Biotribochemistry of the lubrication of natural joints

• Autorzy: Pawlak Z. , Jurvelin J. , Urbaniak W.

Warianty tytułu

PL

Biotribochemia smarowania naturalnych stawów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this communication, we attempt to consider changes occurring in the phospholipid biomembrane surface in terms of acid-base equilibria. Specifically, the influence of the pH on surface wettability, interfacial energy, and surface friction is discussed under consideration of a biomembrane as an amphoteric polyelectrolyte. We measured the interfacial energy of phosphatidylserine (PS) using a model of bilayer membrane in aqueous electrolyte over the pH range 2.0-12.0.0. Micro-electrophoresis was used to examine the local acid-base equilibrium of the membrane surface, which can be considered to mimic the interface of natural joints. In our findings, the biohydrophobicity of natural surfaces is greatly reduced in the presence of phospholipids. We were able to demonstrate that the coefficient of friction vs. biohydrophobicity of articular cartilage is interface-controlled by osteoarthritis.

PL

Mechanizm smarowania i tarcia w stawach naturalnych opisany jest w literaturze przez ok. 40 modeli. Znaczny postęp w ostatnich latach zawdzięczamy badaniom eksperymentalnym prowadzonym na poziomie molekularnym. Staw, nazywany biołożyskiem, cechuje ultra-niski współczynnik tarcia rzędu 0,001, często pod obciążeniem do 20 MPa. Maź stawowa (łac. synovia, płyn maziowy) jest środkiem smarującym (pH - 7,4) zawierającym ok. 94% wody, chondrocyty, fosfolipidy o m.cz. 700, biomakrocząsteczki, m.in. lubrycyne, hialuron o m. cz. ok. 200 000. W pracy przedstawiono wpływ pH na hydrofobowość, napięcie powierzchniowe, gęstość ładunku i współczynnik tarcia powierzchni stawu. W naszym micelarno-lamelarnym modelu smarowania dwuwarstwy (membrany) fosfolipidowe (SAL-surface amorphous layer) osadzone są na chrząstce stawowej i z udzialem biomakrocząsteczek zapewniają ultraniskie tarcie. Przy spadku hydrofobowości chrząstki z 105° do ok. 60° i zakłóceniu równowagi kwasowo-zasadowej SAL się nie odtwarzania i tarcie w stawie wzrasta.

Słowa kluczowe

EN

biohydrophobicity; wettability; interfacial energy; friction coefficient and pH

PL

biohydrofobowość; zwilżalność; energia powierzchniowa; współczynnik tarcia i pH

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2010
• Tom: nr 5
• Strony: 131--141
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys.

Twórcy

autor

Pawlak Z.

autor

Jurvelin J.

autor

Urbaniak W.

• Biotribology Laboratory, University of Economy, Garbary 2, 85-229 Bydgoszcz, Poland,

Bibliografia

• 1. Hills B.A., The Biology of Surfactants. New York: Cambridge University Press; 1988.
• 2. Hills B.A., Proc Inst Mech Eng Part H: J Eng Med., 214 (2000) 83.
• 3. Crockett R., Tribology Lett., 35 (2000) 77.
• 4. Pawlak Z., Figaszewski Z.A., Gadomski A., Urbaniak W. and Oloyede A., Tribol. Intern., 43(2010) 1719.
• 5. Wierzcholski K., Miszczak A., Tribologia, 3 (213) (2007) 339.
• 6. Krzeminski K., Rudniak L. and Dahlke M., Tribologia, 1 (193) 2004.
• 7. Trzaskacz T., Tribologia, 4 (193) 2004.
• 8. Adamson A.W., Physical Chemistry of Surfaces. Wiley and Sons, 1976.
• 9. Burke S.E. and Barrett C.J., Biomacromolecules, 4 (2003) 1773.
• 10. Schlenoff J.B., Langmouir, 25 (2009) 14007.
• 11. Kato N., Schuetz P., Fery A. and Caruso F., Macromolecules, 35 (2000) 9780.
• 12. Petelska A.D. and Figaszewski Z.A., Biolectrochem. Bioenerg., 46 (1998) 199.
• 13. Pawlak Z., Kotynska J., Figaszewski Z.A., Gadomski A., Gudaniec A. and Oloyede A., Archives Mat. Sci. Eng., 29 (2008) 24.
• 14. Petelska A.D., Naumowicz M. and Figaszewski Z.A., In: Advances in Planar Lipid and Liposomes, eds. H.T. Tien and A. Ottova, Elsevier; vol. 3 (2006) p. 125-187.
• 15. Hills B.A. and Crawford R.W., J. Arthroplasty, 18 (2003) 499.
• 16. Pawlak Z. and Oloyede A., BioSystems, 94 (2008) 193.
• 17. Singiel D.P., Biophys. J., 45 (1984) 399.
• 18. Gadomski A., Pawlak Z. and Oloyede A., Tribol. Letters, 30 (2008) 83.
• 19. Higaki H., Murakami T., Nakanishi Y., Miura H., Mawatari T. and Iwamoyo Y., Proc. Inst. Mech. Eng., 212 (1998) 23.
• 20. Trunfio-Sfarghiu A.M., Berthier Y., Meurisse M.H. and Rieu J.P., Langmuir, 24(2008) 8765.
• 21. Pawlak Z., Crawford R.W. and Oloyede A., Australian J. Mech. Eng., 6 (2008)21.
• 22. Jurvelin J.S., Müller D.J., Wong M., Studer D., Engel A. and Hunziker E.B., Surface and subsurface morphology of bovine humeral articular cartilage as assessed by atomic force and transmission electron microscopy, J. Structural Biology, 117 (1996) 45.
• 23. Jurvelin J.S., Prediction of biomechanical properties of articular cartilage with quantitative magnetic resonance imaging, J. Biomechanics, 37 (2004) 321.
• 24. Pawlak Z., Tribochemistry of Lubricating Oils, Elsevier, 2003.
• 25. Gale L.R., Coller R., Hargreaves D.J., Hills B.A. and Crawford R., Tribol. Intern., 40(2007)601.
• 26. Furey M.J. and Burhardt B.M., Lubrication Sci., 9 (1997) 255.