Estudo experimental do comportamento mecânico de tendões e suas correlações com características específicas associadas ao tecido

Abstract

O tecido tendinoso apresenta um comportamento mecânico dependente das fibras colágenas e do arranjo e da proporção de seus constituintes. O conhecimento do comportamento mecânico dessas estruturas pode ser importante em diversas aplicações, como na representação de próteses de joelho e em cirurgias por controle remoto, onde pode auxiliar cirurgiões ou projetistas a tomar decisões individualizadas para cada paciente. Entretanto existem diversas dificuldades técnicas associadas à caracterização de tecidos biológicos. Considerando que não existe uma metodologia experimental consolidada para tecidos biológicos, a presente tese realiza um estudo exploratório da correlação de parâmetros individuais que representem aspectos específicos ou mesmo estruturais do tipo de tecido com sua resposta mecânica. Múltiplos parâmetros individuais foram selecionados de modo a representar os principais constituintes do tendão e os diferentes níveis de sua estrutura, sendo possível avaliar sua correlação com a resposta mecânica quando obtida de diferentes indivíduos ou de diferentes posições do mesmo indivíduo. Análises estatísticas dos parâmetros escolhidos não mostraram diferenças entre machos e fêmeas, mas apresentaram diferenças estatisticamente significantes entre tendões extensores e flexores. O módulo tangente e a temperatura de pico (parâmetro molecular) das amostras estudadas mostraram possuir uma correlação forte. O relacionamento das demais variáveis individuais se mostrou moderado ou não obteve-se uma correlação com a resposta mecânica estatisticamente significante. Por fim, o presente trabalho foi capaz de demonstrar a correlação entre parâmetros mecânicos e individuais, evidenciando que o estudo da estrutura molecular pode fornecer maiores detalhes da função-estrutura do tendão na macroescala.

Tendon tissue presents a mechanical behavior dependent on collagen fibers and the arrangement and proportion of its constituents. The comprehension of the mechanical behavior of these structures may be relevant in a variety of applications, such as knee prosthesis representation and remote controlled surgeries, where surgeons or designers can make individualized decisions for each patient. However, there are several technical difficulties associated with the biological tissues characterization. Considering that there is no consolidated experimental methodology for biological tissues, this dissertation performs an exploratory study of the correlation of the individual parameters that represent structural or specific aspects for each tissue type with its mechanical response. Several individual parameters were selected to represent the main tendon constituents and the different levels of its structure, evaluating its correlation with the mechanical response when obtained from different individuals or different positions of the same individual. The parameters selected for the statistical analysis showed no differences between males and females, although statistically significant differences between extensor and flexor tendons were presented. The studied samples stiffness and peak temperature (molecular parameter) showed a strong correlation. Other individual variables relationship was moderate or did not correlate with the mechanical response. At last, the present work was able to demonstrate the correlation between mechanical and individual parameters, evidencing that the molecular structure study can provide more details of the tendon function-structure in the macroscale.