A Histological Study of Postnatal Development of Clavicle Articular Ends / Estudio histológico del desarrollo posnatal de los extremos articulares de la clavícula / Um estudo histológico do desenvolvimento pós-natal das extremidades articulares da clavícula

The clavicle is the first bone to begin the process of ossification and the last one to complete it. Whilst histological studies of the clavicle have been focused mainly on embryonic events, our study focused on postnatal clavicle development. The objective of this study was to perform a qualitative description of the clavicle's epiphyseal growth to further shed light on the postnatal ossification process. Histological studies performed on clavicles obtained from cadavers confirmed medial and lateral extremities as true physes. Unlike the development of other long bones, no secondary ossification centre was present at the acromial end. Furthermore, appearance of the sternal end was observed after the age of 18, as evidenced in clavicles from a 19-year old individual. The articular surface of the clavicle's acromial end was fibrocartilage. Thus far no histological studies have been performed before describing postnatal development of clavicular ends. Our data confirm the absence of an acromial secondary ossification centre, the late development of a secondary ossification centre at the sternal end, and the presence of fibrocartilage at the acromial end.

La clavícula es el primer hueso que comienza el proceso de osificación y el último en completarlo. Mientras los estudios histológicos de la clavícula se han enfocado principalmente en los eventos embrionarios, nuestro estudio se enfoca en su desarrollo posnatal. El objetivo de este estudio fue llevar a cabo una descripción cualitativa del crecimiento epifisario de la clavícula, que pueda arrojar luz sobre el proceso de osificación posnatal. Los estudios histológicos llevados a cabo en clavículas procedentes de cadáveres confirman que las extremidades mediales y laterales son verdaderas fisis. A diferencia del desarrollo de otros huesos largos, no se encuentra otro centro de osificación secundaria en la extremidad acromial. Por otra parte, la aparición de la extremidad esternal ocurre a la edad de 18 años, como se evidenció en clavículas del individuo de 19 años de edad. La superficie articular del extremo acromial de la clavícula era fibrocartilago. No se han realizado hasta ahora estudios histológicos que describan el crecimiento posnatal de las extremidades claviculares. Nuestros datos confirman la ausencia de un centro de osificación secundaria acromial, el desarrollo tardío de un centro de osificación secundaria en la extremidad esternal y la presencia de fibrocartílago en la extremidad acromial.

A clavícula é o primeiro osso a iniciar o processo de ossificação e o último em completar. Enquanto estudos histológicos da clavícula tém sido focados principalmente em eventos embrionarios, nosso estudo enfoca no desenvolvimento pós-natal da clavícula. O objetivo de esse estudo foi realizar uma descreo qualitativa do crescimento epifisário da clavícula para aclarar o processo de ossificação pós-natal. Estudos histológicos realizados em clavículas obtidas de cadáveres confirmaram as extremidades mediais e laterais como fises reais. Diferente do desenvolvimento de outros ossos longos, nenhum centro de ossificação secundário estava presente na extremidade acromial. Além disso, o aparecimiento da extremidade esternal foi observado após os 18 anos, sendo evidenciado em clavículas de indivíduos de 19 anos. A superficie articular da extremidade acromial da clavícula era fibrocartilaginosa. Nenhum estudo histológico havia sido realizado previamente descrevendo o desenvolvimento pós-natal das extremidades claviculares. Nossos dados confirmam a ausencia de um centro de ossificação secundária acromial, o desenvolvimento tardio de centro de ossificação secundário na extremidade esternal, e a presenca de fibrocartilagem na extremidade acromial.

Una propuesta teórica y conceptual para el modelado de la aparición de centros de osificación en diferentes tipos de huesos planos y largos / Une proposition théorique et conceptuelle pour le modelage des centres d'ossification dans différents types d'os plats et longs / Theoretical and conceptual proposal for appearance modeling of ossification centers in different types of flat and long bones

Se mostró un contexto de trabajo sobre el modelado de procesos de formación endocondral en cualquier tipo de osificación presente en los huesos del cuerpo. Siguiendo la suposición de que PTHrP (hormona paratiroidea) e Ihh (proteína Indian hedgehog) forman un bucle regulatorio bioquímico para el proceso endocondral, y BMP2 (proteína morfogenética de hueso-2) y Noggin en el intramembranoso, se implementaron los mecanismos regulatorios de este proceso. Para ello se utilizó un conjunto de ecuaciones de reacción-difusión ampliamente usadas en morfogénesis, en las que los factores bioquímicos se suponen secretados por células precursoras, mesenquimales y condrocitos, en el caso intramembranoso y endocondral, respectivamente. Se concluyó que la solución condujo a patrones denominados de Turing, que representan estos procesos de osificación de una forma muy aproximada(AU)

