Vliv albuminu a γ-globulinu na mazání synoviální kapaliny: Implikace pro náhrady kolenního kloubu

The Effect of Albumin and γ-globulin on Synovial Fluid Lubrication: Implication for Knee Joint Replacements

journal article in Web of Science

en

Total knee arthroplasty has become a routine procedure for patients suffering from joint diseases. Although the number of operations continuously increases, a limited service-life of implants represents a persisting challenge for scientists. Understanding of lubrication may help to suitably explain tribological processes on the way to replacements that become durable well into the third decade of service. The aim of the present study is to assess the formation of protein lubricating film in the knee implant. A developed knee simulator was used to observe the contact of real femoral and transparent polymer tibial component using fluorescent microscopy. The contact was lubricated by various protein solutions with attention to the behaviour of albumin and γ-globulin. In order to suitably mimic a human synovial fluid, hyaluronic acid and phospholipids were subsequently added to the solutions. Further, the change in shape and the migration of the contact zone were studied. The results showed considerable appearance differences of the contact over the swing phase of the simplified gait cycle. Regarding film formation, a strong interaction of the various molecules of synovial fluid was observed. It was found that the thickness of the lubricating layer stabilizes within around 50 seconds. Throughout the contact zone, protein agglomerations were present and could be clearly visualised using the applied optical technique.

Artroplastika kolenního kloubu se stala rutinním zákrokem u pacientů trpících kloubním onemocněním. Přestože počet operací neustále narůstá, omezená životnost náhrad představuje jejich přetrvávající limitaci. Porozumění mechanismům mazání může významně přispět k pochopení tribologických procesů při snaze zajistit dostatečnou životnost náhrady, která by měla dosáhnout déle než dvaceti let. Cílem této studie je popsat vývoj proteinového mazacího filmu v náhradě kolenního kloubu. Pro pozorování kontaktu reálné femorální komponenty a tibiální vložky z průhledného polymeru byl využit vyvinutý kolenní simulátor v kombinaci s metodou fluorescenční mikroskopie. Kontakt byl mazán různými proteinovými roztoky, přičemž pozornost byla věnována chování albuminu a γ-globulinu. Ve snaze vhodně napodobit lidskou synoviální kapalinu byly dále přidány kyselina hyaluronová a fosfolipidy. Dále byly sledovány změny tvaru a migrace kontaktu v průběhu cyklu napodobujícího zjednodušený cyklus chůze. Z hlediska formování mazacího filmu byla pozorována silná interakce jednotlivých složek v synoviální kapalině. Bylo zjištěno, že ke stabilizaci mazacího filmu dochází po přibližně 50 vteřinách. Napříč kontaktní oblastí byly pozorovány shluky proteinů, které byly jasně vizualizovány díky využité optické metodě.

Total knee arthroplasty has become a routine procedure for patients suffering from joint diseases. Although the number of operations continuously increases, a limited service-life of implants represents a persisting challenge for scientists. Understanding of lubrication may help to suitably explain tribological processes on the way to replacements that become durable well into the third decade of service. The aim of the present study is to assess the formation of protein lubricating film in the knee implant. A developed knee simulator was used to observe the contact of real femoral and transparent polymer tibial component using fluorescent microscopy. The contact was lubricated by various protein solutions with attention to the behaviour of albumin and γ-globulin. In order to suitably mimic a human synovial fluid, hyaluronic acid and phospholipids were subsequently added to the solutions. Further, the change in shape and the migration of the contact zone were studied. The results showed considerable appearance differences of the contact over the swing phase of the simplified gait cycle. Regarding film formation, a strong interaction of the various molecules of synovial fluid was observed. It was found that the thickness of the lubricating layer stabilizes within around 50 seconds. Throughout the contact zone, protein agglomerations were present and could be clearly visualised using the applied optical technique.

Náhrada kolenního kloubu; mazání; proteiny; fluorescenční mikroskopie; kontakt; synoviální kapalina

Knee joint replacement; lubrication; proteins; fluorescence microscopy; contact; synovial fluid

01.01.2021

Elsevier

Nizozemsko

1751-6161

113

1

104117–104117

10