Una unión resistente entre el manguito de los rotadores y el hueso logrado a través de una arquitectura fibrosa única
Guy Genin, profesor de Ingeniería Mecánica Harold y Kathleen Faught en la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis, y Stavros Thomopoulos, el Robert E. Carroll y Jane Chace Carroll, profesora de Cirugía Ortopédica en la Universidad de Columbia, dirigieron un equipo que descubrió una arquitectura fibrosa previamente desconocida entre los tendones del manguito rotador y sus uniones óseas en el hombro. Crédito: Universidad de Washington en St. Louis
Los ingenieros a menudo usan la naturaleza para inspirar nuevos materiales y diseños. Un descubrimiento realizado por un equipo multiinstitucional de investigadores e ingenieros sobre cómo se unen los tendones y los huesos en la articulación del hombro ha descubierto estrategias de ingeniería previamente insospechadas para unir materiales diferentes. El descubrimiento también arroja nueva luz sobre cómo funciona el manguito rotador y por qué las reparaciones del manguito rotador fallan con tanta frecuencia.
Guy Genin, profesor de ingeniería mecánica Harold y Kathleen Faught en la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis, y Stavros Thomopoulos, profesor de cirugía ortopédica Robert E. Carroll y Jane Chace Carroll en la Universidad de Columbia, dirigió un equipo que descubrió una arquitectura fibrosa previamente desconocida entre los tendones del manguito rotador y sus uniones óseas en el hombro. Los resultados del trabajo se publicaron en Science Advances el 26 de noviembre.
Los desgarros del manguito rotador, una de las lesiones tendinosas más comunes en adultos, ocurren cuando los tendones se separan o se rompen cerca del hueso. El treinta por ciento de los adultos mayores de 60 años tienen un desgarro y más del 60% de los adultos mayores de 80 años tienen un desgarro. La cirugía para reparar los desgarros tiene una alta tasa de fracaso, que oscila entre el 30 % y el 90 %, según la edad y otros factores. Genin, Thomopoulos y sus equipos han estado estudiando la mecanobiología de estos tejidos durante varios años.
Para observar más de cerca la entesis, o el material de transición donde cada uno de los cuatro tendones del manguito rotador se une al hueso , el equipo aplicó una nueva técnica de microtomografía computarizada (microCT). Las imágenes revelaron un sitio oculto en la entesis del tendón del supraespinoso de los hombros del ratón donde las fibras del tendón se insertaban directamente en el hueso en aproximadamente el 30% de la conocida huella de unión. A través del análisis biomecánico, junto con simulaciones numéricas, descubrieron que la dureza del manguito rotador sano surge de la composición, estructura y posición de la entesis, ya que la arquitectura de los tejidos blandos fibrosos interactúa con la del hueso. Fue la primera vez que los investigadores pudieron ver simultáneamente los tejidos blandos y duros del manguito de los rotadores.
«Cuando [el autor principal] Mikhail Golman nos mostró por primera vez estas imágenes, nos dimos cuenta de que gran parte de los Se tuvo que volver a dibujar la vieja imagen de cómo interactúan el tendón y el hueso», dijo Genin. «El sistema de fibras parece fibras en una cuerda, y podemos entender mucho sobre el origen de la dureza al comprender cómo estas fibras se rompen secuencialmente cuando están al lado del hueso. Es una nueva forma de pensar sobre cómo unir diferentes materiales. .»
Después de que el equipo encontró el sitio oculto, hubo más descubrimientos a medida que avanzaban.
«Cada experimento que hicimos reveló nuevas características fascinantes del sistema de conexión», dijo Thomopoulos. «Nos dimos cuenta rápidamente de que los aspectos fundamentales de este problema debían repensarse desde cero. Nuestro objetivo era comprender de dónde obtiene su dureza y fuerza el manguito rotador sano y en qué condiciones se rompe. Descubrimos que la dureza del manguito rotador varía según una función de la posición del hombro, lo que ayuda a explicar las diferencias en los patrones de lesiones que se observan en los pacientes».
El equipo descubrió que la dureza del manguito de los rotadores se debe a que las fibras ayudan a construir el puente entre el tejido y el hueso . La dureza se refiere a la cantidad de energía que se requiere para romper una estructura, mientras que la fuerza se refiere a la fuerza con la que uno tiene que tirar para romperla, dijo Genin.
«Descubrimos que en realidad hay una compensación entre la fuerza y la dureza con estos sistemas de fibra», dijo Genin. «Si reduce la resistencia general al permitir que algunas de las fibras se rompan, en realidad puede hacer que la estructura sea más resistente porque aumenta la cantidad de energía absorbida».
Genin dijo que sus resultados mostraron que replicar la estructura de la fibra es esencial para una curación exitosa y sin dolor después de la reparación del manguito de los rotadores.
«Esta investigación nos dio una visión completamente nueva de esta región que se lesiona con frecuencia y presentó un nuevo pensamiento sobre cómo unir estos dos materiales diferentes». dijo Genin. «Esto no solo es importante para las cirugías, sino también para todo tipo de fallas de ingeniería que ocurren cuando se conecta un material a algo con una arquitectura diferente. Al fusionar los paradigmas arquitectónicos entre los materiales y permitir la falla distribuida de los elementos que se unen, puedes aumentar dramáticamente la dureza».
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Preguntas y respuestas: tratamiento y recuperación de desgarros del manguito rotador Más información: Mikhail Golman et al, Mecanismos de endurecimiento para la unión de materiales arquitectónicos: la mecánica de la entesis del tendón, Science Advances ( 2021). DOI: 10.1126/sciadv.abi5584. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abi5584 Información de la revista: Science Advances
Proporcionado por la Universidad de Washington en St. Louis Cita: Un vínculo difícil entre manguito rotador, hueso logrado a través de una arquitectura fibrosa única (26 de noviembre de 2021) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-11-tough-rotator-cuff-bone-unique.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.