A work context on the modeling of endocondral formation process in any type of ossification present in the bones of the human body was shown. Assuming that PTHrP and Ihh form a biochemical regulatory loop for the endocondral process and BMP2 and Noggin for the intramembranous one, regulatory mechanisms for this formation process were implemented. For this purpose, a set of widely used diffusion reaction equations in morphogenesis were used in which the biochemical factors are supposed to be secreted by precursor cells, mesenchymal and chondrocytes in the case of intramembranous and chondroidal respectively. It was concluded that the solution led to the denominated Turing patterns which represent these ossification processes in a highly estimated form(AU)

Dans ce travail, un modelage du processus de formation endochondrale dans tout type d'ossification des os du corps est présenté. Supposant que PTHrP (peptide lié à l'hormone parathyroïdienne) et Ihh (protéine Indian Hedgehog) forment une boucle biochimique régulatrice pour le processus endochondral, et BMP2 (protéine morphogénétique osseuse-2) et Noggin pour le processus endomembraneux, des mécanismes régulateurs se produisent alors dans ce processus. C'est pourquoi, un groupe d'équations de réaction-diffusion largement utilisées dans la morphogenèse, où les facteurs biochimiques sont apparemment sécrétés par des cellules souches, mésenchymateuses et chondrocytes, a été utilisé. On a conclu que la solution a conduit à des modèles dits de Turing, représentant ces processus d'ossification de manière très similaire(AU)

Modelado por elementos finitos del deslizamiento epifisiario / Modélisation par éléments finis du déplacement épiphysaire / Finite element modeling of epiphyseal gliding

Objetivo: desarrollar un análisis por elementos finitos de la influencia del ángulo fisis-diáfisis, la masa corporal y la actividad física con el fin de observar su predominancia en la incidencia de deslizamiento epifisiario. Métodos: se elaboraron los modelos correspondientes a las combinaciones entre cada uno de los parámetros definidos (ángulo, masa y actividad física), generando 20 casos diferentes, y se evaluaron los esfuerzos presentes a lo largo de la placa de crecimiento. Resultados: se muestra un comportamiento uniforme y similar entre cada combinación, así como un aumento en las tensiones en la medida en que se incrementaba el valor de la carga y del ángulo. Conclusiones: el esfuerzo tiende a aumentar cuando se incrementa tanto el ángulo como la masa física, lo cual sugiere que estos dos factores podrían influir de manera decisiva en el origen del deslizamiento epifisiario(AU)

Objective: to develop a finite element analysis of the influence of physis-diaphysis angle, body mass and physical activity to observe its predominance in the incidence of epiphyseal gliding. Methods: models corresponding to the combinations among each of the defined parameters (angle, mass and physical activity) were developed, generating 20 different cases and efforts present through the growth plate were evaluated. Results: a similar and uniform behaviour between each of the combinations is shown as well as an increase in tension at the same time as the value of the load and angle increases. Conclusions: effort tends to increase when there is an increment in both the angle and the physical mass what suggests that these two factors could have a decisive influence on the origin of the epiphyseal gliding(AU)

But: en s'appuyant sur la technique des éléments finis, une analyse de l'influence de l'angle physe-diaphyse, la masse corporelle et l'activité physique a été réalisée afin d'observer cette influence sur l'incidence du déplacement épiphysaire. Méthodes: des modèles correspondant aux combinaisons entre chaque paramètre défini (angle, masse et activité physique), en résultant 20 cas différents, ont été élaborés, et les efforts présents tout au long de la plaque de croissance ont été évalués. Résultats: un comportement uniforme et similaire entre chaque combinaison est montré, ainsi qu'une élevée des tensions au fur et à mesure que la valeur de la charge et l'angle augmentaient. Conclusions: l'effort tend à augmenter lorsque l'angle et la masse physique s'accroissent, ce qui indique que ces deux facteurs pourraient influer certainement sur l'origine du déplacement épiphysaire(AU)

Obtención de un biocompuesto constituido por fosfato tricálcico y quitosana para ser usado como sustituto óseo en un modelo animal / Development of a biocomposite made up of tricalcium phosphate and chitosan to be used as bone substitute in an animal model

La investigación se trata de la obtención de un biocompuesto a partir de una matriz cerámica y un polímero, con el fin de utilizarlo como relleno óseo. Se mezcló la matriz cerámica, fosfato tricálcico Ca (OH)2 y quitosana, polímero de origen natural. En el estudio se realizaron pruebas preliminares de mezclas para escoger 4 tipos de biocompuestos (BC1, BC2, BC3, BC4), con diferentes proporciones de los elementos de la matriz cerámica. Se trabajó en la preparación del biocompuesto con un pH entre 6,5 y 8,5 y un tiempo de secado entre 7 y 20 min. Se seleccionaron las mezclas óptimas para analizar sus propiedades mecánicas a partir de la prueba de la resistencia a la compresión. Se determinaron los valores de pH, los cuales estuvieron en un rango de 7,05 y 7,6. Igualmente se hallaron unos tiempos de secado que oscilaron entre 7 y 15 min, la pasta mantuvo una temperatura constante de 25 ºC y consistencia moldeable, condiciones que son apropiadas para su utilización como sustituto óseo. La muestra que obtuvo mejores propiedades en cuanto a pH, temperatura y tiempo de secado fue seleccionada para ser implantada en tibias de conejo para determinar la respuesta histológica después de 60 días...

The research deals with the development of a biocomposite from a ceramic matrix and a polymer with the purpose of using it as bone filler. A mixture was made of the ceramic matrix, tricalcium phosphate Ca (OH)2 and chitosan, a polymer of natural origin. The mixtures underwent preliminary testing to choose 4 types of biocomposites (BC1, BC2, BC3, BC4) with varying proportions of ceramic matrix elements. The biocomposite was prepared at a pH between 6.5 and 8.5. Drying time ranged between 7 and 20 minutes. Optimal samples were chosen and their mechanical properties analyzed by means of compression resistance testing. PH measurements showed values between 7.05 and 7.6, and drying times ranged between 7 and 15 minutes. The paste remained at a constant temperature of 25 ºC and maintained molding consistency. These properties are required for use as bone substitute. The sample exhibiting the best pH, temperature and drying time values was chosen for implantation in rabbit tibiae to verify the histological response after 60 days...

Una formulación preliminar de tipo electromecánica para la formación de hueso en un proceso de remodelación / Preliminary electromechanical formulation for bone formation in a remodeling process

En este artículo se propone un modelo de remodelación ósea que tiene en cuenta los estímulos mecánicos y eléctricos. Bajo estos supuestos, se obtiene la distribución de masa que depende de las cargas mecánicas y eléctricas. El trabajo coloca de manifiesto la importancia del campo eléctrico en el proceso de remodelación y, propone la cuantificación de sus efectos para obtener un modelo aplicable a nivel clínico...

A bone remodeling model is proposed which takes account of mechanical and electrical stimuli. Under these assumptions, a mass distribution is obtained which depends on mechanical and electrical loads. The paper reveals the importance of the electric field in the remodeling process, and proposes to quantify its effects with a view to obtaining a clinically applicable model...

Representación del desarrollo de la espongiosa primaria por medio de un sistema de reacción-difusión: Una hipótesis sobre el inicio de la formación de hueso inmaduro. Parte 1: Descripción del modelo / Representation of the development of the primary spongiosa by means of a reaction-diffusion system: a hypothesis on the onset of immature bone formation. Part 1: Model description

Se presenta un modelo bioquímico que predice la formación de la arquitectura de la espongiosa primaria, a partir de la interacción de 2 factores moleculares: VEGF (factor de crecimiento endotelial vascular) y MMP13 (metaloproteinasas 13). Se supone que el MMP13 regula la degradación del cartílago y el VEGF permite la vascularización y el avance del frente de osificación mediante la presencia de osteoblastos. El acople de este conjunto de moléculas se representa mediante ecuaciones de reacción-difusión con parámetros en el espacio de Turing, y se obtiene como resultado un patrón espacio-temporal estable que da paso a la formación de las trabéculas presentes en el tejido esponjoso...

A biochemical model is presented which predicts the formation of the architecture of the primary spongiosa, based on the interaction of two molecular factors: VEGF (vascular endothelial growth factor) and MMP-13 (metalloproteinases-13). It is assumed that MMP-13 regulates cartilage degradation, and VEGF allows vascularization and the advance of the ossification front through the presence of osteoblasts. The coupling of this set of molecules is represented by means of reaction-diffusion equations with Turing space parameters, and a stable spatio-temporal pattern is obtained which leads to the formation of the trabeculae present in the spongy tissue...

