ABSTRACT In order to reliably assess the rupture-risk of the aorta – along with the hazardousness index of cardiovascular diseases or other extreme conditions, and the effect of possible treatments – it is necessary to know the damage mechanisms that lead to it. In this work, the mechanical damage of hypoxic aortic tissue is characterized, numerically predicting its response when subjected to a bulge-test type of pressurization state. The mechanical behavior of the aortic wall, is described using a hyperelastic material model with two transverse-isotropy directions and an isotropic damage model; both experimentally calibrated, from previously reported uniaxial tensile-test results, performed on thoracic aorta samples of lambs exposed to chronic hypobaric hypoxia. A melatonin-treated group is studied in contrast to a control group. Once the constitutive model is calibrated, its performance is evaluated via the numerical simulation of the bulge-pressurization test; in which the quasi-static response of a quarter-disk shaped structure, fixed along its curved perimeter, and loaded out of its plane by a pressure, or force per unit area permanently normal to the loaded area, its analyzed.

RESUMEN Para evaluar de manera fidedigna el riesgo de ruptura de la aorta – junto a los índices de peligrosidad de enfermedades cardiovasculares u otras condiciones extremas y los efectos de posibles tratamientos – se requiere conocer los mecanismos de daño que conducen a ésta. En este trabajo, se caracteriza el daño mecánico del tejido aórtico en condición de hipoxia, analizando numéricamente su respuesta al ser sujeto a un estado de presurización similar al inducido por un ensayo de acopado hidráulico. El comportamiento mecánico de la pared aórtica, se describe mediante un modelo de material hiperelástico con dos direcciones de isotropía transversal y un modelo de daño isótropo; ambos calibrados experimentalmente, a partir de resultados de ensayos de tracción uniaxial previamente reportados, realizados a muestras de aorta torácica de corderos expuestos a hipoxia hipobárica crónica. Se estudia un grupo tratado con melatonina, en contraste a un grupo control. Una vez calibrado el modelo constitutivo, se evalúa su desempeño en la simulación numérica del ensayo de acopado hidráulico, en la cual se analiza la respuesta cuasi-estática de una estructura – en forma de cuarto de disco, fijada en el perímetro curvo – solicitada fuera de su plano por una presión o fuerza por unidad de superficie, permanentemente normal al área de carga. Los datos experimentales y los resultados de las simulaciones numéricas indican, que un tratamiento con melatonina reduce rigidez de la aorta. Adicionalmente, las presiones asociadas al inicio del daño entregadas por la simulación del ensayo son compatibles con una condición de hipertensión arterial.

SUMMARY: Obesity is a worldwide epidemic that has become a risk factor for the development of respiratory problems, meaning it is necessary to generate models that assess lung function in obese patients for proper treatment. The objective of this study was to evaluate a model for analyzing respiratory function according to body composition, by analyzing the structure and function of the airways by computed tomography (CT). Lung function and body fat percentage (BF%) were measured in three male subjects (25 ± 6 years), with different body mass index (BMI; normal, overweight, obese). A third-dimensional (3D) reconstruction of the airways was performed using CT. Trachea, right and left main bronchi and anterior segmental bronchus of the right and left lung were measured. Three measurement points were established for each structure, and the average value of these three points was used for the analysis. An increase in the thickness of the airways wall of the left and right main bronchi and right segmental bronchus was observed as BMI and BF% increased. The same was observed for the percentage of airway wall area (%AWA) and airway resistance in the main and segmental bronchi. The proposed 3D reconstruction model and the three-point analysis simplified image assessment and allowed to observe the problems caused by obesity in lung function.

