à une force de 10 000 N pour une déformation unitaire de 3%
* Quelle est la contrainte à la rupture si la surface droite est de 4 cm2?

4 cm2 = 0,0004 m2

σ = F/A
σ = 10 000 / 0,0004
σ= 25 000 000
σ = 25 MPa

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17
Q

Normalisation de la longueur : Éq

A

Éq : ε=Δl/ lo (%)

  • ε (epsilon) = Déformation unitaire (strain)
  • Δl = déformation
  • lo = Longueur initiales (avant la déformation)
  • Exprimé en % (10%, 15%…)

Note ;
Avec cet éq, nous avons les infos pour comparer les objets/régions entre eux, car ils sont exprimés dans des grandeurs similaires avec des changements de dimensions qui sont similaires.

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18
Q

Types de déformations

A

Ductile
* Grande déformation (malgré une faible contrainte)
->n’a pas besoin d’appliquer une grande contrainte dessus pour générer une grande déformation
* Matériau élastique
* S’étire facilement sans casser
* Ex. Ligament

Fragile
* Casse avec peu de déformation
* va se caser même s’il n’a pas subi de grande déformation
* Ex. Os

Fragile et ductile
* Légère déformation
* Ex. Tendons

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19
Q

Module d’élasticité : Module de Young

A

Éq : E = σ / ε (N/m2 (Pa))

Pente =
* Module d’élasticité, E
* Module de Young

NOTE
- + le module de Young est grand, + la pente sera abrupte
- Module de young nous donne la rigidité
-> + un objet à un pente de young élevée, + il sera rigide
- au fur et à mesure que l’on réduit le module de Young, on aug la capacité d’étirement

EX DE CALCUL :
LIGAMENT CROISÉ E = 0,08 GPa
σ = 7 MPa

Quelle est sa déformation unitaire?
* E = σ/ ε (inverser et diviser par σ)
ε=σ/E
ε=7×106 /0,08×109
ε=7×10-3 /0,08
ε = 0,0875
ε = 8,8%

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20
Q
  • Module d’élasticité - Pente
    -ordre de grandeur : os, tendon, ligament, cartilage
A

+ la pente de la zone élastique est grande, + le matériau est rigide

Os > tendon > ligament > cartilage

Os (compact)
* 10 à 20GPa
* (10 000 000 000 N/m2)
* Rupture => 1 à 3%
->donc le bouge peu avant qu’il casse

Tendon
* 1 GPa
* Rupture => 9% à 10%

Ligament
* 0,06 à 0,12 GPa
* Rupture => 40% à 50%

Cartilage
* 0,001 à 0,01 GPa
* Rupture => 80% à 120%
->peu bouger bcp plus avant de rompre

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21
Q

Rigidité vs Fragilité

A

Les 2 ne s’opposent pas / c’est 2 concepts complètement diff / c’est tjrs en comparaison avec d’autres matériaux

Rigidité
- difficulté à laquelle on résiste à un objet
- + l’objet résiste à la déformation, + il est rigide
- + un objet à un pente de young élevée, + il sera rigide, + il sera difficile à étirer.

Fragilité
- + un objet casse alors qu’il a une faible déformation, + un objet est fragile

Note
- un objet peu être à la fois rigide et fragile ou rigide et ductile ->ils ne s’opposent pas complètement
- rigidité et fragilité ne s’opposent pas, mais rigidité et ductilité s’opposent

22
Q

Os spongieux et tendon

A
  • Eos spongieux similaire à E.tendon
  • À la rupture σ tendon > σos

Note
- Os spongieux chez l’enfant a le même module d’élasticité que le tendon ->résultat : + de chance que l’os spongieux se casse car il est + FRAGILE que le tendon, ayant la même rigidité.

INVERSE

À la rupture : σos = σligament
* Eos > Eligament

Pour une même contrainte ext, l’os spongieux va se briser avant le ligament. Le ligament prendra plus de T pour se briser

NOTE
E = module de young
ε = déformation unitaire

23
Q

Adaptation de l’os – quelques exemples

A

Aug de la densité osseuse (DO) avec des x’s générant des impacts

EXEMPLES :

Lanceurs au baseball:
* DO aug
* Hypertrophie partie proxi radius & ulna

Tennis:
* Épaisseur de l’os cortical du m. sup dominant aug d’env 30%

Coureurs:
* DO de L1 + élevée de 40%

Haltérophilie:
* Aug DO
* CV lombaire (11%)
* Col fémoral (16%)
* Grand trochanter (15%)

24
Q

Effet de l’immobilisation sur la densité osseuse

A
  • Pertes osseuses imp à la suite…
  • Immobilisation
  • Alitement prolongé (17 semaines)

