Modelo físico biomecánico del quinto metatarsiano. Estudio de tensiones por fotoelasticidad 3D

El quinto metatarsiano es un hueso del pie de tamaño relativamente pequeño. A pesar de sus pequeñas dimensiones, tiene una importancia considerable ya que es uno de los puntos de apoyo del pie, recayendo sobre él aproximadamente un 10 % del peso corporal en posición bípeda. Además, en él se insertan algunos músculos que interfieren en la correcta estabilidad y biomecánica del pie, los cuales transfieren distintas cargas al hueso. Las solicitaciones soportadas por dicho hueso varían en función de la actividad que se esté realizando, creciendo notablemente en ciertas fases de la marcha, llegando a ser bastante altas en situaciones específicas de actividades físicas, tales como saltos, caídas, cambios de dirección bruscos, etc. Estas cargas soportadas pueden causar fracturas, distinguiéndose tres tipos en función de la zona y la forma en que se producen: fracturas por avulsión, fracturas de Jones y stress fractures. El problema que surge de estas fracturas es que se dan casos de retrasos en la formación del callo óseo e incluso situaciones en las que no llega a consolidar completamente. Estas complicaciones en la recuperación se deben al bajo aporte sanguíneo que recibe esa zona. Por ello, muchas veces es necesaria la intervención quirúrgica. A raíz de los problemas que presenta el quinto metatarsiano, surgen varios temas interesantes para estudiar e investigar sobre ellos. En realidad, ya se ha investigado bastante sobre muchos de ellos, pero con un enfoque médico más que ingenieril. Tras realizar una primera revisión bibliográfica, se ha propuesto como objetivo realizar un análisis de tensiones adaptando para ello fotoelasticidad, una técnica experimental optomecánica de campo contínuo. Esta técnica ha sido utilizada anteriormente en varios trabajos de biomecánica. Sin embargo, no hay apenas precedentes de su utilización para el quinto metatarsiano Se ha diseñado y puesto a punto un modelo físico del quinto metatarsiano. Para los ensayos se han empleado réplicas de hueso real empleando técnicas de moldeo con silicona. El material de las réplicas es resina epoxi, un polímero termoestable con propiedades ópticas adecuadas para su empleo en fotoelasticidad. A continuación, con los datos obtenidos de estudios previos se ha realizado un montaje de transmisión de carga por gravedad que reproduce las fuerzas fisiológicas que aparecen en el quinto metatarsiano. El conjunto se ha recluido en una cámara isoterma que permite utilizar la variante de congelación de tensiones del método fotoelástico. Con esta variante, las tensiones, y los consiguientes espectros fotoelásticos provocados por la aplicación de cargas, se hacen permanentes, permitiendo un estudio detallado de la muestra ensayada una vez descargada y desmontada. Pueden incluso realizarse cortes para abordar estudios en dos dimensiones en cualquier plano. Los primeros resultados obtenidos revelan zonas con grandes concentraciones de tensiones, formas de trabajo y, especialmente, signos de las tensiones de contorno, precisamente en las zonas donde más pueden asimilarse las propiedades del polímero fotoelástico a las del tejido óseo de tipo calcáreo (de gran rigidez y relativa homogeneidad e isotropía). Las zonas de mayor concentración de tensiones coinciden con zonas típicas de fractura, y las zonas del contorno sometidas a tracción coinciden con el área preferente de roturas por fatiga. Una vez validado el método se ha pasado a estudiar su aplicación a casos de consolidación de fracturas mediante tornillos intramedulares. Esta técnica quirúrgica estabiliza las fracturas introduciendo una compresión de anclaje cuya forma y magnitud son desconocidas. Con el ensayo fotoelástico se ha podido realizar un primer estudio cualitativo que abre la posibilidad de una línea de trabajo futura sobre la biomecánica del quinto metatarsiano y los implantes protésicos empleados en traumatología