brosk är fylld med vätska – cirka 80% av volymen av broskvävnaden-som spelar de väsentliga rollerna för att stödja vikt och smörja fogytor. Förlust av denna vätska, kallad synovialvätska, resulterar i en gradvis minskning av brosktjockleken och ökad friktion, vilket är relaterat till nedbrytning och ledvärk vid artros.
eftersom brosk är poröst pressas vätska lätt ut ur hålen över tiden. Ändå tar symtomen i samband med artros vanligtvis årtionden att utvecklas.
”den viktiga frågan är varför brosk inte tömmer under dagar, månader eller år i våra leder”, säger David Burris, biträdande professor i Maskinteknikavdelningen vid University of Delaware. Burris och hans kollegor har föreslagit en mekanism som förklarar hur rörelse kan få brosk att absorbera vätska som läcker ut. Burris kommer att tala om sin forskning under AVS 62nd International Symposium och utställning, hölls oktober. 18-23 i San Jose, Kalifornien.
Burris och hans kollegor är inte de första som studerar broskdeflation. 1995, en grupp vid Columbia ledd av Gerard Ateshian använde teori för att visa att kontinuerlig knärörelse kunde förhindra deflationsprocessen om den inträffade snabbare än vätskan kunde svara. Under 2008 demonstrerade Ateshians grupp detta fenomen för första gången med en liten sfär ledad mot en broskplugg, vilket visar att interstitiellt tryck bibehölls på obestämd tid om kontaktområdet rörde sig snabbare än synovialvätskans diffusiva hastighet.
”denna studie var det första direkta beviset på att interstitiellt tryck är en livskraftig mekanism för långsiktigt belastningsstöd och smörjning”, sa Burris. ”Det var dock oklart för oss hur våra leder kunde förhindra deflation med tanke på de långa tidsperioderna vi spenderar sittande och stående varje dag utan någon aktiv inmatningsmekanism.”Det måste finnas något sätt för brosket att återabsorbera vätskan som läcker ut när vi inte rör oss.
Burris hade en aning om att reabsorptionsprocessen drevs av hydrodynamisk trycksättning, vilket inträffar när den relativa rörelsen hos två ytor får vätska mellan dem att accelerera i form av en triangulär kil. Till exempel, när ett normalt däck färdas över vatten med hög hastighet, byggs tryck tills en film bildas för att smörja gränssnittet; detta kallas hydroplanering och resulterar i en fullständig förlust av friktionskontroll. Om däcket var poröst kan emellertid det yttre vätsketrycket tvinga vätska tillbaka in i däcket.
för att undersöka om hydrodynamisk trycksättning kunde fylla på deflaterat brosk, Burris och A. C. Moore, en doktorand, placerade broskprover större än genomsnittet mot en glasplan för att säkerställa närvaron av den nödvändiga kilen. De fann att vid långsamma glidhastigheter (mindre än vad som skulle inträffa i en led vid typiska gånghastigheter) bruskförtunning och en ökning av friktionen inträffade över tiden, men när glidhastigheten ökade mot typiska gånghastigheter vändes effekten.
eftersom deras experiment involverade stationära kontakter-där kontakt mellan glas och brosk sker på en enda plats snarare än att röra sig över hela ytan av broskpluggen-kunde deras resultat inte förklaras genom att migrera kontaktteori, som Ateshian-gruppen. Burris anser att hydrodynamiska tryck, som tvingar vätskeflödet in i brosket, måste ha motverkat vätskan som förlorats för utsöndring.
”vi observerade en dynamisk konkurrens mellan ingång och utgång”, sa Burris. ”Vi vet att brosktjockleken bibehålls under årtionden i fogen och detta är den första direkta insikten om varför. Det är själva aktiviteten som bekämpar den naturliga deflationsprocessen i samband med interstitiell smörjning.”
framtida arbete för Burris och hans kollegor inkluderar att utforska konsekvenserna för artros (OA), vilket är förknippat med nedbrytning av brosk.