EXEMPLES:
* Après 6 mois de rééducation à la marche seulement les calcanéus (talon) ont retrouvé leur densité osseuse normale

25
Zéro gravité - séjour dans l'espace
26
Structure de l’os – OS SPONGIEUX
* Trame irrégulière -> Trabécules osseuses -> Structure d’un nid d’abeilles * Espace entre trabécules remplit de moelle osseuse * Formation de C sanguines rouges par la ME * Ductile(1) et déformable * Matériau anisotropique *Anisotropique - Os spongieux - Propriétés mécaniques varient selon sa composition - Comportement diff selon la direction de la mise en charge
27
Structure de l’os – OS COMPACT
* Plus fragile(1) * Revêtement ext de tous les os * Constitue la maj partie de la diaphyse * Partie centrale d’un os long comme le fémur * Plus épais dans les régions où les contraintes sont + élevées * Matériau isotropique - Os compact, périoste - Structure homogène - Se déforme de la même façon peu importe la direction de la force
28
Matériau ANISOTROPIQUE vs ISOTROPIQUE
29
Modes de chargement pouvant potentiellement briser l'os
30
Fractures ouvertes vs fermées
31
Types de fractures
32
Factures simples – en tension ou traction
*Avulsion osseuse *Os arraché -> Contraction musculaire forte -> Impact violent -> Allongement rapide d’un ligament
33
Fractures simples – en compression
*Forces qui compriment/écrasent *Manifestent surtout à la métaphyse (région où l’épiphyse rejoint la diaphyse de l’os = l'endroit le + fragile) *Os spongieux moins résistant que l’os compact -> Fissure oblique de l’os -> Peu de fractures
34
Factures simples – en torsion
*Spirale *Mise en charge complexe qui force l’os en rot EXEMPLE *Ski reste coincé dans la neige
35
Fracture comminutive
Fractures complexes & complètes * Surviennent à la suite d’un chargement multiple comprenant : Flexion, Torsion & Compression * Plusieurs fragments * Fracture en forme de papillon
36
Fracture de stress
Traumatisme par répétition * Courir longues distances sur surface dure * Muscles incapables d’amortir les impacts suite à un épuisement * Surcharge de l’os et cause une faille 15% de toutes les fractures subites dans les sports * Sauteurs * Gymnastes * Danseurs Fracture STRESS/FATIGUE *Produisent -> Os longs : tibia, fibula, os métatarsiens *Légère fracture *Incidence aug (triade de l’athlète féminine) -> Déficite énergétique (avec ou sans trouble alimentaire) -> Aménorrhée -> Ostéoporose *Repos fortement recommandé afin de laisser le temps à l’os de guérir
37
Fractures épiphysaires
Traverse la plaque de croissance ->Plaque de cartilage près de l’extrémité de l’os où la croissance osseuse se fait Peut perturber la croissance de l’os même si bien traité
38
Ostéoporose - explication - marqueur le + reconnu d'ostéoporose - hanche - CV
Processus dégénératif naturel => perte progressive de la masse osseuse => fragilisation des T.osseux => aug risque fractures * Dim du nbr de travée (architecture) * Porosité aug -diminution imp de la résistance mécanique - Masse osseuse en fonction de l’âge Affecte les os différemment: Ex : Fracture distale du radius * 1e manifestation de l’ostéoporose * Lors d’une chute amortie avec la main tendue * 15 ans avant celle de la hanche Hanche *25% des canadiens de +50 ans ayant subis une fracture meurt dans l’année *Risque de mourir est 3x+ élevé dans les 5 années CV *17% des canadiens âgés de +50 ans qui subissent une fracture à la CV meurt dans l’anné
39
Ostéoporose : FDR
40
Ostéoporose : - Facteurs génétique - Incidence, effet du sexe
Facteurs génétique: *Meilleur prédicteur de risque d’ostéoporose : l’hérédité explique 70% à 80% de la variabilité du pic la masse osseuse *Risque de fracture de la hanche est 2x+ élevé chez les F dont la mère a eu une fracture de la hanche Incidence, effet du sexe (F vs H) : Femmes * Changements hormonaux * Dim du taux d’œstrogènes à la ménopause * 30% des F de 50 ans & + * Perte de 8% masse osseuse / 10 ans Hommes * Risque ↑↑ à compter de 70 ans * 3% / 10 ans perte de masse osseuse
41
AP - ostéoporose - % risque de fracture - Densité osseuse ↑ dans des conditions spécifiques: - AP favorisants & AP qui ne favorise pas l’↑ de masse osseuse
