Un modelo de microestructura bifásica del músculo esquelético para estudiar los mecanismos de estructura-función en...

Área de la Ciencia:

• Biomecánica
• Biología computacional
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• Las propiedades del músculo esquelético pasivo son cruciales para la transmisión de la fuerza, pero predecirlas a partir de datos microestructurales sigue siendo un desafío.
• Los cambios en la microestructura muscular pueden afectar negativamente la función del tejido, lo que pone de relieve la necesidad de mejores modelos predictivos.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un conjunto de datos experimentales para el músculo esquelético pasivo bajo carga multiaxial.
• Para crear y validar un modelo computacional microstructural bifásico del músculo esquelético.
• Identificar los parámetros microstruturales clave que influyen en el comportamiento mecánico del músculo.

Principales métodos:

• Se llevaron a cabo experimentos de compresión planar biaxial y semiconfinada con mediciones de presión intramuscular.
• Desarrolló un modelo de elementos finitos utilizando la caja de herramientas GIBBON con una estructura similar a Voronoi.
• Se empleó un modelo constitutivo bifásico, anisotrópico e hiperviscoelástico de múltiples dominios para las fibras musculares y la matriz extracelular.

Principales resultados:

• El modelo fue calibrado y validado con datos experimentales con un error cuadrado de raíz media bajo (0,5%21%).
• El estudio paramétrico indicó que las propiedades de tracción de la fibra muscular y la matriz extracelular influyen significativamente en el comportamiento de estiramiento por tensión.
• La permeabilidad se identificó como un factor clave en el comportamiento de estiramiento por tensión de compresión, mientras que la fracción de volumen ECM y el módulo de bulto de la fibra afectaron a ambos.

Conclusiones:

• El modelo de microestructura bifásica desarrollado predice con precisión las propiedades del músculo esquelético pasivo.
• Las interacciones entre las células musculares, la matriz extracelular y el fluido contribuyen significativamente al comportamiento mecánico del músculo.
• Este modelo puede mejorar las simulaciones computacionales del tejido muscular, ayudando en el estudio del flujo de fluidos y la prevención de lesiones musculares.