Ogni elemento presente in natura è composto da legami chimici tra molecole. Chimicamente ogni elemento che viene sottoposto a stress fisico (es. pressione o trazione) si deforma, a volte in maniera più lieve, altre in maniera più importante, andando ad allungare proprio i legami chimici tra le molecole del materiale in questione. Nel caso delle strutture biologiche questo ‘stress’ crea un leggero flusso elettrico attraverso il materiale. Questo flusso elettrico è detto ‘carica piezoelettrica’. Questa carica, che può essere ‘letta’ dalle cellule del tessuto connettivo in sua prossimità, fa sì che queste cellule rispondano aumentando, diminuendo o scambiando sostanze intercellulari in quell’area.
Prendiamo ad esempio la testa del femore. Essa è composta di trabecole di osso spugnoso (particolari formazioni lamellari di strati distinti di fibre e cellule ossee tenute assieme da fibre collagene). Un’analisi delle trabecole dell’osso mostra che queste sono costruite a regola d’arte, in modo da poter resistere alla forze trasmesse dalle pelvi al femore. Questa conformazione è un sistema di sicurezza anche per le ossa più leggere e sottili.
Al suo interno l'osso è sagomato in modo da riflettere non solo le esigenze di interrelazione ed ambientali di ogni specie, ma anche lo stato di forma individuale e il livello di attività. Se si sezionasse il femore di un soggetto con una determinata postura ed attività e lo comparassimo a quello di un altro soggetto con postura e livello di attività differenti, i due femori apparirebbero molto diversi, si vedrebbe che ogni testa femorale è leggermente diversa in trabecole, proprio perché è stata ‘progettata’ per resistere meglio alle forze che quella particolare persona esercita.
In questo modo, il tessuto connettivo risponde alla richiesta di ognuno. Qualunque necessità ci sia, uno sforzo continuo o una vita sedentaria, gli elementi extracellulari vengono modificati lungo il percorso a seconda del tipo di carico applicato per soddisfare la richiesta entro però i limiti dettati da alcuni parametri quali:nutrizione, età, e sintesi proteica.
Dentro l’osso ed attorno ad esso c’è una compagine sparsa ma attiva di due tipi di osteociti (cellule del tessuto osseo): osteoblasti e osteoclasti. Ognuno di questi viene attivato con compiti semplici e precisi: gli osteoblasti consolidano osso nuovo; gli osteoclasti ripuliscono osso vecchio. Gli osteoblasti sono autorizzati a consolidare osso nuovo dove vogliono purché sia all'interno del periostio.
Gli osteoclasti possono ‘mangiare’ osso ovunque ad eccezione di quelle parti che sono in fase di carica piezoelettrica. Lasciando operare la natura in questo modo nel tempo si vede che una testa femorale è prodotta specificamente per resistere alle singole forze che la attraversano, ma anche capace di cambiare, dopo un certo tempo di reazione, per soddisfare nuove forze quando vengono costantemente applicate.
Questo meccanismo spiega come i piedi ballerini diventino di osso più duro durante un periodo intenso di danza: l'aumento delle ore di carico (danza) determina un aumento delle forze che creano maggiori cariche piezoelettriche che riducono la capacità degli osteoclasti di rimuovere osso mentre contemporaneamente gli osteoblasti appongono più osso con risultato di una maggiore densità dell’osso.
Tutto ciò spiega perché sia importante l’esercizio fisico nei soggetti con osteoporosi incipiente: le forze create dall’aumentata sollecitazione sui tessuti servono a scoraggiare e diminuire l'assorbimento degli osteoclasti.
Il processo inverso avviene invece negli astronauti che privati della forza di gravità sono soggetti ad una maggiore attività degli osteoclasti sugli osteoblasti tanto da necessitare di assistenza totale al loro rientro per gli spostamenti fino a ché le loro ossa diventano meno porose.