Modelado del Estrés del Músculo Esquelético y la Presión Intramuscular: Un Enfoque Activo-Pasivo en Todo el Músculo

Los tratamientos clínicos de la debilidad del músculo esquelético se ven obstaculizados por la falta de un enfoque para evaluar la fuerza muscular individual. La presión intramuscular (IMP) ha mostrado una correlación con la fuerza muscular in vivo, pero la variabilidad de paciente a paciente y de músculo a músculo resulta en la dificultad de utilizar la IMP para estimar la fuerza muscular. El objetivo de este trabajo fue desarrollar un modelo de elementos finitos de todo el músculo esquelético que pueda predecir la IMP en condiciones pasivas y activas para investigar más a fondo los mecanismos de variabilidad de la IMP. Se modificó un enfoque constitutivo hiperviscoso-poroelástico previamente validado para incorporar la activación muscular a través de una geometría inhomogénea. Los parámetros del modelo se optimizaron para ajustar el estrés del modelo a los datos experimentales, y los datos resultantes de presurización del fluido del modelo se utilizaron para la validación. El ajuste del modelo fue excelente (error cuadrático medio o RMSE <1.5 kPa para condiciones pasivas y activas), y la capacidad predictiva de la IMP fue fuerte tanto para condiciones pasivas (RMSE 3.5 mmHg) como activas (RMSE 10 mmHg a longitudes in vivo). Además, la presión del fluido del modelo se vio afectada por la longitud en condiciones isométricas, ya que los aumentos en el estiramiento produjeron disminuciones en la presurización del fluido tras una contracción, resultado de efectos de Poisson que se contrarrestan. La presión del modelo también varió espacialmente, con los gradientes más altos ubicados cerca de las aponeurosis. Estos hallazgos pueden explicar la variabilidad de las mediciones de IMP in vivo en la clínica, y así ayudar a reducir esta variabilidad en estudios futuros. El desarrollo adicional de este modelo para incluir contracciones isotónicas y debilidad muscular beneficiaría enormemente este trabajo.