Anthropometric loading conditions analysis through Finite Element Method toward the Diagnosis of Osteoporosis: Preliminary study in postmenopausal women

Abstract

Introducción: La osteoporosis es una patología asintomática que deteriora la microestructura ósea y causa el 90% de las fracturas de cadera a nivel mundial. Aunque la densitometría ósea (DMO) es el estándar de diagnóstico, no evalúa determinantes mecánicos como la geometría o la distribución de cargas. Los modelos de elemento finito (MEF) basados en tomografía computarizada (TC) mejoran la predicción de fracturas al simular variables biomecánicas individuales. Sin embargo, la mayoría de los modelos simplifican la carga limitándola al peso corporal, sin integrar factores antropométricos multiaxiales.

Objetivo: Evaluar la resistencia ósea en mujeres posmenopáusicas mediante un análisis de casos y controles, proponiendo un método antropométrico para calcular las fuerzas sobre el fémur proximal en apoyo medio de la marcha y caída lateral.

Metodología: Estudio de casos y controles en 40 mujeres posmenopáusicas (45-65 años), perteneciente a un protocolo clínico autorizado por el comité institucional de investigación, además de firmar la carta de consentimiento informado correspondiente. Se seleccionaron 10 casos con osteopenia por densitometría y 10 controles normales (sin diferencias en edad, peso ni IMC); se excluyeron pacientes con osteoporosis y diabetes. Se obtuvieron imágenes mediante densitómetro Discovery Hologic y TC helicoidal de miembro inferior (espesor: 0.625 mm). Se implementó un modelo antropométrico basado en dimensiones anatómicas del fémur y brazos de palanca musculares (FM, FJ, ángulos φ, β, ω). Se simularon dos condiciones: apoyo medio de la marcha y caída lateral. Mediante Mimics Innovation Suite, ver. 17, se asignaron propiedades mecánicas heterogéneas distribuidas en 10 materiales (0.08 a 12 GPa). Para el análisis mecánico, el cuello femoral se dividió en tres porciones equitativas: proximal, medial y distal.

Resultados: La DMO mostró diferencias significativas entre controles (0.908 ± 0.089 g/cm2) y casos (0.743 ± 0.077 g/cm^2); p < 0.001). En la simulación de apoyo medio, el grupo control presentó esfuerzos mecánicos promedio (MPa) significativamente mayores que el grupo de casos en las tres porciones del cuello femoral: proximal (11.9 vs. 8.6; p = 0.01), medial (16.1 vs. 11.5; p = 0.001) y distal (17.3 vs. 11.8; p < 0.001), demostrando una mayor capacidad de absorción de carga en hueso sano. Por el contrario, en la condición de caída lateral, no se observaron diferencias significativas en los esfuerzos entre ambos grupos en ninguna porción analizada (p > 0.05).

Conclusiones: El método antropométrico por MEF discrimina con éxito la respuesta mecánica estructural entre pacientes sanas y con pérdida de masa ósea durante actividades funcionales como el apoyo medio de la marcha. La ausencia de diferencias significativas bajo el escenario de caída lateral sugiere que el impacto directo anula las ventajas mecánicas de la geometría ósea normal, igualando el riesgo biomecánico de falla estructural. Este enfoque complementa el diagnóstico clínico tradicional al integrar la competencia mecánica individualizada.