* Réduction de 20% à 35% du risque de fracture * Dim du risque de chute * ↑ résistance au contraintes mécaniques avec la répétition de l’application de forces Densité osseuse ↑ dans des conditions spécifiques: * Stimulations dynamiques : contractions excentriques (+++) et concentriques (+) * Application de 10G à 20G pendant course et triple saut * Saturation au-delà de 40 sauts pour des rats * Repos : 4h de repos entre les réps de sauts mieux que 30 min. AP favorisants l’↑ de masse osseuse: * Basketball, soccer, tennis, gymnastique, course à pied ... Inversement: * Ski de fond, aviron, patinage de vitesse, cyclisme, natation
42
AP - Graphique selon les périodes d'âge - Période de croissance - Période d'évolution atténuée et de consolidation - Période d'involution
Période de croissance (10 & 17 ans) : * Maximise le pic de masse osseuse * Maintien de la masse osseuse * Dim la perte de masse Période d'évolution atténuée et de consolidation (20 & 35 ans): * Aug le pic de masse muscu * Freiner la dim de masse osseuse et dégénérescence Période d'involution (35 & +): * Avec l’avancée en âge, les bénéfices d'AP sont faibles * Combiné avec la sarcopénie * À 80 ans, perte de * 40% chez la F * 25% chez H
43
Ostéoporose - Résumé AP
* Pratique de l’AP déterminante * Surtout chez l’adolescent * Activité d’intensité élevée et/ou induisant des chocs * Pratique régulière plutôt qu’occasionnelle et longue * Prog. doit être adapté aux conditions des participant.e.s
44
Stress shielding
Réduction de la densité de l’os (voir niveau de gris sur l’image) en rép à l’absence de stress sur l’os à cause d’un implant. L’os se remodèle en fonction des chargements qu’il subit. L’utilisation d’implants poreux diminue ce prb. Aug de la masse osseuse se fait donc à l'int a/n de l'os compact -> moins avantageux qu'a/n de l'os spongieux.
45
4 types de cartilage
1. Cartilage élastique * Structures flexibles * Trachée 2. Fibrocartilage * Jonction entre l’os et l’insertion tendineuse ou ligamentaire * Anneau fibreux 3. Fibroélastique * Ménisques 4. Articulaire * Plus répandu Fonctions -> Réduit le frottement -> Répartit les forces sur l’os * Lisse et de couleur blanche
46
Cartilage - composition - prb lié au cartilage
Épaisseur * 0,4 mm chez le lapin * 2 mm chez l’humain Cellules horizontales * Comportement mécanique provient de sa composition hétérogène Prb lié au cartilage : peu vascularisé (voir image)
47
Études : Effet de AP chez le chien
48
Cartilage - propriétés
Graphique contrainte/déformation - cartilage se compare au os spongieux - donc relativement très ductile selon le cas
49
Cartilage - viscoélastique
* Comportement mécanique varie avec le temps * Fluage et relaxation
50
- Fluage - Fluage de CV - Relaxation
FLUAGE: - déformation élastique - Soumis à une charge constante, le matériau a tendance à se déformer « Phénomène physique qui provoque la déformation irréversible (selon les cas) différée (c'est- à-dire non-instantanée) d’un matériau soumis à une contrainte constante, même inf à la limite d'élasticité du matériau, pendant une durée suffisante. » - de + en + élastique même si on conserve la même force sur l'objet en question FLUAGE DE CV: *Disques s’écrasent de quelques mm au cours de la journée => phénomène réversible RELAXATION: -> dim de la force en fonction du T ->propriété non instantanée : lorsqu’on impose un échelon de déformation, du fait du caractère viscoélastique du matériau, la contrainte met un certain T à atteindre sa valeur finale. Le matériau retourne progressivement à un état + stable. -> ex ; si on fait des étirements passives -> on aura besoin de moins de force éventuellement pour avoi le même résultat ou aller + loin
51
- Surface articulaire - Liquide synoviale - Liquide synoviale et échauffement
SURFACE ARTICULAIRE Glissement d’un os => résistance => frottement * Perte d’énergie => usure des surfaces * Lubrifiant: Réduit les forces de cisaillement * Liquide synovial * Coefficient de frottement de 0,02 et dim avec l’aug de la force entre les surfaces articulaires et la vitesse du mvt LIQUIDE SYNOVIALE * Consistance d’une mélasse épaisse * Visqueux, couleur qui varie de transparent à jaunâtre * Ressemble à du blanc d’œuf ou synovia en latin * Monocouche de lubrifiant * Hanche et genou pas plus de 3 ml LIQUIDE SYNO & WARM UP Qualité du liquide synovial * Épaissit le cartilage * Liquide synovial nourrit le cartilage Liquide incompressible * Amortit les chocs * Augmente la surface de contact BREF SURFACE ART & LIQ SYNO * Mécanisme exact de lubrification articulaire encore mal connu. * Cartilage sec exsude un liquide lorsqu’une force est appliquée * Plusieurs TH aucune explique tout