El peroné: mal alumno, pero buen profesor. (¿Qué tiene prioridad biológica: la integridad, o la supervivencia?) / Fibula: a bad pupil but a good profesor. (What comes first, integrity or survival?)

La concepción original del mecanostato como un regulador de la rigidez estructural ósea orientado a mantener un determinado 'factor de seguridad' en todos los esqueletos parece no corresponder por igual a cualquier hueso y para cualquier tipo de estímulo. Hemos descubierto que la estructura cortical diafisaria del peroné humano manifiesta un comportamiento ambiguo del sistema, referido al uso del pie. La diáfisis peronea, además de ser insensible al desuso, se rigidiza, como sería de esperar, por entrenamientos en disciplinas deportivas que rotan o revierten el pie (hockey, fútbol, rugby); pero, llamativamente, se flexibiliza en su mitad proximal por entrenamiento en carrera larga, que optimiza el rendimiento del salto que acompaña a cada paso. La referida rigidización robustecería la región peronea de inserción de los músculos que rotan o revierten el pie, favoreciendo la locomoción sobre terrenos irregulares o 'gambeteando', propia de especies predadoras como los leopardos. La 'inesperada' flexibilización proximal, pese a reducir la resistencia a la fractura por flexión lateral (poco frecuente en el hombre), favorecería la absorción elástica de la energía contráctil de la musculatura inserta, optimizando el rendimiento del salto al correr, condición vital para especies presas como las gacelas. La falta de analogía de estas respuestas de la estructura peronea a distintos entrenamientos, incompatible con el mantenimiento de un factor de seguridad, sugiere su vinculación preferencial con la optimización de aptitudes esqueléticas con valor selectivo. Esto ampliaría el espectro regulatorio del mecanostato a propiedades esqueléticas 'vitales', más allá del control de la integridad ósea. Su manifestación en el hombre, ajena a connotaciones selectivas (quizá resultante del mantenimiento de genes ancestrales), permitiría proponer la indicación de ejercicios orientados en direcciones preferenciales a este respecto, especialmente cuando estas coincidieran con las de las fuerzas que podrían fracturar al hueso. (AU)

The original notion of the mechanostat as a regulator of bone structural rigidity oriented to maintain a certain 'safety factor' in all skeletons does not seem to correspond equally to every bone and for any type of stimulus. We have discovered that the diaphyseal cortical structure of the human fibula shows an ambiguous behavior of the system, with reference to the use of the foot. The peroneal shaft, in addition to being insensitive to disuse, becomes stiffened, as might be expected, by training in sport disciplines that involve rotating or reversing the foot (hockey, soccer, rugby); but, remarkably, it becomes more flexible in its proximal half by long-distance running training, which optimizes the performance of the jump that accompanies each step. The stiffening would strengthen the peroneal region of insertion of the muscles that rotate or reverse the foot, favoring locomotion on uneven terrain or 'dribbling', typical of predatory species such as leopards. The 'unexpected' proximal flexibilization, despite reducing the resistance to lateral flexion fracture (rare in human), would favor the elastic absorption of contractile energy from the inserted muscles, optimizing jumping performance when running, a vital condition for prey species such as gazelles. The lack of analogy of these responses of the peroneal structure to different training, incompatible with the maintenance of a safety factor, suggests its preferential link with the optimization of skeletal aptitudes with selective value. This would expand the regulatory spectrum of the mechanostat to 'vital' skeletal properties, beyond the control of bone integrity. Its manifestation in humans, oblivious to selective connotations (perhaps resulting from the maintenance of ancestral genes), would make it possible to propose the indication of exercises oriented in preferential directions, especially when they coincide with the direction of the forces that could fracture the bone. (AU)

Demostración original de la interferencia de los efectos modeladores corticales expansivos de un entrenamiento sobre los de otro ulterior: (la modelación 'marca el terreno' para la remodelación) / Original demonstration of the interference of the expansive cortical modeling effects of one training on those of another further training: (modeling "sets limits" for remodeling)

