The aim of this thesis is to analyse literature with focusing on literature about directional distribution of collagen fibres. This knowledge is very important for computational modelling and FEM analysis of arterial wall. Comparison of suitability of different models of directional distribution of collagen fibres is made by fitting of different types of probability density functions. Impact assessment of different collagen fibres distribution on mechanical properties of the arterial wall and impact assessment of wall anisotropy is solved with finite element method. FEM analysis is done on three loading types – uniaxial tension, equibiaxial tension and inflation of artery by internal pressure. Output of this thesis is evaluation of results for various types of collagen fibres arrangement in arterial wall.

Introdução: A utilização da técnica endovascular para tratar as diversas afecções da aorta têm suplantado as técnicas abertas tradicionais, sendo particularmente promissora no trauma 1. A ruptura traumática da aorta é a segunda causa de morte por acidente de trânsito 2,3; e o reparo endoluminal dessas lesões com endopróteses apresenta menor taxa de mortalidade e paraplegia quando comparada a cirurgia aberta, no entanto os resultados a longo prazo ainda não estão disponíveis2-7. As próteses aprovadas e comercialmente disponíveis, até o momento desse estudo, foram desenhadas para doença aneurismática, com diâmetro muito superior ao diâmetro da aorta de jovens (vítimas de trauma). Esse sobredimensionamento (oversizing) pode levar a alteração mecânica na interação da prótese com a parede aórtica, comprometendo a vascularização e aumento o risco de complicações relacionadas ao implante de endopróteses 8-12. Objetivos: Analisar, a partir de um modelo animal experimental, o efeito biomecânico e histopatológico de quatro níveis diferentes de sobredimensionamento de endopróteses sobre a aorta não aterosclerótica, semelhante às encontradas em pacientes jovens vítimas de trauma. Método: O diâmetro da aorta torácica suína é semelhante ao da aorta de jovens adultos (18-20 mm), desta forma 25 porcos foram randomizados em 5 grupos: 1 controle (sem stent) e 4 grupos de sobredimensionamento (A: 10% -19 %, B: 20% -29%, C: 30% -39%, e D: >40% de sobredimensionamento). Dois tipos de testes biomecânicos foram realizados em todas as aortas 4 semanas após a implantação da endoprótese: \" z\" endoprótese; e o teste de biomecânica propriamente dito dos fragmentos aórticos coletados. Os fragmentos foram, então, submetidos a uma análise histológica e imunohistoquímica. Resultados: Os resultados do teste de destacamento, que avaliou a força necessária para remover o stent da aorta, foram semelhantes nos quatro grupos (A: 42 N, B: 41 N, C: 46 N e D: 46 N, p= 0,881204). O segundo teste foi realizado em três segmentos da aorta. Força máxima, estresse máximo e tensão máxima suportada pela parede da aorta tiveram uma correlação negativa e linear com o oversizing, isto é, quanto maior o oversizing, menor a resistência do fragmento à ruptura. Houve diferenças significativas em todos os quatro grupos, quando comparados com o grupo controle. A deformação máxima e o Strain, que refletem as propriedades elásticas da parede da aorta, foram muito semelhantes em todos os quatro grupos de sobredimensionamento. Mas, uma diminuição significativa da elasticidade foi encontrada quando comparados cada um dos grupos com o grupo controle (p= 0,0000001). A análise histológica e imunohistoquímica demonstrou que a parede da aorta tem uma perda significativa de fibras musculares e ?-actina com o aumento do sobredimensionamento (p= 0,000198 e p= 0,002031, respectivamente). A quantidade de fibra elástica apresentou uma queda significativa independente do sobredimensionamento (p= 0,0000001). Conclusões: Os quatro níveis de sobredimensionamento estudados não demonstraram diferenças significativas no teste de destacamento. Os testes biomecânicos dos fragmentos da aorta mostraram uma diminuição na resistência da parede aórtica proporcional ao aumento do oversizing. A elasticidade da parede aórtica sofre alteração significativa independente do sobredimensionamento utilizado. Os exames histopatológicos e imunohistoquímicos comprovaram o desarranjo na estrutura da parede aórtica com a utilização de endopróteses, resultando na diminuição da quantidade de fibras elásticas e musculares / Introduction: The use of endovascular techniques to treat the various disorders of the aorta has supplanted traditional open techniques, and is particularly promising in trauma1. The traumatic rupture of the aorta is the second leading cause of death by traffic accident2, 3, and repair of these lesions with endoluminal stents has showed lower mortality and