ALVES, Calebe de Andrade. Dinâmica de degradação e reparação de fibras elásticas sob tensão. 2013. 71 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-23T18:48:28Z
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Previous issue date: 2013 / Extracelular matrix, the biological structure that supports cells in animal tissue, is composed of elastic fibers such as collagen and elastin. It is known that enzymes activity plays an important role in maintenance of these elastic fibers. The imbalance between destruction and repair of the elastic fibers can lead to diseases such as fibrosis and emphysema. In this study, we present a simple model to simulate enzymatic digestion and repair of elastic fibers under tension. The fiber is represented by a chain of linearly elastic springs in series surrounded by two layers of sites along which particles representing enzymes and fragments can diffuse. These particles can biding-unbinding in the fiber simulating the reaction process by changing the local stiffness by a multiplicative factor. We study the distribution of the number of visits of particles to the springs as function of time and the consequent change of the fiber stiffness, under different initial conditions (model parameters). We show that, due to no linearity of the model, the degradation effect prevails even when the concentrations of the two type of agents are the same. There is no relation between the number of degradative and rigidifying particles that garantee that the fiber stiffness remains constant. When an anisotropy factor is included on the model and the system behaviour becomes dependent on the tension applied to the fiber, we show that the increase of tension in general contributes to the increase on enzymatic activity. We believe this study can help better understand progression of diseases such as emphysema and fibrosis. / A Matriz Extracelular, a estrutura biológica que sustenta as células em tecidos animais, é composta de fibras elásticas como colágeno e elastina. Sabe-se que a atividade enzimática desempenha papel fundamental na manutenção dessas fibras elásticas. O desequilíbrio entre destruição e reparo das fibras elásticas pode levar a doenças como fibrose e enfizema. Neste estudo, nós apresentamos um modelo simples para simular digestão enzimática e reparo de fibras sob tensão. A fibra é representada por uma cadeia de molas linearmente elásticas em série. A fibra é cercada por duas camadas de sítios ao longo dos quais partículas representantes de enzimas e fragmentos podem se difundir. Estas partículas podem se ligar e se desligar da fibra, simulando o processo de reação ao alterar a constante elástica local por um fator multiplicativo. Estuda-se a distribuição do número de visitas de partículas degradadoras e enrijecedoras às molas em função do tempo de difusão e a consequente variação da rigidez da fibra, sob diversas condições iniciais (parâmetros do modelo). Mostra-se que, devido a características matemáticas intrínsecas ao modelo, o efeito de degradação prevalece sobre o de enrijecimento ainda quando a concentração de agentes de ambos os tipos é a mesma. Não há relação entre o número de partículas degradadoras e enrijecedoras que garanta a estabilidade da constante elástica da fibra. Quanto um fator de anisotropia é incluído no modelo e o comportamento do sistema passa a depender da tensão aplicada à fibra, mostra-se que o aumento da tensão em geral contribui para o aumento da atividade enzimática. Este estudo poderá ajudar a entender a progressão da degradação de tecidos em doenças como enfisema e fibrose.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufc.br:riufc/13737 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Alves, Calebe de Andrade |
| Contributors | Araújo, Ascânio Dias |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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