La expansión modeladora de la geometría cortical de un hueso inducida por su entorno mecánico podría ser difícil de modificar por estímulos ulteriores con diferente direccionalidad. Este estudio, que por primera vez combina datos tomográficos del peroné (pQCT) y dinamométricos de la musculatura peronea lateral, intenta demostrar que, en individuos jóvenes no entrenados, el entrenamiento en fútbol produce cambios geométricos peroneos expansivos, similares a los del rugby, que podrían interferir en los efectos de un entrenamiento ulterior direccionalmente diferente (carrera larga). Confirmando la hipótesis, los resultados indican, con evidencias originales, 1) la relevancia creciente del uso del pie (rotación externa y eversión provocadas por los peroneos laterales) para la determinación de la geometría peronea (incremento del desarrollo de los indicadores de masa y de diseño óseos), evidenciada por la secuencia creciente de efectos: carrera < fútbol < rugby; 2) la predominancia de esos efectos sobre el desarrollo centro-proximal del peroné para resistir a la flexión lateral, y en la región distal para resistir el buckling (principal sitio y causa de fractura del hueso) y 3.) la relevancia de la anticipación de esos efectos para interferir en la manifestación de los cambios producidos por un entrenamiento ulterior (carrera), cuando los del primero (fútbol) afectan la modelación cortical de modo expansivo. Esta última deducción demuestra, en forma inédita, que un cambio modelatorio expansivo tempranamente inducido sobre la estructura cortical ósea 'delimitaría el terreno'para la manifestación de cualquier otro efecto ulterior por estímulos de distinta direccionalidad. (AU)

The modeling-dependent, geometrical expansion of cortical bone induced by the mechanical environment could be hard to modify by subsequent stimulations with a different directionality. The current study aimed to demonstrate that in young, untrained individuals, training in soccer or rugby enhances the geometric properties of the fibula cortical shell in such a way that the geometrical changes could interfere on the effects of a second training in which the loads are induced in a different direction, e.g. long-distance running. The original findings reported herein confirm our hypothesis and support 1) The relevance of the use of the foot (external rotation and eversion produced by peroneus muscles) to determine fibula geometry (improved development of indicators of bone mass and design) as evidenced by the increasing nature of the effects induced by running < soccer < rugby trainings; 2) The predominance of those effects on the ability of the fibula to resist lateral bending in the centralproximal region (insertion of peroneus muscles), and to resist buckling in the distal region (the main cause and site of the most frequent bone fractures), and 3) The interaction of the effects of a previous training with those of a subsequent training with a different orientation of the loads when the former induced a modeling-dependent expansion of the cortex. Our results support the proposed hypothesis with original arguments by showing that a first, expansive effect induced on cortical bone modeling would set the stage the manifestation of any subsequent effect derived from mechanical stimuli. (AU)

¿A qué pregunta responde "el hueso"?: una cuestión de direccionalidad estructural y organización biológica (hueso y huesos, del big-bang a la osteoporosis) / To which question is 'bone' the answer?: a matter of structural directionality and biological organization (bone and bones, from the big bang to osteoporosis)

La "razón de ser" de nuestros huesos y esqueletos constituye un dilema centralizado en los conceptos biológicos de "estructura" y "organización", cuya solución necesitamos comprender para interpretar, diagnosticar, tratar y monitorear correctamente las osteopatías fragilizantes. Últimamente se ha reunido conocimiento suficiente para proponer aproximaciones razonables a ese objetivo. La que exponemos aquí requiere la aplicación de no menos de 6 criterios congruentes: 1) Un criterio cosmológico, que propone un origen común para todas las cosas; 2) Un criterio biológico, que explica el origen común de todos los huesos; 3) Un enfoque epistemológico, que desafía nuestra capacidad de comprensión del concepto concreto de estructura y del concepto abstracto de organización, focalizada en la noción rectora de direccionalidad espacial; 4) Una visión ecológica, que destaca la importancia del entorno mecánico de cada organismo para la adecuación de la calidad mecánica de sus huesos a las "funciones de sostén" que les adjudicamos; 5) Una correlación entre todo ese conocimiento y el necesario para optimizar nuestra aptitud para resolver los problemas clínicos implicados y 6) Una jerarquización del papel celular en el manejo de las interacciones genético-ambientales necesario para asimilar todo el problema a una simple cuestión de organización direccional de la estructura de cada hueso. Solo aplicando estos 6 criterios estaríamos en condiciones de responder a la incógnita planteada por el título. La conclusión de esta interpretación de la conducta y función de los huesos debería afectar el fundamento de la mayoría de las indicaciones farmacológicas destinadas al tratamiento de la fragilidad ósea. (AU)

