Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/3723
Title: Μελέτη φυσικοχημικών και μηχανικών ιδιοτήτων παθολογικά αλλοιωμένων ανθρωπίνων μηνίσκων
Authors: Κατσαμένης, Ορέστης
Issue Date: 2010-09-20T08:04:58Z
Keywords: Πυροφωσφορικό ασβέστιο
Υδροξυαπατίτης
Μηνίσκος
Ασβεστοποίηση
Keywords (translated): Calcium pyrophosphate
Hydroxyapatite
Meniscus
Calcification
Raman
AFM
FTIR
SEM
Abstract: Το αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής ειδίκευσης ήταν η μελέτη των φυσικοχημικών και μηχανικών ιδιοτήτων παθολογικά αλλοιωμένων ανθρώπινων μηνίσκων. Οι μηνίσκοι είναι ινοχόνδρινοι μηνοειδείς δίσκοι που παρεμβάλλονται μεταξύ των αρθρικών επιφανειών του μηριαίου κονδύλου και της κνημιαίας γλύνης. Αποτελούνται ως επί το πλείστον από ίνες κολλαγόνου και χονδροκύταρα. Περιέχουν ακόμα γλυκοσαμινογλυκάνες, ελλαστίνη και DNA. Συμβάλλουν καθοριστικά στη σωστή λειτουργία της άρθρωσης καθώς είναι επιφορτισμένοι με λειτουργίες, όπως η προστασία των αρθρικών επιφανειών από τη φθορά, η λίπανση και η σταθεροποίηση της άρθρωσης. Η σημαντικότερη ίσως μεταβολική νόσος των μηνίσκων είναι η χονδρασβεστίωση (chondrocalcinosis) κατά την οποία παρατηρείται ανάπτυξη ανόργανων αλάτων στην επιφάνεια ή/και στο σώμα του ιστού. Για τη μελέτη των ιδιοτήτων των παθολογικά αλλοιωμένων ανθρώπινων μηνίσκων χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές μηχανικής και φυσικοχημικής ανάλυσης. Με Δυναμική Μηχανική Ανάλυση επιχειρήθηκε να αξιολογηθεί η επίδραση των διαφόρων τύπων παθολογικών αλλοιώσεων στις δυναμικές μηχανικές ιδιότητες των ιστών. Οι ασβεστοποιημένοι ιστοί και οι εναποθέσεις τους μελετήθηκαν με φασματοσκοπικές τεχνικές RAMAN, FT-RAMAN, FT-IR καθώς επίσης και με απεικονιστικές τεχνικές οπτικής μικροσκοπίας, σαρωτικής μικροσκοπίας ηλεκτρονίων (SEM) και μικροσκοπίας ατομικής δύναμης (AFM). Επιπλέον, για πρώτη φορά έγινε διασύγκριση της ικανότητας τριών διαφορετικών διατάξεων RAMAN (FT-RAMAN: 1064 nm, Dispersion RAMAN: 633 nm και Dispersion RAMAN: 325 nm) να εντοπίσουν την παρουσία εναποθέσεων στους ιστούς. Στην παρούσα μελέτη εξετάστηκαν 63 μηνισκικά μοσχεύματα από οστεοαρθριτικούς ασθενείς οι οποίοι υποβλήθηκαν σε ολική αρθροπλαστική γόνατος στο Περιφερειακό Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο Πατρών. Τα μοσχεύματα αυτά εξετάστηκαν από ιστοπαθολόγο και διαγνώστηκαν οι παθολογικές αλλοιώσεις που έφερα καθένας από αυτούς. Με βάση τα ιστοπαθολογικά αποτελέσματα έγινε κατηγοριοποίηση των δοκιμίων και συσχέτιση των αποτελεσμάτων αυτών με τα αποτελέσματα των προαναφερθέντων τεχνικών. Από τα αποτελέσματα της δυναμικής μηχανικής ανάλυσης φάνηκαν μικρές αλλά όχι στατιστικά σημαντικές διαφοροποιήσεις μεταξύ ασβεστοποιημένων μηνίσκων και μηνίσκων που παρουσίαζαν μυξωματοειδή εκφυλισμό και κύστες (σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ιστοπαθολογικής εξέτασης). Τα αποτελέσματα της περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ των ασβεστοποιημένων ιστών έδειξαν παρουσία μείγματος τρικλινούς και μονοκλινούς διένυδρου πυροφωσφορικού ασβεστίου (CPPD) υψηλής κρυσταλλικότητας καθώς και μικροκρυσταλλικές εναποθέσεις απατιτικής σύστασης (HAP). Οι τεχνικές μικροσκοποίας (οπτική, SEM και AFM) επιβεβαίωσαν τον παραπάνω ισχυρισμό αποκαλύπτοντας το χαρακτηριστικό τρόπο ανάπτυξης κάθε τύπου εναπόθεσης. Τα αποτελέσματα της φασματοσκοπικής ανάλυσης με χρήση των τεχνικών RAMAN – FT-RAMAN – και FT-IR έδειξαν την παρουσία επίσης χαρακτηριστικών κορυφών του CPPD και του HAP. Οι εναποθέσεις από CPPD ανιχνεύθηκαν στο 82.6 % των ασβεστοποιημένων δειγμάτων (19 στα 23) ενώ από απατίτη στο 17.4% (4 στα 23) Aναφορικά με τα RAMAN, επισημαίνεται ότι ανεξάρτητα από το μήκος κύματος που χρησιμοποιήθηκε και παρά την ισχυρή μπάντα φθορισμού που επεδείκνυαν τα φάσματα, οι χαρακτηριστικές κορυφές των εναποθέσεων ήταν εμφανείς.
