Multiphysical modelling of fluid transport through osteo-articular media

ABSTRACT

In this study, a multiphysical description of fluid transport through osteo-articular porous media is presented. Adapted from the model of Moyne and Murad, which is intended to describe clayey materials behaviour, this multiscale modelling allows for the derivation of the macroscopic response of the tissue from microscopical information. First the model is described. At the pore scale, electrohydrodynamics equations governing the electrolyte movement are coupled with local electrostatics (Gauss-Poisson equation), and ionic transport equations. Using a change of variables and an asymptotic expansion method, the macroscopic description is carried out. Results of this model are used to show the importance of couplings effects on the mechanotransduction of compact bone remodelling.

RESUMO

Neste estudo uma descrição multifísica do transporte de fluidos em meios porosos osteo articulares é apresentada. Adaptado a partir do modelo de Moyne e Murad proposto para descrever o comportamento de materiais argilosos a modelagem multiescala permite a derivação da resposta macroscópica do tecido a partir da informação microscópica. Na primeira parte o modelo é apresentado. Na escala do poro as equações da eletro-hidrodinâmica governantes do movimento dos eletrolitos são acopladas com a eletrostática local (equação de Gauss-Poisson) e as equações de transporte iônico. Usando uma mudança de variáveis e o método de expansão assintótica a derivação macroscópica é conduzida. Resultados do modelo proposto são usados para salientar a importância dos efeitos de acoplamento sobre a transdução mecânica da remodelagem de ossos compactados.