Biomechanical features of stress fractures

Se define como estrés (stress) tanto la fuerza que una carga externa ejerce sobre un cuerpo sólido como la fuerza reactiva que acompaña a la primera (Ley de Newton), por unidad de área imaginaria transversal a su dirección. Las cargas internas reactivas inducen deformaciones proporcionales del cuerpo. La resistencia del cuerpo a deformarse se llama rigidez. La deformación puede resquebrajar el cuerpo y, eventualmente, producir una fractura por confluencia de trazos. La resistencia del cuerpo a separarse en fragmentos por esa causa se llama tenacidad. La resistencia del cuerpo a la fractura es proporcional al stress que puede soportar sin separarse en fragmentos por deformación (no hay fractura sin deformación y sin stress previo). El stress máximo que un cuerpo puede soportar sin fracturarse resulta de una combinación de ambas propiedades: rigidez y tenacidad, cada una con distintos determinantes biológicos. Una o varias deformaciones del cuerpo pueden provocarle resquebrajaduras sin fracturarlo. La acumulación de resquebrajaduras determina la “fatiga” del material constitutivo del cuerpo, que reduce su rigidez, tenacidad y resistencia a la fractura para la próxima ocasión (“fragilidad por fatiga”). En el caso de los huesos, en general, los términos stress y fatiga tienen las connotaciones amplias referidas, respecto de todas las fracturas posibles. La fatiga predispone a fracturas a cargas bajas, que se denominan (correctamente) “fracturas por fatiga” y también (incorrectamente) “fracturas por stress”, para distinguirlas de las que ocurren corrientemente, sin resquebrajaduras previas al trauma, que se denominan (incorrectamente) “fracturas por fragilidad, o por insuficiencia”. En realidad, todas las fracturas se producen por stress y por fragilidad o insuficiencia (en conjunto); pero la distinción grosera entre fracturas “por fatiga, o por stress”, por un lado, y “por fragilidad” o “por insuficiencia”, por otro, aceptando las amplias connotaciones referidas antes, tiene valor en la práctica clínica. Este artículo intenta explicar esas particularidades biomecánicas y describir las distintas condiciones que predisponen a las fracturas “por fatiga o por stress” en la clínica, distinguiéndolas de las fracturas “por fragilidad o por insuficiencia” (manteniendo estas denominaciones) y detallando las características de interés directo para su diagnóstico y tratamiento.The term “stress” expresses the force exerted by an external load on a solid body and the accompanying, opposed force (Newton’s Law), expressed per unit of an imaginary area perpendicular to the loading direction. The internal loads generated this way deform (strain) proportionally the body’s structure. The resistance of the body to strain expresses its stiffness. Critical strain magnitudes may induce micro-fractures (microdamage), the confluence of which may fracture the body. The body’s resistance to separation into fragments determines its toughness. Hence, the body’s resistance to fracture is proportional to the stress the body can support (or give back) while it is not fractured by the loadinduced strain (no stress, no strain -> no fracture). Therefore, the maximal stress the body can stand prior to fracture is determined by a combination of both, its stiffness and its toughness; and each of those properties is differently determined biologically. One or more deformations of the body may induce some microdamage but not a fracture. Microdamage accumulation determines the fatigue of the material constitutive of the body and reduces body’s toughness, leading to a “fatigue-induced fragility”. In case of bones, in general, both stress and fatigue have the referred, wide connotations, regarding any kind of fractures. In particular, bone fatigue predisposes to low-stress fractures, which are named (correctly) “fatigue fractures” and also misnamed “stress fractures”, to distinguish them from the current fractures that occur without any excess of microdamage, that are named (wrongly) “fragility” or “insufficiency” fractures. In fact, all fractures result from all stress and fragility or insufficiency as a whole; however, the gross distinction between “fatigue or stress fractures”, on one side, and “fragility or insufficiency fractures”, on the other, accepting the wide connotations of the corresponding terminology, is relevant to clinical practice. This article aims to explain the above biomechanical features and describe the different instances that predispose to “fatigue or stress fractures” in clinical practice, as a different entity from “insufficiency or fragility fractures” (maintaining this nomenclature), and describe their relevant features to their diagnosis and therapy.Fil: Ferretti, Jose Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Estudios de Metabolismo Fosfocálcico; ArgentinaFil: Nocciolino, Laura Marcela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Estudios de Metabolismo Fosfocálcico; ArgentinaFil: Cointry, Gustavo Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Estudios de Metabolismo Fosfocálcico; ArgentinaFil: Luscher, Sergio Hugo. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Estudios de Metabolismo Fosfocálcico; Argentina. Instituto Dr. Jaime Slullitel; ArgentinaFil: Capozza, Ricardo Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Estudios de Metabolismo Fosfocálcico; Argentin