Πειραματικά και υπολογιστικά μοντέλα μαλακών βιολογικών ιστών - Κούβακα, Άρτεμις (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών, 2014)
Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης του preconditioning στις μηχανικές ιδιότητες των μαλακών βιολογικών. Θα χρησιμοποιηθούν πειραματικές και υπολογιστικές μέθοδοι που αποσκοπούν στον προσδιορισμό των μηχανικών ιδιοτήτων του ιστού, με βασικό στόχο την ανάδειξη των διαφορών που επέρχονται στο υλικό του ιστού από το preconditioning. Οι μηχανικές ιδιότητες των αρτηριακών τοιχωμάτων έχουν ενδιαφέρον επειδή επηρρεάζουν την αρτηριακή βιολογία κατι την ανάπτυξη και πρόοδο αρτηριακών νόσων μέσω της επίδρασης τους στη ροή του αίματος και την ανάπτυξη της αρτηριακής μάζας. Επιπλέον, οι τάσεις και παραμορφώσεις που αναπτύσσονται στα αρτηριακά τοιχώματα είναι εξαιρετικής σημασίας παράγοντες στην κατανόηση της παθοφυσιολογίας και μηχανικής του καρδιαγγεικού συστήματος, πεδία με τα οποία η αναγεννητική μηχανική των ιστών συνδέεται άμεσα. Οι τάσεις και παραμορφώσεις δε μπορούν να αναλυθούν περαιτέρω χωρίς ακριβή γνώση των μηχανικών ιδιοτήτων των τοιχωμάτων. Η παρούσα εργασία εξετάζει την μηχανική απόκριση λωρίδων χοιρινής θωρακικής αορτής κατά την αξονική και την περιμετρική κατεύθυνση κάτω από μονοαξονική επιμήκυνση ως τη θραύση χαμηλού παραμορφωσιακού ρυθμού. Τέσσερις ομάδες δοκιμίων εξετάστηκαν (n =6 ανά ομάδα), ανά κάθε κατεύθυνση, με ή χωρίς preconditioning. Τα δεδομένα φορτίου – μετατόπισης μετατράπηκαν σε γραφήματα τάσης – παραμόρφωσης από τα οποία υπολογίστηκαν οι εξής παράμετροι: • Μέτρο ελαστικότητας της φάσης ελαστίνης • Μέτρο ελαστικότητας της φάσης κολλαγόνου • Παραμόρφωση μετάβασης • Τάση μετάβασης • Μέγιστη τάση επιμήκυνσης • Παραμόρφωση αστοχίας Οι παραπάνω παράμετροι ελέχθηκαν για παρουσία στατιστικώς σημαντικών διαφορών χρησιμοποιώντας το t – test του Student ανάμεσα στις ομάδες με και χωρίς preconditioning για την αξονική και περιφερειακή κατεύθυνση. Έπειτα, οι καμπύλες τάσεων – παραμορφώσεων χρησιμοποιήθηκαν για την εύρεση μοντέλων υλικών που περιγράφουν καλύτερα την συμπεριφορά του ιστού. Τα μοντέλα με υψηλό ποσοστό συσχέτισης πειραματικών δεδομένων με θεωρητικών προβλέψεων χρησιμοποιήθηκαν για την υλοποίηση ενός υπολογιστικού μοντέλου της αορτής με πεπερασμένα στοιχεία. Η αορτή μοντελοποιήθηκε ως ενας σωλήνας σταθερού πάχους κάτω από εσωτερική πίεση 120 mmHg (μέγιστη φυσιολογική in vivo πίεση). Δύο γεωμετρίες υλοιποιήθηκαν. Η μία περιλάμβανε το μοντέλο αορτής με τους βαθμούς ελευθερίας των δύο άκρων του πλήρως δεσμευμένους και η δεύτερη τους βαθμούς του ενός άκρου πλήρως δεσμευμένους ενώ το άλλο άκρο ήταν ελεύθερο με ένα έμβολο ενσωματωμένο. Τα αποτελέσματα των υπολογιστικών προσομοιώσεων συγκρίθηκαν με πειραματικά δεδομένα από τη βιβλιογραφία.