Experimental evaluation of the aortic wall and layer-specific mechanics through uniaxial tensile test

The biomechanical behaviour of the vascular wall and arteries constitutes a wide research field, where a considerable amount of work has been done in the past. Mechanical properties of the arterial wall have significant effects on the functioning of blood vessels since they determine the relationships between blood pressure, blood flow and vessel luminal area. Regarding mechanical factors, it is very difficult to characterize the Elastic Modulus of this complex composite material with a universal and unique value, due to its dependence to the measurement conditions: the complex non – linear viscoelastic behaviour of the arterial wall complicates the characterization of this mechanical parameter, and the testing protocol largely influences the final evaluations. As widely accepted by researchers, the force response of an artery is non-linear, and the Hooke’s law is not applicable to describe the vascular mechanical behaviour. Therefore, a non – linear approach has to be taken into account and the elastic modulus, instead of defining a unique value, has to be defined in an incremental way, reporting its evaluations for a specified range of stresses. Overall, there is a need to fill the knowledge gaps that are still present in the field of arterial mechanics. This is the principal aim of the present work, which would contribute to experimentally understand, through uniaxial tensile tests, the role and the influence of the frequency of load on the vascular biomechanics, in order to characterise the Incremental Elastic Modulus and viscosity of the arterial wall. In addition, this work proposes to understand the role and the contribution of the different aortic layers, respectively intima media and adventitia, in the definition of the elastic modulus of the aorta.

Il comportamento biomeccanico della parete vascolare costituisce tutt'oggi un ampio campo di ricerca, nel quale considerevoli studi sono stati fatti negli ultimi decenni. Le proprietà meccaniche della parete arteriosa, infatti, hanno effetti significativi sul funzionamento dei vasi sanguigni poiché determinano le relazioni tra pressione sanguigna, flusso sanguigno e area luminare del vaso. Per quanto riguarda la caratterizzazione meccanica, risulta molto difficile descrivere il modulo elastico di questo complesso materiale composito con un valore unico ed universale, a causa della sua dipendenza dalle condizioni di misurazione: il complesso comportamento viscoelastico non lineare della parete arteriosa complica la caratterizzazione di questo parametro meccanico, e il protocollo sperimentale adottato ne influenza le valutazioni. Come ampiamente accettato in letteratura, la risposta di un'arteria all'applicazione di un carico non è lineare e la legge di Hooke non è applicabile per descriverne il comportamento meccanico. Pertanto, un approccio non lineare deve essere adottato ed il modulo elastico, invece di essere definito da un valore univoco, deve essere descritto in maniera incrementale, riportandone le valutazioni in relazione ad un definito intervallo di sollecitazioni. A causa della complessità appena descritta, numerose rimangono le domande aperte in relazione alla caratterizzazione della meccanica arteriosa. Da qui nasce l’obiettivo del presente lavoro, che si propone di comprendere sperimentalmente, attraverso test di trazione mono assiale, il ruolo e l'influenza della frequenza di carico sulla biomeccanica vascolare, al fine di caratterizzarne il modulo elastico incrementale e la viscosità. Inoltre, questo lavoro si propone di comprendere il ruolo e il contributo delle diverse tuniche aortiche, rispettivamente intima media e avventizia, nella definizione del modulo elastico di parete.