Adaptace artikulární chrupavky na biomechanické účinky

Abstract

Disertační práce se zabývá stanovením biomechanických vlastností artikulární chrupavky velkých lidských kloubů, zejména kolena. Práce definuje přetváření artikulární chrupavky při flexi a extenzi dolní končetiny a reologické vlastnosti synoviální tekutiny. Pro posouzení materiálového chování artikulární chrupavky během nejčastějších fyziologických pohybů byly provedeny experimenty, které ověřovaly její přetvoření při cyklickém zatěžování. Pro měření byly použity vepřové chrupavky a silové účinky byly modelovány adekvátní silou vyvozovanou zatěžovacím válečkem (10-40 N) při fyziologických zatěžovacích frekvencích. Na základě těchto experimentů byl ověřen předložený teoretický materiálový model reprezentovaný Kelvin-Voigtovým viskohyperelastickým článkem. Byly také definovány příslušné konstitutivní rovnice pro napětí a deformace v periferní vrstvě. Poznání účinků tečných složek fyziologických zatížení si vyžádalo experimentální měření změn viskozity synoviální tekutiny při různých zatěžovacích podmínkách. Bylo prokázáno nenewtonské reopexní chování synoviální tekutiny, které zásadním způsobem ovlivňuje její biomechanické chování mezi protilehlými povrchy artikulárních chrupavek. Diferenciaci, proliferaci a dediferenciaci chondrocytů lze analyzovat z hojení svalku. Proto byly zkoumány hojivé procesy při prolongaci diafýz a v návaznosti na to také mimo hlavní záměr disertační práce navržen dynamický a elektronicky řízený prolongátor.

The PhD thesis is aimed at the determination of the biomechanical properties of articular cartilage of large human joints, especially knees. The paper defines the strain of articular cartilage in flexion and extension of the lower limb and rheological properties of synovial fluid. To assess the articular cartilage bahavior during physiological movements were performed experiments to verify the strain under cyclic loading. Based on these experiments was verified a theoretical material model represented by the Kelvin-Voigt viscohyperelastic model. Constitutive equations for stress and strain in peripheral zone were defined. Understanding the effects of tangential components of physiological loading requires experimental measurements of viscosity changes of synovial fluid at different load condition. It has been shown nonnewtonian behavior of synovial fluid - rheopexy, which significantly influences the biomechanical behavior between articular plateus. Differentiaton, proliferation and dedifferentiation of chondrocytes can be analyzed from callus healing. Therefor, the healing processes were examined for prolongation of diaphysis, and consequently proposed a dynamic and electronically controlled prolongator.