Modelado Matemático Del Comportamiento Mecánico De Un Fragmento De Cartílago Articular

• Nancy Stella Landínez Parra ^[1] ; Juan Carlos Vanegas Acosta ^[1] ; Diego Alexander Garzón-Alvarado ^[1]
  1. [1] Universidad Nacional de Colombia

     Universidad Nacional de Colombia

     Colombia

     
• Localización: DYNA: revista de la Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia. Sede Medellín, ISSN 0012-7353, Vol. 76, Nº. 157, 2009, págs. 133-144
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Mathemical Modeling Of The Mechanical Behavior Of An Articular Cartilage Piece
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• Resumen
  • español

    El cartílago articular es un material biológico poroelástico que permite la distribución de las cargas mecánicas y el movimiento de las articulaciones. Como material bifásico, en presencia de carga, el cartílago articular deforma su matriz sólida y modifica la presión hidrostática del fluido en su interior. El objetivo del presente trabajo es implementar numéricamente un modelo matemático que predice el comportamiento mecánico del cartílago articular teniendo en cuenta la dualidad entre la matriz sólida y el líquido articular, y la característica de poroelasticidad. Utilizando una metodología basada en el método de los elementos finitos, se simuló el comportamiento de un fragmento de cartílago articular en una y dos dimensiones, ante cargas mecánicas de tensión, compresión y oscilación. El análisis de los resultados permite validar cualitativamente el comportamiento poroelástico del modelo debido a la deformación de la matriz sólida y a la salida de fluido que modifica la presión del mismo de manera similar a lo reportado en trabajos experimentales. Se concluye que el modelo matemático permite realizar predicciones sobre el comportamiento biomecánico del cartílago articular, contribuyendo al proceso investigativo en áreas como la biomecánica y la ingeniería de tejidos.

  • English

    The articular cartilage is a poroelastic biological material that allows the distribution of mechanical loads and the joint movements. As a biphasic material, in presence of load, the articular cartilage deforms its solid matrix and modifies the fluid hydrostatic pressure inside. The aim of this work is to implement numerically a mathematical model that predicts the mechanical behaviour of articular cartilage taking into account the duality between the solid matrix and articular liquid, and its poroelastic feature. Using a finite element method approach , the response of a piece of articular cartilage in one and two dimensions has been simulated, with tensile, compresive and oscillative mechanical loads. The analysis of results allows a qualitatively validation of the poroelastic behavior of the model due to the solid matrix deformation and the fluid outflow that causes variations of pressures inside the articular cartilage according with reported trials. We conclude that the mathematical model allows the prediction of the articular cartilage biomechanical behaviour. Our results contribute to the investigative processes in fields of study like biomechanics and tissue engineering.