Bioelasticidad en Hueso Cortical

Propiedades del Hueso Cortical

• La resistencia del hueso cortical varía según el tipo de carga aplicada: tracción, flexión o torsión.
• Las cargas longitudinales son mejor soportadas debido a la orientación de las fibras de colágeno y osteonas.
• La resistencia del hueso depende de su densidad, que se relaciona con la porosidad y mineralización; mayor densidad significa mejores propiedades mecánicas.
• El grosor y diámetro del hueso son esenciales; aumentar estas dimensiones incrementa la resistencia ósea.
• La reducción del grosor cortical con la edad o enfermedades incrementa el riesgo de fracturas.

Composición Biomecánica del Hueso

• El hueso está compuesto por una matriz orgánica de colágeno tipo I y una matriz inorgánica de hidroxiapatita y fosfato cálcico.
• Las fibras de colágeno aportan resistencia y elasticidad, mientras que los cristales minerales ofrecen rigidez y resistencia a la compresión.
• La estructura jerárquica del hueso y sus características ultraestructurales impactan la resistencia y elasticidad del mismo.

Biomecánica del Hueso Completo

• El comportamiento mecánico del hueso es complejo debido a su geometría y la interacción de sus propiedades individuales.
• Ensayos como compresión, flexión y torsión determinan cómo la edad o enfermedades afectan sus propiedades biomecánicas.
• En pruebas de flexión se analizan cargas de vencimiento y rigidez, calculando el módulo de Young.
• El hueso es más resistente a la compresión que a la tracción, siendo más susceptible a fallos por corte.

Comparativa entre Hueso Cortical y Trabecular

• El hueso cortical tiene un alto módulo elástico, proporcionando rigidez y soportando cargas altas con mínima deformación.
• El hueso trabecular es más flexible, pero tiene menor capacidad de carga por unidad de superficie.
• La resistencia y módulo de Young del hueso trabecular dependen de su densidad y se ven influenciados por características como el grosor y conectividad de las trabéculas.

Análisis a Nivel Microscópico

• La nanoindentación mide propiedades mecánicas de pequeñas estructuras como osteonas y trabéculas sin influencias geométricas.
• Existen pocos cambios significativos en el módulo elástico o dureza de osteonas debido a edad, género o índice de masa corporal.
• Estudios revelan que la organización de trabéculas afecta las propiedades elásticas del hueso trabecular.

Componentes Moleculares del Hueso

• El hueso está compuesto por una compleja matriz extracelular de colágeno y minerales vitales, cuya organización y propiedades mecánicas son variadas.
• Técnicas avanzadas como microscopía de fuerza atómica permiten estudiar la rigidez y resistencia del colágeno tipo I a nivel molecular.
• Se ha demostrado que los cristales de hidroxiapatita presentan anisotropía, afectando las propiedades del hueso a escalas mayores.

Técnicas Biomecánicas Alternativas

• El análisis ultrasonido cuantitativo (QUS) evalúa propiedades mecánicas del hueso sin radiación pero no proporciona imágenes detalladas de la estructura.
• El análisis mediante elementos finitos (FEA) utiliza simulaciones numéricas y modelos anatómicos para estudiar el comportamiento bajo diferentes cargas.
• El Image-Guided Failure Analysis (IGFA) permite realizar ensayos mecánicos en tiempo real, proporcionando información sobre la fractura y microarquitectura ósea.

Conclusiones

• La estructuración del tejido óseo en múltiples niveles jerárquicos afecta sus propiedades mecánicas.
• Comprender el comportamiento biomecánico del hueso requiere un enfoque holístico que considere tanto estructuras individuales como su interacción.
• Las nuevas técnicas no destructivas en biomecánica abren posibilidades para un mejor entendimiento y análisis del comportamiento del hueso.