Tribologie polyurethanu pro trvalou náhradu menisku v simulované synoviální tekutině.

Abstract

Meniskus má klíčovou funkci jako tlumiče a stabilizátor uvnitř kolenního kloubu při chůzi, sportovní aktivity, a mnoho dalších denních pohybů během našich životů. Menisku slzy jsou velmi pravděpodobné, u mladých a aktivních dospělých kvůli extrémním pohybům při sportovních aktivitách. Buď pokud roztrhané meniskus se neléčí, nebo odstranit meniskektomie, jak povede k osteoartrózy. Tedy, je-li přítomna utržený meniskus, je třeba jej nahradit menisku protézy, aby se zabránilo poškození chrupavky nebo osteoartróza způsobené slzy. Polykarbonátové Uretan (PCU), byla dobře studována jako menisku protézy kandidáta, přesto jeho tribologické vlastnosti v synoviální kolenního kloubu prostředí nebyly zkoumány. Prvním cílem této studie bylo zjistit vliv různých synoviální tekutiny (SF), komponent na koeficient tření (COF), měřená mezi kloubních chrupavek a PCUs a případné vzniklé opotřebení chrupavky. Druhým cílem bylo zjistit vliv povrchové úpravy PCUs, tj Bionate 80A, Bionate II80A, Bionate 80AS, Bionate 80A2F na měřené COF a opotřebení rychlost chrupavky. Třetí Cílem této studie bylo zjistit, zda nahrazení zdravého menisku s PCUs způsobil poškození chrupavky. Čtvrtý Cílem této studie bylo zkoumat účinek experimentu času na COF a opotřebení. Univerzální Mechanické Tester Bruker je (UMT-3) byl použit k měření COF mezi kloubní chrupavky a PCUs v různých chemických roztok z nejméně do nejvíce kompletní simulované SF. Histologie byla prováděna zkoumat poškození chrupavky po experimentů. Výsledky této studie ukázaly, že přidání více složek, maziv na simulovanou SF neprokázaly snížil COF. Přesto, v nejúplnější simulované SF napodobuje přirozený SF, B80A a BII80A přineslo nejnižší COFS všech biomateriálů. Potvrzující, že COF a opotřebení nekorelují, B80AS ukázal nejmenší opotřebení rychlost všech Bionates zatímco zdravé meniskus nevykazovala žádné poškození chrupavky. Tak, výměna zdravého menisku s PCUs 2způsobil poškození chrupavky. Pokud jde o čas experimentovat, COF odvozený od 4 hodin experimentů byla vyšší než COF od 1 hodiny pokusy v této studii

The meniscus has a crucial function as a shock absorber and stabilizer inside the knee joint during walking, sportsactivities, and many other daily movements during our lives. Meniscal tears are very probable in young and active adults due to extreme movementsduring sportsactivities. Either if a torn meniscus is left untreatedor removed by meniscectomy, bothlead to osteoarthritis. Thus, when a torn meniscus is present, it needs to be replaced with a meniscus implantto prevent cartilage damage or osteoarthritis caused by the tears. Polycarbonate Urethane (PCU) has been well studied as a meniscus implantcandidate, yet its tribological properties in the synovial knee joint milieu have not been investigated. The first aim of this study was to investigate the effect of differentsynovial fluid (SF) components on the coefficient of friction (COF)measured between articular cartilage and PCUsand possible resulting wear ofthe cartilage. The second aim wasto investigate the effect ofsurface modifications ofPCUs, i.e. Bionate 80A, Bionate II80A, Bionate 80AS, Bionate 80A2F on themeasuredCOF and wear rateofthe cartilage. The third aim of this study was to investigate whether replacement of healthy meniscus with PCUs caused cartilage damage. The fourthaim of this study wasto investigate the effect of experiment time on COFandwear. A Bruker's Universal Mechanical Tester (UMT-3)was used to measure the COF between articular cartilage and the PCUsin different solution chemistries from the least to the most complete simulated SF. Histology was performed to examine the damage o fthe cartilage after the experiments. The results of this study showed that adding more lubricant components to the simulated SF did not show any decreased COF. Yet, in the most complete simulated SF mimicking the natural SF, B80A and BII80Ayielded the lowest COFsof all the biomaterials. Confirming that COF and wear have no correlation, B80AS showed the least wear rateof all the Bionates while healthy meniscus did not cause any cartilage damage. In 4conclusion, replacement of healthy meniscus with PCUs caused cartilage damage. With respect to experiment time, increasing the time from 1up to 4 hours increased the measured COF.