Simulación numérica del crecimiento hipertrófico de tejidos biológicos

Abstract

El crecimiento de los tejidos biológicos blandos tiene un papel fundamental en una serie de procesos normales y patológicos de gran incidencia en la salud humana. Algunos de los factores que regulan estos procesos en los tejidos biológicos son fundamentalmente mecánicos, de allí la importancia del estudio de estos fenómenos en el marco de una formulación que permita estimar los campos de tensión y deformación, así como la interrelación con los fenómenos de crecimiento. En general, los modelos de crecimiento publicados hasta la fecha consideran el estímulo mecánico para el crecimiento a partir de las tensiones instantáneas a que está sometido el tejido en un determinado instante. Estos modelos, sin embargo, no resultan adecuados para el caso del crecimiento hipertrófico de tejidos biológicos blandos. El proceso de hipertrofia consiste en un incremento en el volumen del tejido, que se genera cuando las fibras dañadas del mismo son reparadas y por lo tanto esta asociado al daño que sufren las mismas. Este proceso es el responsable del crecimiento del tejido muscular, de allí la importancia de su estudio con miras a su aplicación en el estudio de metodologías de entrenamiento de alto rendimiento y patologías relacionadas con la hipertrofia muscular, como por ejemplo la hipertrofia cardiaca. Para la modelación del tejido se propone el empleo de un modelo constitutivo basado en la teoría de mezclas generalizada considerando crecimiento isótropo. En el modelo el crecimiento es controlado por una variable interna de daño reversible que constituye el estímulo mecánico para la reparación de las fibras del tejido. La capacidad de reparación del tejido y el crecimiento hipertrófico asociado dependerán, a su vez, de la capacidad del metabolismo para llevar adelante estos procesos. Esto se tiene en cuanta en el modelo a través de una variable de disponibilidad biológica. Finalmente, se presentan ejemplos de validación que permiten demostrar que el modelo resulta adecuado para el estudio del crecimiento hipertrófico, considerando la acción simultánea de los campos biológico y mecánico.