Towards the Understanding of Lubrication Mechanisms in Total Knee Replacements – Part I: Experimental Investigations

Abstract

This contribution is aimed at the detailed understanding of lubrication mechanisms within total knee replacement. While Part I is focused on the experimental investigation, Part II deals with the development of a predictive numerical model. Here, a knee simulator was used for direct optical observation of the contacts between a metal femoral and a transparent polymer components. Transient dynamic conditions were applied. Mimicked synovial fluids with fluorescently labelled constituents were used as the test lubricants. The results showed that -globulin forms thin boundary lubricating film, being reinforced by the interaction of phospholipids and hyaluronic acid. Further development of lubricating film is attributed to albumin layering. Based on the results, a novel lubrication model of the knee implant is proposed.

Tato studie je zaměřena na detailní porozumění mechanismů mazání v náhradě kolenního kloubu. Zatímco část I představuje experimentální pozorování, část II se zabývá vývojem prediktivního numerického modelu. V této části studie byl využit kolenní simulátor pro přímé optické pozorování kontaktu kovové femorální komponenty a vložky zhotovené z průhledného polymeru. Byly aplikovány proměnné dynamické podmínky. Jako mazivo byly využity modelové synoviální kapaliny s fluorescenčně označenými složkami. Výsledky ukázaly, že -globulin má tendenci formovat tenkou meznou vrstvu, která je vyztužená fosfolipidy v interakci s kyselinou hyaluronovou. Další nárůst mazacího filmu je připisován vrstvení albuminu. Na základě výsledků je představen nový teoretický model mazací vrstvy v kolenní náhradě.