Formulação de um modelo bifásico considerando a pressão osmótica de Donnan com aplicações no estudo do fenômeno de inchaço em tecidos moles

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Geronimo, Rafael
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/251745
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2023.
id UFSC_24fd39427d5fe344fdac584bce2bb48f
oai_identifier_str oai:repositorio.ufsc.br:123456789/251745
network_acronym_str UFSC
network_name_str Repositório Institucional da UFSC
repository_id_str 2373
spelling Formulação de um modelo bifásico considerando a pressão osmótica de Donnan com aplicações no estudo do fenômeno de inchaço em tecidos molesEngenharia mecânicaTendõesBiomecânicaMétodo dos elementos finitosEngenharia tecidualDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2023.O comportamento biomecânico de tecidos moles envolve uma série de fenômenos bioquímicos que se relacionam diretamente com as estruturas que compõem o tecido, bem como o meio em que este permeia. Os tendões são tecidos moles altamente hidratados e pouco vascularizados. Em sua composição observa-se a presença de uma matriz extracelular formada por uma combinação de fibras (colágeno e elastina), além de uma substância base constituída por um conjunto de macromoléculas hidrofílicas. Dentre estas moléculas, encontram-se as cadeias denominadas de glicosaminoglicanos e proteoglicanos, caracterizadas por possuírem carga eletroquímica negativa. Devido à presença destas macromoléculas, quando um tecido mole é submergido em soluções hipotônicas, um desequilíbrio eletroquímico é estabelecido, dando origem a uma pressão osmótica que influencia a resposta biomecânica do contínuo. Nesse contexto, o presente estudo possui como objetivo principal utilizar um modelo bifásico poroelástico para investigar o fenômeno de inchaço observado em tecidos tendinosos quando submetidos a solicitações químicas. Para tal, desenvolveu-se um modelo poroelástico considerando o fenômeno de pressão osmótica originado pela solicitação química. O modelo proposto foi implementado em uma rotina laboratorial de elementos finitos e aplicado a uma simulação de validação, comparando seus resultados diretamente com o programa de análise biomecânica FEBio. O modelo implementado apresentou resultados satisfatórios em comparação ao o programa de simulação referência, permitindo a continuidade das investigações relacionadas ao fenômeno de inchaço observado experimentalmente em tendões. Adicionalmente, o estudo de caso investigado permitiu a expansão de conhecimentos relacionados à ocorrência do fenômeno de osmose em tecidos moles, bem como o esclarecimento quanto a influência das propriedades físico químicas do tecido em sua resposta mecânica.Abstract: The biomechanical behavior of soft tissues evolves a series of biochemical phenomena that are directly related to the structures that compose the tissue, as well as the environment that it permeates. Tendons are highly hydrated and poorly vascularized connective tissues. Its morphological composition is mainly composed of an extracellular matrix formed by a combination of fibers (collagen and elastin) together with a ground substance constituted by a set of hydrophilic macromolecules. These molecules include glycosaminoglycans and proteoglycans. In addition to have various properties and performing different morphological functions, these molecules are also responsible for providing tissues with a negative electrochemical charge called fixed charge density. This property is directly related to a series of biochemical phenomena that influences the chemical and mechanical response of the tissue. Due to the presence of these macromolecules, an electrochemical imbalance is established, creating a potential difference called osmotic pressure. This osmotic pressure imposes a mechanical loading on the tissue, affecting on its kinematic responses and acting directly on the fluid flow. In many studies, triphasic models are commonly used to describe the biomechanical behavior of soft tissues under chemical loading. However, these models are quite complex and computationally costly. Alternatively, poroelastic biphasic models have been modified to include electrochemical effects in research where the variable of interest does not include the ionic field. In this case, instead of considering a third field (ionic), the models incorporate the osmotic pressure phenomenon through a local update of the total pressure term. In this context, the main objective of the present study is to use a poroelastic biphasic model to study the swelling phenomenon observed in tendon tissues when subjected to chemical stimuli. For this purpose, a poroelastic model has been developed considering the osmotic pressure caused by chemical solicitation based on Donnan?s equation. The proposed model was implemented in an in-house finite element code and the results and accuracy of the model were compared with the FEBio software. Moreover, a sensitivity analysis of the constitutive parameters was performed to investigate into what extent such parameters influence the overall mechanical response of the model.Fancello, Eduardo AlbertoCarniel, Thiago AndréUniversidade Federal de Santa CatarinaGeronimo, Rafael2023-10-31T23:16:38Z2023-10-31T23:16:38Z2023info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis140 p.| il., gráfs.application/pdf384485https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/251745porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2023-10-31T23:16:38Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/251745Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732023-10-31T23:16:38Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
dc.title.none.fl_str_mv Formulação de um modelo bifásico considerando a pressão osmótica de Donnan com aplicações no estudo do fenômeno de inchaço em tecidos moles
title Formulação de um modelo bifásico considerando a pressão osmótica de Donnan com aplicações no estudo do fenômeno de inchaço em tecidos moles
spellingShingle Formulação de um modelo bifásico considerando a pressão osmótica de Donnan com aplicações no estudo do fenômeno de inchaço em tecidos moles
Geronimo, Rafael
Engenharia mecânica
Tendões
Biomecânica
Método dos elementos finitos
Engenharia tecidual
title_short Formulação de um modelo bifásico considerando a pressão osmótica de Donnan com aplicações no estudo do fenômeno de inchaço em tecidos moles
title_full Formulação de um modelo bifásico considerando a pressão osmótica de Donnan com aplicações no estudo do fenômeno de inchaço em tecidos moles
title_fullStr Formulação de um modelo bifásico considerando a pressão osmótica de Donnan com aplicações no estudo do fenômeno de inchaço em tecidos moles
title_full_unstemmed Formulação de um modelo bifásico considerando a pressão osmótica de Donnan com aplicações no estudo do fenômeno de inchaço em tecidos moles
title_sort Formulação de um modelo bifásico considerando a pressão osmótica de Donnan com aplicações no estudo do fenômeno de inchaço em tecidos moles
author Geronimo, Rafael
author_facet Geronimo, Rafael
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Fancello, Eduardo Alberto
Carniel, Thiago André
Universidade Federal de Santa Catarina
dc.contributor.author.fl_str_mv Geronimo, Rafael
dc.subject.por.fl_str_mv Engenharia mecânica
Tendões
Biomecânica
Método dos elementos finitos
Engenharia tecidual
topic Engenharia mecânica
Tendões
Biomecânica
Método dos elementos finitos
Engenharia tecidual
description Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2023.
publishDate 2023
dc.date.none.fl_str_mv 2023-10-31T23:16:38Z
2023-10-31T23:16:38Z
2023
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv 384485
https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/251745
identifier_str_mv 384485
url https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/251745
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 140 p.| il., gráfs.
application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSC
instname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron:UFSC
instname_str Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
instacron_str UFSC
institution UFSC
reponame_str Repositório Institucional da UFSC
collection Repositório Institucional da UFSC
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1808652307559088128

Registros relacionados