Modelo de elementos finitos del hombro: comparación de los esfuerzos mecánicos de un hombro sano y un hombro con síndrome del manguito rotador

  • Hector Alfonso Castro Abril Fundación Universidad de América
  • Ana Ramírez Fundación Universidad de América
  • Luis Silva Fundación Universidad de América
Palabras clave: hombro, síndrome del manguito rotador, esfuerzos

Resumen

El síndrome del manguito rotador es la patología de hombro de mayor incidencia en Colombia, siendo el tendón del supraespinoso el más afectado. El objetivo de este estudio es desarrollar un modelo numérico del hombro, para determinar la variación los esfuerzos mecánicos en un hombro sano, y en otro con el síndrome del manguito rotador, debido a que en Colombia no hay estudios que permitan determinar dichos esfuerzos. Se desarrolló un modelo en tres dimensiones del hombro, a partir de un conjunto de imágenes por tomografía axial computarizada. Este modelo incluye el húmero, la escápula, el ligamento glenohumeral, los tendones del manguito rotador y el cartílago articular. Se analizaron los modelos mediante el método de elementos finitos, y se obtuvieron los esfuerzos de Von Mises. Posteriormente, se compararon los resultados obtenidos de un hombro sano, y de un hombro con síndrome del manguito rotador, para saber cómo varía la distribución de los esfuerzos mecánicos. Luego se compararon los resultados obtenidos en este estudio con similar información en la literatura. El modelo de elementos finitos permitió determinar la distribución y variación de los esfuerzos de Von Mises, los cuales aumentan cuando se presenta el síndrome de manguito rotador, con ruptura del tendón del supraespinoso. Dicho aumento se presentó en los puntos de inserción en los huesos y en la zona donde se presenta la ruptura, y se debe a la disminución del espesor de los tendones del manguito rotador.

Biografía del autor/a

Hector Alfonso Castro Abril, Fundación Universidad de América

Docente investigador, Ing. Mecánica. Fundación Universidad de América

Ana Ramírez, Fundación Universidad de América

Estudiante coinvestigador, Ing. Mecánica

Luis Silva, Fundación Universidad de América

Estudiante coinvestigador, Ing. Mecánica

Referencias bibliográficas

Bassett, R.; Browne, W.; Morrey, W.; An, F.; (1990) “Glenohumeral muscle force and moment mechanics In a position of shoulder Instability”. J. biomech 23, 1990. R 405-15

Bergmann, G., Graichen, F.; Bender, A.; Kááb, M.; Rohl- mann, A.; Westerhoft, P. (2007) “In vivo\ glenohumeral contact forces—measurements in the first patient 7 months posto- peratively”. Journal of biomechanics. Vol. 40, no 10, p. 2139-2149.

Buroni, C.; Commisso, E.; Cisilino, P. & Sammartino, M. (2004) “Determinación de las constantes elásticas anisótropas del tejido óseo utilizando tomografías computadas. Aplicación a la construcción de modelos de elementos finitos”. Mecánica computacional, 23. P. 3009-3032

Cailliet, R. (2006).” Anatomía funcional, biomecánica”. Marbán. P. 113.

Cisilino, A., D’Amico, D., Buroni, F., Commisso, P, Sammartino, M., & Capiel, C. (2008). “Construcción de modelos computacionales para el análisis de esfuerzos mecánicos de piezas óseas utilizando imágenes de TC: aplicación a la articulación gleno-humeral”. Revista argentina de radiología, 72(4), 443-448.

de Gast, A. (1996). “Normal and impaired mobility of the glenohumeral joint” (Doctoral dissertation, PhD Thesis, Co- pynomie, Rotterdam). P. 25.

de Duca, C. J., & Forrest, W. J. (1973). “Force analysis of individual muscles acting simultaneously on the shoulder joint during isometric abduction”. Journal of biomechanics, 6(4), 385-393.

Debski, R. E., Weiss, J. A., Newman, W. J., Moore, S. M., & McMahon, P. J. (2005). “Stress and strain in the anterior band of the inferior glenohumeral ligament during a simulated clinical examination”. Journal of shoulder and elbow surgery, 14(1), S24-S31.

Favre, P. (2011). “A model to study active shoulder motion and stability” (Doctoral dissertation, Eth Zurich). P. 59.

Favre, P, Sheikh, R., Fu- centese, S. F., & Jacob, H. A. (2005). “An algorithm for estimation of shoulder muscle forces for clinical use”. Clinical Biomechanics, 20(8), 822- 833.

Fick, A. (1850). “Statische Betrachtung der muskulatur des Oberschenkels”.Ze/'fsc/jr. f. rat. Med, 9, 1849.

Fox, J. A., Cole, B. J., Romeo, A. A., Meininger, A. K., Glenn Jr, R. E., Bicos, J., ... & Dorow, C. B. (2008). “Articular cartilage thickness of the humeral head: an anatomic study”. Orthopedics, 31(3), 216.

