Vliv viskosuplementace na tření kloubní chrupavky

Podobné dokumenty
EXPERIMENTÁLNÍ STUDIUM UTVÁŘENÍ MAZACÍHO FILMU V SYNOVIÁLNÍM KLOUBU

Vliv viskosuplementace na tření a mazání kloubních chrupavek

VLIV VISKOSUPLEMENTACE NA TŘENÍ KLOUBNÍ CHRUPAVKY REBENDA DAVID. Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Ústav konstruování

Modifikace tření v kontaktu kola a kolejnice

Formování tloušťky filmu v elastohydrodynamicky mazaných poddajných kontaktech

Analýza utváření mazacího filmu v náhradách kyčelního kloubu

Vysoké učení technické v Brně Brno University of Technology. Vliv viskosuplementace na mázání a tření kloubních chrupavek

Vliv povrchových nerovností na utváření velmi tenkých mazacích filmů na hranici přechodu do smíšeného mazání

Pojednání ke státní doktorské zkoušce. Vliv topografie třecích povrchů na funkci kluzných ložisek

Vliv složení třecí vrstvy na tribologii kontaktu kola a kolejnice

EXPERIMENTÁLNÍ STUDIUM TOKU MAZIVA V BODOVÉM KONTAKTU Kryštof Dočkal

Elastohydrodynamické mazání za podmínek hladovění

Problematika dizertační práce a současný stav řešení

Pojednání ke státní doktorské zkoušce. Vliv topografie třecích povrchů na funkci kluzných ložisek

Studium smykově namáhaných elastohydrodynamických mazacích filmů za tranzientních podmínek

Studium smykově namáhaných elastohydrodynamických mazacích filmů za tranzientních podmínek

Korelace změny signálu AE s rozvojem kontaktního poškození

Studium přechodových p v mazacích ch filmech vysokorychlostní barevnou kamerou

Snížení tření a opotřebení strojních částí cílenou modifikací třecích povrchů

Studium utváření elastohydrodynamických mazacích filmů u hypoidních převodů. Pojednání ke Státní doktorské zkoušce. M. Omasta

Summer Workshop of Applied Mechanics. Vliv mechanického zatížení na vznik a vývoj osteoartrózy kyčelního kloubu

Experimentální studium chování mazacích filmů kontaminovaných vodou. Ing. Daniel Koutný

TRIBOLOGIE. představení výzkumné skupiny. VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ v BRNĚ

Experimentální studium utváření mazacích filmů při reverzaci a rozběhu třecích povrchů

ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ ÚK

Konstrukce optického mikroviskozimetru

In-situ studium změny topografie třecích povrchů v elastohydrodynamickém kontaktu

Vliv povrchových nerovností na vývoj tření a tloušťky mazacího filmu v oblasti přechodu do smíšeného mazání

VÝVOJ NOVÉ GENERACE ZAŘÍZENÍ S POKROČILOU DIAGNOSTIKOU PRO STANOVENÍ KONTAKTNÍ DEGRADACE

EXPERIMENTÁLNÍ STUDIUM CHOVÁNÍ MAZACÍCH FILMŮ KONTAMINOVANÝCH VODOU

Experimentální studium chování mazacích filmů kontaminovaných vodou

Metody modifikace topografie strojních prvků

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Tvorba mazacího filmu v kontaktu synoviálního kloubu v závislosti na smykové rychlosti. Projekt dizertační práce. Ing. Pavel Čípek

VLIV REOLOGIE MAZIV NA TLOUŠŤKU MAZACÍHO FILMU

Modifikace tření v kontaktu kola a kolejnice

Vývoj magnetoreologického tlumiče odpružení pro kosmonautiku

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

EXPERIMENTÁLNÍ STUDIUM UTVÁŘENÍ MAZACÍHO FILMU V SYNOVIÁLNÍM KLOUBU

EXPERIMENTÁLNÍ STUDIUM CHOVÁNÍ MAZACÍCH FILMŮ KONTAMINOVANÝCH VODOU

KLÍČOVÁ SLOVA Náhrada kyčelního kloubu, součinitel tření, materiál náhrady, modelová kapalina, protein, kinematické podmínky

