Biomechanical properties of the thoracic and abdominal aorta: an autopsy study

INTRODUÇÃO: O tratamento endovascular das doenças da aorta é modalidade consagrada atualmente, sendo realizado em indivíduos jovens e idosos, tanto na aorta torácica quanto na abdominal. Esta terapia baseia-se numa interação adequada entre a endoprótese e a parede aórtica. Neste sentido, o conhecimento do comportamento biomecânico da aorta é fundamental. A aorta humana é uma estrutura complexa, com comportamento biomecânico diferente de acordo com a idade, a região e a presença de doenças. Estudos com biomecânica da aorta humana não aneurismática são escassos. OBJETIVOS: Analisar os parâmetros biomecânicos de falência e as características histológicas da aorta torácica e abdominal humana, correlacionando-os com idade e gênero. MÉTODO: Testes destrutivos uniaxiais de espécimes removidos de 26 aortas frescas de cadáveres foram realizados num aparelho de tração universal. Os parâmetros biomecânicos de falência avaliados foram: força, tensão, estresse, deformação e energia de deformação. Foi realizado estudo histológico do tecido aórtico para quantificação de fibras colágenas, musculares e elásticas. RESULTADOS: Foram analisados os testes biomecânicos válidos de 153 espécimes, sendo 95 da aorta torácica e 58 da aorta abdominal. Na comparação entre aorta torácica e abdominal, realizada por análise de variância, foi observado que diâmetro (30,45 versus 23,99 mm; p < 0,001), espessura (1,69 versus 1,44 mm; p < 0,001), força máxima (6,18 versus 4,85 N; p = 0,001), tensão de falência (19,88 versus 14,53 N/cm; p = 0,001), deformação de falência (0,66 versus 0,49; p = 0,003) e a percentagem de fibras elásticas (19,39 versus 14,06 %; p = 0,011) foram maiores, com significância, na aorta torácica. As correlações de Spearman entre idade e força máxima, estresse de falência, tensão de falência, deformação de falência e energia de deformação foram negativas e significativas na aorta torácica e abdominal. As aortas do sexo masculino, através do teste t de Student, apresentaram maior força máxima e tensão de falência. Não houve diferença na composição histológica entre os gêneros. CONCLUSÕES: A aorta torácica é mais resistente e elástica que a aorta abdominal. O conteúdo de fibras elásticas é maior na aorta torácica. Os idosos apresentam aortas menos resistentes e mais rígidas que os jovens. A aorta do sexo masculino é mais resistenteINTRODUCTION: The endovascular repair of aortic diseases is currently widely performed among young and elderly patients, in both the thoracic and abdominal aorta. This treatment is based on an appropriate interaction between the stent graft and the aortic wall. Thus, it is essential to understand the biomechanical behavior of the aorta. The human aorta is a complex vessel with different biomechanical behaviors according to age, location and diseases. There are few biomechanical studies of the human nonaneurysmal aorta. OBJECTIVES: To analyze the biomechanical properties and histological composition of the human aorta according to age and gender. METHODS: Twenty-six human aortas were harvested whole from fresh cadavers during their autopsies. Each aorta was cut into strips for mechanical testing. Uniaxial tensile tests were performed on a tensile-testing machine. The failure load, failure stress, failure tension, failure strain and strain energy were calculated. A histological study was performed to measure the amount of collagen, elastin and smooth muscle cells in the aortic wall. RESULTS: A total of 153 strips were studied (95 from the thoracic aorta and 58 from the abdominal aorta). The diameter (30.45 versus 23.99 mm; p < 0.001), thickness (1.69 versus 1.44 mm; p < 0.001), failure load (6.18 versus 4.85 N; p = 0.001), failure tension (19.88 versus 14.53 N/cm; p = 0.001), failure strain (0.66 versus 0.49; p = 0.003) and elastin amount (19.39 versus 14.06 %; p = 0.011) were all significantly higher for the thoracic aorta than for the abdominal aorta. There was a significant negative Spearman\'s correlation between age and failure load, failure stress, failure tension, failure strain and strain energy. Male aortas had a higher failure load and failure tension than female aortas. No difference in the histological composition was found between the genders. CONCLUSIONS: The thoracic aorta has a higher strength and elasticity than the abdominal aorta. The elastin amount is higher in the thoracic aorta than in the abdominal aorta. The elderly have weaker and stiffer aortas than the young. Male aortas have a higher strength than female aorta