El hueso reacciona adaptándose a las fuerzas. Si se hace un ensayo con curvas de tensión y deformación de un hueso cortical se pueden diferenciar dos zonas: la que sigue la ley de Hooke, estática lineal, y una zona plástica antes de la fractura. Primeramente, hay una fase elástica, que depende de la rigidez del hueso. Inicialmente se hace una deformación, que es temporal, y posteriormente recupera la forma original. La energía que se libera al retirar la fuerza es la elasticidad: «fase elástica». El límite elástico es el punto donde se produce la desviación de la relación lineal entre tensión y deformación.
En huesos maduros es muy rara la deformación plástica sin la fractura. Si la fuerza aumenta, el hueso se recupera parcialmente y queda deformado. Esta energía hasta llegar a la fractura se llama plasticidad. En cambio, en huesos inmaduros, con menos contenido mineral, es más frecuente la deformación plástica sin fractura.
La resistencia del hueso cortical depende de la dirección de aplicación de las cargas y de la manera como se aplican. La resistencia a la compresión es mayor que en la tracción en todas las direcciones. La resistencia a la torsión suele ser aproximadamente un tercio de la resistencia a la compresión. La velocidad de deformación utilizada en el ensayo afecta notablemente la curva de tensión y deformación del hueso.
En huesos maduros es muy rara la deformación plástica sin la fractura. Si la fuerza aumenta, el hueso se recupera parcialmente y queda deformado. Esta energía hasta llegar a la fractura se llama plasticidad. En cambio, en huesos inmaduros, con menos contenido mineral, es más frecuente la deformación plástica sin fractura.
La resistencia del hueso cortical depende de la dirección de aplicación de las cargas y de la manera como se aplican. La resistencia a la compresión es mayor que en la tracción en todas las direcciones. La resistencia a la torsión suele ser aproximadamente un tercio de la resistencia a la compresión. La velocidad de deformación utilizada en el ensayo afecta notablemente la curva de tensión y deformación del hueso.
En general, el hueso se muestra más rígido y resistente cuando velocidad de deformación utilizada es mayor. Este hecho comporta que el módulo elástico del hueso cortical pueda variar hasta un 15% en función de la actividad física del individuo (marcha, carrera, etc.). Las propiedades elásticas del hueso pueden ser estudiadas también mediante sistemas de ultrasonidos. Estas técnicas relacionan la velocidad de propagación del sonido en un material con las propiedades elásticas que tiene. Un ventaja importante de este método es que, si se miden las velocidades ultrasónicas en diferentes direcciones de la misma muestra, se pueden determinar todos los coeficientes elásticos y caracterizar así la anisotropía del hueso.
La resistencia a la fatiga se determina sometiendo el material a una tensión cíclica y midiendo el número de ciclos hasta la fractura. Los estudios parecen demuestran que existe una gran dependencia de la resistencia a la fatiga con la amplitud de la deformación cíclica, más que con la tensión máxima o la deformación máxima soportada por el hueso. Estos resultados sugieren que la resistencia a la fatiga del hueso es mucho menor de lo que se pensaba. Esto implica que el hueso constantemente está acumulando daño por fatiga o estrés durante la actividad normal y, por tanto, es necesario que se produzca un proceso de remodelación ósea para mantener la integridad de la estructura del hueso.
La principal diferencia estructural entre el hueso esponjoso y el cortical es la mayor porosidad del hueso esponjoso. La manera más común de medir la porosidad es mediante la densidad aparente estructural, que es la masa por unidad de volumen total. Hay que distinguir la densidad aparente de la densidad de la matriz mineralizada, que se obtiene descontando el volumen total de poros. La densidad aparente es, pues, el producto de la densidad de la matriz mineralizada por la fracción sólida del volumen.
Así, si consideramos que la densidad de la matriz es casi invariable, vemos que la densidad aparente es directamente proporcional a la porosidad del hueso. En el hombre, la densidad aparente del hueso trabecular varía entre 0,1 y 1g/cm3 y la del hueso cortical es de aproximadamente 1.8 g/cm3. La densidad de las trabéculas varía entre 1,6 y 1,9 g/cm3.
El aumento de la porosidad conlleva lógicamente una disminución de las propiedades mecánicas. Las trabéculas del hueso esponjoso tienen, como hemos visto, una densidad similar a la del hueso cortical. En cambio, su módulo elástico es inferior al del hueso cortical en un 30-40% (Comin, 1992) 1. La curva de tensión y deformación de un hueso esponjoso muestra una zona elástica lineal inicial seguida de una zona de límite de fluencia, que es la zona máxima en la que el módulo de Young es constante. También es llamado límite elástico el lugar donde el material se deforma plásticamente.
Después aparece una zona llana que corresponde al rotura progresivo de las trabéculas y, finalmente, la curva empieza a aumentar de nuevo. Este fenómeno se debe a que fragmentos de las trabéculas rotas llenan los poros del hueso, aún intacto, y refuerzan el comportamiento estructural. La estructura del hueso trabecular se adapta a la función que desempeña cada hueso concreto. Así, un hueso más resistente a las solicitaciones en flexión es más adecuado para la absorción de energía en impactos. En cambio, en otras zonas, como la epífisis proximal de tibia, el hueso esponjoso presenta más resistencia a las solicitaciones de carga axial.
Bibliografía: http://hdl.handle.net/10803/2480