9524124862

Modelowanie tarcia w endoprotezie stawu kolanowego 14

Charakter ruchów wykonywanych przez człowieka, można określić jako „sporadyczny” dlatego, pracę stawów podczas dnia codziennego nie można porównywać ze sposobem w jaki pracują elementy maszyn. Ruchy są wykonywane w krótkich (jak na maszynę) cyklach z częstymi przerwami [94], W trakcie przerw dochodzi do zmian w węźle tarcia. Polietylen podobnie jak pozostałe termoplasty wykazuje skłonności do relaksacji i pełzania zwłaszcza w podwyższonej temperaturze (41 °C) [40, 175], zauważalny jest brak prac opisujących wpływ zróżnicowania ruchów pacjenta w ciągu dnia na tarcie występujące w endoprotezach.

W przypadku węzłów tarcia występujących w endoprotezach stawu kolanowego największy wpływ na tarcie mają następujące czynniki: rodzaj materiałów pary trącej,

charakter styku występującego pomiędzy współpracującymi elementami, wartości i kierunek obciążeń węzła tarcia, kinematyka węzła tarcia, obecność płynów ustrojowych.

2.2.1 Specyfika węzła tarcia endoprotezy stawu kolanowego

Z dużym prawdopodobieństwem można przyjąć, że w zdrowym stawie występuje tarcie hydrodynamiczne [162], wspomagane przez mechanizm tzw. „weeping lubrication” [40 za 147], polegający na wciskaniu i wyciskaniu mazi stawowej z porowatych warstw chrząstki stawowej [40]. Poza tym możliwe jest również powstawanie tarcia bioelastohydrodynamicznego, mieszanego lub granicznego. Zagadnienia biotribologii były i są przedmiotem szeroko prowadzonych badań na całym świecie. Należy podkreślić, że mechanizm tarcia w naturalnym stawie nie został jeszcze w pełni poznany i wyjaśniony [162-164], Tym bardziej niemożliwe jest zrekonstruowanie specyficznej budowy naturalnego stawu [40].

Podczas pełnej rekonstrukcji stawu następuje usunięcie torebki stawowej, a co za tym idzie organ ten zostaje pozbawiony naturalnej substancji smarującej, jaką jest maź stawowa (płyn synowialny). Warunki pracy implantowanego stawu wymuszają zastosowanie węzłów tarcia niewymagających dodatkowego smarowania. W praktyce inżynierskiej w łożyskach ślizgowych niewymagających smarowania stosuje się najczęściej tworzywa sztuczne. Dodatkowo inne cechy tworzyw sztucznych takie jak odporność na korozję czy zdolność do tłumienia drgań sprawiły, że stały się one podstawowym materiałem ślizgowym stosowanym w produkcji endoprotez.

W literaturze przedmiotu pojawia się sporo prac przedstawiających wyniki badań określających współczynniki tarcia dla określonych rodzajów endoprotez (zagadnienie to zostanie szerzej opisane w p. 2.2.4). Rzadziej prowadzone są prace zawierające charakterystyki tribologiczne (np.: p=f(p), p=f(v_s)) dla typowych skojarzeń materiałowych. Rozbieżności pomiędzy wyznaczonymi wartościami przedstawianymi w literaturze są znaczne (p. 2.3.2). Różnice w wartościach współczynnika tarcia spowodowane są prawdopodobnie odmiennymi warunkami tarcia nieuwzględnionymi w planie eksperymentu (np. chropowatość powierzchni, lepkość płynu smarującego).