Análisis de la influencia de la porosidad en las propiedades mecánicas del hueso trabecular

摘要

En los huesos que constituyen el esqueleto humano, se encuentran fundamentalmente dos tipos de tejidos: tejido óseo cortical, conocido como hueso cortical, y tejido óseo trabecular, conocido como hueso trabecular. Aunque ambos estén formados por los mismos tipos de células, y presenten composiciones similares, es en la estructura interna en la que se aprecian sus diferencias.Mientas que en el hueso cortical el tejido óseo aparece de forma compacta, en el hueso trabecular este tejido se agrupa de forma irregular formando capas, denominadas trabéculas, de forma que entre ellas aparecen oquedades que confieren a esta estructura la apariencia típica de esponja.El hueso trabecular presenta, por tanto, una densidad mucho menor que la que tiene el hueso cortical, debido a la mayor porosidad, y ésta es clave para determinar el comportamiento mecánico de este tipo de estructura. Sin embargo, esto no es algo sencillo, pues la porosidad puede ser distinta para cada hueso, y puede aumentar o disminuir como consecuencia de distintos desórdenes metabólicos.Mediante la ejecución de un script escrito en lenguaje de programación Python, se han generado modelos aleatorios en Abaqus/CAE, herramienta informática de diseño y análisis por el Método de los Elementos Finitos, que representan volúmenes elementales representativos (RVE´s por su siglas en inglés) de la estructura del hueso trabecular. Estos RVE´s permitirán estudiar el comportamiento con la porosidad de las principales constantes elásticas de la estructura, considerándose ésta como elástica, lineal e isótropa.Se ha estudiado un rango de porosidad que abarca desde el 0 % hasta el 55 %, en incrementos del 5 %, y se ha observado como aumentan o disminuyen los valores del Módulo de elasticidad (E), Módulo de cizalla (G) y Coeficiente de Poisson.Mientras que el Módulo de elasticidad (E) y el Módulo de cizalla (G) disminuyen con la porosidad, desde 13 GPa (0 %) hasta 2,5 GPa (55 %) el primero, y desde 1,8 GPa (0 %) hasta 0,4 GPa (55 %) el segundo, ambos presentando una línea de tendencia polinómica de segundo grado, el Coeficiente de Poisson aumenta, desde 0,3 (0 %) hasta 0,35 (55 %), con una línea de tendencia recta.