Representación del desarrollo de la espongiosa primaria por medio de un sistema de reacción-difusión: Una hipótesis sobre el inicio de la formación de hueso inmaduro. Parte 2: Implementación numérica / Representation of the development of the primary spongiosa by means of a reaction-diffusion system: a hypothesis on the onset of immature bone formation. Part 2: Numerical implementation

Se presenta la implementación numérica del modelo bioquímico descrito mediante el sistema de reacción-difusión de la parte 1. De los resultados obtenidos se puede concluir que la retroalimentación química de los 2 factores moleculares a través de un sistema de reacción-difusión (RD) con parámetros en el espacio de Turing, puede explicar la aparición de los patrones espacio-temporales encontrados en la arquitectura de la espongiosa primaria. Para la solución numérica fue usado el método de los elementos finitos junto con el método de Newton-Raphson para aproximar las ecuaciones diferenciales parciales lineales. Los patrones de osificación obtenidos pueden representar la formación de la espongiosa primaria durante la osificación endocondral...

A presentation is made of the numerical implementation of the biochemical model described by means of the reaction-diffusion system in Part 1. Based on the results obtained it may be concluded that the chemical feedback of the two molecular factors by means of a reaction-diffusion (RD) system with Turing space parameters may explain the appearance of the spatio-temporal patterns found in the architecture of the primary spongiosa. For the numerical solution, use was made of the finite element method in combination with the Newton-Raphson method to approximate the linear partial differential equations. The ossification patterns obtained may represent the formation of the primary spongiosa during endochondral ossification...

Modelado computacional del desarrollo óseo humano en la placa de crecimiento del fémur distal / Computational modeling of human bone development in the distal femoral growth plate

La elongación de los huesos largos se produce principalmente por la proliferación e hipertrofia de los condrocitos presentes en las placas de crecimiento. Bajo la hipótesis que el comportamiento de estas células depende de factores bioquímicos y mecánicos, este artículo presenta un modelo computacional por elementos finitos que simula el comportamiento de la placa de crecimiento del fémur distal humano. Se emplea un dominio bidimensional en el que se identifican las regiones de hueso trabecular metafisial y episifial que encierran a la placa de crecimiento y las regiones de cartílago inerte y columnar. La validación del modelo se realiza a partir de la histología correspondiente a la placa de crecimiento del fémur distal de un niño de dos años. Los resultados obtenidos demuestran que el modelo simula el crecimiento y el comportamiento de la placa metafisiaria regulada por su actividad celular y las cargas mecánicas...

Long bone elongation is mainly due to proliferation and hypertrophy of the chondrocytes in growth plates. Under the assumption that the behavior of these cells depends on biochemical and mechanical factors, a presentation is made of a computational finite element model simulating the behavior of the human distal femoral growth plate. A two-dimensional domain is used to identify the regions of metaphyseal and epiphyseal trabecular bone covering the growth plate and the inert and columnar cartilage regions. Model validation was based on the histology corresponding to the distal femoral growth plate of a two-year old boy. The results obtained show that the model simulates the growth and behavior of the metaphyseal plate as regulated by its cellular activity and mechanical loads...

Modelado de la degradación hidrolítica de un implante óseo / Modeling of the hydrolytic degradation of a bone implant

Una de las áreas más importantes de la ingeniería de tejidos es la investigación sobre la regeneración y sustitución del tejido óseo. Para cumplir con estos requisitos, los implantes óseos han sido desarrollados para permitir la migración de las células, el crecimiento del tejido, el transporte de los factores de crecimiento y nutrientes y la renovación de las propiedades mecánicas. Los implantes están hechos de diferentes biomateriales y se han fabricado utilizando varias técnicas que, en algunos casos, no permiten un control total sobre el tamaño y la orientación de los poros que caracterizan a la microestructura del andamio. Desde esta perspectiva, se propone el uso de un sistema de reacción difusión para lograr las características geométricas de la matriz ósea. La validación de esta hipótesis se realiza a través de simulaciones de la geometría obtenida por un sistema de reacción-difusión junto con un modelo de degradación por hidrólisis en elementos tridimensionales representativos...

Research into bone tissue regeneration and substitution is one of the most important components of tissue engineering. In compliance with these requirements, bone implants have been developed which allow cell migration, tissue growth, the transport of growth factors and nutrients, and the renewal of mechanical properties. Implants are made of various biomaterials, and they have been manufactured using techniques which not always allow total control of the size and orientation of the pores involved in the microstructure of the scaffold. From this standpoint, a reaction-diffusion system is proposed for the achievement of appropriate geometric features in the bone matrix. The hypothesis is validated through simulations of the geometry obtained with a reaction-diffusion system and a model of hydrolytic degradation in three-dimensional representative elements...

Método para el cálculo de las medidas angulares de la articulación del radio distal / Method to calculate angular measures of the distal radial articulation

La fractura del radio distal se puede presentar cuando se produce una compresión axial sobre la muñeca. Entre los tratamientos más comunes se encuentran el conservador (inmovilización con yeso) y el quirúrgico. Este último emplea placas y tornillos para la fijación de la fractura después de la reducción, sin embargo, debido a la anatomía compleja de la superficie articular, determinar la posición relativa de los tornillos con respecto a esta puede llegar a ser com,plicado. Para solucionar esto, se han empleado imágenes radiológicas estándar, en las cuales se determina la inclinación palmar y radial de la superficie articular. Con base en los ángulos obtenidos se inclina el antebrazo, de modo que al tomar la radiografía, los labios de la superficie articular queden superpuestos. Sin embargo, este método para determinar las inclinaciones resulta poco efectivo debido a que no se considera en su análisis la anatomía biplana simultáneamente con la bicóncava, del área articular. En este artículo se propone una metodología para hallar los ángulos que determinan la orientación de la superficie articular, empleando reconstrucción tridimensional a partir de imágenes de tomografía axial. Con estas inclinaciones será posible visualizar tangencialmente la superficie articular del radio distal, y así determinar la posición relativa de los tornillos de fijación respecto a esta superficie. Mediante el estudio de un caso, se encontró que la inclinación radial de la superficie articular en su totalidad era de 13° y la palmar de 6° con respecto a una línea perpendicular al eje central del radio. Esto difiere de lo hallado por otros autores que proponen un ángulo radial de 22° a 24° y palmar de 9° a 12°. Por otra parte, para la superficie que articula con el hueso semilunar se encontró una inclinación radial de 7° y una palmar de 10°; en tanto la fosa que está en contacto con el hueso escafoides se inclina radialmente 21° y palmarmente 8°, en el caso analizado...

A distal radial fracture may occur as a result of axial compression of the wrist. The most common treatments include the conservative approach (plaster cast immobilization) and surgery. In the latter procedure, plates and screws are used to fix the fracture after reduction. However, it may be difficult to determine the relative position of the screws with respect to the articular surface, due to the complex anatomy of this structure. To solve this problem, standard radiological imaging has been used to determine the palmar and radial tilt of the articular surface. Based on the angles obtained, the forearm is tilted in such a way that when the radiograph is taken the articular surface labia overlap. However, this method is not very effective to determine tilt, since the biplane and biconcave anatomy of the articular zone are not considered simultaneously. A methodology is proposed to find the angles determining articular surface orientation by means of three-dimensional reconstruction based on axial tomography imaging. Such tilt measurements will make it possible to obtain a tangential view of the distal radial articular surface and determine the relative position of fixation screws with respect to it. In a case study it was found that total radial tilt of the articular surface was 13° and palmar tilt was 6° with respect to a line perpendicular to the central axis of the radius. This outcome differs from findings by other authors, who propose a radial angle of 22° to 24° and a palmar angle of 9° to 12°. Additionally, for the surface articulating with the semilunar bone, radial tilt was found to be 7° and palmar tilt 10°, whereas in the fossa which is in contact with the scaphoid bone, radial tilt is 21° and palmar tilt 8° in the case analyzed...

Morfogénesis de los túbulos dentinales: un modelo matemático / Morphogenesis of dentinal tubules: a mathematical model

La diferenciación mesenquimal a odontoblasto es un proceso complejo que determina la formación de los túbulos dentinales. Este proceso involucra una cuidadosa y regulada secuencia de cambios en el comportamiento de las células mesenquimales, coordinados por la expresión de diferentes factores moleculares, entre ellos, principalmente, el Noggin y BMP2. En este artículo se simula la formación de los túbulos dentinales a partir de un modelo matemático de reacción difusión que es solucionado por el método de los elementos finitos...

Mesenchymal differentiation into odontoblasts is a complex process determining the formation of dentinal tubules. The process involves a carefully regulated sequence of changes in the behavior of mesenchymal cells, coordinated by the expression of various molecular factors, particularly Noggin and BMP2. In this paper the formation of dentinal tubules is simulated using a reaction-diffusion mathematical model solved by the finite element method...

Sobre la osificación intramembranosa: un modelo de aproximación para la calvaria / On intramembranous ossification: an approach model for the calvaria

En este artículo se ha desarrollado un modelo de la aparición y ubicación de los centros primarios de osificación en la calvaria. Este es el primer modelo computacional que determina la ubicación de estas estructuras óseas del cráneo. Se describe un modelo de reacción-difusión de dos moléculas (BMP y Noggins) cuyo comportamiento es del tipo activador-sustrato y su solución produce patrones de Turing, que representan los centros primarios de osificación. Una vez más, el uso de ecuaciones de este tipo posibilita la explicación de fenómenos de morfogénesis antes no dilucidados por otro tipo de teorías, en este caso, teorías de osificación del cráneo. Este tema es de constante investigación, especialmente en la medicina ortopédica y pediátrica...

