Studium mechanismů mazání v náhradách kyčelního kloubu. Část II: Tvrdé kloubní páry

On the observation of lubrication mechanisms within hip joint replacements. Part II: Hard-on-hard bearing pairs

journal article in Web of Science

en

The present paper represents Part II of the extensive study focused on the lubrication of hip joint replacements. The main goal is to assess the fundamentals of lubrication considering both hard-on-soft (Part I) and hard-on-hard (Part II) bearing pairs. In addition, the effect of individual constituents contained in the model fluid is clarified. For this purpose, multiple model fluids of various composition were employed. In this part of the study, metal-on-glass contact representing hard bearing pairs was observed in situ using pendulum hip joint simulator in combination with thin film colorimetric interferometry method. The designed test consists of initial static loading/unloading phase for the determination of adsorption of molecules on rubbing surfaces. This period is followed by swinging of the pendulum and latest static part under constant load. Three groups of measurements were carried out while fourteen different lubricants were tested. Initially, the experiments were performed with albumin-based model fluid. In that case a substantial positive effect of hyaluronic acid was identified. In contrast, the fluids with γ-globulin as a base constituent showed improved lubrication conditions when phospholipids were added to the solution. Finally, considering the complex fluid, a combined effect of hyaluronic acid and phospholipids caused a better endurance of the lubricant film. The latest part of the paper aims on the comparison of film formation considering hard and soft pairs, highlighting some clear differences. In general, hard pairs exhibit clear decreasing tendency of the film during swinging motion while opposite behaviour was observed for soft pairs.

Tento článek představuje Část II rozsáhlé studie zaměřené na mazání náhrad kyčelního kloubu. Hlavním cílem je popsat fundamentální aspekty mazání při uvažování jak měkkých (Část I) tak tvrdých (Část II) kloubních párů. Navíc je objasněn vliv jednotlivých složek obsažených v synoviální kapalině. Pro tento účel bylo vytvořeno několik modelových kapalin o rozdílném složení. V této části studie byl pozorován kontakt v konfiguraci kov-sklo reprezentující tvrdé kloubní páry. In situ pozorování bylo realizováno prostřednictvím kyvadlového simulátoru v kombinaci s optickou interferometrií velmi tenkých filmů. Navržený experiment se skládá z počáteční zatížené/nezatížené fáze za účelem stanovení adsorpce molekul na třecích površích. Tato část je následována kývavou fází a poslední statickou fází při konstantním zatížení. Byly provedeny tři skupiny experimentů, přičemž bylo testováno čtrnáct rozdílných maziv. Nejprve byly realizovány experimenty s roztoky na bázi albuminu. V tomto případě byl sledován pozitivní efekt kyseliny hyaluronové. Naopak v případě maziv na bázi γ-globulinu byly pozorovány lepší podmínky mazání v případě, kdy byly přidány fosfolipidy. Konečně v případě komplexních kapalin byl sledován kombinovaný vliv kyseliny hyaluronové s fosfolipidů, který vedl k delší výdrži mazacího filmu. Poslední část tohoto článku se zaměřuje na porovnání formování filmu v případě měkkých a tvrdých párů, přičemž jsou zdůrazněny některé základní rozdíly. Obecně lze říci, že zatímco v případě tvrdých párů film v průběhu kývavého pohybu klesá, opačný trend je sledován pro páry měkké.

The present paper represents Part II of the extensive study focused on the lubrication of hip joint replacements. The main goal is to assess the fundamentals of lubrication considering both hard-on-soft (Part I) and hard-on-hard (Part II) bearing pairs. In addition, the effect of individual constituents contained in the model fluid is clarified. For this purpose, multiple model fluids of various composition were employed. In this part of the study, metal-on-glass contact representing hard bearing pairs was observed in situ using pendulum hip joint simulator in combination with thin film colorimetric interferometry method. The designed test consists of initial static loading/unloading phase for the determination of adsorption of molecules on rubbing surfaces. This period is followed by swinging of the pendulum and latest static part under constant load. Three groups of measurements were carried out while fourteen different lubricants were tested. Initially, the experiments were performed with albumin-based model fluid. In that case a substantial positive effect of hyaluronic acid was identified. In contrast, the fluids with γ-globulin as a base constituent showed improved lubrication conditions when phospholipids were added to the solution. Finally, considering the complex fluid, a combined effect of hyaluronic acid and phospholipids caused a better endurance of the lubricant film. The latest part of the paper aims on the comparison of film formation considering hard and soft pairs, highlighting some clear differences. In general, hard pairs exhibit clear decreasing tendency of the film during swinging motion while opposite behaviour was observed for soft pairs.

Náhrada kyčelního kloubu; tvrdé páry; mazání; optická interferometrie; synoviální kapalina

Hip joint replacements; Hard-on-hard pairs; Lubrication; Optical interferometry; Synovial fluid

01.01.2019

Elsevier

Nizozemsko

1751-6161

89

1

249–259

11