Original Dynamometric and Tomographic evidence of site-specific muscle effects on bone structure. Towards a wider scope on the bone Mechanostat concept

Abstract

Para analizar el impacto directo de la musculatura sobre la estructura ósea se determinaronel área (CtA), la densidad mineral ósea volumétrica (vDMOc) y los momentos de inerciacorticales para flexión anteroposterior y lateral(MIap, MIlat) ajustados a CtA, y las relacionesentre MI y vDMOc (de ʻdistribución/calidadʼ, d/c,que describen la eficiencia de la optimizaciónbiomecánica del diseño cortical por el mecanostato) en 18 cortes seriados a lo largo detodo el peroné del lado hábil (pQCT), y lafuerza de salto y de rotación externa del pie(dinamometría computarizada) de 22 hombressanos de 18 a 33 años entrenados en fútbolcompetitivo por más de 4 años, y de 9 controlesetarios no entrenados. Los entrenados tuvieronvalores más altos de MI en función de la fuerzade rotación del pie (no de salto), con un ajustehomogéneo para MIap pero variable (más pobredistalmente y más alto proximalmente, en laregión de inserción de los peroneos) para MIlat,coincidiendo este último con pobres ajustes delas relaciones d/c (efecto arquitectónico independiente de la rigidez del tejido). Esto evidencia la influencia directa de la tracción de lamusculatura peronea sobre la estructura cortical proximal subyacente del hueso y tambiénsugiere que el mecanostato procedería, en estecaso, fuera de su conocida concepción comomecanismo regulatorio de la resistencia ósea.To analyze the direct impact of muscle contractions on the structure of bones, we determined the cortical cross-sectional area (CtA), volumetric mineral density (vBMDc) and the CtA-adjusted moments of inertia for anterior-posterior and lateral bending (MIap, MIlat), and the ‘distribution/quality’ (d/c) relationships between MIs and vBMDc (which describe the efficiency of the biomechanical optimization of cortical design by bone mechanostat) in 18 serial scans taken throughout the fibula of the dominant side (pQCT), and the jump and the foot-lateral-rotation forces (computed dynamometry) of 22 healthy men aged 18-33 years, who had been trained in competitive soccer for more than 4 years, and of 9 untrained, age-matched controls. Trained individuals showed higher MI values as a function of the rotative force of the foot (not the jumping force). The adjustment of these relationships was homogeneous for MIap throughout the bone, but variable (poorer distally and higher proximally, at the insertion area of peroneus muscles) for MIlat, this latter being paralleled by poor adjustments of the corresponding, d/c relation-ships (architectural effect independent of tissue stiffness). These findings,1. Show the direct influence of the traction force of peroneal muscles on proximal fibula structure close to the insertion area, and 2. Suggest that, in the studied conditions, the bone mechanostat would proceed beyond its known conception as a regulatory mechanism of structural bone strength.Fil: Nocciolino, Laura Marcela. Universidad Gran Rosario. Centro Universitario de Asistencia, Docencia e Investigación. Unidad de Estudios Biomecánicos Osteo-Musculares ; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Estudios de Metabolismo Fosfocálcico; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Luscher, Sergio Hugo. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Estudios de Metabolismo Fosfocálcico; ArgentinaFil: Pilot, Nicolás. Universidad Gran Rosario. Centro Universitario de Asistencia, Docencia e Investigación. Unidad de Estudios Biomecánicos Osteo-Musculares ; ArgentinaFil: Pisani, Leandro Matias. Universidad Gran Rosario. Centro Universitario de Asistencia, Docencia e Investigación. Unidad de Estudios Biomecánicos Osteo-Musculares ; ArgentinaFil: Mackler, Leandro. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Estudios de Metabolismo Fosfocálcico; ArgentinaFil: Cointry, Gustavo Roberto. Manchester Metropolitan University; Reino Unido. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Ireland, Alex. Institute of Aerospace Medicine. Division of Space Physiology; AlemaniaFil: Rittweger, Jörn. Institute of Aerospace Medicine. Division of Space Physiology; AlemaniaFil: Ferretti, Jose Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Estudios de Metabolismo Fosfocálcico; Argentina. Universidad Gran Rosario. Centro Universitario de Asistencia, Docencia e Investigación. Unidad de Estudios Biomecánicos Osteo-Musculares ; ArgentinaFil: Capozza, Ricardo Francisco. Universidad Gran Rosario. Centro Universitario de Asistencia, Docencia e Investigación. Unidad de Estudios Biomecánicos Osteo-Musculares ; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Estudios de Metabolismo Fosfocálcico; Argentin