The paper deals with the development of a model for the appearance and location of primary ossification centers in the calvaria. This is the first computational model intended to determine the location of these cranial bone structures. A reaction-diffusion model is described of two molecules (BMP y Noggin) which behave as substrate activators. The solution produces Turing patterns representing primary ossification centers. Once again the use of these equations makes it possible to explain morphogenesis phenomena not elucidated by other theories, in this case cranial ossification theories. The topic is under permanent research, especially in the fields of orthopedic and pediatric medicine...

Metodología de los gráficos de unión (bond graphs) en aplicaciones biomédicas / Bond graph methodology in biomedical applications

Se presentan las aplicaciones realizadas en el campo de la medicina y la biología usando la técnica gráfica de modelado conocida como gráficos de unión (bond graphs), con el objetivo de mostrar las diferentes formas en las que se han usado los gráficos de unión como herramienta para la obtención de modelos y simulaciones de sistemas biológicos. Para el análisis de los trabajos realizados por los investigadores se hace una clasificación de los campos de aplicación con el fin de tener una visión más clara de lo diversa que ha sido la adaptación de esta metodología. Asimismo se discuten las posibilidades aún no exploradas, es decir, se habla de la aplicabilidad de los gráficos de unión en campos adicionales a los tratados en las referencias...

The paper presents applications carried out in the field of medicine and biology using the graphical modeling technique known as bond graphs, with the purpose of showing the different ways in which bond graphs have been used to obtain models and simulations of biological systems. To approach the work done by researchers, a classification is made of the fields of application, so as to obtain a clearer view of the variety of adaptations undergone by the methodology. Possibilities not yet explored are also discussed, i.e. comments are included on the applicability of bond graphs to fields other than those mentioned in the references...

Una introducción a la mecanobiología computacional / An introduction to computation mechanobiology

La mecanobiología estudia el comportamiento de células, tejidos y órganos bajo los efectos de la bioquímica, la biología celular y los estímulos externos, como las cargas mecánicas. Esta involucra el desarrollo de modelos y la realización de experimentos con el objetivo de entender los procesos complejos que se presentan en la génesis y mantenimiento de órganos y tejidos. Mediante esta disciplina se ha logrado aislar y analizar diversos efectos como lo son la genética, los factores moleculares autocrinos y paracrinos, y las cargas mecánicas sobre tejidos y órganos. En esta vía, el presente trabajo muestra los principales desarrollos y aportes de la mecanobiología computacional en el conocimiento médico.

The mechanobiology study the behavior of cells, tissues and organs under the effects of the biochemistry, the cellular biology and the external stimuli, as mechanic loads. This involve the development of forms and the carrying out of experiments to know the complex processes presenting in the genesis and the maintenance or organs and tissues. Through this discipline it has been possible to isolate different effects as in the case of genetics, the autocrine and paracrine molecular factors and the mechanic loads on tissues and organs. The objective of present paper is to show the main developments and contributions of computation mechanobiology in the medical knowledge.

Desarrollo del currículo para la profundización en mecanobiología computacional / Curriculum development for the deepening in computation mechanobiology

En este trabajo se hace una propuesta sobre el desarrollo curricular para la formación profesional e investigativa en mecanobiología. Se identifican los requerimientos conceptuales, investigativos y metodológicos para la preparación de personas idóneas en el campo de investigación. Por último, se hace una propuesta sobre la metodología a utilizar en la solución e investigación sobre el campo de trabajo.

The objective of present paper is to make a proposal on the curricular development for professional and researching training in mechanobiology. The conceptual, researching and methodological requirements are identified for the training of suitable persons in the research field. Finally, a proposal on the methodology to be used in solution and research on the working field is made.

Algoritmos Genéticos aplicados a la Ingeniería biomédica / Genetic algorithms applied to Biomedical Engineering

En este trabajo se describe las aplicaciones y alcances del método de los algoritmos genéticos (AG) en la investigación en bioingeniería, mecanobiología y medicina. Para este fin, se ha desarrollado el trabajo sobre tres artículos recientes que describen las aplicaciones de los AG en problemas de ingeniería biomédica. Este trabajo pone de manifiesto la importancia del uso de nuevas metodologías de optimización en las investigaciones biomédicas.

In present paper are described the applications and scope of the genetic algorithms method (GA) in the case of the research in the bioengineering, mechanobiology and medicine. For this aim, the paper on three recent articles was developed describing the applications of the GA in problems related to biomedical engineering. Present paper emphasizes the significance of the use of new methodologies of optimization in the biomedical researches.

