Fenomen mechanizmu smarowania stawów człowieka

• Autorzy: Ryniewicz A.M.

Warianty tytułu

EN

Phenomenon of the lubrication mechanism of human hip joints

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W opracowaniu przedstawiono problematykę związaną z wyjaśnieniem doskonałego mechanizmu smarowania stawów człowieka. Mechanizm ten do tej pory nie został w pełni opisany ani odtworzony w Endoprotezach lub innych węzłach łożyskowych. Przeprowadzone rozważania opierają się na identyfikacji warunków tarcia i smarowania w stawach prawidłowych. Obejmują przestrzenne wyznaczenie geometrycznego układu współpracujących powierzchni stawowych, kształtu szpary stawowej, warstwowej budowy struktur chrzęstnych i kostnych, dodatkowych struktur chrzęstnych wspomagających smarowanie. W procesie smarowania ważną rolę przejmuje ciecz maziowa, dla której przeprowadzono badania reologiczne i tribologiczne. Dokonano modelowania i symulacji kontaktu struktur stawowych z wykorzystaniem metody elementów skończonych (MES), które wskazały na odrębny niż w warunkach technicznych mechanizm smarowania – charakterystyczny dla stawów człowieka.

EN

The problem concerned with the explanation of a perfect lubrication mechanism is presented in this research. This mechanism has neither been described nor used in any other bearing nodes so far. The major consideration has been based on the identification of friction conditions and lubrication in proper hip joints. The study includes three-dimensional determination of the geometric configuration of cooperating hip joint surfaces, the shape of joint gap, multilayer cartilaginous and bone structures, and additional cartilage structures supporting the lubrication. In the lubrication process, the important role intercepts synovial fluid for which there were made reological and tribological tests. The modelling and simulation of contact using finite element methods (FEM) were made. This simulation shows the mechanism other than in technical condition lubrication. Such a mechanism is characteristic of human hip joints.

Słowa kluczowe

PL

biołożysko; biotribologia; bioreologia; bioelastohydrodynamiczne smarowanie

EN

biobearing; biotribology; bioreology; bioelastohydrodynamic lubrication

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 1
• Strony: 125--140
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Ryniewicz A.M.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• 1. Ateshian G. A.: A Theoretical formulation for boundary fricktion in articular cartilage. J. Biomech. Eng. 119:81-86, 1997.
• 2. Ateshian G. A., Hung C.T.: Patellofemoral joint biomechanics and tissue engineering. Clin. Orthop. Relat. Res. 436:81-90, 2005.
• 3. Ateshian G. A., Lai W. M. Zhu, Mow V. C: An asymptotic solution for the contact of two biphasic cartilage layers. J. Biomech. 27:1347-1360, 1994.
• 4. Balazs E. A.: Viscoelastic properties of hyaluronic acid and biological lubrication. Univ. Mich. Med. Cent. J. 255-259, 1968.
• 5. Będziński R., Ścigała K.: Biomechanika stawu biodrowego i kolanowego, tom 5 Biocybernetyka i inżynieria rehabilitacyjna, red. tomu Będziński R. Akademicka Oficyna Wydawnicza Exit, Warszawa 2004.
• 6. Blacke, D. R., Merry P., Unsworth J., Kidd B. L., Outhwaite J. M., Ballard R., Morris C. J., Gray L., Lunec J.: Hypoxic - reperfusion injury in the inflamed human joint: Lanced 1:289-293, 1989.
• 7. Bujurce 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. 209:76-89, 2007.
• 8. Burcan J., Cwanek J., Gierzyńska-Dolna M., Korzyński M.: Tribologiczne aspekty smarowania naturalnych stawów człowieka, Trybologia, 1996, 4, 321-337.
• 9. Burcan J.: Wybrane zagadnienia biolożysk, Mechanika w medycynie, Rzeszów 2008.
• 10. Ciarek J. M., Norman A. G., Kaab M. J, Notzli H. P.: The surface contour of articular cartilage in an intact, loaded joint. J. Anat 195 (Pt 1): 45-56, 1999.
• 11. Dziubiński M., Kiliański T., Sęk J.: Podstawy reologii i reometrii płynów, Wyd. Politechniki Łódzkiej, Łódź 2009.
• 12. Forcey R. W., Fisher J., Thompson J., Stone M. H., Bell C., Ingham E.: The effect of hialuronic acid and phospholipid based lubricant on friction within a human cartilage damage model. Biomaterials 27:4581-4590, 2006.
• 13. Graindorge S., Ferrandez W., Ingham E., Jin Z., Twigg P., Fisher J.: The role of surface amorphous layer of articular cartilage in joint burication. Proc. Inst. Mech. Eng. 220:597-607, 2006.
• 14. Jin Z. N., Dowson D., Fisher J.: The effect of porocity of articular cartilage on the lubrication of a normal human hip joint. Proc. Inst. Mech. Eng. 206:117-124, 1992.
• 15. Mow V. C., Lai W. M., Redler I.: Some surface characteristics of articular cartilage. I. Ascaning electron microscopy study and theoretical model for the dynamic interaction of synovial fluid and articualar cartilage. J. Biomech. 7:449-456, 1974.
• 16. Ryniewicz A. M.: Analiza geometrii strefy współpracy biołożysk w aspekcie tribologii i choroby zwyrodnieniowej stawów oraz opracowanie teoretycznych podstaw do konstrukcji endoprotez. Projekt badawczy nr 5T07B 00124 KBN 2006,
• 17. Ryniewicz A. M.: Analiza mechanizmu smarowania stawu biodrowego człowieka. Monografia nr 111, ISSN 0867-6631 UWND AGH Kraków 2002.
• 18. Ryniewicz A.M., Ryniewicz A., Lekka M.: Analiza warstwy wierzchniej chrząstki stawowej z zastosowaniem nowoczesnych technik mikroskopowych, Przegląd Lekarski, 64, 2007, 140-146.
• 19. Skawina A.: Angiomorfologia nasady i przynasady bliższej kości udowej człowieka w rozwoju prenatalnym, praca habilitacyjna, Akademia Medyczna, Kraków 1992.
• 20. Smidt T. A., Sah R. L.: Effect of synovial fluid on boundary lubrication of articular cartilage.: Osceoarthritic Cartilage. 15:35-47, 2007.