Caracterização biomecânica de tecidos moles Humanos Usando recuo e testes de tração

O objetivo geral desta técnica é usar testes de indentação e tração para caracterizar as propriedades mecânicas dos tecidos moles humanos. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da engenharia de tecidos, como quão rígido devo fazer um implante para substituir um órgão humano com falha ou ferido. As principais vantagens dessas técnicas são que elas não são destrutivas e simples de implementar.

Tivemos a ideia desse método pela primeira vez quando estávamos projetando implantes sintéticos de orelha e nariz e nos perguntamos o quão rígido deveríamos tornar o material. Geralmente, os indivíduos novos neste método terão dificuldades devido à preparação incorreta da amostra e dificuldades em configurar os testes corretamente. Para começar, obtenha uma amostra de pele, ou outro tecido, de pacientes que consentem em procedimentos cirúrgicos ou corpos cadavéricos consentidos para fins de pesquisa.

Coloque a amostra de pele em uma placa de Petri e cubra-a com PBS para manter o tecido úmido. Use uma lâmina de bisturi e uma pinça para dissecar manualmente o tecido adiposo e a fina camada de derme profunda da amostra. Corte a folha resultante de pele de espessura dividida em tiras de um por cinco centímetros.

Em seguida, descarte as lâminas de bisturi usadas em uma lixeira para objetos cortantes. Por fim, use pinças para medir a espessura da pele. A espessura também precisará ser medida após o teste mecânico.

Teste amostras de pele em tensão uniaxial usando uma máquina de teste de materiais calibrados à temperatura ambiente. Comece orientando as amostras de pele para que a orientação natural das fibras de colágeno fique toda na mesma direção, de acordo com as linhas de Langer. Em seguida, carregue a amostra nas alças, de modo que a direção da força aplicada esteja alinhada com as linhas de Langer ou perpendicular a elas.

Imobilize a amostra apertando as alças com os dedos para que aproximadamente 0,5 centímetros da amostra sejam colocados em cada pega. Certifique-se de que uma das garras da máquina de teste esteja presa a uma célula de carga apropriada e a outra a uma placa de base imóvel. Uma vez fixado, cubra a área da amostra em ambos os lados com vaselina para evitar a dessecação da amostra.

Agora, programe o regime de teste de carga de tração e relaxamento no software para que a amostra seja carregada a um milímetro por segundo, a uma tensão de 29,42 newtons. Quando o tecido atingir uma tensão de 29,42 newtons, defina o programa para manter o deslocamento constante por uma hora e meia, para permitir que o tecido relaxe, enquanto continua monitorando a mudança na tensão. Quando terminar, use paquímetros novamente para medir a espessura da amostra.

Depois de obter uma amostra de cartilagem de um indivíduo que consentiu, coloque-a em uma placa de Petri e cubra-a com PBS. Use uma lâmina de bisturi e uma pinça para remover a pele e a fáscia da amostra. Em seguida, corte as amostras de cartilagem em quadrados de 1,5 centímetro.

Depois de cortado, meça a espessura da cartilagem a ser carregada usando paquímetros. O tamanho final da amostra deve ser pelo menos oito vezes maior que o diâmetro do penetrador. Centralize a amostra de cartilagem sob o penetrador em uma grande base impermeável e oriente-a de forma que a superfície fique perpendicular ao penetrador.

Isso permite que a compressão seja uniaxial e limita qualquer transparência. Em seguida, cubra a cartilagem com PBS e mantenha a amostra hidratada durante todo o teste. Programe o regime de teste de carga e relaxamento compressivo no software, de modo que a amostra seja carregada a um milímetro por segundo a uma força de compressão de 2,94 newtons.

Depois que a carga de 2,94 newton for atingida, mantenha o penetrador na mesma posição e deixe a cartilagem relaxar por 15 minutos. Quando terminar, solte a amostra e meça novamente a espessura da amostra. Para avaliar a viscoelasticidade do tecido cutâneo após o teste de tração, todos os valores no gráfico de tensão e deformação são incluídos para o cálculo do módulo de Young, até que o ajuste da curva da linha tenha um valor mínimo de R de 0,98.

O gráfico de estresse versus tempo é usado para avaliar as propriedades de relaxamento da pele. A taxa de relaxamento é calculada a partir dos últimos 200 segundos dos dados coletados, que para esta amostra é de 3,1 vezes dez elevado a cinco megapascais por segundo. O gráfico mostrado aqui é um exemplo de dados de tensão versus deformação, mostrando os resultados do teste de indentação na cartilagem humana.

Assim como no cálculo do módulo de Young para a amostra de pele, os valores no final da curva são usados para cartilagem, desde que se encaixem no valor mínimo de R de 0,98. A cartilagem tem uma taxa de relaxamento de 8,78 vezes dez elevado a menos seis megapascais por segundo e um nível final absoluto de relaxamento de 0,028 megapascais. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em sete horas se for executada corretamente.

Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de ter um protocolo de dissecção repetível e dimensões de amostra. Após esse procedimento, outros métodos, como a carga cíclica, podem ser formados para responder a perguntas adicionais, como como os tecidos se comportam sob cargas fisiológicas e dinâmicas. Esta técnica abre caminho para pesquisadores no campo da biomecânica explorarem o uso desta técnica não destrutiva para testes mecânicos não invasivos in vivo.

Não se esqueça de que trabalhar com tecidos humanos pode ser extremamente perigoso, e precauções como luvas devem sempre ser tomadas durante a realização deste procedimento.