人工関接材料のトライボ特性に及ぼす生体環境因子及び力学因子の影響の統一的評価

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750170
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 澤江 義則 九州大学, 工学部, 講師 (10284530)
• Keywords: 人工関節材料 / 超高分子量ポリエチレン / 摩擦 / 摩耗 / 生体環境因子 / 血清蛋白質 / リン酸塩 / 酸化劣化

Research Abstract

本年度は超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)について,その摩擦・摩耗挙動に与える血清蛋白質,リン酸イオン等の生体環境因子の影響を実験的に評価した.UHMWPEは,現在もっとも広く臨床に用いられている人工関節材料の一つであり,またその摩耗が人工関節の寿命を制限する大きな要因となっていることが指摘されている.実験にはピン・オン・ディスク型摩擦・摩耗試験機を用い,潤滑液として生理食塩水及びリン酸塩を含んだリン酸緩衝生理食塩水(PBS)を用い,リン酸塩の有無による摩擦・摩耗への影響を評価するとともに,これら溶液に血清蛋白質であるアルブミン及びγグロブリンを添加していくことにより,その個々の成分の影響を評価した.また生体内環境にもっとも近いと思われる血清を潤滑液とした実験を行い結果を比較した.
実験の結果,生理食塩水中に添加された血清蛋白質は,UHMWPEとセラミックスあるいは耐食性金属との間の摩擦を著しく上昇させた.このときUHMWPEは特異なパターン状摩耗を起こしていることが表面観察より明らかとなった.またリン酸塩を含んだPBS中では摩擦・摩耗ともに小さく,リン酸塩がUHMWPEに対し保護作用を示したものと思われる.さらに血清蛋白質をPBS中に添加した場合,生理食塩水中に添加した際に見られたような摩擦の上昇は見られず,これは溶液中のリン酸イオンが蛋白質による影響を抑制したためと考えられる.蛋白質を添加したPBS中での摩擦挙動は血清中での摩擦挙動に近くなるものの,表面観察から考察される摩耗形態には両者の間で大きな違いが見られた.FTIRによる測定の結果,血清中で摩耗したUHMWPE表面は,他の溶液中で摩耗したものと比較し酸化劣化の度合いが大きく,これが摩耗形態の相違と関連するものと思われる.今後血清中のいかなる成分が酸化に関与したかを特定していく予定である.

Research Products

• [Publications] 澤江義則: "人工関節用高分子材料の摩擦・磨耗と潤滑液組成の影響" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. Vol.18. 219-223 (1997)
• [Publications] Yoshinori Sawae: "Effect of synovia constituents on friction and wear of ultrahigh-molecular-weight polyethylene sliding against prosthetic joint materials" Wear. (in press). (1998)