Gupta, S.,& van der Helm, F. C. (2004). “Load transfer across the scapula during humeral abduction”. Journal of biomechanics, 37(7), 1001-1009.

Holzbaur, K. R., Murray, W. M., & Delp, S. L. (2005). “A model of the upper extremity for simulating musculoskeletal surgery and analyzing neuromuscular control”. Annals of biomedical engineering, 33(6), 829-840.

Hopkins, A. R., Hansen, U. N., Amis, A. A., Taylor, M., Gro- nau, N., & Anglin, C. (2006). “Finite element modelling of glenohumeral kinematics following total shoulder arthroplasty”. Journal of biomechanics, 39(13), 2476-2483.

Kelkar, R., Wang, V. M., Flatow, E. L., Newton, P. M., Ateshian, G. A., Bigliani, L. U., ... & Mow, V. C. (2001). “Glenohumeral mechanics: a study of articular geometry, contact, and kinematics”. Journal of Shoulder and Elbow Surgery, 10(1), 73-84.

Koike, Y., & Kawato, M. (1995). “Estimation of dynamic joint torques and trajectory formation from surface electromyography signals using a neural network model”. Biological cybernetics, 73(4), 291-300.

Langenderfer, J. E., Pattha- nacharoenphon, C., Carpenter, J. E., & Hughes, R. E. (2006). “Variation in external rotation moment arms among subregions of supraspinatus, infraspinatus, and teres minor muscles”. Journal of orthopaedic research, 24(8), 1737-1744.

Laursen, B., Jensen, B. R., Németh, G., & Sjagaard, G. (1998). “A model predicting individual shoulder muscle forces based on relationship between electromyographic and 3D external forces in static position”. Journal of biomechanics, 31(8), 731-739.

Murray, W. M., Buchanan, T. S., & Delp, S. L. (2000). “The isometric functional capacity of muscles that cross the elbow”. Journal of biomechanics, 33(8), 943-952.

Norkin, C. C.,& White, D. J. (2006). “Goniometría: evaluación de la movilidad articular”. Marbán. p. 57.

Opensim, en linea: https:// simtk.org/home/opensim. Consultado el 25 de agosto de 2014

Papalia, R., Franceschi, F., Del Buono, A., Maffulli, N., & Denaro, V. (2011). “Results of surgical management of symptomatic shoulders with partial thickness tears of the rotator cuff’. British medical bulletin, 99(1), 141-154.

Bernard, B. P. (Ed.). (1997). “Musculoskeletal disorders and workplace factors: a critical review of epidemiologic evidence for work-related musculoskeletal disorders of the neck, upper extremity, and low back” (No. 97-141). US Department of Health and Human Services, Public Health Service, Centers for Disease Control and Prevention, National Institute for Occupational Safety and Health.

Steenbrink, F., de Groot, J. H., Veeger, H. E. J., Meskers, C. G. M., van de Sande, M. A. J., & Rozing, R M. (2006). “Pathological muscle activation patterns in patients with massive rotator cuff tears, with and without subacromial anaesthetics”. Manual therapy, 11(3), 231-237.

Terrier, A., Büchler, R, & Farron, A. (2006). “Influence of glenohumeral conformity on glenoid stresses after total shoulder arthroplasty”. Journal of shoulder and elbow surgery, 15(4), 515-520.

Terrier, A., Reist, A., Vogel, A., & Farron, A. (2007). “Effect of supraspinatus deficiency on humerus translation and glenohumeral contact force during abduction”. Clinical Biomechanics, 22(6), 645-651.

Van der Helm, F. C. (1994). “A finite element musculoskeletal model of the shoulder mechanism”. Journal of biomechanics, 27(5), 551-569.

Virani, N. A., Harman, M., Li, K., Levy, J., Pupello, D. R., & Frankie, M. A. (2008). “In vitro and finite element analysis of glenoid bone/baseplate interaction in the reverse shoulder design”. Journal of Shoulder and Elbow Surgery, 17(3), 509- 521.

Yanagawa, T., Goodwin, C. J., Shelburne, K. B., Giphart, J. E., Torry, M. R., & Pandy, M. G. (2008). “Contributions of the individual muscles of the shoulder to glenohumeral joint stability during abduction”. Journal of biomechanical engineering, 130(2), 021024.
Cómo citar
Castro Abril, H. A., Ramírez, A., & Silva, L. (2015). Modelo de elementos finitos del hombro: comparación de los esfuerzos mecánicos de un hombro sano y un hombro con síndrome del manguito rotador. Revista De Investigación, 8(1), 42–50. https://doi.org/10.29097/2011-639X.6

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Publicado
2015-01-01
Sección
Artículos de Investigación