Microscopic tribological analysis of the knee joint

The aim of the conducted research was the evaluation of the topography and the structure of the superficial layer of meniscus and articular cartilage. These are surfaces that optimise the friction and lubrication process in the knee joint. The animal samples of the menisci and the articular cartilage were examined. The research was performed using scanning electron microscopes and an atomic force microscope. The structure of the surface of meniscus and articular cartilage is very regular. The collagenous fibres, which are embedded in the ground substance, are parallel to the surface. The undulation of the surface was observed. In the area of the anterior horn on tibia side of both menisci as well as in the anterior area of tibial plateau, the concavity and convexity pattern is evident. The observed cavities enable the accumulation of the synovial fluid. The synovial fluid plays the role of the lubricant in the knee joint, and its presence is highly desired during the load transmission.

Celem przeprowadzonych badań była ocena topografii i struktury łąkotek oraz powierzchni stawowych, które zabezpieczają i optymalizują proces tarcia i smarowania w stawie kolanowym. Materiałem badań były łąkotki pobrane z prawidłowych stawów zwierzęcych oraz tkanka chrzęstna wypreparowana z powierzchni stawowych. Badania były realizowane na mikroskopach skaningowych oraz mikroskopie sił atomowych. Struktura warstwy wierzchniej chrząstki włóknistej oraz szklistej wykazała dużą regularność. Włókna kolagenowe biegnące równolegle do powierzchni i zatopione w substancji podstawnej tworzą łagodnie pofalowaną strukturę. Układ wgłębień i wzniesień jest najbardziej wyraźny na części przedniej plateau kości piszczelowej oraz w obszarze rogu przedniego łąkotek, po stronie kontaktującej się z plateau kości piszczelowej. W zaobserwowanych wgłębieniach może gromadzić się ciecz synowialna, która pełni rolę środka smarnego, i której obecność jest wysoce pożądana podczas przenoszenia obciążeń wewnątrz stawu kolanowego.