Enhanced biomechanical characteristics of connective tissues and development of artificial implants

Abstract

(czech) Hlavní funkcí hyalinních chrupavek v organizmu je zabezpečení optimální pohyblivosti kloubů. Mají rovnež nosnou úlohu, přičemž jsou zatěžovány zejména v tlaku. Poškození kloubní chrupavky má za následek degener- ativní změny a závažné zdravotní komplikace. Proto je potřebná charak- terizace nativní kloubní chrupavky a aplikace nabytých znalostí při léčbě a obnově poškozené tkáně. Pro charakterizaci chrupavkové tkáně při dynamickém kompresním zatěžování s parametry napodobujícími fyziologické namáhání byla vyvi- nuta metoda nárazového testování v kyvadlovém uspořádání. Informace o procesu deformace je snímána simultánně piezoelektrickým akcelerome- trem a laserovým dopplerovským vibrometrem. Získaná data jsou zpra- cována do formy zátěžových diagramů, které následně umožňují vyčíslení standardních mechanických charakteristik. Tato metoda mechanické charakterizace je konzistentní, spolehlivá a efektivní. Vyvinutá experimentální technika byla využita pro kvalitativní a kvan- titativní popis nativní kloubní chrupavky, korelaci diagnostických nálezů s mechanickými vlastnostmi, posouzení kvality materiálů používaných pro náhradu chrupavky a arteficiálních tkání vyvíjených...

(english) Hyaline cartilages are designed to enable smooth life-long articular move- ment. They serve also substantial role in load bearing, being loaded especially in normal compression. Eventual deterioration of articular cartilage tissue therefore has crucial consequences for affected individ- ual. Characterization of native articular cartilage and application of gained knowledge in reconstructive cartilage treatment is therefore de- sired. Mechanical characteristics are of prime importance. Blunt impact testing method in pendulum setup was developed to characterize cartilage tissue under physiological values of dynamic com- pressive loading. Information on impact process was simultaneously read by piezoelectric accelerometer and laser doppler vibrometer. Acquired data were processed to form loading diagrams and to evaluate standard mechanical quantities. The method was found to be consistent, reliable and effective way of mechanical characterization. Introduced technique was used for qualitative and quantitative de- scription of native articular cartilage, correlation of its condition with mechanical properties, assessment of tissue engineered materials quality and approval of newly designed artificial materials suitability. Consider- ing native cartilage status, dissipated energy was found to be...