Modelo computacional preliminar de la formación de la superficie cerebral / Preliminary computation form of the cerebral surface development

La corteza cerebral es una lámina gris, formada por cuerpos de neuronas, que cubre los hemisferios cerebrales y cuyo grosor varía de 1,25 mm en el lóbulo occipital a 4 mm en el lóbulo anterior. Debido a los numerosos pliegues que presenta, la superficie cerebral es unas 30 veces mayor que la superficie del cráneo. Estos pliegues forman las circunvoluciones cerebrales, surcos y fisuras y delimitan áreas con funciones determinadas, divididas en cinco lóbulos. La formación de las circunvoluciones puede variar entre individuos y constituyen una característica importante de la formación del cerebro. Estos patrones se pueden representar, de forma matemática, como patrones de Turing. En este artículo se desarrolla un modelo fenomenológico que describe la formación de los patrones de las circunvoluciones que ocurren en la corteza cerebral mediante ecuaciones de reacción difusión con parámetros en el espacio de Turing. Para estudiar la formación de patrones se resuelven varios ejemplos numéricos sobre geometrías simplificadas de un cerebro. Para la solución numérica se utilizó el método de los elementos finitos en conjunto con el método de Newton-Raphson. Los ejemplos numéricos muestran que el modelo puede representar la formación de los pliegues de la corteza cerebral y reproducir patologías de la formación de las circunvoluciones, tales como polimicrogiria y lisencefalia.

Cerebral cortex is a gray layer including neuron bodies covering the cerebral hemispheres and whose thickness fluctuates from 1.25 mm in the occipital lobule to 4 mm in the anterior lobule. Due to the many folds present, la cerebral surface is a thirty times greater than the cranial surface. These folds create the cerebral convolutions, grooves and fissures defining areas with determined functions, divided into five lobules. La convolutions formation may to vary among subjects and are an important characteristic of brain formation. These patterns may be represented in a mathematical way like Turing patterns. The aim of present paper was to design a phenomenological model describing the formation of convolutions patterns occurring in the cerebral cortex by means of diffusion reaction equations with parameters in the Turing space. To study la formation of patterns it is necessary to solve some numerical examples on simplified geometries of a brain. For numerical solution authors used the finite elements method together with the Newton-Raphson method. The numerical examples demonstrate that this model may to represent the folds formation in the cerebral cortex and to reproduce pathologies of the convolutions formation, such as the polymicrogyria and lissencephalous.

Comportamiento fractal espacial en la expansión de la distribución del flujo sanguíneo cerebral en Alzheimer / Spatial fractal behavior in the lengthening of cerebral bloodstream distribution in Alzheimer disease

El Alzheimer es una enfermedad neurodegenerativa que afecta a millones de personas alrededor del mundo. Las causas de esta aún son desconocidas. La geometría fractal es una teoría matemática que permite medir objetivamente la irregularidad de los objetos o procesos naturales; las estructuras y los comportamientos fisiológicos del cuerpo humano se pueden caracterizar matemáticamente a través de la dimensión fractal, la cual mide el grado de irregularidad o complejidad del fractal. La distribución del flujo sanguíneo cerebral en Alzheimer es notablemente irregular, por ello la dimensión fractal es una medida objetiva, la cual suponemos, cuantifica esta distribución. El coeficiente de expansión fractal se define para aquellos objetos dinámicos que poseen dimensión fractal y estima la expansión del fractal sobre su espacio circundante. Este coeficiente se asocia con el grado de conectividad que pueda poseer el fractal para expandirse. En el presente trabajo se determinaron los coeficientes de expansión fractal para la distribución del flujo sanguíneo cerebral en 21 pacientes con Alzheimer y en 11 sujetos normales en las zonas cerebrales posterior y anterior (tomados de la literatura). Los valores de los coeficientes resultaron ser mayores en Alzheimer respecto a los normales en las dos zonas, valores comparados respecto al espacio circundante en que sucede la expansión. Esto último sugiere el comportamiento de las conexiones neuronales en las zonas evaluadas.

Alzheimer disease is a neurodegenerative process affecting millions of persons at world scale. Even nowadays its causes are unknown. The fractal geometry is a mathematical theory allows to measure objectively the irregularity of objects or the natural processes; structures and physiologic behaviors of human body may be in a mathematical way be characterized through the fractal dimension, which to measure the irregularity or complexity degree of fractal. Distribution of cerebral blood flow in Alzheimer's disease is very irregular, thus the fractal dimension is an objective measure, which supposedly to quantify this distribution. The fractal expansion coefficient is defined for those dynamic objects having fractal dimension and estimates the fractal expansion on its surrounding space. This coefficient is associated with the connection that may to has the fractal for its expansion. The objective of present paperwas to determine the fractal expansion coefficients for the cerebral blood flow distribution in 21 patients presenting with Alzheimer's disease and in 11 normal subjects in the posterior and anterior cerebral zones, compared values regarding the surrounding space where expansion occur. This latter suggest the behavior of neuronal connections in assessed zones.

