[Translated article] Mechanical properties variations of immature bone in the earliest stages of development

Abstract

Introduction: Bone as a material varies its composition and mechanical properties throughout life. Although these variations are better understood in adulthood, there is little experimental information on the variation of these properties in early stages of development. The objective of this study is to analyze the mechanical behavior and chemical properties of cortical bone tissue from two animal species in these earliest stages. Material and methodology: Twenty specimens of cortical bone were manufactured from bovine and ovine species that were in different stages of development (feeding exclusively on breast milk, in the transition period to feed or pasture, and young animals but on a solid food diet). The specimens were subjected to tensile tests, recorded with a high-speed camera to obtain deformation maps. Measurements of the tensile force until the specimen broke were also carried out. A fractographic study was carried out with a scanning electron microscope to analyze the fracture surface and an analysis of the amount of calcium in each of the specimens using X-ray dispersion spectroscopy. Results: A statistically significant and positive correlation was found between the elastic modulus of the specimens and their calcium content. A trend towards more rigid behavior with age was observed. Conclusions: Young bone tissue tends to stiffen with age as the calcium content increases with an increase in elastic modulus. Resumen: Introducción: El hueso como material varía su composición y sus propiedades mecánicas a lo largo de la vida. Aunque estas variaciones se conocen mejor en la edad adulta, existe poca información experimental sobre la variación de estas propiedades en los estados tempranos de desarrollo. El objetivo de este estudio es analizar el comportamiento mecánico y las propiedades químicas de tejido óseo cortical de 2 especies animales en estas etapas más tempranas. Material y metodología: Se fabricaron 20 probetas de hueso cortical de especies bovina y ovina que se encontraban en diferentes etapas de desarrollo (alimentación exclusiva de leche materna, en período de transición a pienso o pasto y animales jóvenes, pero con dieta de alimentos sólidos). Las probetas fueron sometidas a ensayos de tracción, grabados con una cámara de alta velocidad para obtener mapas de deformación. También se realizaron medidas de la fuerza de tracción hasta la rotura de la probeta. Se efectuó un estudio fractográfico con microscopio electrónico de barrido para analizar la superficie de fractura y un análisis de la cantidad de calcio en cada una de las probetas mediante espectroscopía de dispersión de rayos-X. Resultados: Se encontró una correlación estadísticamente significativa y positiva entre el módulo de elasticidad de las probetas y el contenido en calcio de estas. Se observó una tendencia a un comportamiento más rígido con la edad. Conclusiones: El tejido óseo joven tiende a rigidizarse con la edad al aumentar el contenido en calcio con un aumento del módulo elástico.

Keywords

• Hueso cortical
• Edad
• Módulo elástico
• Resistencia a la rotura