Ponente
Descripción
El flujo de líquido intersticial en el hueso esponjoso participa en el transporte de masa y en la generación de estímulos mecánicos dentro de la microarquitectura trabecular. Entre estos estímulos, el esfuerzo cortante producido por el movimiento del fluido sobre las superficies internas del tejido se asocia con la mecanotransducción osteocitaria y la remodelación ósea. Desde el enfoque computacional, el gradiente de velocidad permite aproximar variaciones locales del flujo relacionadas con el esfuerzo cortante, debido a que este depende de la viscosidad del fluido y de los cambios de velocidad próximos a las paredes sólidas. Por ello, el objetivo de este estudio es analizar el gradiente de velocidad como una métrica hidrodinámica para explorar posibles zonas de variación del esfuerzo cortante vinculado al estímulo mecánico en modelos de hueso esponjoso basados en superficies mínimas triplemente periódicas (TPMS).
Del punto de vista metodológico, se desarrolló un estudio experimental in silico, cuantitativo y descriptivo-comparativo, basado en modelos TPMS tipo giroide y diamante como estructuras análogas al hueso esponjoso. Las simulaciones se realizaron en OpenFOAM v8, bajo condiciones de flujo laminar, estacionario e incompresible, considerando distintos niveles de porosidad, velocidades de entrada y modelos reológicos newtoniano y de Carreau. Los campos de velocidad y gradiente de velocidad se posprocesaron en ParaView y se analizaron en Python. El gradiente se interpretó como una métrica indirecta para comparar posibles variaciones del esfuerzo cortante.
Los resultados mostraron que el gradiente de velocidad varió según la geometría, la porosidad, la velocidad de entrada y el modelo reológico. Las regiones de estrechamiento, curvatura y cambios de dirección del flujo concentraron mayores gradientes, lo que sugiere posibles zonas de incremento local del esfuerzo cortante. La geometría giroide tendió a distribuir los gradientes en trayectorias más continuas, mientras que la geometría diamante presentó concentraciones locales en pasos más restringidos. Asimismo, las variaciones de porosidad modificaron la distribución espacial del gradiente, indicando que la microarquitectura condiciona las variaciones hidrodinámicas dentro del medio poroso. El comportamiento no newtoniano produjo cambios en los perfiles del gradiente, especialmente en condiciones de baja velocidad de entrada.
El análisis de los resultados sugiere que el gradiente de velocidad constituye una métrica computacional útil para aproximar variaciones locales del esfuerzo cortante en modelos TPMS de hueso esponjoso. Considerando que el esfuerzo cortante es un estímulo mecánico vinculado con la respuesta biológica del tejido óseo, estos resultados pueden orientar estudios posteriores sobre mecanotransducción osteocitaria, remodelación ósea e ingeniería de tejido óseo. Sin embargo, los hallazgos deben interpretarse como una aproximación hidrodinámica inicial, aún sin validación experimental ni medición directa de respuestas celulares o bioquímicas.
Palabras clave: gradiente de velocidad, esfuerzo cortante, flujo intersticial, hueso esponjoso, TPMS, dinámica de fluidos computacional.