肌腱破损的微结构模型
摘要：胶原纤维是腱的最重要的结构组成部分。它们的卷曲结构和平行排列导致腱在拉伸时具有独特的非线性应力-应变曲线。微观结构模型可以用来将微观尺度的胶原纤维力学与宏观腱力学关联起来，从而让我们能够确定应力-应变曲线中的每个特征背后的机制。文献中的大多数模型都关注腱的弹性行为，并且很少有模型超过弹性极限而不引入现象学参数。我们采用一个基于胶原纤维招募方法建立的模型，该模型仅包含微观结构参数。我们将纤维中的应力分为弹性部分和塑性部分，并假设纤维屈服拉伸和破裂拉伸由分布函数描述，而不是单值。通过改变分布的形状和它们的重叠区域，我们可以生成产生完整范围实验观察到的所有特征的宏观腱应力-应变曲线，包括使用现有模型无法解释的那些特征。这些特征包括腱屈服后出现的第二线性区域，以及应力达到峰值后出现的阶梯状失效行为。与现有模型进行比较时，我们发现我们的模型将平均均方根误差从4.15MPa降低到1.61MPa，并且所得到的参数值更接近实验中找到的值。由于我们的模型只包含具有直接物理解释的参数，它可以用于预测衰老、疾病和损伤等过程如何影响腱的力学行为，前提是我们能够量化这些过程对微观结构的影响。
作者：James Gregory, Tom Shearer, Andrew L. Hazel
论文ID：2103.04844
分类：Tissues and Organs
分类简称：q-bio.TO
提交时间：2021-03-09