Abstract (translated): The aim of the present master thesis study was the physicochemical and biomechanical characterization of pathological human menisci. Menisci are semilunar shaped fibrocartilaginous tissues that lie between the femoral condyle and tibia plateau. They mainly consist of collagen fibers and chondrocytes. Additionally glycosaminoglycans, elastin and DNA are present in the tissue. Menisci play an important role in the good function of human knee joint by distributing the applied loads, contributing to the joint’s stability and lubricating the joint’s area. The most common metabolic meniscal lesion is the chondrocalcinosis where inorganic phases of calcium or sodium salts are deposited in/on the tissue. Pathologically altered human menisci were studied by mechanical and physicochemical analysis techniques. Dynamic Mechanical Analysis was used to investigate the effects of degeneration lesions on the dynamic mechanical properties of the tissue. Calcified tissues and the corresponding encrustations were studied by spectroscopic techniques such as RAMAN, FT-RAMAN, FT-IR as well as imaging techniques such as optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). Moreover, for the first time a comparison of the ability of three different RAMAN setups (FT-RAMAN: 1064 nm, Dispersion RAMAN: 633 nm and Dispersion RAMAN:325 nm) to detect calcification on the tissues was performed. The clinical sample comprised of 63 menisci with histopathologicaly confirmed alterations that were surgically extracted from osteoarthritic patients due to total knee arthroplasty in the University Hospital of Patras. Samples were classified according to the histopathological evaluation and a correlation of histopathological with mechanical or spectroscopic findings was attempted. Dynamic mechanical analysis results showed small but no statistically significant difference between the group of calcified and the group of mucoid and cystic degenerated tissues (as determined after histopathological examination) X-ray diffraction analysis of the menisci encrustations revealed highly crystallized depositions of triclinic and monoclinic Calcium Pyrophosphate Dihydrate (CPPD) and some samples with poorly crystallized apatitic depositions (HAP). Microscopic techniques (optical, SEM and AFM) confirmed the presence of CPPD and HAP and in addition revealed information regarding their growth mechanism.The results of spectroscopical analysis using RAMAN – FT-RAMAN and FT-IR showed also the characteristic peaks of the inorganic phase (CPPD or HAP) presented in/on the tissue. CPPD encrustations were detected in 82.6 % (19 of 23) of the calcified samples while apatite in 17.4 % (4 of 23). Moreover, it is notable that all RAMAN setups showed the characteristic peaks of CPPD and HAP regardless of the excitation source and the strong fluorescence band.
Appears in Collections:Τμήμα Επιστήμης των Υλικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Katsamenis_Master_Thesis.pdf6.87 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons