Evaluación de la tenacidad a la fractura mediante la prueba de rayado del tejido óseo femoral de un modelo animal roedor de cepa wistar

Abstract

RESUMEN: En este trabajo de investigación se evalúa la tenacidad a la fractura (𝐾𝑐 ) del tejido óseo del roedor Wistar, mediante una técnica no convencional de rayado. El tejido a evaluar es el fémur en la sección de la diáfisis en la cara anterior. Los estudios se realizaron en hueso sano y desmineralizado, este último mediante la técnica de solución acida diluida, con la finalidad de encontrar la variación en las propiedades mecánicas en función de la condición del hueso. Se emplea un modelo animal debido a la problemática de materiales óseos humanos en México que es más compleja de lo que parece, existen dificultades éticas, legales, de traslado y almacenamiento para trabajar con hueso humano, siendo un recurso muy valioso y limitado ya que no se dispone de sujetos sanos dispuestos a donar parte de su tejido para realizar investigación científica, en consecuencia se decide emplear roedores de la sepa Wistar sanos mediante ambientes de crecimiento y desarrollo controlados en alimentación, condiciones climáticas y libres de enfermedades. Una vez sacrificado el modelo animal mediante la inhalación de dióxido de carbono (𝐶𝑂2), este es diseccionado en sus extremidades desarticulando las patas de la cadera, el fémur y la tibia derecha se limpian y almacenan en solución buffer de hidroxiapatita (𝐶𝑎2(𝑃𝑂4)3𝑂𝐻), el fémur y tibia izquierda son sometidos al proceso de descalcificación siendo estos sumergidos en una sustancia con ácido clorhídrico (𝐻𝐶𝐼) al 5% un tiempo de 20 horas, una vez confirmado que los huesos esten libres de agentes minerales mediante la observación de la perdida de calcio y flexibilidad estos se limpian y almacenan en formol (𝐶𝐻2𝑂), por último se montan en resina acrílica se pulen con oxido de alúmina (𝐴𝑙2𝑂3) de 5 𝜇 y paño para obtener una superficie plana. Se realiza el ensayo de rayado con un indentador Rockwell C aplicando una carga de 0-1 N para evitar producir un daño severo en la muestra y no exceder una penetración de 26.8 𝜇𝑚 cuya profundidad corresponde a la transición entre la esfera y el cono del indentador, censando continuamente la fuerza tangencial (𝐹𝑇 ) y la profundidad de penetración (𝑃𝑑) para determinar mediante la siguiente ecuación 𝐾𝐶 = 𝐹𝑇 /√2𝑃𝐴 (Randall, Akono, & Randall, 2015), la tenacidad a la fractura (𝐾𝐶 ), para la cual se requiere determinar la variación de la función (𝑓 = 2𝑃(𝑑)𝐴(𝑑)) la cual corresponde a la penetración en función del área y el perímetro. ABSTRACT: In this research, the fracture toughness (𝐾𝑐 ) of the bone tissue of the Wistar rodent is evaluated by an unconventional scratch technique. The tissue to be evaluated is the femur in the section middle on the anterior side. The studies were carried out in healthy and demineralized bone, this last using the diluted acid solution technique, in order to find the variation in the mechanical properties depending on the condition of the bone. An animal model is used due to the problem of human bone materials in Mexico that is more complex than it seems, there are ethical, legal, transfer and storage difficulties to work with human bone, being a very valuable and limited resource since it does not healthy subjects are available to donate part of their tissue to carry out scientific research, consequently it is decided to employ healthy Wistar rodents through controlled growth and development environments in food, climatic and disease-free conditions. Once the animal model has been sacrificed by inhaling carbon dioxide (𝐶𝑂2), it is dissected at its extremities by disarticulating the hip legs, the femur and the right tibia are cleaned and stored in a hydroxyapatite buffer substance (𝐶𝑎2(𝑃𝑂4)3𝑂𝐻), the left femur and tibia are subjected to the decalcification process being these submerged in a substance with 5% hydrochloric acid (𝐻𝐶𝐼) a time of 20 hours, once confirmed that the bones they are free of mineral agents by observing calcium loss and flexibility. These are cleaned and stored in formalin (𝐶𝐻2𝑂), finally mounted in acrylic resin, polished with alumina oxide (𝐴𝑙2𝑂3) of 5 μ and cloth to obtain a flat surface. The scratch test is performed with a Rowell C indenter applying a 0-1 N load to avoid producing severe damage to the sample and not exceeding a penetration of 26.8 μm whose depth corresponds to the transition between the sphere and the indenter cone , continuously censoring the tangential force (𝐹𝑇 ) and depth of penetration (𝑃𝑑) to determine by the following equation 𝐾𝐶 = 𝐹𝑇 /√2𝑃𝐴 (Randall, Akono, & Randall, 2015), the fracture toughness (𝐾𝑐 ), for which it is required to determine the variation of the function (𝑓 = 2𝑝(𝑑)𝐴(𝑑)) which corresponds to the penetration depending on the area and the perimeter.