Análisis numérico de la lubricación por aplastamiento en rodillas sanas y artrósicas

La articulación sinovial de la rodilla puede verse afectada por enfermedades, como artritis o artrosis, siendo generalmente el reemplazo de rodilla la solución clínica seleccionada en casos irreversibles. Este trabajo se orienta a investigarel mecanismo de lubricación por aplastamiento en rodillas s...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autores principales: Robledo Blasco, Leandro Ezequiel, Weiss, Brenda Anahí, Ubal, Sebastián, Ravera, Emiliano Pablo, Di Paolo, José
Formato: Artículo publishedVersion
Lenguaje:Español
Publicado: Asociación Física Argentina 2024
Materias:
ARTICULACION DE RODILLA
ARTROSIS
LUBRICACION POR APLASTAMIENTO
MODELADO COMPUTACIONAL
KNEE JOINT
OSTEOARTHRITIS
SQUEEZE FILM LUBRICATION
COMPUTATIONAL MODELING
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/afa_v35_n01_p015
Aporte de:
Biblioteca Digital - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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description La articulación sinovial de la rodilla puede verse afectada por enfermedades, como artritis o artrosis, siendo generalmente el reemplazo de rodilla la solución clínica seleccionada en casos irreversibles. Este trabajo se orienta a investigarel mecanismo de lubricación por aplastamiento en rodillas sanas y artrósicas, con la finalidad de lograr conocimientos que puedan utilizarse para retrasar el reemplazo de rodilla. Se analiza un único cóndilo adoptando el modelo geométrico equivalente de elipsoide rígido sobre plano deformable, donde se considera que el fluido sinovial es Newtoniano y que el cartílago articular es un material elástico lineal. Se realizaron estudios variando el módulo de elasticidad del cartílago, su espesor y la viscosidad del fluido sinovial, adoptando valores correspondientes a articulaciones naturales sanas y osteoartríticas, con el fin de evaluar su influencia en el desempeño del proceso de lubricación por aplastamiento (squeeze film lubrication).En comparación con lo obtenido para una articulación sana, la disminución patológica del módulo de elasticidad no tendría una influencia significativa en el mínimo espesor de película lubricante, mientras que la disminución patológica del espesor del cartílago incrementaría dicho espesor. La disminución patológica de la viscosidad disminuye en un 65 % el espesor mínimo de película lubricante, por lo que la viscosuplementación (y consiguiente aumento de la viscosidad) sería deseable porque prevendría el desgaste de las superficies articulares. La disminución del espesor o en el módulo elástico del cartílago produciría una disminución de las tensiones en el tejido. Por otra parte, una disminución de la viscosidad produce un aumento de estas tensiones.En la articulación artrósica (donde la viscosidad del fluido, el espesor y el módulo elástico del cartílago se encuentrandisminuidos), para una carga de 800 N, la altura mínima del canal de lubricación, las presión máxima y la tensión de Von Mises en el cartílago obtenidas son 66 %, 22 % y 28 % menores que aquellas obtenidas para una articulación sana
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Se analiza un único cóndilo adoptando el modelo geométrico equivalente de elipsoide rígido sobre plano deformable, donde se considera que el fluido sinovial es Newtoniano y que el cartílago articular es un material elástico lineal. Se realizaron estudios variando el módulo de elasticidad del cartílago, su espesor y la viscosidad del fluido sinovial, adoptando valores correspondientes a articulaciones naturales sanas y osteoartríticas, con el fin de evaluar su influencia en el desempeño del proceso de lubricación por aplastamiento (squeeze film lubrication).En comparación con lo obtenido para una articulación sana, la disminución patológica del módulo de elasticidad no tendría una influencia significativa en el mínimo espesor de película lubricante, mientras que la disminución patológica del espesor del cartílago incrementaría dicho espesor. La disminución patológica de la viscosidad disminuye en un 65 % el espesor mínimo de película lubricante, por lo que la viscosuplementación (y consiguiente aumento de la viscosidad) sería deseable porque prevendría el desgaste de las superficies articulares. La disminución del espesor o en el módulo elástico del cartílago produciría una disminución de las tensiones en el tejido. Por otra parte, una disminución de la viscosidad produce un aumento de estas tensiones.En la articulación artrósica (donde la viscosidad del fluido, el espesor y el módulo elástico del cartílago se encuentrandisminuidos), para una carga de 800 N, la altura mínima del canal de lubricación, las presión máxima y la tensión de Von Mises en el cartílago obtenidas son 66 %, 22 % y 28 % menores que aquellas obtenidas para una articulación sana The synovial joint of the knee can be affected by diseases, such as arthritis or osteoarthritis, being a knee replacementthe selected clinical solution in irreversible cases. This work is aimed at investigating lubricated contact in healthy and pathological knees, with the aim of achieving knowledge that can be used to delay knee replacement. The equivalent geometric model of a rigid ellipsoid on a deformable plane is adopted, where the synovial fluid isconsidered to be Newtonian and the articular cartilage is a linear elastic material. Studies were carried out varyingthe modulus of elasticity E of the cartilage, its thickness e and the viscosity of the synovial fluid , adopting values corresponding to healthy and osteoarthritic natural joints, in order to evaluate their influence on the functioning of the joint considering squeeze film lubrication.Compared to what was obtained for a healthy joint, the decrease in the elastic modulus E would not have a significant influence on the minimum lubricant film thickness, while the decrease in cartilage thickness would improve saidthickness. The decrease in viscosity decreases the minimum thickness of the lubricating film by 65 %, so viscosup-plementation would increase the viscosity, which would also increase said thickness and prevent wear of the articular surfaces. A decrease in cartilage thickness or in cartilage module would produce a decrease of the cartilage tensions. On the other hand, a decrease of viscosity produces an increase of these tensions.In a pathological joint (where the fluid viscosity and the cartilage thickness and elastic module are diminished), and considering a load of 800 N, the minimum film height, the maximum pressure and the maximum Von Mises tension obtained are 66 %, 22 % and 28 % respectively lower than those observed for a healthy articulation Fil: Robledo Blasco, Leandro Ezequiel. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería (UNER-FI). Entre Ríos. Argentina Fil: Weiss, Brenda Anahí. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería (UNER-FI). Entre Ríos. Argentina Fil: Ubal, Sebastián. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería (UNER-FI). Entre Ríos. Argentina Fil: Ravera, Emiliano Pablo. Universidad Nacional de Entre Ríos. Instituto de Investigación y Desarrollo en Bioingeniería y Bioinformática (UNER- CONICET-IBB). Entre Ríos. Argentina Fil: Di Paolo, José. Universidad Nacional de Entre Ríos. Facultad de Ingeniería (UNER-FI). Entre Ríos. Argentina Asociación Física Argentina 2024 info:ar-repo/semantics/artículo info:eu-repo/semantics/article info:eu-repo/semantics/publishedVersion application/pdf spa info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar https://hdl.handle.net/20.500.12110/afa_v35_n01_p015

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