Simular la actividad del disco intervertebral

La columna vertebral, llamada también espina dorsal, está formada por vértebras interconectadas. Estas estructuras óseas se encuentran separadas entre sí por unos discos intervertebrales esponjosos y fibrosos con una parte central de consistencia gelatinosa cuyo papel es esencial para la actividad y la comodidad de la persona. Durante un ejercicio físico enérgico, soportan cargas de hasta nueve veces el peso del cuerpo y a la vez permiten la flexibilidad necesaria para el movimiento diario.

Las lesiones agudas y la degeneración por la edad de los discos intervertebrales provocan una pérdida de la integridad de su capa exterior, el anillo fibroso. La curación de estas lesiones es lenta debido a que este sistema de discos constituye la mayor estructura avascular (sin riego sanguíneo) del organismo. Gracias al nuevo modelo creado en el proyecto «Multi-scale biomechanical modelling and simulation of the intervertebral disc» (DISCSIM), financiado con fondos europeos, se han obtenido datos sobre la actividad de los discos en personas sanas y enfermas. Se espera con ello diseñar tratamientos más eficaces para los millones de personas que sufren degeneración discal.

Con objeto de obtener información microscópica de la estructura de los discos, se realizó una inclusión de muestras de cola de toro o espina dorsal humana en diversos medios y se realizaron cortes con una fresadora. Simultáneamente, dos microscopios integrados en la fresadora capturaron imágenes a cada nivel. Se llevó a cabo también un análisis micromecánico de las muestras. Actualmente se está procediendo a la optimización del dispositivo de fijación, pero además se han recogido datos para describir las propiedades elásticas a nivel tisular del hueso de la cola de toro a fin de realizar modelos informáticos de la unidad del disco intervertebral.

Con los datos experimentales, se logró crear un modelo informático multiescala del disco intervertebral en ABAQUS (conjunto de programas informáticos de simulación comercializados que aplican el método de los elementos finitos). Es el primero en integrar el deslizamiento, el cizallamiento y la separación interlamelar. Se ha observado que la fuerza de cizallamiento podría ser uno de los factores causantes de lesión en el anillo fibroso. La rotura del anillo fibroso provoca hernia de la capa interior pulposa o hernia de disco. El modelo se validó frente a los datos de compresión procedentes de los discos intervertebrales de cola de toro.

El estudio del parámetro espacio del modelo creado en DISCSIM permitió mejorar el conocimiento de la biomecánica del disco, lo que podría reducir la carga socioeconómica que suponen las patologías discales. Este modelo beneficiará a científicos y médicos así como a pacientes que sufren enfermedades como escoliosis, dorsalgia y degeneración discal.