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)

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.