Název práce: DIAGNOSTIKA KONTAKTNĚ ZATÍŽENÝCH POVRCHŮ S VYUŽITÍM VYBRANÝCH POSTUPŮ ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLU AKUSTICKÉ EMISE

BIOMECHANIKA ŠLACHY, VAZY, CHRUPAVKA

Prů r v ů od o c d e e T -ex e kur u z r í Pe P t e r t a a M e M n e y n ja j r a ov o á

TRIBOLOGIE. představení výzkumné skupiny. VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ v BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Studium tenkých mazacích filmů spektroskopickou reflektrometrií

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Numerická simulace elastohydrodynamicky mazaného kruhového kontaktu nehladkých povrchů

Studium utváření elastohydrodynamických mazacích filmů u hypoidních převodů

Vývoj magnetoreologického tlumiče odpružení pro kosmonautiku

Konstrukce optického mikroviskozimetru

Abyste mohli dělat věci jinak, musíte je jinak i vidět Paul Allaire

Aplikace barevného vidění ve studiu elastohydrodynamického mazání

CZ.1.07/2.3.00/

Elastohydrodynamické mazání poddajných třecích povrchů

Témata doktorského studia pro akademický rok 2011/2012

Problematika disertační práce a současný stav řešení. Filip Hort

Problematika disertační práce a současný stav řešení

tuhost, elasticita, tvrdost, relaxace a creep, únava materiálu, reologické modely, zátěž a namáhání

Mechanická modifikace topografie strojních součástí

Hodnocení tribologických vlastností procesních kapalin

Základy vědecké práce Nová studentská laboratoř

Pojednání ke státní doktorské zkoušce. Hodnocení mechanických vlastností slitin na bázi Al a Mg s využitím metody AE

Problematika disertační práce a současný stav řešení

Tribologické vlastnosti hydrogelu phema pro použití jako umělé kloubní chrupavky

Název aktuální kapitoly (dle posledního nadpisu 1. úrovně)

BIOVISC ORTHO M. Sterilní viskoelastický roztok kyseliny hyaluronové k intraartikulární injekci.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

v akademickém roku 2009/2010 Ústav konstruování, Fakulta strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně

Směrnice děkana č. 1/2016 pro metodické hodnocení studentů doktorských studijních programů na ČVUT FD

Chování EHD mazacího filmu při náhlých změnách rychlosti a zatížení

Abyste mohli dělat věci jinak, musíte je jinak i vidět Paul Allaire

HYBRIDNÍ NÁVRH DÍLŮ PRO ADITIVNÍ ZPŮSOB VÝROBY

Doktorské studium na Ústavu konstruování v akademickém roku 2010/2011

FUNKČNÍ MODEL ČÁSTEČNÉ NÁHRADY KOLENNÍHO KLOUBU

12. Únavové šíření trhliny. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

DIAGNOSTICKÝ SYTÉM M PRO KONTROLU ITÍM M METODY AKUSICKÉ EMISE

Problematika disertační práce a současný stav řešení

Analýza PIN-on-DISC. Ing. Jiří Hájek Dr. Ing. Antonín Kříž ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

Témata doktorského studia pro akademický rok 2014/2015

Studium tenkých mazacích filmů spektroskopickou reflektometrií

Aplikace spektroskopické reflektometrie při studiu elastohydrodynamického mazání

Identifikace změn parametrů signálu akustické emise jako důsledku mechanického poškození

Témata doktorského studia pro akademický rok 2013/2014

Témata doktorského studia pro akademický rok 2014/2015

Inovativní výrobky a environmentální technologie (reg. č. CZ.1.05/3.1.00/ ) ENVITECH

