Simulação da transferência de calor na articulação do joelho em modelo animal para condições de aquecimento e resfriamento

• Autor(a) principal: Fernanda Souza da Silva
• Data de Publicação: 2011
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8GGPZD
• topic: Biotransferência de calor; elementos finitos; simulação numérica; aquecimento terapêutico; resfriamento terapêutico; equação de Pennes; Engenharia mecânica

A aplicação terapêutica de calor e de frio é amplamente utilizada na prática clínica da fisioterapia, sendo especialmente relevante no tratamento de lesões do sistema musculoesquelético (osso, ligamento, músculo e tendão). Para que os benefícios decorrentes dessas terapias possam ser alcançados é necessário, entretanto, que o tecido alvo atinja uma faixa ótima de temperatura. Temperaturas fora da faixa terapêutica recomendada podem promover tratamentos ineficazes e até mesmo dano térmico ao tecido. Compreender o comportamento da temperatura tecidual em resposta às aplicações térmicas é, portanto, essencial para que esses tratamentos sejam seguros e eficazes. Nesse contexto, a simulação numérica tem se mostrado uma alternativa interessante para o conhecimento da distribuição da temperatura em diversos tecidos expostos a diferentes intervenções térmicas. Este estudo teve como objetivo principal simular a transferência de calor nos tecidos superficiais e profundos que compõem a articulação do joelho canino, durante os processos de aquecimento e de resfriamento terapêuticos. As simulações foram realizadas aproximando a geometria do joelho por um cilindro (simulação unidimensional) e considerando as variações de geometria na direção radial (simulação bidimensional). O fenômeno de transmissão de calor foi avaliado com base no modelo de biotransferência de calor proposto por Pennes. Para esta análise foi utilizado um software baseado na técnica de elementos finitos (FEHT versão acadêmica). Dois tipos de condições de contorno foram avaliados para o aquecimento terapêutico: 1- considerou a temperatura média de uma manta térmica (57,6°C) (simulação TU e simulação TB) e 2 - o fluxo médio de calor da mesma (215,7 Wm-2) (simulação QU e simulação QB). O resfriamento tecidual foi simulado a partir da temperatura média de uma compressa de gelo (4,5°C). Os resultados das simulações foram comparados com dados experimentais in vivo disponíveis na literatura. Dentre as simulações unidimensionais realizadas, tanto a simulação TU, quanto a simulação do resfriamento apresentaram diferenças percentuais superiores a 5%. Em contrapartida, a simulação QU obteve uma boa aproximação com os dados experimentais, sendo que a maior diferença percentual média encontrada para essa simulação foi de apenas 3% (camada do líquido sinovial). Nas simulações bidimensionais, apenas a simulação TB apresentou diferença percentual média superior a 5%. A simulação QB apresentou uma boa aproximação com os dados experimentais e a maior diferença percentual encontrada para essa simulação foi de 1,9% (região dos ligamentos cruzados). Apesar da simulação do resfriamento ter apresentado erros inferiores a 5%, por meio das isolinhas de temperatura foi possível visualizar que a região externa da articulação apresentou temperaturas inferiores ao recomendado (T<10°C). Em resumo, as simulações realizadas com o software FEHT foram válidas para avaliar e compreender a distribuição da temperatura nos tecidos biológicos durante os processos de aquecimento e resfriamento terapêuticos. As simulações realizadas podem ser uma ferramenta importante para a avaliação não invasiva da eficácia dos tratamentos térmicos.