Biomecánica para predecir cómo se comporta la mandíbula

Aprovechando el conocimiento preestablecido en Mecánica de los Medios Continuos, de Fluidos y Clásica, investigadores de la Universidad de Sevilla dirigidos por la catedrática Juana María Mayo han iniciado un proyecto de excelencia dirigido a desarrollar diferentes modelos biomecánicos que permitan predecir el comportamiento de la mandíbula humana ante determinadas actividades o estímulos definidos.
El proyecto, financiado con 281.000 euros de la Consejería de Economía, Innovación y Ciencia de la Junta de Andalucía, se ha centrado principalmente en tres aspectos. En primer lugar, busca mejorar el modelo de remodelación ósea interna, incluyendo el daño ante cargas suficientemente altas, aplicándolo al comportamiento en las proximidades de un implante dental.
"Con este modelo, y aplicando a la malla de elementos finitos las cargas de masticación, se puede estimar de manera aproximada la distribución de densidad y propiedades mecánicas del hueso que forma la mandíbula", comenta Javier Martínez Reina, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Mecánica y de los Materiales de la Universidad de Sevilla y encargado del proyecto en este momento.
Es posible también realizar la simulación numérica del proceso de formación del callo óseo ante un tratamiento de distracción mandibular. "La simulación numérica del proceso de remodelación ósea es una técnica muy novedosa sobre la que hay continuas aportaciones científicas y descubrimientos que se deben incorporar al modelo y que ya hemos hecho de forma heurística".
Finalmente, se quiere obtener un modelo cinetodinámico de la mandíbula que permita determinar las cargas que se producen en diferentes partes ante distintos tipos de maniobras de masticación.
Limitaciones
En la formulación del proyecto los investigadores encontraron algunas limitaciones en cuanto al modelo computacional, entre ellas el estudio del comportamiento de la articulación temporomandibular, que hasta ahora se modelaba de forma poco rigurosa. "En el nuevo proyecto se incluye un modelo hiperelástico del disco articular y los ligamentos de la articulación y complejas herramientas numéricas que simulan el problema mecánico de contacto entre disco y superficies articulares del cóndilo y el hueso temporal.
Mejorar este aspecto es especialmente importante al estudiar a los pacientes con bruxismo, pues cargan enormemente la articulación y pueden sufrir disfunciones articulares".
Otra limitación es el origen diverso de los datos con los que se ha construido. "Próximamente vamos a empezar a trabajar con modelos personalizados para cada paciente, en los que la actividad muscular será obtenida mediante electromiografía".
Retos
Uno de los retos es la simulación dinámica del proceso de masticación, incluyendo la apertura y el cierre de la boca. Hasta ahora las tensiones en el hueso se calculaban resolviendo un problema estático en el instante de oclusión, con las fuerzas musculares de entonces. Sin embargo, para caracterizar más exactamente el comportamiento mecánico de la mandíbula se debe simular un ciclo masticatorio completo, lo cual es costoso.
No obstante, el principal reto es la creación de una herramienta de uso clínico que permita simular la masticación de un paciente y sobre todo predecir los problemas que puede sufrir por alguna disfunción, así como el estudio del efecto de diversos tratamientos y medidas preventivas. "Hay que hacer más robusto el modelo intentando que sea capaz de resolver un mayor número de casos sin que intervenga el ingeniero para corregir y ajustar parámetros internos de la herramienta computacional. Igualmente, es necesario simplificar dicha herramienta para automatizar y acelerar los procesos de obtención de la malla de elementos finitos y de simulación de la masticación, que permita un uso flexible y rápido por el personal clínico", concluye Martínez Reina.