¿Qué tan resistente es el hueso? Se ha demostrado que la aplicación de la mecánica de fracturas de plástico elástico al hueso

, con una estructura jerárquica que se extiende desde la nanoescala hasta la macroescala y un diseño compuesto compuesto de cristales minerales de tamaño nano incrustados en una matriz orgánica, tiene varios mecanismos de endurecimiento que aumentan su tenacidad. Estos mecanismos pueden detener, ralentizar o desviar la propagación de grietas y hacer que el hueso tenga una cantidad moderada de deformación plástica aparente antes de la fractura. Además, el hueso contiene un alto porcentaje volumétrico de sustancias orgánicas y agua que hace que se comporte de forma no lineal antes de la fractura. Muchos investigadores utilizaron fuerza o factor de intensidad de estrés crítico (resistencia a la fractura) para caracterizar la propiedad mecánica del hueso. Sin embargo, estos parámetros no tienen en cuenta la energía gastada en la deformación plástica antes de la fractura ósea. Para describir con precisión las características mecánicas del hueso, aplicamos la mecánica de fracturas de plástico elástico para estudiar la resistencia a la fractura del hueso. La integral J, un parámetro que estima tanto las energías consumidas en las deformaciones elásticas como plásticas, se utilizó para cuantificar la energía total gastada antes de la fractura ósea. Se cortaron veinte muestras de hueso cortical de la diáfisis media de fémures bovinos. Diez de ellos estaban preparados para sufrir una fractura transversal y los otros 10 estaban preparados para sufrir una fractura longitudinal. Las muestras se prepararon siguiendo el aparato sugerido en ASTM E1820 y se probaron en agua destilada a 37 grados C. La integral J promedio de las muestras fracturadas transversales fue de 6.6 kPa m, que es un 187% mayor que el de las muestras con fracturas longitudinales (2,3 kPa m). La energía gastada en la deformación plástica de los especímenes bovinos fracturados longitudinales y transversales fue de 3,6 a 4,1 veces la energía gastada en la deformación elástica. Este estudio muestra que la tenacidad del hueso estimada usando la integral J es mucho mayor que la tenacidad medida usando el factor de intensidad de estrés crítico. Sugerimos que el método integral J es una mejor técnica para estimar la dureza del hueso.

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