Importancia del entorno mecánico en la determinación biológica de la estructura ósea: actualización del tema y análisis piloto de datos de individuos sedentarios y corredores

Abstract

Este trabajo consta de dos secciones, que, en orden didáctico, exponen I. una actualización del conocimiento elemental actual sobre interrelaciones biomecánico-estructurales entre los huesos y su entorno mecánico, y II. una aplicación de esos conceptos al análisis y a la interpretación de datos tomográficos de varios indicadores osteomusculares obtenidos de individuos que sobrellevan habitualmente distintas intensidades de actividad física. En la sección de actualización, se destaca que el desarrollo de los esqueletos está determinado, en todos los vertebrados, por factores morfogenéticos y epigenéticos, y que, de estos últimos, prácticamente sólo intervienen moduladores mecánicos y endocrinometabólicos. Los moduladores mecánicos tienen efectos direccionales, y constituyen el input del mecanostato óseo, un sistema que regula la única propiedad ósea cibernéticamente controlada en todos los esqueletos: la rigidez estructural de cada hueso, con alta especificidad regional. Los moduladores endocrino-metabólicos tienen efectos sistémicos, no direccionales, que modulan la mayoría de las funciones y propiedades óseas, pero que no participan en la regulación retroalimentada de ninguna de ellas. Se añade una referencia técnica a la metodología de pQCT que fundamenta su aplicabilidad al análisis del estado osteo-muscular humano de acuerdo con esas nuevas ideas. En la sección de aplicaciones clínicas, se presentan algunos estudios tomográficos (pQCT) recientes de la tibia, efectuados en forma preliminar en varones y mujeres adultos, sanos, de hábitos sedentarios o crónicamente entrenados en carrera de larga distancia. Los resultados evidencian, en forma original, la importancia y la naturaleza vectorial de la influencia regulatoria del entorno mecánico sobre la estructura ósea; su vinculación con el mecanostato en calidad de determinante del input del sistema, y su alta dependencia de la actividad de la musculatura regional en los individuos estudiados. También queda evidenciado el papel modulador del entorno sistémico, endocrino-metabólico, expresado en la observación de significativas diferencias sexuales de orden general en los efectos del ejercicio.

This paper presents two separate sections, dealing with I. a synthesis of the recent advances in the knowledge and understanding of the biomechanical-structural relationships involved in the muscle-bone interactions, and II. a practical application of these concepts to the analysis and interpretation of some tomographic data of bone and muscle indicators obtained from individuals chronically exposed to different intensities of physical activity. The first section recalls that in all vertebrates the skeletal development is normally influenced by both genetic and epigenetic factors. Among the latter, virtually only mechanical and endocrine-metabolic determinants are acknowledged. Mechanical modulators exert chiefly directional effects and constitute the input of bone mechanostat, a feedback system which regulates the only bone property subjected to a cybernetic control, namely, the structural stiffness of every bone. This control is carried out with a high degree of regional specificity. Endocrine-metabolic modulators exert only systemic (non-directional) effects, with a wide spectrum of actions on virtually every bone property, but with no role at all in any kind of feedback regulation within the skeletal system. A technical reference to pQCT technology is also provided, concerning its relevance to the non-invasive analysis of the musculoskeletal status in humans. The application section presents some recent tomographic (pQCT) studies performed in healthy adults of both sexes who either had sedentary habits or have been chronically trained in long-distance running. The analysis of the collected data shows some original evidence of 1. the relevance of the vectorial influence of the mechanical environment of the skeleton to the biological regulation of the efficiency of bone structure; 2. the role of those mechanical factors as determinants of the input of the mechanostat system; 3. the high dependence of all the above relationships upon the activity of the regional muscles, and 4. the systemic influence of endocrine-metabolic factors as determinants of significant, sex-related differences in the observed results.