paraplegia when compared to open surgery, however the long-term results are not yet available2-7. The endoprosthesis approved and commercially available during this study were designed to aneurysmal disease, with a diameter greater than the diameter of the aorta of young people ( ) \" z \" prosthesis with the aortic wall, affecting the vascularization and raising the risk of complications related to stent-graft implantation8-12. Purpose: Analyze, from an experimental animal model, the biomechanical and histological effects of four different levels of stents-graft oversizing in non-atherosclerotic aortas; such as those aorta found in young individuals who undergo stent-graft repair for traumatic aortic injuries. Methods: The diameter of the porcine thoracic aorta is similar to the aorta of young adults (18-20 mm), so 25 pigs were randomized into 5 groups: 1 control (without stent-graft) and 4 oversizing groups (A: 10%-19%, B: 20%-29%, C: 30%-39%, and D: .40%). Two types of biomechanical tests were performed on all aortas 4 weeks after endoprosthesis deployment: The \"detachment\" of the stent, and the biomechanics test of aortic fragments collected. The fragments were submitted to a histological and an immunohistochemistry analysis. Results: The results of the detachment test, which analyzed the strength necessary to remove the stent-graft from the aorta, were similar in the 4 groups (A: 42 N, B: 41 N, C: 46 N e D: 46 N, p= 0,881204). The second test was performed in 3 aortic segments. Maximum strength, maximum stress, and maximum tension supported by the aortic wall had a negative and linear correlation with oversizing. There were significant differences in all 4 groups when compared with the control group. The maximum deformation and strain, which reflect the elastic properties of the aortic wall, were very similar in all 4 groups. But a significant decrease in elasticity was found when compared each group with the control group (p = 0.0000001). Histological and immunohistochemistry analysis supported that the aortic wall has a signifi-?-actin by increasing the oversize (p = 0.000198 p = 0.002031, respectively). The amount of elastic fiber showed a significant drop regardless of the oversizing (p = 0.0000001). Conclusion: The four levels of oversizing studied did not show significant differences in the detachment test. Biomechanical tests of the fragments of the aorta showed a decrease in resistance of the aortic wall with increase in oversize. The elasticity of the aortic wall undergoes significant change independent of the oversizing used. The histopathological and immunohistochemical examinations confirmed the breakdown in the structure of the aortic wall with the use of stents-graft, resulting in decreased amount of elastic and muscle fibers.

Introdução: A utilização da técnica endovascular para tratar as diversas afecções da aorta têm suplantado as técnicas abertas tradicionais, sendo particularmente promissora no trauma 1. A ruptura traumática da aorta é a segunda causa de morte por acidente de trânsito 2,3; e o reparo endoluminal dessas lesões com endopróteses apresenta menor taxa de mortalidade e paraplegia quando comparada a cirurgia aberta, no entanto os resultados a longo prazo ainda não estão disponíveis2-7. As próteses aprovadas e comercialmente disponíveis, até o momento desse estudo, foram desenhadas para doença aneurismática, com diâmetro muito superior ao diâmetro da aorta de jovens (vítimas de trauma). Esse sobredimensionamento (oversizing) pode levar a alteração mecânica na interação da prótese com a parede aórtica, comprometendo a vascularização e aumento o risco de complicações relacionadas ao implante de endopróteses 8-12. Objetivos: Analisar, a partir de um modelo animal experimental, o efeito biomecânico e histopatológico de quatro níveis diferentes de sobredimensionamento de endopróteses sobre a aorta não aterosclerótica, semelhante às encontradas em pacientes jovens vítimas de trauma. Método: O diâmetro da aorta torácica suína é semelhante ao da aorta de jovens adultos (18-20 mm), desta forma 25 porcos foram randomizados em 5 grupos: 1 controle (sem stent) e 4 grupos de sobredimensionamento (A: 10% -19 %, B: 20% -29%, C: 30% -39%, e D: >40% de sobredimensionamento). Dois tipos de testes biomecânicos foram realizados em todas as aortas 4 semanas após a implantação da endoprótese: \" z\" endoprótese; e o teste de biomecânica propriamente dito dos fragmentos aórticos coletados. Os fragmentos foram, então, submetidos a uma análise histológica e imunohistoquímica. Resultados: Os resultados do teste de destacamento, que avaliou a força necessária para remover o stent da aorta, foram semelhantes nos quatro grupos (A: 42 N, B: 41 N, C: 46 N e D: 46 N, p= 0,881204). O