Universidad de Valladolid. Biomecánica del Tórax

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1 Biomecánica del Tórax 1

2 Biomecánica del Tórax. Anatomía Básica El tórax está compuesto principalmente por la caja torácica y los órganos blandos que contiene. Va desde la base del cuello hasta el diafragma, que lo separa de la cavidad abdominal 2

3 Universidad de Valladolid Biomecánica del Tórax. Anatomía Básica La caja torácica está compuesta por doce pares de vértebras. Todos los pares están unidos a la columna vertebral en su zona posterior Sólo siete de los pares están unidos al esternón en su parte anterior. El resto están o bien unidas indirectamente al esternón o bien unidas a músculos y a la pared abdominal (costillas flotantes) Las diferentes conexiones son flexibles, con lo que la caja torácica es deformable, facilitando la respiración. 3

4 Biomecánica del Tórax. Anatomía Básica Las costillas están unidas entre sí por músculos intercostales internos y externos 4

5 Biomecánica del Tórax. Anatomía Básica La caja torácica protege una serie de órganos que se agrupan en tres bloques Los dos bloques laterales los constituyen los pulmones, protegidos por dos capas de membranas: La pleura visceral y la pleura parietal. Entre ambas pleuras existe una cavidad con una continua subpresión destinada a que los pulmones permanezcan inflados. Si esta subpresión se pierde, por ejemplo, por perforación del tórax, se puede producir neumotórax (entrada de aire) o hemotórax (entrada de sangre). Los pulmones se desinflan y la cavidad se llena de aire o sangre respectivamente. El bloque central (mediastino) está formado por el corazón, la tráquea y una serie de vasos sanguíneos de gran tamaño, incluyendo la aorta, la vena cava y las venas y arterias pulmonares. 5

6 Biomecánica del Tórax. Anatomía Básica 6

7 Biomecánica del Tórax. Mecanismos de daño Las lesiones torácicas típicas de automoción son impactos sin penetración, debidos a colisiones con el volante, salpicadero o con el propio sistema de retención. Tres tipos de mecanismo de daño: Compresión: Por cargas de compresión directa contra el pecho (estáticas o dinámicas). Viscoso: La resistencia ofrecida por los órganos a la carga depende de la velocidad de aplicación de esa carga. Mayores velocidades de aplicación producen mayor gravedad de las lesiones (efecto dinámico). Inercial: Por efectos inerciales de los propios órganos contra la caja torácica 7

8 Código AIS Universidad de Valladolid Biomecánica del Tórax. Lesiones Lesiones del Esqueleto Lesiones de Órganos Blandos 1 Menores - Fractura de una costilla - Contusión bronquial 2 Moderadas - Fractura de dos a tres costillas - Fractura de esternón 3 Serias - Fractura de 4 o más costillas del mismo lado - Fractura de dos o tres costillas con neumotórax o hemotórax 4 Severas - Tórax batiente (Flail thorax) - 4 o más costillas rotas en ambos lados - 4 o más costillas rotas con hemotórax o neumotórax - Desgarramiento parcial de bronquios - Contusión pulmonar - Contusión cardiaca menor - Laceración pulmonar bilateral - Laceración aórtica menor - Contusión cardiaca mayor 5 Críticas - Tórax batiente bilateral - Laceración aórtica mayor - Laceración pulmonar con neumotórax 6 Máximas - Laceración aórtica con hemorragia no confinada al mediastino 8

9 Biomecánica del Tórax. Fractura de costillas La rotura individual de costillas se considera como una lesión leve. La rotura múltiple puede producir serias complicaciones. Los bordes afilados de costillas rotas pueden producir perforación de la pleura y neumotórax, o incluso perforación pulmonar El número de costillas rotas depende más de la deflexión producida que de la velocidad de la aplicación de la carga La flexibilidad de la caja torácica se reduce con la edad, a la vez que aumenta su fragilidad. La rotura de costillas es mucho más probable cuanto mayor sea la edad del sujeto 9

10 Biomecánica del Tórax. Lesiones en los órganos blandos (1) Las lesiones en los órganos internos sí son altamente dependientes de la velocidad de carga. A alta velocidad se produce una onda de presión, causando daños en los alveolos pulmonares. Esto puede producir daño en la zona central de los pulmones sin daño observable en los tejidos adyacentes.

