Dissertação

{en_GB=Biochemical and biomechanic integrated modeling of bone} {} EVALUATED

{pt=O tecido ósseo está constantemente em processo de renovação. Modelos ósseos desenvolvidos anteriormente consistem num sistema de equações diferenciais ordinárias que relacionam as interações entre os osteoclastos e os osteoblastos, permitindo determinar não só a dinâmica da população de células, mas também as alterações na massa óssea em locais específicos de remodelação óssea afetados pela doença do mieloma. Este trabalho integra esses modelos com um modelo de remodelação biomecânico, de forma a poder avaliar a resposta do osso a estímulos mecânicos. Assim, um código Matlab foi implementado com o objetivo de reproduzir os processos bioquímicos envolvidos na remodelação óssea, bem como a correspondente resposta biomecânica do osso, sendo o estímulo caracterizado pela densidade de energia de deformação obtida através do código de elementos finitos ABAQUS. Os resultados para um modelo bidimensional simplificado do fémur mostraram a influência da carga mecânica na concentração de osteoclastos e osteoblastos e, consequentemente, na distribuição de densidades. O modelo provou ser uma boa representação do ambiente ósseo, uma vez que os resultados se encontram em concordância com a situação biológica. A expansão do modelo para incluir os efeitos do mieloma também levou à obtenção de resultados que estão de acordo com o esperado, com um aumento do número de osteoclastos, acompanhado por uma acentuada diminuição no número de osteoblastos e uma consequente diminuição da massa óssea, característica desta patologia., en=Bone tissue is in a constant state of turnover. Previous bone models consist on a system of ordinary differential equations relating the interactions between osteoclasts and osteoblasts, which allow the calculation of the dynamics of cell population, as well as changes in bone mass at discrete sites of bone remodeling in myeloma bone disease. This work integrates these models with a biomechanical remodeling model in order to evaluate the bone’s response to mechanical stimuli. A Matlab code was implemented, reproducing the biochemical processes involved in bone remodeling, as well as the corresponding bone mechanical environment, which is characterized by the strain energy density that was obtained using the finite element code ABAQUS. The results for a simplified two-dimensional femur bone model showed the influence of the load in the concentration of osteoclasts and osteoblasts and, consequently, in density distribution. The model proved to be a good representation of the bone environment, as the results were in agreement with the biological situation. The expansion of the model to include the effects of myeloma bone disease also lead to results according to expected, with an increase in the number of osteoclasts, followed by a decrease in the number of osteoblasts and a consequent decrease of bone mass, characteristic of this disease.}
{pt=Remodelação Óssea, Mecânica Computacional, Biomecânica, Mieloma, en=Bone Remodeling, Computational Mechanics, Biomechanics, Myeloma Bone Disease}

Novembro 14, 2016, 13:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

João Orlando Marques Gameiro Folgado

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Susana de Almeida Mendes Vinga Martins

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Prof Auxiliar Convidado