Conclusiones y desarrollos futuros

Capı́tulo 5
Conclusiones y desarrollos futuros
5.1.
Resumen del trabajo realizado y conclusiones
El objetivo principal de este trabajo era comparar distintos modelos de remodelación ósea (tanto
interna como externa), aplicándolos a un modelo de elementos finitos de un fémur humano sometido
a cargas fisiológicas. Para llevar a cabo tal comparación se eligió como variables tanto las propiedades mecánicas locales del tejido (remodelación ósea interna) como la geometrı́a final que se obtenı́a
(remodelación ósea externa).
En el capı́tulo 2 se realizaba una introducción a la biologı́a del tejido óseo y del proceso de
remodelación de dicho tejido. En primer lugar se detallaba la estructura propia de los distintos tipos
de tejido óseo, y se hacı́a una clasificación en función de dicha estructura interna. A continuación
se hacı́a una descripción de la composición del tejido y la función de cada una de las fases que lo
forman: matriz extracelular y células óseas, ası́ como una mención a la morfologı́a de los huesos
largos (por ser el tipo de hueso en el que se centra este trabajo). También se detallaba el proceso
general de la remodelación ósea y la secuencia de fases que intervienen en dicho proceso (con la
actividad celular asociada). Por último se comentaba cómo respondı́a el tejido óseo a las cargas a las
que es sometido en función de la estructura interna a través de sus propiedades mecánicas.
A continuación, en el capı́tulo 3 se hacı́a una enumeración detallada de los distintos modelos de
remodelación ósea interna empleados en este trabajo, ası́ como las distintas variantes de los mismos.
En concreto, en este trabajo se han utilizado modelos de remodelación fenomenológicos, que relacionan directamente la variación de una determinada propiedad mecánica en función del estı́mulo al
que es sometido sin necesidad de estudiar el efecto de la actividad celular. Se ha contemplado tanto
el caso isótropo como la posibilidad de que el tejido tuviera un cierto grado de anisotropı́a, y se ha
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Conclusiones y desarrollos futuros
modelado el efecto de la acomodación del estı́mulo de equilibrio al estı́mulo aplicado. En cuanto a
la remodelación ósea externa, se ha implementado un modelo numérico que utiliza las mismas variables que el modelo de remodelación ósea interna para desplazar los nodos de la superficie exterior
del hueso.
Por último, en el capı́tulo 4 se han presentado los resultados obtenidos para cada modelo, se
ha realizando un estudio del efecto en los resultados de algunos parámetros de los modelos y se
han comparado dichos resultados para los distintos análisis realizados. En concreto se han utilizado
como variables a comparar el módulo elástico, el grado de anisotropı́a, la densidad del tejido y la
forma final de la sección del hueso.
Con todo esto, es posible sacar algunas conclusiones que se enumeran a continuación:
1. Los modelos de remodelación ósea existentes (tanto los contemplados en este trabajo como
otros) son una excelente herramienta para la predicción de dicha actividad remodelatoria. Y
para ello ha sido fundamental la aparición de los softwares informáticos de resolución de
problemas de elementos finitos.
2. Es fácil obtener las propiedades mecánicas locales del hueso a partir de la densidad del mismo
y del grado de anisotropı́a a través del fabric tensor.
3. En general, los distintos modelos de remodelación ósea interna aquı́ contemplados han predicho unas distribuciones de densidades acordes con la realidad.
4. En cuanto a la remodelación ósea externa, es necesario incluir el efecto de la acomodación
celular (al menos para estos modelos), pues la solución sin esta variante se vuelve no convergente.
5. Es necesario contemplar la posibilidad de que el estı́mulo de equilibrio utilizado sea distinto
para la remodelación ósea interna y para la externa. Al incluir el efecto de la acomodación
celular puede comprobarse que la remodelación interna se ve afectada en deması́a (el estı́mulo
de equilibrio se adapta demasiado rápido al estı́mulo aplicado), mientras que la externa permite
el desplazamiento desmesurado de los nodos (lo cual se evitarı́a si la adaptación fuera más
rápida). Esto se podrı́a explicar biológicamente si tenemos en cuenta que para el tejido es
mucho más sencillo crear material más denso que crecer en volumen.
6. El material anisótropo es capaz de responder mecánicamente a las cargas a las que es sometido
con menor cantidad de material que el isótropo gracias a la direccionalidad de su estructura
interna.
5.2 Desarrollos futuros
5.2.
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Desarrollos futuros
A pesar de todo el trabajo realizado, es mucho el horizonte de mejora que se tiene. En efecto,
la biomecánica es una ciencia relativamente jóven y por tanto en continuo crecimiento. Cada dı́a
surgen nuevas investigaciones que aclaran aspectos no conocidos de la remodelación ósea, tales
como la actividad celular, secuenciación en las fases de la remodelación, experimentación, etc., y
que permiten mejorar considerablemente los modelos numéricos.
Sirva de ejemplo las siguientes lı́neas futuras de investigación, aunque ni mucho menos únicas:
Incluir modelos de remodelación ósea mecanobiológicos, tanto isótropos como anisótropos.
Contemplar la posibilidad de implementar el efecto de la acomodación celular en el modelo
fenomenológico anisótropo.
Diferenciar entre estı́mulo de equilibrio en remodelación interna y externa.
Utilizar otros modelos de remodelación ósea externa (por ejemplo que la dirección de crecimiento o decrecimiento superficial sea la del gradiente del estı́mulo y no la normal).
Utilizar varios modelos conjuntamente. Se podrı́a usar el modelo isótropo (que se ha visto que
produce resultados satisfactorios en cuanto a densidades) para obtener una distribución inicial
que sirviera como punto de partida para otros modelos.
Realizar un remallado posterior al desplazamiento de los nodos exteriores para evitar elementos muy deformados.