Caratterizzazione biomeccanica del tessuto meniscale del ginocchio tramite prove sperimentali di compressione confinata - effetti dell'osteoartrosi sulla funzionalità dell'articolazione.

Musculoskeletal diseases (or MMS) represent a broad category of diseases of the osteoarticular system, associated with painful symptoms and functional limitations. This group includes both diseases with acute and brief onset and chronic diseases, including back pain, osteoporosis, rheumatoid arthritis and osteoarthritis (OA). In particular, the latter has been found to affect 1 in 4 people in Europe, ranking as one of the most prevalent diseases worldwide. In fact, OA is one of the leading causes of disability in the elderly, affecting around 10% of men and 18% of women over the age of 60. The effects of osteoarthritis are mainly evident on articular cartilage and menisci; indeed, these tissues show, from a biomechanical point of view, a decrease in thickness and a change in mechanical properties. In light of this information, the aim of this thesis work is to study the mechanical behaviour of the meniscal tissue of the knee joint affected by osteoarthritis. This study was conducted using experimental confined compression tests, performed on a total number of 38 specimens, obtained from both medial and lateral menisci of 5 different female subjects. Tissues were cut in such a way as to obtain specimens along the vertical, radial and circumferential directions in order to account for the anisotropic nature of the meniscus. Subsequently, the data obtained were processed in such a way as to extrapolate certain constitutive parameters such as the aggregation modulus and the permeability of the material, which define the Mow's fibre-reinforced poroelastic analytical model adopted to describe the biomechanics of the meniscus. Finally, we proceeded to statistically analyse the results, in order to assess the influence of OA on the mechanical characteristics of the tissues, by comparing the parameters both with each other, according to the shear directions of the samples, and with those present in the literature concerning healthy subjects.

Le malattie muscolo-scheletriche (o Mms) rappresentano una vasta categoria di patologie a carico dell’apparato osteoarticolare, associate ad una sintomatologia dolorosa e a limitazioni funzionali. Di tale gruppo fanno parte sia malattie con insorgenza acuta e breve, sia malattie croniche, tra le quali si annoverano mal di schiena, osteoporosi, artrite reumatoide e osteoartrosi (OA). In particolare, è stato riscontrato che quest’ultima colpisce 1 persona su 4 in Europa, classificandosi come una delle patologie più diffuse a livello mondiale. L'OA è infatti una delle principali cause di disabilità negli anziani e colpisce circa il 10% degli uomini e il 18% delle donne oltre i sessant'anni. Gli effetti dell’osteoartrosi sono principalmente evidenti sulla cartilagine articolare e sui menischi; difatti, questi tessuti presentano, da un punto di vista biomeccanico, una diminuzione dello spessore e una variazione delle proprietà meccaniche. Alla luce di queste informazioni, l’obiettivo di tale lavoro di tesi è proprio quello di studiare il comportamento meccanico del tessuto meniscale dell’articolazione del ginocchio affetto da osteoartrosi. Questo studio è stato condotto servendosi di prove sperimentali di compressione confinata, eseguite su un numero complessivo di 38 campioni, ottenuti da menischi sia mediali che laterali di 5 differenti soggetti di sesso femminile. I tessuti sono stati tagliati in maniera tale da ottenere campioni lungo le direzioni verticale, radiale e circonferenziale, così da poter tenere conto della natura anisotropa del menisco. Successivamente, i dati ricavati sono stati elaborati in maniera tale da estrapolare alcuni parametri costitutivi come il modulo di aggregazione e la permeabilità del materiale, i quali definiscono il modello analitico poroelastico fibrorinforzato di Mow adottato per descrivere la biomeccanica del menisco. Infine, si è proceduto ad analizzare statisticamente i risultati, con il fine di valutare l’influenza dell’OA sulle caratteristiche meccaniche dei tessuti, confrontando i parametri sia tra loro, in base alle direzioni di taglio dei campioni, sia con quelli presenti in letteratura riguardanti soggetti sani.