Modelado y simulación del tejido músculo-esquelético. Validación experimental con el músculo tibial anterior de rata
- Autores: Angélica María Ramírez Martínez
- Directores de la Tesis: Jorge Grasa Orús (dir. tes.), Begoña Calvo Calzada (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2011
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Renato Manuel Natal Jorge (presid.), María Jesús Muñoz Gonzalvo (secret.), Ana Isabel Pérez Ruiz (voc.), Gerard Fortuny Anguera (voc.)
- Materias:
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- Resumen
En esta tesis se ha propuesto el modelo numérico, en el marco de la mecánica del medio continuo, para abordar la simulación del tejido músculo esquelético. El modelo propuesto se ha desarrollado teniendo en cuenta su incorporación a un código de elementos finitos, y recoge las principales características mecánicas que presenta el tejido, como son: la no linealidad, anisotropía, incompresibilidad, la orientación preferencial de las fibras de colágeno y musculares y la posibilidad de generar fuerza mediante la activación.
La formulación implementada se basa en el modelo de los tres elementos de Hill y parte de una información hiperelástica en la que se incorporan las tensiones activas (las generadas por el músculo en la contracción) partiendo de la derivación de una función densidad de energía de deformación. Ésta función se propone de forma que ajuste los resultados experimentales, en este caso, particularizados para el músculo tibial anterior de rata. El comportamiento pasivo se ajusta partiendo de las curvas de tensión-deformación obtenidas para probetas de tejido solicitadas a tracción uniaxial, mientras que el comportamiento activo se ajusta a partir de las curvas tensión-tiempo obtenidas al estimular el músculo eléctricamente. En estos ensayos se ha caracterizado la respuesta activa en función de la posición relativa de las proteínas de actina y miosina, la amplitud de la señal de excitación y del tiempo.
La validación del modelo 3D propuesto se ha realizado mediante la comparación de los resultados numéricos con los experimentales cuando la unidad músculo tendón del tibial anterior de rata es solicitada con una fuerza en la dirección longitudinal de la UMT. Para ello, ha sido necesaria una reconstrucción de la geometría de la UMT partiendo de la imagen médica de resonancias magnéticas. Dado que la geometría se ha obtenido ''in vivo'' y los resultados experimentales se han realizado ''in-vitro'' con la UMT diseccionada de la inserción distal, ha sido necesario evaluar las deformaciones iniciales de la UMT para calcular el gradiente deformación inicial y poder realizar la equivalencia entre las configuraciones libre de tensiones iniciales (la UMT diseccionada) y la configuración libre de carga (la UMT en la configuración ''in vivo'' ).