The nature of the general behavior of our bones as weight-bearing structures is a matter of two biological concepts, namely, structure and organization, which are relevant to properly interpret, diagnose, treat, and monitor all boneweakening diseases. Different approaches can be proposed to trace the corresponding relationships. The one we present here involves six congruent criteria, namely, 1) a cosmological proposal of a common origin for everything; 2) a biological acknowledgement of a common origin for all bones; 3) the epistemological questioning of our understanding of the concrete concept of structure and the abstract notion of organization, focused on the lead idea of directionality; 4) the ecological insight that emphasizes the relevance of the mechanical environment of every organism to the naturally-selected adjustment of the mechanical properties of their mobile bones to act as struts or levers; 5) The clinical aspects of all the alluded associations; 6) The central role of bone cells to control the genetics/ environment interactions of any individual as needed to optimize the directionality of the structure of each of his/her bones to keep their mechanical ability within physiological limits. From our point of view, we could only solve the riddle posed by the title by addressing all of these six criteria. The striking conclusion of our analysis suggests that the structure (not the mass) of every bone would be controlled not only to take care of its mechanical ability, but also to cope with other properties which show a higher priority concerning natural selection. The matter would be that this interpretation of bone behavior and 'function' should affect the rationales for most pharmacological indications currently made to take care of bone fragility. (AU)

De la osteología a la osteomiología: tres décadas de aportes originales continuos al análisis biomecánico osteomuscular / From osteology to osteo-myology: three decades of continuous, original contributions to musculoskeletal biomechanical analysis

En consonancia con la orientación tradicional de nuestras investigaciones, la Osteología está incorporando progresivamente el análisis estructural-biomecánico óseo y las interacciones músculo-esqueléticas. En este artículo se sintetizan los aportes originales del CEMFoC a la Osteología moderna en el terreno biomecánico en forma didáctica, para que el lector aprecie sus posibles aplicaciones clínicas. Los hallazgos aportaron evidencias sucesivas en apoyo de dos proposiciones fundamentales: a) los huesos deben interpretarse como estructuras resistivas, biológicamente servocontroladas ("Los huesos tienden siempre a mantener un factor de seguridad que permite al cuerpo trabajar normalmente sin fracturarse" ­ Paradigma de Utah) y b) los huesos interactúan con su entorno mecánico, determinado principalmente por las contracciones musculares, en forma subordinada al entorno metabólico ("Los huesos son lo que los músculos quieren que sean, siempre que las hormonas lo permitan"). Los avances producidos se refieren, tanto cronológica como didácticamente, al conocimiento osteológico en general y al desarrollo de recursos novedosos para el diagnóstico no invasivo de fragilidad ósea, para distinguir entre osteopenias y osteoporosis, y para discriminar entre sus etiologías 'mecánica' y 'sistémica'. Finalmente, el nuevo conocimiento se integra en la proposición de un algoritmo diagnóstico para osteopenias y osteoporosis. El espíritu general de la presentación destaca que la evaluación osteomuscular dinámicamente integrada genera un nuevo espacio de análisis personalizado de los pacientes para la atención de cualquier osteopatía fragilizante con criterio biomecánico. (AU)

In consonance with the traditional spirit of our studies, skeletal research is being progressively focused on the structural-biomechanical analysis of bone and the muscle-bone interactions. In this article, the CEMFoC's members summarize their original findings in bone biomechanics and their potential clinical applications. These findings provided evidence supporting two fundamental hypotheses, namely, A. bones constitute resistive structures, which are biologically servo-controlled ('Bones tend to maintain a safety factor which allows the body to function normally avoiding fractures' ­ the 'Utah paradigm'), and B. the interactions of bones with their mechanical environment mainly are determined by the contraction of local muscles - 'bone-muscle units'), and are subordinated to the control of the metabolic environment ('Bones are what muscles wish them to be, provided that hormones allow for it'). The achievements in the field are presented in a chronological and didactical sequence concerning the general knowledge in Osteology and the development of novel resources for non-invasive diagnosis of bone fragility, aiming to distinguish between osteopenias and osteoporosis and the 'mechanical' and 'metabolic' etiology of these conditions. Finally, the integrated new knowledge is presented as supporting for a proposed diagnostic algorithm for osteopenias and osteoporosis. In general terms, the article highlights the dynamic evaluation of the musculoskeletal system as a whole, opening a new diagnostic field for a personalized evaluation of the patients affected by a boneweakening disease, based on functional and biomechanical criteria. (AU)

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 / Importance of the mechanical environment in the biological determination of bone structure. Update on the matter and preliminary analysis of data from sedentary individuals and runners

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. unaaplicación 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 intervienenmoduladores 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 endocrinometabólicostienen 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 fundamentasu aplicabilidad al análisis del estadoosteo-muscular humano de acuerdo conesas nuevas ideas. En la sección de aplicaciones clínicas, se presentanalgunos 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 huesos son estructuras genéticas, metabólicas, biomecánicas, o todo a la vez? / The bones are genetic structures, metabolic, biomechanical, or all at once?