RESUMEN: La obesidad es una epidemia mundial, la que se ha transformado en un factor de riesgo en el desarrollo problemas respiratorios. Al respecto, generar modelos de evaluación de la función pulmonar en pacientes obesos es relevante para su adecuado tratamiento. El objetivo de este trabajo fue evaluar un modelo de la estructura y función de las vías aéreas (VA) con tomografía computarizada (TC) que permita analizar su compor- tamiento de acuerdo a la composición corporal. A tres sujetos de sexo masculino (25±6 años), de distinto índice de masa corporal (IMC; normal, sobrepeso, obeso), se les midió función pulmonar y porcentaje de grasa corporal (% GC). A través de TC se realizó una reconstrucción en tercera dimensión (3D) de las VA. Se realizaron mediciones de las VA de la tráquea, bronquios principales derecho e izquierdo y bronquio segmentario anterior del pulmón derecho e izquierdo. Para cada estructura se establecieron tres puntos de medición, el valor utilizado para los análisis fue el promedio de estos tres puntos. En los tres participantes se observó un aumento del grosor de la pared de las vías aéreas de los bronquios principal derecho e izquierdo y bronquio segmentario derecho a medida que aumenta el IMC y el % GC. Por otra parte, el porcentaje de área de la pared de las vías aéreas (% APVA) se comportó de la misma manera para ambos bronquios principales y segmentarios. La resistencia de las vías aéreas (RVA), tanto general como específica, aumentó en paralelo con el % APVA en los bronquios principales y segmentarios. A través de un modelo de reconstrucción 3D de la estructura de la VA por TC, evaluando tres puntos, se pudo observar los problemas que trae la obesidad a la función pulmonar simplificando el análisis de imagen.

SUMMARY: Extensive periods of hypoxic cause adaptive changes that make it possible to respond to the demands imposed by the environment. However, there are cases where this exposure is intermittent, as is the case of workers in andean areas. The objective of this communication was to verify the morphological and mechanical effects on diaphragm and lungs of rats subjected to intermittent hypoxic. Four 6-monthold Sprague Dawley rats were used. Two rats were subjected to 10 cycles of intermittent hypobaric hypoxic (IHH) of 96 h (~428 torr, PO2 90 mm Hg), followed by 96 h of normobaric normoxia, for 80 days. Uniaxial traction and staining tests were performed with Hematoxylin-Eosin and Picrosirius red de Junqueira. When comparing the curves of the diaphragms, those subjected to hypoxic slightly reduce their effort with respect to the condition of normoxia, in the lung tissue the hypoxic negatively affects its resistance, these show a lower slope with respect to the normoxics. In the histological analysis, the pulmonary parenchyma had a lower number of blood vessels and cellularity, such as a greater area fraction of alveolar spaces and amount of total collagen in IHH group. In the diaphragm, IHH group had a lower number of irregularly distributed myocytes and a lower amount of total collagen. In conclusion, the main findings indicate that the diaphragm and lung tissue subjected to IHH undergo structural changes, which result in a decrease in tensile strength.

RESUMEN: Periodos extensos de hipoxia provocan cambios adaptativos que permiten responder a las demandas impuestas por el ambiente. Sin embargo, existen casos donde esta exposición es intermitente, como es el caso de los trabajadores en zonas andinas. El objetivo de esta comunicación fue comprobar los efectos morfológicos y mecánicos en diafragma y pulmones de ratas sometidas a la hipoxia intermitente. Se utilizaron 4 ratas Sprague Dawley de 6 meses de edad. Dos ratas fueron sometidas a 10 ciclos de hipoxia hipobárica intermitente (HHI) de 96 h (~428 torr; PO2 90 mm Hg), seguidos de 96 h de normoxia normobárica, durante 80 días. Se realizaron pruebas tracción uniaxial y de tinción con HematoxilinaEosina y Picrosirius red de Junqueira. Al comparar las curvas de los diafragmas, los sometidos a hipoxia reducen levemente su esfuerzo respecto a la condición de normoxia, en el tejido pulmonar la hipoxia afecta negativamente su resistencia, estas muestran una pendiente menor respecto a las normóxicas. En el análisis histológico, el parénquima pulmonar presentó menor cantidad de vasos sanguíneos y celularidad, como una mayor fracción de área de los espacios alveolares y cantidad de colágeno total en el grupo HHI. En el diafragma, el grupo HHI presentó menor cantidad de miocitos distribuidos irregularmente y de colágeno total. En conclusión, los principales hallazgos indican que el diafragma y el tejido pulmonar sometido a HHI sufren cambios estructurales, que se traducen en una disminución en su capacidad de resistencia tensil.