Correlation of dynamic impact testing, histopathology and visual macroscopic assessment in human osteoarthritic cartilage

Kos, Petr; Varga, Ferdinand; Handl, M; Kautzner, Jakub; Chudáček, Václav; Držík, Milan; Povýšil, C; Trč, Tomáš; Amler, Evžen; Hanuš, Martin

doi:10.1007/s00264-010-1195-1

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“…Using the creep test on articular cartilage, Kleeman et al reported a reduction in Young’s modulus with progressive ICRS grade [ 7 ]. However, neither the stress-relaxation test (in the present analysis) nor the dynamic impact test reported by Kos et al [ 27 ] observed a significant difference in Young’s modulus between ICRS grades I and II.…”

Section: Discussioncontrasting

confidence: 84%

Comparison of Compressive Stress-Relaxation Behavior in Osteoarthritic (ICRS Graded) Human Articular Cartilage

Kumar

Pierce

Isaksen

et al. 2018

IJMS

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Osteoarthritis (OA) is a common joint disorder found mostly in elderly people. The role of mechanical behavior in the progression of OA is complex and remains unclear. The stress-relaxation behavior of human articular cartilage in clinically defined osteoarthritic stages may have importance in diagnosis and prognosis of OA. In this study we investigated differences in the biomechanical responses among human cartilage of ICRS grades I, II and III using polymer dynamics theory. We collected 24 explants of human articular cartilage (eight each of ICRS grade I, II and III) and acquired stress-relaxation data applying a continuous load on the articular surface of each cartilage explant for 1180 s. We observed a significant decrease in Young’s modulus, stress-relaxation time, and stretching exponent in advanced stages of OA (ICRS grade III). The stretch exponential model speculated that significant loss in hyaluronic acid polymer might be the reason for the loss of proteoglycan in advanced OA. This work encourages further biomechanical modelling of osteoarthritic cartilage utilizing these data as input parameters to enhance the fidelity of computational models aimed at revealing how mechanical behaviors play a role in pathogenesis of OA.

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Section: Discussioncontrasting

confidence: 84%

Comparison of Compressive Stress-Relaxation Behavior in Osteoarthritic (ICRS Graded) Human Articular Cartilage

Kumar

Pierce

Isaksen

et al. 2018

IJMS

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“…Zu deren systematischer Beantwortung belasten Forscher*innen Knorpelgewebe, in vivo oder in vitro, durch einen einzelnen tatsächlichen Stoß mit einem parabolischen oder zylindrischen Gegenkörper von gegebener kinetischer Energie, die durch eine gespannte Feder [106] oder eine Fallgewichts-Apparatur [23] Es stellt sich die Frage, welche (einfachen) mechanischen Größen zur Charakterisierung der aus der stoßartigen Belastung folgenden Gewebeschädigung notwendig oder hinreichend sind. Eine schon längere Tradition hat dabei die Hypothese, dass die (vor dem Stoß vorhandene oder in der Kollision dissipierte) Energie am höchsten mit der Schädigung korreliert 21 [104,105]. So genügt ein einzelner Stoß mit einer Energie von 0,28 J, um lokal Arthrose-typische Gewebe-Degradierung zu initiieren [106].…”

Section: Anwendungen In Der Medizinunclassified

Ausgewählte Anwendungen von Stoßproblemen

Willert

2020

Stoßprobleme in Physik, Technik Und Medizin

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Nach der Darstellung der dynamischen und kontaktmechanischen Grundlagen und der ausführlichen Untersuchung des Stoßproblems unter verschiedenen Bedingungen stehen im folgenden Kapitel Anwendungsbereiche aus Physik, Technik und Medizin im Mittelpunkt, für die die in den früheren Kapiteln gezeigten Ergebnisse von Bedeutung sind. Die Gebiete, in denen die gezeigten kontaktmechanischen Grundlagen und Lösungen von Stoßproblemen Relevanz haben, sind teilweise selbst riesige Forschungszweige, die in jeweils kurzen Unterkapiteln natürlich nicht annähernd erschöpfend dargestellt werden können. Der Stil des folgenden Kapitels unterscheidet sich daher von dem der früheren Teile dieses Buches: Die behandelten Themen werden nicht mehr umfassend und mathematisch detailliert entwickelt; stattdessen wird "nur" beschrieben, welche Fragestellungen in welchen Anwendungsgebieten auftreten und wie man eventuell die in den früheren Kapiteln hergeleiteten Ergebnisse zur Behandlung dieser Fragen verwenden kann. Die ersten beiden Teile des Kapitels sind der Schädigung von Systemen durch stoßartige Belastungen und stoßbasierten Testverfahren, z. B. zur Bestimmung von Materialeigenschaften, gewidmet. Der anschließende Block der Abschn. 8.3 und 8.4 beschäftigt sich mit granularen Medien-deren Dynamik durch eine Vielzahl einzelner Kollisionen bestimmt wird-und ihren astrophysikalischen Anwendungen. Zwei Unterkapitel zu den Themen Sport und Medizin beschließen den Hauptteil dieses Buches. Diese Klassifikation möglicher Anwendungen der Mechanik von Kollisionen ist nicht immer eindeutig; Überschneidungen existieren unter anderem zwischen den Bereichen Sport und Medizin oder zwischen der theoretischen Beschreibung und den Anwendungen granularer Medien. Auch Testverfahren haben in der Regel einen bestimmten praktischen Hintergrund; so könnten Prüfverfahren zur Bestimmung der viskoelastischen Eigenschaften von Gelenkknorpel ebenso gut in dem Unterkapitel beschrieben werden, das sich medizinischen Anwendungen widmet. Wer an mögliche Anwendungen von Stoßproblemen denkt, wird früher oder später bei der Auslegung von Schutzsystemen landen. Öffentliche, frei verfügbare Forschungsergebnisse

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“…Preparing specimens of soft biological tissues can be challenging 44 and deviations from the ideal specimen geometry may have caused non-uniform load application, thus altering the local stress and strain fields. We counted only microcracks in the center of specimens to minimize the possibility of edge effects.…”

Section: Limitations and Outlookmentioning

confidence: 99%

Low-energy impact of human cartilage: predictors for microcracking the network of collagen

Kaleem

Maier

Drissi

et al. 2017

Osteoarthritis and Cartilage

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Correlation of dynamic impact testing, histopathology and visual macroscopic assessment in human osteoarthritic cartilage

Abstract: Only ∆E correlated with the condition of the cartilage--the value increased with decreasing quality-and is the most suitable characteristic. This change appears substantial in initial stages of cartilage deterioration.

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Comparison of Compressive Stress-Relaxation Behavior in Osteoarthritic (ICRS Graded) Human Articular Cartilage

Comparison of Compressive Stress-Relaxation Behavior in Osteoarthritic (ICRS Graded) Human Articular Cartilage

Ausgewählte Anwendungen von Stoßproblemen

Low-energy impact of human cartilage: predictors for microcracking the network of collagen

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