La mecánica del hueso. Una revisión de los modelos de remodelación óseo

Abstract

ResumenEl hueso, al igual que las demás estructuras biológicas se adaptan continuamente a su entorno físico, se ha aceptado ampliamente que el tejido óseo responde a la estimulación mecánica, se reabsorbe en regiones expuestas a estímulos mecánicos de baja intensidad, mientras que se renueva donde estos son altos. Se cree que el proceso de adaptación permite al hueso realizar sus funciones mecánicas con un mínimo de masa. A partir de esta idea muchos modelos teóricos para la remodelación ósea utilizan este concepto como parte de la estrategia para simular la adaptación estructural ósea. Lo que implican la existencia de un estado de equilibrio donde la estructura ósea se adapta al medio ambiente. Esto ha dado origen al desarrollo de modelos computacionales que, por una parte, suponen una estructura trabecular isotrópica, cuyos resultados muestran las similitudes en la distribución de densidad del hueso in vivo, aun así se considera que no es posible obtener una solución convergente, por otra parte se han desarrollado modelos considerando la naturaleza anisotrópica del hueso trabecular en el nivel continuo haciendo uso de los principios de optimización; Sin embargo, a pesar de las similitudes con el comportamiento real, los modelos, representan simplemente una abstracción matemática de la arquitectura trabecular. El objetivo de este trabajo es mostrar los modelos de adaptación ósea que emplean una aproximación matemáticos para caracterizar las propiedades mecánicas de la estructura del hueso.Palabras clave: Hueso, estímulo, remodelado óseo, densidad de energía de deformación AbstractThe bone as biological structure is continually adapting to changes in their physical environment, it has been widely accepted that bone respond to mechanical stimulation, tissue is resorbed in regions exposed to low mechanical stimulus, whereas new bone is deposited where the stimulus is high. This process of adaptation is thought to enable bone to perform its mechanical functions with a minimum of mass. From this idea, many theoretical models for bone remodeling use this concept as part of the strategy to simulate bone structural adaptation. What implies the existence of an equilibrium state where the bone structure is adapted to the environment. That is the origin to develop of computational models were, on one hand, the assumption of isotropy of the trabecular structure is made. The results show the similarities in density distribution with in vivo bone, as well as a convergent solution cannot be obtained. To another part, models have been developed to consider the anisotropic nature of the trabecular bone in the continuum level making use of optimization principles;

Numerical Analysis Applying the Finite Element Method by Developing a Complex Three-Dimensional Biomodel of the Biological Tissues of the Elbow Joint Using Computerized Axial Tomography

“…A structural static analysis was performed considering linear elastic behavior and orthotopic mechanical properties. Tables 1-3 show the mechanical properties characterizing the biological tissues (cortical bone, trabecular bone, ligaments, and cartilage) [16][17][18]. Figure 7 shows the loading and boundary condition configuration (free body diagram).…”