Viscoelastic lubrication of human hip joint for impulsive motion after injury

Wierzcholski, K.Ch.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Viscoelastic lubrication of human hip joint for impulsive motion after injury

Autorzy

Wierzcholski K.Ch.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

http://t.tribologia.eu

Identyfikatory

Warianty tytułu

Lepkosprężyste smarowanie stawu biodrowego człowieka dla impulsywnego ruchu po urazie

Języki publikacji

Abstrakty

This paper presents analytical and numerical solutions of velocity components for synovial fluid flow and pressure and capacities in spherical hip joint gap for hydrodynamic unsteady viscoelastic lubrication in a few or several dozen microseconds after impulse. These parameters of lubrication have very important changes in very short time and are not measurable in experimental way in the time of several microseconds. Therefore analytical and numerical results presented in this paper are necessary in the therapy after trauma.

Tematem niniejszej pracy są parametry smarowania lepkosprężystą cieczą synowialną stawu biodrowego człowieka w czasie kilku lub kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu mikrosekund po doznanym urazie. W niniejszej pracy rozpatruje się urazy wywołujące zmniejszenie lub zwiększenie wysokości i zmiany kształtu szczeliny stawu, które to zmiany po pewnym określonym czasie po doznanym urazie mogą zaniknąć. W konsekwencji takich urazów i to w bardzo krótkim czasie, rzędu mikrosekund, następują bardzo istotne zmiany parametrów smarowania. Mamy tu na uwadze zmiany rozkładów wartości ciśnienia i sił nośnych. Takie zmiany warunków smarowania nieustalonego mają - zdaniem traumatologów i ortopedów - istotny wpływ na trwałe lub czasowe uszkodzenie stawu, a wiedza na temat tych zmian ma decydujące znaczenie na trafne postawienie diagnozy i dalsze leczenie zachowawcze lub operacyjne. Ponieważ decydujący okres, w którym dokonują się wspomniane zmiany smarowania, trwa zaledwie kilka, kilkanaście lub kilkadziesiąt mikrosekund, stąd pomiar tych zmian jest bardzo kosztowy, utrudniony, a nawet niemożliwy ze względu na krótki czas, tym bardziej, że w sytuacji urazu i towarzyszącego mu bólu trudno jest natychmiastowo sięgnąć po przyrządy pomiarowe. Wobec powyższego analityczno-numeryczne wyznaczanie wartości ciśnienia siły nośnej w stawie biodrowym człowieka w czasie kilku lub kilkudziesięciu mikrosekund po urazie dokonanym przez siłę, jest zdaniem autora bardzo celowe. Przedstawione wyniki badań wzbogacą z pewnością bazę niezbędnych danych, potrzebną ortopedom w diagnozie i terapii.

Słowa kluczowe

injury viscoelastic lubrication impulsive motion

uraz smarowanie lepkosprężyste ruch impulsywny

Wydawca

Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich

Czasopismo

Tribologia

Rocznik

2004

Tom

nr 2

Strony

53--80

Opis fizyczny

Bibliogr. 29 poz., rys.

Twórcy

autor

Wierzcholski K.Ch.

Technical University, ul. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk, Faculty of Ocean Engineering & Ship Technology