Unas notas sobre la integración numérica del proceso de remodelación ósea / Some notes on the numerical integration of bone remodeling process

En este artículo se resuelve el problema de remodelación ósea propuesto por Weinans y otros. Para solucionar la ecuación de densidad se utilizan los métodos de Euler, Heun y Runge Kutta de cuarto orden. Para evaluar el estímulo mecánico y calcular la evolución de la densidad se utilizan dos enfoques: basado en elemento y basado en nodo. Los resultados demuestran que los métodos de Euler, Heun y Runge Kutta aproximan correctamente el problema de remodelación ósea, y, para las mallas y el paso de tiempo utilizados no existen diferencias apreciables en los patrones obtenidos. Por el contrario, el uso del enfoque basado en elemento y basado en nodo genera diferencias sustanciales en el patrón de densidad obtenido en el proceso de remodelación ósea. En el enfoque basado en elemento se encuentran discontinuidades del tipo tablero de ajedrez cerca de la zona de carga y columnas bien definidas lejos de esta. En el enfoque basado en nodo se observa continuidad en la distribución de densidad. Estos patrones están bien representados por los métodos de solución para la ecuación de densidad. Este estudio concluye que para los pasos de tiempo y mallas utilizados es indiferente utilizar cualquier método de integración temporal

In present paper the problem of bone remodeling process proposed by Weinans et al is solved. To resolve the density equation the fourth order Euler, Heun and Runge Kutta methods are used. To assess the mechanical stimulus and to estimate density evolution two approaches are used: one based on the element and other based on node. Results showed that Euler, Heun and Runge Kutta methods move closer appropriately the bone remodeling problem, and for meshs and the passage of time used there are not significant differences in the patterns obtained. On the contrary, the use of the approach based on element and the based on node, there are lack of continuities of "chessboard" type near of charge zone and well defined columns far from it. In the approach based on node there is continuity in density distribution. These patterns are well represented by solution methods for density equation. Present study concludes that for steps of time and mesh used it doesn't matter which temporal integral method be applied

Diseño mecánico y cosmético de una prótesis parcial de mano / Mechanical and cosmetic design of a hand partial prosthesis

El objetivo de este caso de estudio es la solución funcional y cosmética para un paciente con mutilación del 2do. y 3er. rayos de la mano y con artrodesis de la IF del pulgar en posición funcional (45°). Se presenta un diseño individualizado de prótesis construida con base en las dimensiones propias del paciente. El proceso de elaboración de la prótesis se realizó conjuntamente con el paciente; se analizaron también los resultados del despliegue de la función de calidad, en inglés, Quality Function Deployment (QFD), con el propósito de realizar cambios y mejoras en los mecanismos y sistemas de sujeción propuestos también según análisis cinemáticos mediante simulaciones de movilidad en distintos tipos de software, implementando un mecanismo doble de Withworth, el que a su vez, se soporta en una cubierta rígida protectora hecha a medida del paciente, para tener una prótesis de fácil colocación, que a su vez sea estable y aproveche los espacios faltantes en la mano; se utilizó también la autoevaluación del paciente mediante el estudio DASH (Disability of the Arm, Shoulder, and Hand). De esta forma se logró la satisfacción del paciente y se obtuvo una importante recuperación de la función motora de la mano, que le permitió al paciente realizar de manera eficiente actividades en las que antes presentaba dificultad, con lo que mejoró su calidad de vida y la forma como él mismo se presenta ante el mundo

The objective of present paper is the functional and cosmetic solution for a patient with mutilation of second and third hand rays and arthrodesis of the thumb IF in functional position (45°). An individual design of prosthesis constructed according to the own dimensions of patient, whose process was together with patient; the results from Quality Function Deployment (QFD) were analyzed to make changes and improvements in fixation mechanisms and systems also proposed according to the cinematics analysis by mobility simulations in different types of software, implementing a Withworth's double mechanism, which must to be stable and to take advantage of the lacking spaces in the hand; by Disability of the Arm, Shoulder and Hand (DASH) study we made the self-evaluation of patient. So, it was achieved the satisfaction of patient and a significant recovery of hand motor function, allowing that patient to perform more efficiently activities that before were impossible to perform, improving his quality of life and the way how himself must to face the world