Новый, неинвазивный и недорогой метод раннего выявления и мониторинга остеоартрита (артрит, вызванный износом), может быть на его пути, благодаря исследованиям ученых UC Santa Barbara из отдела химической инженерии и Департамента материалы.
Изучая закономерности трения между подушечками хряща, исследователи обнаружили другой тип трения, который, скорее всего, вызывает износ и повреждение. Их работа предлагает способы обнаружения этого трения и указывает на новые направления исследований для достижения основной причины артрита. Результаты опубликованы в недавнем выпуске «Трудов Национальной академии наук».
Представьте, что вы собираетесь к врачу для ваших болящих коленей. Для некоторых это может включать неудобные иглы для рисования крови для лабораторных испытаний или извлечения жидкости, окружающей болевой сустав. Но что, если ваш доктор действительно может слушать ваше тело, контролируя, как ваши колени звучат, когда они согнуты и гибнут? Исследование Якоба Исаашвили, профессора химического машиностроения и материаловедения UCSB; студент-исследователь Град Донг Вуг Ли; и постдокторский исследователь Ксавье Банки говорит, что это возможно.
Для их работы они использовали инструмент, называемый аппаратом поверхностных сил (SFA), устройство, которое измеряет силы сцепления и трения между поверхностями, в данном случае хрящ – подушечку ткани, которая покрывает концы костей в суставе. Дегенерация хряща является наиболее распространенной причиной остеоартрита – подушечки изнашиваются, оставляя костную шлифовку против кости.
То, что исследователи обнаружили, состоит в том, что это не просто любое трение, которое приводит к необратимому износу материала. «В настоящее время считается, что сила с высоким коэффициентом трения, или« коэффициент трения », является основным фактором поверхностного износа и повреждений, – сказал Израиль. «Мы обнаружили, что это не так».
Критическая особенность – это не сила с высоким коэффициентом трения, а то, что известно как трение скольжения, или, иногда, «стрик». Оба они характеризуются поверхностями, которые изначально склеиваются, а затем быстро ускоряются после статического трения сила преодолена. При трении скольжения, поверхности в конце концов слегка отделяются друг от друга и скользят друг на друга, снова приклеиваются и раздвигаются, вызывая резкие движения.
«Это то, когда все становится поврежденным микроскопически», – сказал Израиль.
Слип-скольжение – обычное явление. Он отвечает за все: от сбоев жесткого диска компьютера и автомобильных сбоев, от скрипирования дверей и музыки.
«То же самое происходит со струной скрипки: даже если вы постоянно дергаете лук, он перемещается сотнями или тысячами маленьких рывков в секунду, которые определяют звук, который вы слышите», – сказал Израилевич. Каждый маленький рывок, независимо от того, как субмикроскопичен, является ударом, и со временем накопление этих ударов может деформировать поверхности, что наносит непоправимый урон – сначала микроскопически, а затем растет до макроскопических (больших, видимых) размеров. Вот тогда вам нужно изменить строку.
Но нелегко сказать разницу между типами трения на микроскопическом уровне, где все начинается. Гладкие скользящие суставы могут чувствовать себя так же, как те, которые подвергаются стрикциям, или даже более опасные палочки, особенно на ранних стадиях артрита. Но при измерении с помощью сверхчувствительного и высокого разрешения, такого как SFA, каждый вид трения выявил свой собственный характерный профиль: гладкие скользящие соединения дали почти гладкую постоянную линию (силу трения или трение); суставы с трением проявлялись как пик, так как «прилипание» преодолевалось, а затем плавная линия; в то время как наклейка скольжения показывает зубчатый профиль пилы двух поверхностей, многократно раздвигающихся, торчащих и раздвигающих. По мнению ученых, эти измерения могут быть записаны путем помещения акустического или электрического зондирования вокруг суставов, что дает сигнал, похожий на EKG.
«Благодаря хорошо разработанному датчику это может быть хорошим способом измерения и диагностики повреждения хряща», – сказал Банки. Его можно использовать для измерения прогрессирования или даже раннего выявления симптомов, связанных с артритом.
Для страны, которая сталкивается с гериатрическим демографическим взрывом, проблема, связанная со старостью, немаловатна. Раннее выявление таких состояний, как артрит, является приоритетом на протяжении многих лет, поскольку бэби-бумеры достигают возраста.
Однако функционирование суставов сложнее, сказал израильский. Ученые продолжат свою работу, изучая синовиальную жидкость – смазочную жидкость между двумя хрящевыми поверхностями в суставах, – которая также играет важную роль в том, изношены ли поверхности или нет, а синергетические роли различных молекул (белки, липиды и полимеры), которые все вовлечены в смазывание и предотвращение повреждения наших суставов.
«Есть несколько направлений, которые необходимо предпринять, как фундаментальные, так и практические», – сказал Израиль. «Но похоже, что нам нужно сосредоточить наши исследования на поиске путей предотвращения движения скольжения, а не снижения силы трения».