TYPY KLOUBNÍCH SPOJENÍ

Zkušenosti s rozvojem talentů holdingu CONTIPRO ZUZANA VONDROVÁ

MAPOVÁNÍ TLOUŠŤKY MAZACÍHO FILMU U NÁHRAD VELKÝCH KLOUBŮ ČLOVĚKA

Doktorské studium oboru Fyzická geografie a geoekologie

Téma doktorských prací pro akademický rok 2018/2019. Pavel Novotný

Elastohydrodynamické mazání za podmínek hladovění

Snižování hlukové emise moderní automobilové převodovky. Prezentace: Pojednání ke státní doktorské zkoušce Ing. Milan Klapka

Pojednání ke státní doktorské zkoušce. Hodnocení mechanických vlastností slitin na bázi Al a Mg s využitím metody AE

Optimalizace regulačního algoritmu MR tlumiče

Analytické metody v motorsportu

Zpracování hořčíkových slitin technologií SLM

Výměnné pobyty s US vysokými školami

Doktorské studium na FPH VŠE. Martin Lukeš proděkan pro vědu, výzkum a doktorské studium

Transkript:

Vliv viskosuplementace na tření kloubní chrupavky David Rebenda, Ing. ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Státní doktorská zkouška, 15. 1. 2019

OBSAH Motivace pro řešení daného problému Úvod do problematiky Shrnutí současného stavu poznání Analýza a zhodnocení poznatků Vymezení cílů disertační práce Vědecká otázka a pracovní hypotéza Materiál a metody Současný stav řešení disertační práce Závěr 2/18

MOTIVACE PRO ŘEŠENÍ DANÉHO PROBLÉMU 15 % dospělých trpí nemocemi kloubů Opotřebení kloubní chrupavky Omezená regenerace Kloubní náhrada Omezená životnost Uvolňování otěrových částic Aseptické uvolnění Viskosuplementace Neinvazivní metoda Injekce s kys. hyaluronovou do kloubního pouzdra 3/18

ÚVOD DO PROBLEMATIKY Kryje třecí povrchy synoviálních kloubů Pórovitá tkáň - kolagen typu II, chondrocyty, proteoglykany Vysoký obsah vody (synoviální kapalina) Modul pružnosti 1 20 MPa 4/18

ÚVOD DO PROBLEMATIKY Osteoartróza Viskosuplementace Rozvláknění struktury, odhalení subchondrální tkáně Rozrušení mechanismu mazání, nárůst tření Změna složení SK Pokles koncentrace a molekulové hmotnosti HA Obnova reologických vlastností SK Protizánětlivé účinky, syntéza HA Tvorba gelové vrstvy na chrupavce Účinnost a délka účinku kolísá v závislosti na stavu pacienta (složení SK) 5/18

ÚVOD DO PROBLEMATIKY Osteoartróza Viskosuplementace Rozvláknění struktury, odhalení subchondrální tkáně Rozrušení mechanismu mazání, nárůst tření Změna složení SK Pokles koncentrace a molekulové hmotnosti HA Mechanismus účinku? 6/18

SHRNUTÍ SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ Vliv viskosuplementace Analýza tření v kontaktu kloubní chrupavky Vliv proteinů, HA, fosfolipidů a jejich kombinací Zdravá vs. osteoartritická chrupavka Testy s čistou HA či viskosuplementem Popis reologických vlastností synoviální kapaliny a hyaluronanu Vliv složek SK na viskozitu Viskozita a viskoelastické vlastnosti nativní HA a komerčních viskosuplementů Změny reologických vlastností SK po smíchání s HA nebo viskosuplementem 7/18

SHRNUTÍ SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ - TŘENÍ 2011 2011 2013 3 citace dle WoS 38 citací dle WoS 15 citací dle WoS Cherniakova, Y. M. a kol. Tribological aspects of joint intraarticular therapy Kwiecinski, J. J. a kol. The effect of molecular weight on hyaluronan s cartilage boundary lubrication ability Murakami, T. a kol. Influence of synovia constituents on tribological behaviors of articular cartilage Porovnání tribologických vlastností různých skupin kloubních léčiv Vliv molekulové hmotnosti čisté HA na tření v kontaktu Vliv různých kombinací složek SK na tření v kontaktu 8/18

