chrupavka je naplněna tekutinou – asi 80% objemu tkáně chrupavky – která hraje základní roli při podpoře hmotnosti a mazání povrchů kloubů. Ztráta této tekutiny, nazývaná synoviální tekutina, má za následek postupné snižování tloušťky chrupavky a zvýšení tření, což souvisí s degradací a bolestí kloubů osteoartrózy.
protože chrupavka je porézní, tekutina je v průběhu času snadno vytlačena z otvorů. Přesto příznaky spojené s osteoartrózou obvykle trvají desetiletí.
„důležitou otázkou je, proč se chrupavka v průběhu dnů, měsíců nebo let v našich kloubech nevypouští,“ řekl David Burris, odborný asistent na Katedře strojírenství na University of Delaware. Burris a jeho kolegové navrhli mechanismus, který vysvětluje, jak může pohyb způsobit, že chrupavka reabsorbuje tekutinu, která uniká. Burris bude hovořit o svém výzkumu během 62. mezinárodního sympozia a výstavy AVS, která se konala v říjnu. 18-23 v San Jose, Kalif.
Burris a jeho kolegové nejsou první, kdo studoval deflaci chrupavky. V roce 1995 skupina v Kolumbii vedená Gerardem Ateshianem použila teorii, aby ukázala, že nepřetržitý pohyb kolen by mohl zabránit deflaci, pokud by k ní došlo rychleji, než by tekutina mohla reagovat. V roce 2008 ateshianova skupina poprvé prokázala tento jev pomocí malé koule kloubové proti chrupavkové zátce, což ukazuje, že intersticiální tlak byl udržován na dobu neurčitou, pokud se kontaktní oblast pohybovala rychleji než difuzní rychlost synoviální tekutiny.
„tato studie byla prvním přímým důkazem, že intersticiální tlak je životaschopným mechanismem dlouhodobé podpory zatížení a mazání,“ řekl Burris. „Nebylo nám však jasné, jak by naše klouby mohly zabránit deflaci vzhledem k dlouhé době, kterou trávíme každý den seděním a stáním bez nějakého aktivního vstupního mechanismu.“To znamená, že musí existovat nějaký způsob, jak chrupavka reabsorbovat tekutinu, která vytéká, když se nepohybujeme.
Burris měl tušení, že proces reabsorpce byl poháněn hydrodynamickým tlakem, ke kterému dochází vždy, když relativní pohyb dvou povrchů způsobí zrychlení tekutiny mezi nimi ve tvaru trojúhelníkového klínu. Například, když normální pneumatika cestuje po vodě vysokou rychlostí, tlak se vytváří, dokud se nevytvoří film pro mazání rozhraní; toto se nazývá hydroplánování, a má za následek úplnou ztrátu kontroly tření. Pokud by však byla pneumatika porézní, vnější tlak kapaliny by mohl nutit tekutinu zpět do pneumatiky.
aby se zjistilo, zda hydrodynamické natlakování může doplnit deflated chrupavky, Burris a A. C. Moore, Ph.D. student, umístili větší než průměrné vzorky chrupavky proti skleněnému bytu, aby byla zajištěna přítomnost potřebného klínu. Zjistili, že při pomalých posuvných rychlostech (méně, než by se vyskytlo v kloubu při typických rychlostech chůze) došlo v průběhu času ke ztenčení chrupavky a ke zvýšení tření, ale jak se rychlost posuvu zvýšila směrem k typickým rychlostem chůze, účinek byl obrácen.
vzhledem k tomu, že jejich experiment zahrnoval stacionární kontakty-ve kterých dochází ke kontaktu mezi sklem a chrupavkou na jednom místě, spíše než k pohybu po celém povrchu chrupavkové zátky – jejich výsledky nemohly být vysvětleny migrační teorií kontaktů, jako je Ateshianova skupina. Burris věří, že hydrodynamické tlaky, které nutí tok tekutiny do chrupavky, musely působit proti tekutině ztracené exsudaci.
„Pozorovali jsme dynamickou konkurenci mezi vstupem a výstupem,“ řekl Burris. „Víme, že tloušťka chrupavky je v kloubu udržována po celá desetiletí, a to je první přímý pohled na to, proč. Je to samotná aktivita, která bojuje proti přirozenému deflačnímu procesu spojenému s intersticiálním mazáním.“
budoucí práce pro Burrise a jeho kolegy zahrnuje zkoumání důsledků osteoartrózy (OA), která je spojena s degradací chrupavky.
