Fractura

ANALES DE MECÁNICA DE LA FRACTURA Vol. 22 (2005)

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SOBRE LA FRACTURA DEL TEJIDO ÓSEO
M Doblaré, J.M García-Aznar y M. J. Gómez-Benito Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A), Universidad de Zaragoza, Edificio Betancourt, María de Luna, 7, 50108 Zaragoza, España.

Resumen. En este trabajo se presentan dos modelos para la predicción de fracturas óseas debidasrespectivamente a sobrecargas no fisiológicas y a cargas fisiológicas actuantes sobre un tejido degradado. En lo que se refiere al primero, se plantea un criterio de fractura desde un punto de vista de Mecánica de Medios Continuos, es decir, macroscópico, pero incluyendo la dependencia de las variables que controlan la microestructura tisular: porosidad y direccionalidad de las trabéculas (fábrica). Losresultados asociados, obtenidos mediante elementos finitos, se contrastan con otros experimentales en dos casos específicos de fracturas del fémur proximal. En la segunda parte se propone un nuevo modelo mecanobiológico de remodelación ósea capaz de simular la producción y reparación de daño en el interior del tejido óseo y con ello predecir la posible aparición de fracturas por tensión. Está basadodirectamente en la actividad de los paquetes celulares responsables de la remodelación y los resultados predichos muestran una concordancia cualitativa muy razonable con resultados experimentales y clínicos bien conocidos. Abstract. In this work we present two models in order to predict bone fractures due to non-physiological and physiological loads that act on damaged tissue. In the first case, wepropose a fracture criterion from a macroscopic point of view, but including the dependence on the main variables that define the tissue microstructure: porosity and trabeculae directionality (fabric tensor). The predicted results with Finite Element Analysis are successfully compared with experimental ones in two specific cases of femoral fractures. In the second case, we propose a newmechanobiological model of bone remodelling able to simulate the increase and repair of internal bone damage, and thus, predict the occurrence of stress fractures. This approach is based on the biological activity of bone cell packets and the predicted results show a reasonable qualitative correspondence with well-known experimental and clinical results.

1. INTRODUCCIÓN El incremento de la esperanza devida, junto a la especial incidencia de los accidentes, singularmente los de tráfico, ha implicado un importante aumento de fracturas óseas y, en concreto, de la extremidad proximal del fémur (fracturas de cadera), con gran repercusión socioeconómica: en torno a un 30% de todas las hospitalizaciones por fracturas se deben a esta lesión, suponiendo un 50% de las estancias [1]. En particular, enedades avanzadas, son tres los factores principales que las propician: la menor consistencia ósea (osteoporosis), la sobrecarga que supone el incremento de caídas y el cambio de la cinemática de la marcha [2] Este tipo de fractura se produce habitualmente por dos mecanismos: caída y posterior fractura debido a la sobrecarga o bien contracción muscular. Los dos mecanismos de fractura espontánea máshabituales son la contracción del iliopsoas y la contracción del glúteo medio [3]. Con el fin de una mejor prevención y tratamiento de estas fracturas, es imprescindible conocer los mecanismos que las rigen, las zonas más probables de aparición y las fuerzas que las pueden producir. Ello permitirá prevenir, lo que supondría un importante ahorro económico y social.

Por otras parte, el hueso, como elresto de tejidos vivos, es capaz a lo largo de toda su vida de adaptar su microestructura interna al particular estado mecánico y fisiológico en un proceso conocido como remodelación ósea. Mediante este proceso, el hueso es continuamente renovado y el microdaño producido por la actividad cotidiana es eliminado. Sin embargo, si la capacidad reparadora del tejido es más lenta que la producción de...