SHRNUTÍ SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ - REOLOGIE 2009 2011 2014 24 citací dle WoS 11 citací dle WoS 8 citací dle WoS Mathieu, P. a kol. Rheologic behavior of osteoarthritic synovial fluid after addition of hyaluronic acid Bhuanantanondh, P. a kol. Rheology of osteoarthritic synovial fluid mixed with viscosupplements: A pilot study Zhang, Z. a kol. The role of protein content on the steady and oscilátory shear rheology of model synovial fluids Změny reologických vlastností SK po smíchání s HA/vikosuplementem Reologické vlastnosti základních typů komerčních viskosuplementů HA je primární složkou SK ovlivňující její reologické vlastnosti 9/18

ANALÝZA A ZHODNOCENÍ POZNATKŮ Tření v kontaktu Reologické vlastnosti Chování složek SK v jednoduchých roztocích Vliv stupně poškození chrupavky Vliv molekulové hmotnosti HA Tribologické vlastnosti viskosuplementů Chování složek SK v komplexním roztoku Vliv složek SK na reologii Reologické vlastnosti osteoartritické SK Vliv molekulové hmotnosti a síťování HA Změny vlastností SK po smíchání s viskosuplementem Zdravá vs. osteoartritická SK Vliv viskosuplementace na tření v kontaktu 10/18

VYMEZENÍ CÍLŮ DIZERTAČNÍ PRÁCE HLAVNÍ CÍL Cílem práce je analýza vlivu koncentrace a molekulové hmotnosti kyseliny hyaluronové dodané do kloubu během viskosuplementace na tření v kontaktu v závislosti na složení synoviální kapaliny. DÍLČÍ CÍLE Návrh metodiky pro odběr a uchovávání vzorků chrupavek Posouzení vlivu složení synoviální kapaliny na tření v kontaktu Analýza reologických vlastností roztoků HA a viskosuplementů Popis vlivu molekulové hmotnosti a koncentrace HA/viskosuplementu na tření v kontaktu 11/18

VĚDECKÁ OTÁZKA A PRACOVNÍ HYPOTÉZA VĚDECKÁ OTÁZKA Jaký je vliv koncentrace a molekulové hmotnosti kyseliny hyaluronové dodané do kloubního pouzdra během viskosuplemementace na tření kloubní chrupavky? PRACOVNÍ HYPOTÉZA Viskosuplementy se síťovanou kyselinou hyaluronovou a vysokou molekulovou hmotností způsobí výraznější pokles tření v kontaktu oproti viskosuplementům s lineární kyselinou hyaluronovou s nízkou molekulovou hmotností. Odlišná reakce HA s albuminem a γ-globulinem Vyšší viskozita u HA s vyšší molekulovou hmotností Tvorba gelové vrstvy 12/18

MATERIÁL A METODY Aparatura Experimentální podmínky Sledované parametry Pin-on-disc, pin-on-plate Zatížení 5 N Rychlost 5-10 mm/s Modelové SK Nativní HA Komerční viskosuplementy Součinitel smykového tření Cone-plate, plate-plate Smykový spád 0,01-5 000 1/s Frekvence 0,05-5 Hz Amplituda 0,001-1,5 rad Nativní HA Komerční viskosuplementy Viskozita Dynamické moduly pružnosti 13/18

CoF Viskozita Modul pružnosti MATERIÁL A METODY Experimentální část Zpracování a analýza dat Součinitel tření Viskozita Viskózní a elastický modul Vliv složení SK Vliv koncentrace a molekulové hmotnosti HA Vliv přidání HA do SK Korelace mezi tribologií a reologií Změny v tribologii kloubu po přidání viskosuplementu Čas Smykový spád Frekvence/Amplituda 14/18

Součinitel tření (-) SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÍ Ověření metodiky odběru vzorků 0,6 0,5 0,4 0,3 Mini Traction Machine Experimentální podmínky Pin-on-disc Chrupavka - HXPE Zatížení 5 N Rychlost 10 mm/s PBS 0,2 0,1 0 0 50 100 150 200 250 300 Čas (s) Nový 2 dny v lednici 6 dnů v lednici 6 dnů mrazák 12 dní mrazák 15/18

SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÍ Tření Experimentální podmínky Pin-on-plate Rychlost 10 mm/s Chrupavka - sklo HA, proteiny Zatížení 5 N Albumin (mg/ml) γ-globulin (mg/ml) HA(mg/ml) Fosfolipidy (mg/ml) Fyziologická SK 20 3,6 2,5 0,15 Osteoartritická SK 24,9 6,1 1,49 0,34 16/18

SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÍ Reologie viskosuplementů Viskosuplement Koncentrace HA (mg/ml) Molekulová hmotnost HA (kda) Erectus 12 1 100 Genvisc Gold 16 1 800 Hyalgan 20 500 730 Monovisc 22 1 000 2 900 Optivisc Single 30 3 000 Ostenil Plus 20 1 600 Synvisc One 8 6 000 17/18

SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÍ Shrnutí současného stavu poznání Úprava experimentální aparatury Metodologie experimentů Metodika pro odběr a uchovávání vzorků chrupavek Analýza reologických vlastností HA a viskosuplementů Vliv složení SK na tření v kontaktu Experimenty zaměření na tření s nativní HA Experimenty zaměření na tření s komerčními viskosuplementy Analýza a interpretace výsledků 18/18

ZÁVĚR Rok 2018 Úvodní experimenty mapující vliv složení SK a molekulové hmotnosti HA na tření (Konference Engineering Mechanics 2018) Studium reologických vlastností maziv (Stáž ve firmě Contipro a.s.) Rok 2019 Studie vlivu koncentrace a molekulové hmotnosti na tření v kontaktu Konference ECOTRIB 2019 Publikace výsledků - článek v impaktovaném časopise Studium tribologických vlastností komerčních viskosuplementů Publikace výsledků - článek v impaktovaném časopise Rok 2020 Publikace výsledků Sepsání disertační práce 19/18

PŘEHLED PUBLIKACÍ Články v časopise NEČAS, D.; VRBKA, M.; REBENDA, D.; GALLO, J.; GALANDÁKOVÁ, A.; WOLFOVÁ, L.; KŘUPKA, I.; HARTL, M. In Situ Observation of Lubricant Film Formation in THR Considering Real Conformity: The Effect of Model Synovial Fluid Composition. Tribology International, 2018, roč. 117, č. 1, s. 206-216. ISSN: 0301-679X. (IF = 3,246) CHOUDHURY, D.; REBENDA, D.; SASAKI, S.; HEKRLE, P.; VRBKA, M.; ZOU, M. Enhanced lubricant film formation through micro-dimpled hard-on-hard artificial hip joint: An in-situ observation of dimple shape effects. Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 2018, roč. 81, č. 5, s. 120-129. ISSN: 1751-6161. (IF = 3,239) Články v konferenčních sbornících REBENDA, D.; ČÍPEK, P.; NEČAS, D.; VRBKA, M.; HARTL, M. Effect of Hyaluronic Acid on Friction of Articular Cartilage. In Engineering Mechanics 2018. First. Praha: Institute of Theretical and Applied Mechanics of the Czech Academy of Sciences, 2018. s. 709-712. ISBN: 978-80-86246-91-8. ČÍPEK, P.; REBENDA, D.; NEČAS, D.; VRBKA, M.; KŘUPKA, I. Development of reciprocating tribometer for testing synovial joint. In Engineering Mechanics 2018. First edition. Praha: Institute of Theoretical and Applied Mechanics of the Czech Academy of Sciences, 2018. s. 169-172. ISBN: 978-80-86246-88-8. Funkční vzorky Simulátor kolenního kloubu s proměnnými kinematickými a zátěžnými podmínkami 20/18

DĚKUJI VÁM ZA POZORNOST David Rebenda, Ing. David.Rebenda@vut.cz www.ustavkonstruovani.cz