Theories of mechanically induced tissue differentiation and adaptation in the musculoskeletal system

Teorías de diferenciación y adaptación mecánicamente inducida en el sistema músculo esquelético

Se ha aceptado ampliamente que el ambiente mecánico afecta los tejidos bilógicos. La importancia de teorías y modelos que buscan explicar el rol de los estímulos mecánicos en procesos como la diferenciación y adaptación de tejidos radica en que si pueden explicar la respuesta de un tejido a su ambiente alrededor, es posible predecir las consecuencias de estímulos mecánicos en procesos como el crecimiento, la adaptación y el envejecimiento de tejidos. Este trabajo resume teorías y modelos de diferenciación y adaptación de tejidos y su implementación matemática. Aunque los modelos actuales están numéricamente bien definidos y son capaces de emularlos procesos de diferenciación y adaptación, están limitados a causa de 1) la naturaleza de sus parámetros, que son muy probablemente dependientes de la especie y lugar de análisis, y 2) los datos que usualmente son empleados para su verificación, ya que podrían llegar a hacer redundantes los resultados del modelo. A pesar de estas limitaciones que impactan en la generalización de resultados, las teorías y modelos actuales tienen el poder predictivo necesario para el estudio general de los procesos de diferenciación y adaptación de tejidos. Es cuestión de tiempo, la llegada de nuevos modelos y experimentos que permitan una mayor generalización y verificación.

INTRODUCCIÓN

Es bien sabido que el entorno mecánico afecta a los tejidos biológicos, en los que las cargas mecánicas activan o inhiben los procesos de génesis, adaptación y envejecimiento de los tejidos [1]. Esto es especialmente importante para los tejidos que tienen una función biomecánica primaria, como los tejidos musculoesqueléticos o cardiovasculares; sin embargo, los factores biomecánicos y mecanobiológicos parecen ser fundamentales para regular el comportamiento celular y el mantenimiento y la transformación de los tejidos en prácticamente todos los demás tejidos del cuerpo [2].

El estudio de la diferenciación y la adaptación de los tejidos a su entorno mecánico es un reto. Estos procesos son complejos y en ellos intervienen tantas variables que la experimentación física suele ser larga, cara o imposible [3]. Por ejemplo, las fuerzas aplicadas a los tejidos pueden ser de distinto tipo o naturaleza: fuerzas internas cuasiestáticas causadas por el crecimiento de los tejidos; fuerzas externas impuestas al organismo; y fuerzas articulares intermitentes causadas por las contracciones musculares [4]. Como resultado del entorno mecánico creado por todas esas fuerzas, en todos los tejidos se crean patrones de tensiones y deformaciones internas dependientes del tiempo y espacialmente complejas [4].