Tesi di LAUREA Titolo Studio sulla permeabilità della cartilagine articolare Data 2010-02-22 Autore/i Messina, Manuela Relatore Boschetti, F. Full text non disponibile Abstract La cartilagine articolare è il tessuto connettivo che riveste le superci articolari delle ossa nella maggior parte della articolazioni sinoviali ed è costituita essenzialmente da due fasi: la fase solida (composta da collagene e proteoglicani) e la fase liquida (acqua con elettroliti disciolti). Questa composizione le conferisce la capacità da un lato di sostenere i carichi nelle articolazioni, preservando l integrità delle ossa, dall altro di diminuire l attrito tra le superci articolari a contatto. La proprietà che più inuenza la funzionalità della cartilagine articolare è la sua permeabilità. Minore è la permeabilità, maggiore è il tempo in cui il liquido interstiziale rimane all interno delle porosità interconnesse della matrice solida a sostenere il carico fungendo da elemento incomprimibile. L ecacia con cui la cartilagine svolge le proprie funzioni è determinata dal bassissimo valore di permeabilità che la caratterizza in condizioni siologiche (da 10−14 a 10−16 m^4/Ns). La permeabilità è anche cruciale nel trasporto dei nutrienti ai condrociti (essendo la cartilagine articolare un tessuto avascolarizzato), varia con la profondità del tessuto così come altre proprietà meccaniche, ed è responsabile della risposta della cartilagine nelle prove di compressione. Inoltre a seguito della compattazione della matrice solida, la permeabilità dipende dalla deformazione e dalla pressione. Si comprende quindi quanto studiare questa proprietà sia importante (anche con l obiettivo della progettazione di una cartilagine articiale). Per misurare la permeabilità di un campione di cartilagine si possono usare due metodi: quello diretto e quello indiretto. Nel primo si impone un gradiente di pressione e si misura il usso che ne deriva attraverso un capillare a valle del campione; la permeabilità si calcola poi tramite la legge di Darcy. Nel metodo indiretto invece si realizza una prova di rilassamento o di creep del campione (in congurazione connata) e si approssimano i risultati sperimentali con un modello teorico appropriato. Dal tempo di rilassamento o di creep che si osserva (costante di tempo delle equazioni del modello) si calcola il valore della perme- abilità. Le prove in compressione connata sono idealmente impossibili (poichè non si riesce a connare perfettamente il campione), ma facili da effettuare; mentre le prove di permeabilità diretta, necessarie per studiare la dipendenza della permeabilità dalla deformazione, sono concettualmente semplici ma difficili da svolgere e richiedono tempi molto lunghi. L obiettivo di questo studio è quello di vericare, tramite prove sperimentali, la relazione che lega la permeabilità della cartilagine articolare alla deformazione e di confrontare i risultati ottenuti dalle prove dirette con quelli derivanti dalle prove indirette, al ne di comparare i due metodi. Nel primo capitolo è stata fatta un introduzione alla cartilagine articolare partendo dalla descrizione della sua composizione, introducendo il concetto di permeabilità fino ad arrivare alla sua caratterizzazione meccanica; la composizione della cartilagine è particolarmente interessante poichè serve a comprendere i fat- tori che determinano il suo comportamento viscoelastico e la sua risposta alla compressione. Successivamente, nel secondo capitolo, sono state analizzate le equazioni costitutive principali della poroelasticità necessarie alla costruzione di un modello per la cartilagine. Considerando poi la stessa come un materiale costituito da una fase solida e da una fase fluida ed imponendo le semplicazioni di incomrimibilità, isotropia e non viscosità abbiamo ottenuto il modello bifasico, utile nella modellizzazione del comportamento meccanico della cartilagine articolare soprattutto perchè è in grado, sotto opportune condizioni al bordo, di determinare l esatta distribuzione di sforzi e deformazioni quando la cartilagine è sottoposta a prove di carico (capitolo 3). Nel quarto capitolo sono stati descritti i due metodi per la misura della permeabilità: il metodo indiretto derivante da una prova di rilassamento degli sforzi e quello diretto derivante dalla prova di permeabilità; inoltre è stata fornita la soluzione derivante dal modello analitico necessaria a trovare una soluzione mediante un fitting con i dati sperimentali. Successivamente, nel quinto capitolo, dopo una breve descrizione di ciascun apparato sperimentale, si mostrano i metodi e le procedure utilizzate per entrambe le prove; mentre i risultati sperimentali ottenuti sono riassunti nel sesto capitolo. Inne una breve conclusione riguardante il confronto fra i due metodi è stata tratta nell ultimo capitolo.