Kuvassa 6.6 on esitetty tyypillinen voima-venymä-kuvaaja sekä tyypillinen jännitys-suhteellinen venymä-kuvaaja nivelrustolle ja nivelkierukalle. Saadusta mittausdatas-ta määritettiin näytteen murmittausdatas-tamiseen mittausdatas-tarvitmittausdatas-tava voima Fmax (N) sekä jännitys σmax (MPa) ja tätä vastaava suhteellinen venymä max (%) (kuva 6.7). Suhteellisen veny-män nollakohta määritettiin siihen kohtaan, missä esikuorma saavutettiin. Poikkeuk-sena kappaleessa 6.2 esitettyyn, suhteellisen venymän nollakohta haettiin jälkikäteen manuaalisesti. Tällöin esikuorman arvo pystyttiin määrittämään optimaaliseksi ku-vaajien avulla ja voima-anturista johtuva epätarkkuus minimoimaan. Esikuorman ar-voina käytettiin nivelkierukalle 0.3 N ja nivelrustolle 0.1 N.
Näytteen murtamiseen tarvittava työ W (J) saadaan laskettua pintaintegraalina W =
Z
C
F(l)dl (6.3)
mitatun voima-venymä-käyrän yli. Käytännössä tämä toteutettiin numeerisesti in-tegroimalla saatua mittausdataa esikuormasta maksimivoimaan saakka. Nyt kun näyt-teen murtamiseen tarvittava työ tiedettiin, saatiin näytnäyt-teen sitkeys (engl. toughness) K (J/m3) laskettua yhtälöstä
K = W
V , (6.4)
missä W on näytteen murtamiseen vaadittava energia, ts. työ ja V on näytteen tila-vuus. Näytteen tilavuutta laskettaessa oletettiin näytteiden olevan täysin suorakul-maisia särmiöitä, joiden pituudet l0 määritettiin kappaleessa 6.2 esitetyllä tavalla.
Poikkeuksena edellä esitettyyn, etäisyys nollahetkestä esikuormaan määritettiin jäl-kikäteen manuaalisesti voima-venymä-käyrästä käyttäen esikuorman arvoina nivel-kierukalle 0.3 N ja nivelrustolle 0.1 N. Näin näytteen todellinen pituus saatiin mää-ritettyä entistä tarkemmin, kun voima-anturin kohinasta aiheutuvaa marginaalia ei tarvinnut ottaa huomioon.
Kudoksen kimmomoduuli E (MPa) saadaan laskettua jännityksen ja venymän suh-teena
E = σ
. (6.5)
Tämä toteutettiin sovittamalla suora jännitys-suhteellinen venymä-käyrän elastiseen osaan (kuva 6.7). Sovitetun suoran kulmakerroin on nyt materiaalin kimmomoduuli.
Vastaavalla tavoin saatiin laskettua näytteen jäykkyys k (N/mm) k = F
l , (6.6)
kun suora sovitettiin voima-venymä-käyrän elastiseen osaan.
Mittausdatan analysointiin käytettiin MATLAB ohjelmistoa (MATLAB 7.6.0 (R2008a), MathWorks Inc., Sherborn, MA, USA).
6.4 Tilastolliset analyysit
Tilastollisiin vertailuihin naudan nivelkierukan ja nivelruston välillä käytettiin ei-parametrista Mann-Whitneyn U-testiä. Mann-Whitneyn U-testi valittiin siksi, että se soveltuu hyvin pienille näytemäärille sekä tilanteeseen, jossa data ei ole tasaisesti jakautunutta. Vertailut suoritettiin eri kudosten välillä kimmomoduulille, jäykkyy-delle, murtamistyölle, sitkeydelle ja maksimaalista jännitystä vastaavalle suhteellisel-le venymälsuhteellisel-le. Näilsuhteellisel-le arvoilsuhteellisel-le määritettiin myös lineaarinen Pearsonin korrelaatioker-roinr siten, että samasta polvesta otettuja nivelkierukka- ja rustonäytteitä verrattiin toisiinsa. Tilastollisiin analyyseihin käytettiin SPSS ohjelmistoa (SPSS 19.0.0, IBM Corporation, Armonk, NY, USA).
Kuva 6.6: Nivelruston (A, C) ja nivelkierukan (B, D) tyypilliset voima-venymä-käyrät (ylhäällä) sekä jännitys-suhteellinen venymä-käyrät (alhaalla).
Kuva 6.7: Voima-venymä-käyrä (A) ja jännitys-suhteellinen venymä-käyrä (B), mistä saa-daan määritettyä näytteen murtamiseen tarvittavat voimaFmax, jännitysσmax
ja työ W. Käyrien varvasalueella (engl. toe region) kudoksen kollageenisäikeet eivät ole vielä täysin oienneet. Elastisella alueella kollageenisäikeet ovat oienneet ja Hooken laki on voimassa. Tämän alueen kulmakertoimena saadaan määritet-tyä näytteen jäykkyysk (voima-venymä-käyrä) ja kimmomoduuli E (jännitys-suhteellinen venymä-käyrä).
