Diseño y validación de utillaje para la caracterización mecánica de tejidos óseos por flexión en 3 puntos

Abstract

Los ensayos biomecánicos nos permiten conocer las propiedades mecánicas de organismos biológicos. Uno de los campos de trabajo de esta disciplina es el estudio de las características mecánicas del hueso y su variación ante la exposición a factores como: tratamientos farmacológicos, hábitos de vida, consumo de tóxicos, etc. Para conocer dichas características podemos realizar diferentes ensayos mecánicos, siendo los más comunes los test de tracción, flexión en tres y cuatro puntos, y compresión. A lo largo de este trabajo se presenta la metodología seguida para diseñar y validar un utillaje que nos permite llevar a cabo ensayos de flexión en 3 puntos en tejidos óseos para modelos óseos de roedores y lagomorfos. Se describen las diferentes fases de diseño por las que han pasado cada una de las piezas que conforman el utillaje y los ensayos realizados para validar el diseño optimizado. Para esta validación, fueron ensayados un fémur y una tibia de rata Wistar hembra, obteniendo así, sus curvas fuerza-desplazamiento que nos permiten caracterizar dichos segmentos óseos. A partir de estas gráficas se calculan parámetros como: fuerzas de rotura e inflexión, módulo de Young, desplazamiento plástico y energías plástica y elástica. Finalmente, se comparan estos datos con los disponibles en la bibliografía, para valorar la precisión del diseño implementado. El utillaje diseñado respondió de manera satisfactoria a esta comparación, demostrando su validez para ser utilizado en este tipo de ensayos. Una de las ventajas de mayor interés de este diseño es la versatilidad mostrada, ya que nos permite trabajar con diferentes huesos procedentes de distintas especies.

Biomechanical tests allow us to understand the mechanical properties of biological tissues. One field of study within this discipline is the investigation of the specific characteristics of bone and their mechanical changes when exposed to factors such as pharmacological treatments, lifestyle habits, or toxic consumption. In order to determine these properties, differenr mechanical tests are typically performed, with the most common ones being tensile, three-point and four-point bending, and compression test. Throughout this study, we present a methodology to design and validate an equipment to perform three-point bending test on rodents and lagomorphs bone models. We discuss the different design phases undergone by each component of the tool and the test conducted to evaluate the usefulness of our design. To validate the tool, three-point bending ests on a female Wistar rat’s femur and tibia were carried out, obtaining force-displacement curves to characterize these bone tissue mechanically. From these data, parameters such as rupture and yield forces, Young’s modulus, plastic displacement, and plastic and elastic energies were calculated. Finally, these data were compared with the available literature to assess the quality of the implemented design. The designed tool responded satisfactorily to this comparison, demonstrating its validity in this type of test. One particularly interesting advantage of this design is its versatility, as it enables us to work with different bones from various species.