Bibliografia

1. Dowson D.: Bio-Tribology of Natural and Replacement Synovial Joints. In: Van Mow C., Ratcliffe A., Woo S.L.-Y.: Biomechanics of Diarthrodial Joint. Springer-Verlag, New York, Berlin, Londyn, Paris, Tokyo, Hong Kong, Vol. 2, Chap. 29, 305-345, 1990.
2. Kącki E.: Równania różniczkowe cząstkowe w zagadnieniach fizyki i techniki. WNT, Warszawa 1989.
3. Knopp K.: Szeregi nieskończone, PWN, 1956.
4. Fung Y.C.: Bioviscoelastic Solids, in Biomechanics, Mechanical Properties of Living Tissues. Berlin: Springer Verlag 1993.
5. Fung Y.C.: The Meaning of Constitutive Equations, in Biomechanics, Mechanical Properties of Living Tissues. Berlin: Springer Verlag 1993.
6. Fung Y.C.: Biomechanics Mechanical Properties of Living Tissues, ed. Springer Verlag New York, 220-241, 1993.
7. Fung C.: A First Course in Continuum Mechanics: for physical and biological engineers and scientists, 3-rd edn. Englewood Cliffs, NJ Prentice-Hall 1993.
8. Fung C.: Biomechanics, Motion, Flow, Stress and Growth. Springer Verlag, New York-Hongkong 1993.
9. Jemioło S., Telega J.J., Michalak C.: Hyperelastic Anisotropic Model of Soft Tissues Acta Bioeng. Biomechanics 2 Suppl. 1 pp. 235-240, 2000.
10. Johnson G.A., Rajagopal K.R., Woo S.L.-Y.: A Single Integral Finite Strain (sifc) Model of Ligaments and Tendons. Advences in Bioengineering, 22, 245-248, 1992.
11. Maurel W., Wu Y., Thalmann D.: Biomechanical Modells for Soft Tissue Simulation, Springer Verlag Berlin/Heidelberg 1998.
12. Mow V.C., Holmes M.H. Lai: Fluid transport and mechanical properties of articular cartilage, Journal of Biomechanics; 1984, 17, 337-394, 1984.
13. Mow V.C., Ratcliffe A., Woo S.L.-Y.: Biomechanics of Diarthrodial Joints, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1990.
14. Mow V.C., Soslowsky L.J.: Friction, lubrication and wear of diarthrodial joints. In: Mow VC, Hayes WC, eds. Basic Orthopedic Biomechanics. New York: Raven Press; 254-291, 1991.
15. Mow V.C., Guilak F.: Cell Mechanics and Cellular Engineering Berlin, Heidelberg, New York, Springer Verlag 1994.
16. Nowacki W.: Teoria sprężystości, PWN, Warszawa 1970.
17. Ralston A.: A First Course in Numerical Analysis, McGraw Hill Co., New York, Toronto, London, Sydney 1965.
18. Silver F.H.: Biological Materials: Structure, Mechanical Properties and Modelling of Soft Tissues, New York: New York University Press (1987).
19. Teipel I.: The Impulsive Motion of a Fiat Plate in a Viscoelastic Fluid, Acta Mechanica, Springer Verlag, 39, 277-279, 1981.
20. Traesdell C.A.: First Course in Rational Continuum Mechanics, Maryland, John Hopkins University, Baltimore, 1972.
21. Ungethüm M., Winkler-Gniewek W.: Tribologie in Medizin. Tribologie Schmierungstechnik, 5, 268-277, 1990.
22. Wierzcholski K., Pytko S.: Metoda wyznaczania parametrów biołożyska smarowanego cieczą nienewtonowską, (The parameters calculation method for biobearing lubricated with non-Newtonian lubricants), Tribologia 1993 1, 9-12 (in Polish).
23. Wierzcholski K., Pytko S.: Analytical calculations for experimental dependences between shear rate and synovial fluid viscosity. Proc. of Internat. Tribology Conference Japan Yokohama, Vol. 3, 1975-1980, 1995.
24. Wierzcholski K.: Oil velocity and pressure distribution in short journal bearing under Rivlin Ericksen lubrication, SAMS, System Analysis Modeling and Simulations OPA Overseas Publishers. Assoc. N.V. vol. 32, 205-228, 1998.
25. Wierzcholski K.: The method of solutions for hydrodynamic lubrication by synovial fluid flow in human joint gap, Control and Cybernetics, vol. 31, No. 1, 91-116, 2002.
26. Wierzcholski K.: Capacity of deformed human hip joint gap in time dependent magnetic field. Acta of Bioengineering and Biomechanics, Vol. 5, No. 1, 43-65, 2003.
27. Wierzcholski K.: Pressure distribution in Human Joint Gap for elastic cartilage and time dependent magnetic field (in English), Russian Journal of Biomechanics, Perm Vol. 7, No. 1, 24-46, 2003.
28. Wierzcholski K.: Tribologie für menschliche Gelenke (in German), Tribologie und Schmierungstechnik, 5, 5-13, 2002.
29. Woo S.L.-Y., Johnson G.A., Smith B.A.: Mathematical Modelling of Ligaments and Tendons. Journal Biomechanical Engineering 115, 468-473, 1993.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BPS1-0014-0045