Tulokset
Naudan lateraalisen nivelkierukan havaittiin olevan huomattavasti jäykempää kuin nivelruston, toisin sanoen nivelkierukan kimmomoduulin (p < 0.001), jäykkyyden (p < 0.001), näytteen murtamiseen vaadittavan työn (p < 0.001) ja sitkeyden (p <
0.05) arvot olivat suurempia kuin nivelrustolla. Vastaavasti nivelruston suhteellisen venymän keskiarvo oli yli kaksinkertainen (p < 0.001) nivelkierukkaan verrattuna.
Samasta polvesta otettujen nivelkierukka- ja nivelrustonäytteiden mekaanisten omi-naisuuksien välillä ei havaittu merkittävää (p > 0.05) riippuvuutta. Eri polvien ni-velkierukoille saadut kimmomoduulin, maksimaalisen jännityksen ja sitä vastaavan suhteellisen venymän, jäykkyyden, maksimaalisen kuorman, näytteen murtamiseen vaadittavan työn ja sitkeyden arvot on esitetty taulukossa 7.1. Vastaavat tulokset ni-velrustonäytteille on esitetty taulukossa 7.2.
Kuvissa 7.1-7.5 on havainnollistettu sekä nivelkierukan että nivelruston kaikista pol-vista lasketut keskiarvot hajontoineen kimmomoduulille, jäykkyydelle, murtamistyöl-le, sitkeydelle ja maksimaalista jännitystä vastaavalle suhteelliselle venymälle.
43
Taulukko7.1:Naudanlateraalisellenivelkierukallesuoritettujenvetomittaustentuloksistalasketutarvot(keskiarvo±SD)kimmomoduulille E,maksimaalisellejännitykselleσmaxjasitävastaavallesuhteellisellevenymällemax,jäykkyydellek,maksimaalisellekuormalle Fmax,näytteenmurtamiseenvaadittavalletyölleWjasitkeydelleKesitettynäjokaisellepolvelleerikseen. PolvinE(MPa)σmax(MPa)max(%)k(kN/m)Fmax(N)W(mJ)K(MJ/m3 ) #1333.82±14.1514.32±5.4057.7±1.016.97±8.8621.56±10.5319.24±8.912.33±1.17 #2336.64±11.3315.85±3.8965.9±17.514.62±7.3222.96±12.9025.20±17.463.01±0.95 #3348.35±4.4527.95±5.1774.0±3.518.80±3.5931.88±8.4636.77±8.836.63±0.94 #4333.96±11.7417.46±9.6864.2±8.715.17±3.3421.42±7.3420.96±7.312.98±1.70 #5342.01±24.0029.82±9.57131.6±28.521.54±13.7840.45±14.2558.43±12.869.14±1.82 #6322.45±4.1314.56±3.4593.2±25.911.12±2.0717.84±3.9622.72±12.353.61±2.39 #7326.84±21.7118.80±5.57125.5±64.817.38±14.0032.01±10.4946.67±12.664.96±1.50 #8318.84±3.1817.33±1.24116.0±25.27.81±1.4217.88±2.0626.87±3.606.25±1.32 #9316.56±2.0112.88±3.11123.3±36.87.92±0.2915.11±4.1723.87±12.894.42±1.97 #10325.16±3.0723.02±5.36110.1±39.711.33±1.8225.57±6.7641.34±22.608.07±3.85
Taulukko7.2:Naudanlateraalisenkondyylinnivelrustollesuoritettujenvetomittaustentuloksistalasketutarvot(keskiarvo±SD)kimmomo- duulilleE,maksimaalisellejännitykselleσmaxjasitävastaavallesuhteellisellevenymällemax,jäykkyydellek,maksimaaliselle kuormalleFmax,näytteenmurtamiseenvaadittavalletyölleWjasitkeydelleKesitettynäjokaisellepolvelleerikseen. PolvinE(MPa)σmax(MPa)max(%)k(N/m)Fmax(N)W(mJ)K(MJ/m3 ) #131.98±0.962.72±1.26168.8±58.9536.84±378.082.21±1.565.14±3.981.02±0.63 #232.48±0.213.55±1.03197.2±71.6591.80±121.142.35±0.415.74±2.181.44±0.66 #332.82±0.514.66±2.28200.2±94.5761.99±171.683.68±2.0411.02±10.112.44±2.44 #432.69±0.115.42±1.16268.9±22.7817.29±225.595.06±2.5618.67±13.923.74±2.42 #534.44±1.289.21±3.13319.9±61.51090.23±397.025.87±2.4418.57±9.415.26±2.23 #632.84±0.936.33±2.81335.2±63.31097.13±369.936.33±2.9623.79±12.584.77±3.00 #721.85±0.623.51±1.19261.3±60.0559.68±252.932.50±1.016.83±1.8961.88±1.23 #832.91±1.833.51±1.40263.7±213.4669.46±356.442.14±0.825.83±4.431.58±0.87 #934.28±2.747.18±4.19267.9±0.81630.00±932.236.82±3.4217.16±8.693.82±1.99 #1031.95±0.482.91±1.56122.1±53.7812.80±230.143.26±2.208.32±8.931.29±1.19
Kuva 7.1: Kimmomoduulin arvot (keskiarvo ± SD) naudan lateraaliselle nivelkierukalle ja reisiluun lateraalisen kondyylin nivelrustolle määritettynä vetomittauksilla.