11 Universidad de Valladolid Biomecánica del Tórax. Lesiones en los órganos blandos (2) Mecanismos de daño al corazón Mecanismos rotura aórtica Compresión Onda de choque (viscoso) Inercial 11

12 Biomecánica del Tórax. Lesiones en los órganos blandos (3) Laceración del diafragma por impacto en zona abdominal 12

13 Biomecánica del Tórax. Lesiones en los órganos blandos (4) 13

14 Biomecánica del Tórax. Tolerancia mecánica 14 IMPACTO FRONTAL IMPACTO LATERAL

15 Biomecánica del Tórax. Representación Mecánica Impacto Frontal. Hybrid-III 6 juegos de costillas 15

16 Biomecánica del Tórax. Representación Mecánica Impacto Frontal. Hybrid-III. Potenciómetro de Pecho 16

17 Biomecánica del Tórax. Representación Mecánica Impacto Lateral. EuroSID 2 (rib extension) 3 Juegos de costillas 17

18 Biomecánica del Tórax. Representación Mecánica Impacto Lateral. EuroSID 2 (rib extension) 3 Juegos de costillas 18

19 Biomecánica del Tórax. Representación Mecánica Impacto Lateral. EuroSID 2 (rib extension) 19

20 Biomecánica del Tórax. Representación Mecánica Impacto Lateral. EuroSID 2 Potenciómetros 20

21 Biomecánica del Tórax. Representación Mecánica Impacto Lateral. SID-II. 21

22 Biomecánica del Tórax. Representación Mecánica Impacto Lateral. SID-II. 5 juegos de costillas 22

23 Biomecánica del Tórax. Representación Mecánica Impacto Lateral. World SID 6 juegos de costillas (en desarrollo) 23

24 Ribeye Universidad de Valladolid Biomecánica del Tórax. Representación Mecánica Es un nuevo sistema óptico para evaluación de la deformación de las costillas Puede adaptarse a maniquíes frontales y laterales Se obtienen los desplazamientos en X e Y de puntos de las diferentes costillas No está normalizado 24

25 Biomecánica del Tórax. Criterios de daño Aceleración en 3 milisegundos Máxima aceleración excedida por la columna vertebral a nivel torácico durante un periodo consecutivo de 3 milisegundos. Utilizada por la normativa FMVSS 208. La limita a 60 g s. Rib Deflection Criterion (RDC) Máxima deflexión de las costillas en un impacto lateral. Utilizada por la regulación R95 (<42 mm) Thoracic Compression Criterion (ThCC o TCC) Máxima deflexión entre el esternón y la columna vertebral. Utilizada por la regulación R94 (<50 mm) y por la FMVSS 208 (<76 mm para Hybrid-III) 25

26 Biomecánica del Tórax. Criterios de daño Criterio Viscoso (VC) Se utiliza en impacto tanto frontal como lateral Tiene en cuenta los efectos dinámicos de la compresión del tórax. Se basa en la deflexión del tórax o las costillas (D(t)) y en una distancia inicial de referecia, b. VC = V ( t )* C ( t ) = d [ D ( t )] * dt D ( t ) b Lo usan las regulaciones R94 (impacto frontal) y R95 (impacto lateral) (ambos <1m/s) 26

27 Biomecánica del Tórax. Criterios de daño 27

28 Biomecánica del Tórax. Criterios de daño Thoracic Trauma Index (TTI) Exclusivo para impacto lateral Considera la media entre la aceleración máxima lateral experimentada por el lado impactado de la caja torácica y la base de la espina torácica. En su variante para humanos, el TTI tiene en cuenta el peso y la edad del sujeto: TTI = 1.44*Edad [años] + 0.5*(RIB Y [g] + T12 Y [g]) (Peso [Kg]/75 Kg) Siendo RIB Y el máximo de los valores absolutos de aceleración en las costillas 4ª y 8ª del lado impactado, y T12 Y el máximo valor absoluto de la aceleración de la vértebra T12 En su variante para dummies, el TTI se limita a la siguiente expresión: TTI = 0.5*(RIB Y [g] + T12 Y [g]) Es utilizado por la normativa FMVSS

29 Biomecánica del Tórax. Criterios de daño 29

30 Biomecánica del Tórax. Criterios de daño Combined Thoracic Index (CTI) Exclusivo para impacto frontal Combina deflexión (D) y aceleración mantenida durante 3 milisegundos (a) Fue propuesto para la normativa FMVSS 208, pero actualmente no está implementado. 30

31 Bibliografía Libros: [1]. K.-U. Schmitt, P. Niederer, M. Muser, F. Walz. Trauma Biomechanics Accidental Injury in Traffic and Sports. Springer. ISBN Láminas de anatomía (Gray): Secciones Visible Human Project Información sobre crash test dummies e instrumentación: Criterios de daño: 31

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