Microscopic tribological analysis of the knee joint

Ryniewicz, A. M.; Ryniewicz, A.; Pukaluk, A.; Pałka, P.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Microscopic tribological analysis of the knee joint

Autorzy

Ryniewicz A. M. , Ryniewicz A. , Pukaluk A. , Pałka P.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Tribologia_3_2017_Ryniewicz_Microscopic.pdf

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Mikroskopowa analiza tribologiczna w stawie kolanowym

Języki publikacji

Abstrakty

The aim of the conducted research was the evaluation of the topography and the structure of the superficial layer of meniscus and articular cartilage. These are surfaces that optimise the friction and lubrication process in the knee joint. The animal samples of the menisci and the articular cartilage were examined. The research was performed using scanning electron microscopes and an atomic force microscope. The structure of the surface of meniscus and articular cartilage is very regular. The collagenous fibres, which are embedded in the ground substance, are parallel to the surface. The undulation of the surface was observed. In the area of the anterior horn on tibia side of both menisci as well as in the anterior area of tibial plateau, the concavity and convexity pattern is evident. The observed cavities enable the accumulation of the synovial fluid. The synovial fluid plays the role of the lubricant in the knee joint, and its presence is highly desired during the load transmission.

Celem przeprowadzonych badań była ocena topografii i struktury łąkotek oraz powierzchni stawowych, które zabezpieczają i optymalizują proces tarcia i smarowania w stawie kolanowym. Materiałem badań były łąkotki pobrane z prawidłowych stawów zwierzęcych oraz tkanka chrzęstna wypreparowana z powierzchni stawowych. Badania były realizowane na mikroskopach skaningowych oraz mikroskopie sił atomowych. Struktura warstwy wierzchniej chrząstki włóknistej oraz szklistej wykazała dużą regularność. Włókna kolagenowe biegnące równolegle do powierzchni i zatopione w substancji podstawnej tworzą łagodnie pofalowaną strukturę. Układ wgłębień i wzniesień jest najbardziej wyraźny na części przedniej plateau kości piszczelowej oraz w obszarze rogu przedniego łąkotek, po stronie kontaktującej się z plateau kości piszczelowej. W zaobserwowanych wgłębieniach może gromadzić się ciecz synowialna, która pełni rolę środka smarnego, i której obecność jest wysoce pożądana podczas przenoszenia obciążeń wewnątrz stawu kolanowego.

Słowa kluczowe

knee joint meniscus articular cartilage SEM AFM

staw kolanowy łąkotka chrząstka stawowa SEM AFM

Wydawca

Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich

Czasopismo

Tribologia

Rocznik

2017

Tom

nr 3

Strony

147--154

Opis fizyczny

Bibliogr. 31 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Ryniewicz A. M.

AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Ryniewicz A.

Cracow University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Laboratory of Coordinate Metrology, al. Jana Pawła II 37,30-001 Kraków, Poland

autor

Pukaluk A.

AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Pałka P.

AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

1. Paulsen F., Waschke J. (eds., Polish edition – editors Woźniak W., Jędrzejewski K.S.): Sobotta Atlas anatomii człowieka. Ogólne pojęcia anatomiczne. Narządy ruchu. Edra Urban & Partner, Wrocław, 2012, pp. 278–293.
2. Lippert H. (eds., Polish edition – editor Aleksandrowicz R.) : Anatomia. Tom 2. Wydawnictwo medyczne Urban& Partner, Wrocław, 1998, pp. 730–731.
3. Widuchowski J.: Kolano. Urazy i obrażenia sportowe. G-KWADRAT s.c., Katowice 1997, pp. 29-30, 111–125, 188–192.
4. Górecki A.: Uszkodzenia łąkotek. In: Górecki A. (ed.) Uszkodzenia stawu kolanowego. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2002, pp. 161–175.
5. Müller W.: The knee. Form, function, and ligament reconstruction. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York 1983, pp. 29–30, 99–115.
6. Rattner J. B., Matyas J. R., Barclay L., Holowaychuk S., Sciore P., Lo I .K. Y., Shrive N. G., Frank C. B., Achari Y., Hart D. A.: New understanding of the complex structure of knee menisci: Implications for injury risk and repair potential for athletes. Scand J Med Sci Sports, 21, 2011, pp. 543–553.
7. Chevrier A., Nelea M., Hurtug M. B., Hoemann C. D., Buschmann M. D.: Meniscus structure in human, sheep and rabbit for animals models of meniscus repair. J Ortho Res, 27, 2009, pp. 1197–1203.
8. Choi J., Biswas R., Bae W. C., Healey R., Im M., Statum S., Chang E. Y., Du J., Bydder G. M., D’Lima D., Chung C. B.: Thickness of the meniscal lamellar layer: Correlation with indentation stiffness and comparison of normal and abnormally thick layers by using multiparametric ultrashort echo time MR imaging. Radiology, 280, 2016, pp.161–168.
9. Andrews S. H. J., Ronsky J. L., Rattner J. B., Shrive N. G., Jamniczky H. A.: An evaluation of meniscal collagenous structure using optical projection tomography. BMC Med. Imaging 13,2013, pp. 13–21.
10. Fox A. J. S., Bedi A., Rodeo S. A.: The basic science of human knee menisci: structure, composition, and function. Sports Health 4, 2012, pp. 340–351.
11. Lee J. M., Fu F. H.: The meniscus: Basic science and clinical applications. Oper. Tech. Orthop. 10, 2000, pp. 162–168.
12. Petersen W., Tillmann B.: Collagenous fibril texture of the human knee joint menisci. Anat. Embryol. 1998, 197, pp. 317–324.
13. Zaffagnini S., Marcheggiani Muccioli G. M., Lopomo N., Bruni D., Giordano G., Ravazzolo G., Molinari M., Marcacci M.: Prospective long-term outcomes of the medial collagen meniscus implant versus partial medial meniscectomy: a minimum 10-year follow-up study. The American Journal of Sports Medicine, 39 2011, pp. 977–985.
14. Hwang Y. G., Kwoh C. K.: The METEOR trial: No rush to repair a torn meniscus. Cleveland Clinic Journal of Medicine, 81, 2014, pp. 226–232.
15. Yim J. H., Seon J. K., Song E. K., Choi J. I., Kim M. C., Lee K. B., Seo H. Y.: A Comparative study of meniscectomy and nonoperative treatment for degenerative horizontal tears of the medial meniscus. The American Journal of Sports Medicine, 41, 2013, pp. 1565–1570.
16. Bouyarmane H., Beaufils P., Pujol N., Bellemans J., Roberts S., Spalding T., Zaffagnini S., Marcacci M., Verdonk P., Womack M., Verdonk R.: Polyurethane scaffold in lateral meniscus segmental defects: clinical outcomes at 24 months follow-up. Orthopaedics & Traumatology: Surgery & Research, 100, 2014, pp. 153–157.
17. Atkinson T. S., Haut R. C., Altiero N. J.: Impact-induced fissuring of articular cartilage: an investigation of failure criteria. J Biomech Eng, 120, 1998, pp. 181–187.
18. Atkinson T. S., Haut R. C., Altiero N. J.: A poroelastic model that predicts some phenomenological responses of ligaments and tendons. J Biomech Eng, 119, 1997, pp. 400–405.
19. Bujurke N. M., Kudenatti R. B., Awati V. B.: Effect of surface roughness on squeeze film poroelastic bearings with special reference to synovial joints. Math Biosci, 209, 2007, pp. 76–89.
20. Kempson G. E., Freeman M. A., Swanson S. A.: The determination of a creep modulus for articular cartilage from indentation tests of the human femoral head. J Biomech, 4, 1971, pp. 239–250.
21. Kempson G. E., Muir H., Pollard C., Tuke M.: The tensile properties of the cartilage of human femoral condyles related to the content of collagen and glycosaminoglycans. Biochim Biophys Acta, 297, 1973, pp. 456–472.
22. Malmonge S. M., Zavaglia C. A., Belangero W. D.: Biomechanical and histological evaluation of hydrogel implants in articular cartilage. Braz J Med Biol Res, 33, 2000, pp. 307–312.
23. Mow V. C., Kuei S. C., Lai W. M., Armstrong C.G.: Biphasic creep and stress relaxation of articular cartilage in compression? Theory and experiments. J Biomech Eng, 102, 1980, pp. 73–84.
24. Wang C. C., Deng J. M., Ateshian G. A., Hung C. T.: An automated approach for direct measurement of twodimensional strain distributions within articular cartilage under unconfined compression. J Biomech Eng, 124, 2002, pp. 557–567.
25. Ryniewicz A. M., Ryniewicz A., Zawiejska B., Pasowicz M., Banyś P., Trela F.: The geometrical estimation of the articulation cartilage defekt imaged using magnetic resonance. Chirurgia kolana, artroskopia, traumatologia sportowa, 2, 2015, pp. 37–43.
26. Gerke J., Ryniewicz A. M., Madej T.: Modeling of lumbag spine equipped with fixator. Bio-Algorithms and Med- Systems, 11, 2015, pp. 261–262.
27. Munk P. L., Helms C. A., Janzen D. L., Vellet A. D.: The menisci. In: Munk P. L., Helms C. A (eds.) MRI of the knee. Lippincott-Raven, New York, 1996, pp. 83–111.
28. Mink J. H., Reicher M. A., Crues J. V., Deutsch A. L.: Magnetic resonance imaging oft he knee. Raven Press, New York, 1993, pp. 51–140.
29. Ryniewicz A. M., Ryniewicz A., Lekka M.: Analiza warstwy wierzchniej chrząstki stawowe z zastosowaniem nowoczesnych technik mikroskopowych. Przegląd Lekarski, 64, 2007, pp. 140–146.
30. Wieczorkowski M., Cellary A., Chajda J.: Przewodnik po pomiarach nierówności powierzchni, czyli o chropowatości i nie tylko. Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2003.
31. Ryniewicz A. M.: Identification, modelling and biotribology of human joints. Wydawnictwa AGH, Kraków 2011, pp. 65–83, 119–131.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-06f58076-e68b-4352-99ed-f85c7e3ea634