En las últimas décadas, nuestro grupo de trabajo ha contribuido a desarrollar algunas de las nuevas ideas sobre las verdaderas características estructurales que definen la llamada ôcalidad óseaõ, y sus relaciones con sus determinantes genéticos y con la influencia de los entornos mecánico y sistémico que afectan a las células óseas.La moderna corriente es suficientementeimportante como para haber desviadoel interés de los sponsors internacionales de estudios clínicos controlados. El antiguo estudio densitométrico de masas mineralizadas, y el análisis bioquímico de indicadores del turnover óseo, ceden prioridad hoy al estudio de imágenes seccionales osteo-musculares con criterio biomecánico, y al análisis de las interacciones músculo-hueso. Este conocimiento configura ya una unidadconceptual suficientemente coherentecomo para ser divulgado en forma integrada, para uso del médico práctico. Pese a la obvia complejidad del marco teórico del tema en cuestión, los aspectos más relevantes de la nueva corriente de pensamiento para la correcta interpretación de la Osteología moderna pueden resumirse en 13 puntos críticos, cada uno de ellos defácil comprensión si se lo analiza por separado. A continuación se expone una secuencia didáctica de esos 13 puntos, que enumera y describe, para cada uno de ellos, una triada de aspectos fundamentales para su comprensióny asimilación a la nueva corriente, y deriva de ellos un mensaje práctico para su aplicación fisiopatológica, clínica, o terapéutica.

Interacción entre la nutrición y el control biomecánico de la estructura ósea / Interaction between nutrition and the biomechanical control of bone structure

Nuevos desarrollos en osteología están ejerciendo impacto sobre la interpretación de algunos aspectos nutricionales de la fisiopatología, el diagnóstico y el tratamiento de todas las enfermedades que reducen la masa o la resistencia esquelética. En general, esos conceptos se refieren principalmente a 1. los diferentes niveles de complejidad biológica de las estructuras esqueléticas;2. los verdaderos determinantes de las propiedades biomecánicas del hueso y de los huesos;3. la forma como los huesos se autoensamblan;4. el control biológico de la eficiencia biomecánica de la estructura ósea;5. los efectos del entorno mecánico sobre la expresión de los determinantes genéticos de las características estructurales óseas, y 6. la interferencia de factores sistémicos (no-direccionales), endocrino-metabólicos, sobre el control biomecánico de la rigidez y la resistencia óseas. Este trabajo ofrece una visión general de esas cuestiones, focalizada en los fundamentos necesarios para interpretar el papel de la nutrición en la fisiología y fisiopatología óseas, y las interferencias nutricionales con los correspondientes mecanismos.

Análisis tomográfico original de las intercorrelaciones músculo-hueso en el raquis humano / Analyses of musculoskeletal interactions in humans by Quantitative Computed Tomography (QCT)

Hemos analizado las propiedades seccionales de los cuerpos vertebrales (contenido y densidad mineral volumétricos BMC, vBMD de hueso total, cortical y trabecular) y de los músculos periespinales (áreas seccionales libres de grasa por filtrado, FFMA) en scans de Tomografía Computada Cuantitativa (TCC) tomados al nivel L3 en 93 mujeres normales de 32-74 años, y adicionalmente en 5 hombres normales como referencia, y los comparamos con el "ángulo de cifosis" de Cobb (Ka, proporcional a la curvatura ántero-posterior raquídea) determinado entre las vértebras T4 y T12 en radiografías laterales. La vBMD trabecular (indicadora de la rigidez estructural de la trama), el BMC total (proporcional a la resistencia a la compresión) y las FFMA (estimadoras de la fuerza de contracción) variaron paralelamente y correlacionaron negativamente con el Ka. Las curvas fueron contínuas y monotónicas para mujeres y hombres en conjunto, pero el tiempo de post-menopausia (TPM) afectó la posición gráfica de los datos. Análisis de regresión múltiple mostraron que la vBMD trabecular y el BMC total fueron los predictores independientes más significativos del Ka, y que las FFMA y el TPM fueron los únicos determinantes independientes de las propiedades óseas, sin participación de la edad per-se ni de los datos antropométricos. Los resultados confirman nuestra hipótesis de que la calidad ósea está normalmente determinada por el estado muscular regional y perturbada por el entorno endocrino-metabólico del sujeto, en forma independiente de la edad, la conformación corporal y el sexo