segundo teste foi realizado em três segmentos da aorta. Força máxima, estresse máximo e tensão máxima suportada pela parede da aorta tiveram uma correlação negativa e linear com o oversizing, isto é, quanto maior o oversizing, menor a resistência do fragmento à ruptura. Houve diferenças significativas em todos os quatro grupos, quando comparados com o grupo controle. A deformação máxima e o Strain, que refletem as propriedades elásticas da parede da aorta, foram muito semelhantes em todos os quatro grupos de sobredimensionamento. Mas, uma diminuição significativa da elasticidade foi encontrada quando comparados cada um dos grupos com o grupo controle (p= 0,0000001). A análise histológica e imunohistoquímica demonstrou que a parede da aorta tem uma perda significativa de fibras musculares e ?-actina com o aumento do sobredimensionamento (p= 0,000198 e p= 0,002031, respectivamente). A quantidade de fibra elástica apresentou uma queda significativa independente do sobredimensionamento (p= 0,0000001). Conclusões: Os quatro níveis de sobredimensionamento estudados não demonstraram diferenças significativas no teste de destacamento. Os testes biomecânicos dos fragmentos da aorta mostraram uma diminuição na resistência da parede aórtica proporcional ao aumento do oversizing. A elasticidade da parede aórtica sofre alteração significativa independente do sobredimensionamento utilizado. Os exames histopatológicos e imunohistoquímicos comprovaram o desarranjo na estrutura da parede aórtica com a utilização de endopróteses, resultando na diminuição da quantidade de fibras elásticas e musculares / Introduction: The use of endovascular techniques to treat the various disorders of the aorta has supplanted traditional open techniques, and is particularly promising in trauma1. The traumatic rupture of the aorta is the second leading cause of death by traffic accident2, 3, and repair of these lesions with endoluminal stents has showed lower mortality and paraplegia when compared to open surgery, however the long-term results are not yet available2-7. The endoprosthesis approved and commercially available during this study were designed to aneurysmal disease, with a diameter greater than the diameter of the aorta of young people ( ) \" z \" prosthesis with the aortic wall, affecting the vascularization and raising the risk of complications related to stent-graft implantation8-12. Purpose: Analyze, from an experimental animal model, the biomechanical and histological effects of four different levels of stents-graft oversizing in non-atherosclerotic aortas; such as those aorta found in young individuals who undergo stent-graft repair for traumatic aortic injuries. Methods: The diameter of the porcine thoracic aorta is similar to the aorta of young adults (18-20 mm), so 25 pigs were randomized into 5 groups: 1 control (without stent-graft) and 4 oversizing groups (A: 10%-19%, B: 20%-29%, C: 30%-39%, and D: .40%). Two types of biomechanical tests were performed on all aortas 4 weeks after endoprosthesis deployment: The \"detachment\" of the stent, and the biomechanics test of aortic fragments collected. The fragments were submitted to a histological and an immunohistochemistry analysis. Results: The results of the detachment test, which analyzed the strength necessary to remove the stent-graft from the aorta, were similar in the 4 groups (A: 42 N, B: 41 N, C: 46 N e D: 46 N, p= 0,881204). The second test was performed in 3 aortic segments. Maximum strength, maximum stress, and maximum tension supported by the aortic wall had a negative and linear correlation with oversizing. There were significant differences in all 4 groups when compared with the control group. The maximum deformation and strain, which reflect the elastic properties of the aortic wall, were very similar in all 4 groups. But a significant decrease in elasticity was found when compared each group with the control group (p = 0.0000001). Histological and immunohistochemistry analysis supported that the aortic wall has a signifi-?-actin by increasing the oversize (p = 0.000198 p = 0.002031, respectively). The amount of elastic fiber showed a significant drop regardless of the oversizing (p = 0.0000001). Conclusion: The four levels of oversizing studied did not show significant differences in the detachment test. Biomechanical tests of the fragments of the aorta showed a decrease in resistance of the aortic wall with increase in oversize. The elasticity of the aortic wall undergoes significant change independent of the oversizing used. The histopathological and immunohistochemical examinations confirmed the breakdown in the structure of the aortic wall with the use of stents-graft, resulting in decreased amount of elastic and muscle fibers.