Effect of Viscosupplementation on Friction of Articular Cartilage

Disertační práce se zabývá experimentálním studiem viskosuplementů na bázi kyseliny hyaluronové, které se aplikují do synoviálních kloubů postižených osteoartrózou. Hlavní pozornost byla věnována objasnění vlivu koncentrace a molekulové hmotnosti kyseliny hyaluronové na tření v kontaktu kloubí chrupavky resp. změnám tření v kontaktu po smíchání osteoartritické synoviální kapaliny s exogenní kyselinou hyaluronovou. Důležitou součástí experimentů bylo rovněž studium reologických vlastností synoviální kapaliny a kyseliny hyaluronové. Výsledky ukázaly, že molekulová hmotnost kyseliny hyaluronové významně ovlivňuje viskozitu a viskoelastické vlastnosti roztoku. Výrazná závislost mezi reologickými vlastnostmi kyseliny hyaluronové a třením v kontaktu však nebyla pozorována. Přimíchání kyseliny hyaluronové do synoviální kapaliny způsobí výrazný pokles součinitele tření v kontaktu. Rozdíly mezi viskosuplementy obsahující kyselinu hyaluronovou s různou molekulovou hmotností ale nijak výrazné nejsou. Nicméně, výsledky poukazují na možné ovlivnění režimu mazání v důsledku vysoké molekulové hmotnosti kyseliny hyaluronové. Tyto původní výsledky rozšiřují pochopení mechanizmů, ke kterým dochází v kloubu bezprostředně do vstříknutí kyseliny hyaluronové a mohou být použity při dalším vývoji viskosuplementů či v klinické praxi.This dissertation thesis deals with the experimental analysis of hyaluronic acid-based viscosupplements which have been applied into the synovial joints in order to slow down the osteoarthritis progression. The main attention was paid to the effect of hyaluronic acid concentration and molecular weight on the articular cartilage friction as well as to the frictional changes after mixing of osteoarthritic synovial fluid with exogenous hyaluronic acid. An important part of the experiments was also an analysis of synovial fluid and hyaluronic acid rheological properties. The results showed that the hyaluronic acid molecular weight can significantly affect the viscosity and viscoelastic properties of the solution. However, no dependency between the hyaluronic acid rheological properties and friction in the articular cartilage contact was observed. The admixture of hyaluronic acid into the synovial fluid caused a significant decrease in the coefficient of friction within the contact but the differences between individual viscosupplements were not so significant. Nevertheless, the results indicate a possible change in the lubrication regime due to the high molecular weight of hyaluronic acid. These original results deepen the understanding of the mechanisms that occur in the synovial joint immediately after the injection of hyaluronic acid and can be further used in the future development of viscosupplements or in clinical practice.