Biomecánica del colon pasivo virgen y una revisión de la literatura sobre modelos constitutivos de contracción activa
Autores: Bhattarai, Aroj; Horbach, Andreas Johannes; Staat, Manfred; Kowalczyk, Wojciech; Tran, Thanh Ngoc
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Biomecánica del colon pasivo virgen y una revisión de la literatura sobre modelos constitutivos de contracción activa
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Biomecánica
Hiperelasticidad
Colon porcino
Experimentos de tracción equibiaxial
Modelo de Holzapfel-Gasser-Ogden
Función de energía de deformación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 14
Citaciones: Sin citaciones
El objetivo de este documento es presentar nuestros hallazgos sobre los aspectos biomecánicos de la hiperelasticidad anisotrópica pasiva virgen del colon porcino, basados en experimentos de tracción equibiaxial. En primer lugar, se discute la caracterización de los tejidos intestinales para un modelo constitutivo hiperelástico reforzado con fibras de Holzapfel-Gasser-Ogden en condiciones de carga pasiva virgen casi incomprensible. La estabilidad de los parámetros materiales evaluados se verifica para la policonvexidad de la función de energía de deformación adoptada utilizando restricciones de autovalores positivos de la matriz Hessiana con MATLAB. La descripción material constitutiva del intestino, con dos fibras de colágeno en la capa submucosa y muscular, se ha implementado en la plataforma FORTRAN del software comercial de elementos finitos LS-DYNA, y se presentan dos simulaciones de tracción equibiaxial para validar los resultados con las imágenes de deformación óptica obtenidas de los experimentos. Además, este documento también revisa los modelos existentes de las células musculares lisas activas, pero estos modelos no se han estudiado computacionalmente aquí. La parte de revisión muestra que los modelos constitutivos originalmente desarrollados para la contracción activa del músculo esquelético, basados en el modelo de tres elementos de Hill, el modelo cinético químico de cuatro estados de Murphy y la hipótesis del filamento deslizante de Huxley, que se utilizan principalmente para arterias, son apropiados para el análisis numérico de contracción del intestino grueso.
Descripción
El objetivo de este documento es presentar nuestros hallazgos sobre los aspectos biomecánicos de la hiperelasticidad anisotrópica pasiva virgen del colon porcino, basados en experimentos de tracción equibiaxial. En primer lugar, se discute la caracterización de los tejidos intestinales para un modelo constitutivo hiperelástico reforzado con fibras de Holzapfel-Gasser-Ogden en condiciones de carga pasiva virgen casi incomprensible. La estabilidad de los parámetros materiales evaluados se verifica para la policonvexidad de la función de energía de deformación adoptada utilizando restricciones de autovalores positivos de la matriz Hessiana con MATLAB. La descripción material constitutiva del intestino, con dos fibras de colágeno en la capa submucosa y muscular, se ha implementado en la plataforma FORTRAN del software comercial de elementos finitos LS-DYNA, y se presentan dos simulaciones de tracción equibiaxial para validar los resultados con las imágenes de deformación óptica obtenidas de los experimentos. Además, este documento también revisa los modelos existentes de las células musculares lisas activas, pero estos modelos no se han estudiado computacionalmente aquí. La parte de revisión muestra que los modelos constitutivos originalmente desarrollados para la contracción activa del músculo esquelético, basados en el modelo de tres elementos de Hill, el modelo cinético químico de cuatro estados de Murphy y la hipótesis del filamento deslizante de Huxley, que se utilizan principalmente para arterias, son apropiados para el análisis numérico de contracción del intestino grueso.