Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10348/8531
Title: Identificação inversa do módulo de elasticidade longitudinal do tecido ósseo cortical de modelos animais: ratos Sprague Dawley e Wistar
Authors: Sousa, Sara Daniela Oliveira
Advisor: Morais, José Joaquim Lopes
Pereira, Fábio André Magalhães
Issue Date: 16-May-2018
Abstract: O principal objetivo deste trabalho é a identificação do módulo de elasticidade longitudinal do tecido ósseo cortical de pequenos roedores, através do ensaio de flexão em três pontos realizados diretamente em fémures. Em concreto, foi comparada a eficácia de dois métodos de identificação do módulo de elasticidade longitudinal: o método direto (baseada na teoria de vigas de Bernoulli-Euler) e o método inverso (baseada na simulação por elementos finitos). Nos métodos diretos foram analisadas três variantes, que se distinguem entre si pela forma da secção transversal da diáfise: (1) secção aproximada por um anel circular; (2) secção aproximada por um anel elítico; (3) secção real. Na metodologia inversa foram analisadas duas variantes: (1) determinação de EL admitindo que a rigidez varia linearmente com essa propriedade (método inverso proporcional); (2) determinação de EL através de um algoritmo de otimização que minimiza a diferença entre a rigidez experimental e a rigidez numérica (método inverso de otimização). Nas simulações por elementos finitos do ensaio de flexão foram usados modelos geométricos realistas das diáfises, construídos com base em imagens fotográficas. Além dos ensaios de flexão, foram realizados ensaios de compressão em segmentos de diáfise excisados dos fémures após o ensaio de flexão. Os ensaios de compressão foram feitos com a finalidade de ver em que medida podem ser uma alternativa ao ensaio de flexão em três pontos. Este trabalho incidiu sobre ratos (espécie Rattus norvegicus) usados como modelos animais em estudos sobre a insuficiência renal crónica (ratos da estripe Wistar) e sobre cancro da mama (ratos da estripe Sprague Dawley). No modelo animal usado para o estudo da insuficiência renal crónica (modelo animal RMR) foi possível concluir que os grupos com redução de massa renal apresentam uma ligeira diminuição da área da secção transversal da diáfise, assim como dos parâmetros mecânicos estruturais; o tratamento com ácido quetomélico A não parece afetar esses parâmetros. No modelo usado para o estudo do cancro de mama (modelo animal MNU), verifica-se uma diminuição da área da secção transversal da diáfise nos grupos com cancro; também se verifica uma diminuição das propriedades mecânicas estruturais dos grupos com cancro, mas essa redução é atenuada pelo exercício físico. Por fim, concluímos que o módulo de elasticidade do tecido ósseo cortical não é afetado, quer no modelo animal RMR (pela redução de massa renal ou administração do tratamento com ácido quetomélico A), quer no modelo animal MNU (pela indução de cancro de mama ou a prática de exercício físico).
The aim of this work is the identification of the longitudinal elastic modulus of cortical bone tissue of small rodents through the three-point bending test, performed directly on femurs. In particular, the efficiency of two methods used to identify the longitudinal elastic modulus were compared: the direct method (based on Bernoulli-Euler beam theory) and the inverse method (based on finite element simulation). In the direct methods, three variants were analyzed, which are distinguished by the cross-sectional shape of the diaphysis: (1) cross-sectional approach by a circular ring; (2) cross-sectional approach by an elliptical ring; (3) real section. In the inverse methods, two variants were analyzed: (1) determination of EL assuming that the stiffness varies linearly with this property (inverse proportional method); (2) determination of EL through an optimization algorithm that minimizes the difference between experimental stiffness and numerical stiffness (inverse method of optimization). In finite element simulations of the bending test, realistic geometric models of the diaphysis were used, based on photographic images. Besides the bending tests, compression tests were performed on diaphysis segments, excised from the femurs after the bending test. The compression tests were performed to evaluate if it could be an alternative to the three-point bending test. This work focused on rats (Rattus norvegicus species) used as animal models in studies of chronic kidney disease (Wistar stripe rats) and of breast cancer (Sprague Dawley stripe rats). In the animal model used for the study of chronic kidney disease (RMR animal model) it was possible to conclude that the groups with renal mass reduction present a slight decrease in the cross-sectional area of the diaphysis, as well as the structural mechanical parameters; the treatment with chaethomellic acid A does not seem to affect these parameters. In the model used for the study of breast cancer (MNU animal model), there is a decrease in the cross-sectional area of the diaphysis in the cancer groups; there is also a decrease in the structural mechanical properties of the cancer groups, but this decrease is reduced by practicing exercise. Finally, we concluded that the modulus of elasticity of cortical bone tissue is not affected, either in the RMR animal model (by reduction of renal mass or administration of treatment with chaethomellic acid A) or in the MNU animal model (by the induction of breast cancer or practice of exercise).
URI: http://hdl.handle.net/10348/8531
Document Type: Master Thesis
Appears in Collections:DENG - Dissertações de Mestrado
TD - Dissertações de Mestrado

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