人工関節材料の生体内摩擦・摩耗機構の解明と生体外トライボ評価法に関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11750122
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 澤江 義則 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (10284530)
• Keywords: 超高分子量ポリエチレン / 摩耗 / 人工関節 / タンパク質 / りん脂質 / 多方向滑り摩耗試験

Research Abstract

昨年度製作した多方向滑りピン・オン・プレート試験機を用いて,人工関節用超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)の摩耗試験を行い,生体内環境に存在する生化学成分がUHMWPEの摩耗に及ぼす影響について評価した.まず摩耗試験に用いる潤滑液として,蒸留水により希釈した牛血清及び生理食塩水を用い,両者を用いた場合のUHMWPE比摩耗量を比較した.その結果,生体内において人工関節の潤滑を行う関節液と同様,タンパク質をはじめとするさまざまな生化学成分を含んだ希釈牛血清中では,タンパク質等を含まない生理食塩水中と比較しUHMWPEの比摩耗量が著しく高くなることが明らかとなった.
このような希釈牛血清を用いた生体内模擬環境下におけるUHMWPEの摩耗増加の原因を検討するため,血清中に含まれるタンパク質及びりん脂質をリン酸干渉生理食塩水(PBS)中に添加した溶液を用意し,これを潤滑液として用いた摩耗試験を行った.今回の実験では,タンパク質としてアルブミン及びγグロブリン,りん脂質としてジパルミトイルフォスファチジルコリン(DPPC)を用いた.その結果,各成分を単独でPBSに添加した場合には,生理食塩水中と同程度の比摩耗量となり,これらの成分が単体ではUHMWPEの摩耗を増加させないことが明らかとなった.これに対し,γグロブリンとDPPCを同時にPBSに添加した場合には,UHMWPEの摩耗の増加が確認された.これまでの実験より,γグロブリンはUHMWPEとステンレス間の摩擦を増加させる作用が確認されていることから,DPPCによりUHMWPEにもたらされた何らかの影響とγグロブリンによる摩擦の過酷度の増進との複合作用により,UHMWPEの摩耗が増加したものと思われる.

Research Products

• [Publications] Y.Sawae: "Worn Surface Characteristics of Ultra-high Molecular Weight Polyethylene Lubricated with Bovine Serum"Thinning Films and Tribological Interface. 347-356 (2000)
• [Publications] Y.Sawae: "Effect of protein and lipid on wear of ultra-high molecular weight polyethylene in multidirectional sliding wear test"Proc.Biotribology Satellite Forum of ITC Nagasaki,2000 and 21st Biotribology Symposium. 7-8 (2000)
• [Publications] C.Cho: "Wear characteristics of ultra-high molecular weight polyethylene components in retrieved knee prostheses"Proc.Biotribology Satellite Forum of ITC Nagasaki,2000 and 21st Biotribology Symposium. 19-22 (2000)