Samasta polvesta otettujen näytteiden välillä ei havaittu riippuvuutta (r = 0.016,pr = 0.964).
Kuva 7.2: Jäykkyyden arvot (keskiarvo±SD) naudan lateraaliselle nivelkierukalle ja reisi-luun lateraalisen kondyylin nivelrustolle määritettynä vetomittauksilla. Samas-ta polvesSamas-ta otettujen näytteiden välillä ei havaittu riippuvuutSamas-ta (r = 0.356, pr
= 0.313).
Kuva 7.3: Naudan lateraalisesta nivelkierukasta ja reisiluun lateraalisen kondyylin nivel-rustosta valmistettujen näytteiden murtumiseen vaadittavan työn arvot (kes-kiarvo ±SD) määritettynä vetomittauksilla. Samasta polvesta otettujen näyt-teiden välillä ei havaittu riippuvuutta (r = 0.006, pr = 0.987).
Kuva 7.4: Sitkeyksien arvot (keskiarvo±SD) naudan lateraaliselle nivelkierukalle ja reisi-luun lateraalisen kondyylin nivelrustolle määritettynä vetomittauksilla. Samas-ta polvesSamas-ta otettujen näytteiden välillä ei havaittu riippuvuutSamas-ta (r = 0.181, pr
= 0.618).
Kuva 7.5: Maksimaalista jännitystä vastaavien suhteellisten venymien arvot (keskiarvo± SD) naudan lateraaliselle nivelkierukalle ja reisiluun lateraalisen kondyylin ni-velrustolle määritettynä vetomittauksilla. Samasta polvesta otettujen näyttei-den välillä ei havaittu riippuvuutta (r = 0.391, pr = 0.263).
Pohdinta
Tämän Pro Gradu -tutkielman tarkoituksena oli määrittää nivelkierukan ja nivelrus-ton mekaanisia ominaisuuksia vetokuormituksessa. Kokeelliset mittaukset suoritettiin kymmenestä naudan lateraalisesta nivelkierukasta ja reisiluun kondyylin nivelrustos-ta valmistetuille näytteille.
Vaikka nivelkierukat ja nivelrusto joutuvat lähes jatkuvasti puristavien voimien kuor-mittamiksi, oli tässä tutkimuksessa käytetty mittausgeometria oleellinen. Johtuen ni-velkierukan kiinnittymisestä sarvistaan, syntyy kudokseen kehänsuuntaista venymää, vaikka pääasiallinen kuormitus aiheutuisi nivelkierukan puristumisesta reisiluun ja sääriluun välissä. Samoin nivelruston puristuessa, rustoon kohdistuu pinnan suun-taista venymää.
Työn tuloksena havaittiin nivelkierukan jäykkyyttä kuvaavien parametrien olevan huomattavasti nivelruston parametreja suurempia. Nivelkierukan märkäpainosta on suurempi osuus kollageenisäikeitä kuin nivelrustolla, jonka seurauksena nivelkieruk-ka vastustaa nivelrustoa enemmän venytystä, etenkin kollageenisäikeiden suunnassa.
Tästä johtuen nivelrustonäytteet venyivät huomattavasti enemmän ennen hajoamis-taan. Rustonäytteiden havaittiin katkeavan kokonaan saavutettuaan maksimaalisen kuormituksen. Vastaavasti nivelkierukkanäytteet eivät heti hajonneet kokonaan vaan osa kollageenisäikeistä jäi vielä ehjiksi vastustamaan venytystä (kuva 6.6). Jäljelle jääneet säikeet eivät kuitenkaan pystyneet merkittävästi vastustamaan venymistä.
Työssä saatu tulos näytteiden jäykkyyksien osalta on yhdenmukainen aikaisempien tutkimuksien kanssa [26, 33, 61]. Nivelrustolle määritetty kimmomoduulin arvo on yhdenmukainen aikaisemmin ihmisen nivelrustolla tehdyn tutkimuksen kanssa [1], mutta pienempi verrattuna koiran rustolla tehtyyn tutkimukseen [26]. Nivelkierukal-le määritetty kimmomoduulin arvo on samaa suuruusluokkaa/hieman pienempi ver-rattuna aikaisempiin tutkimuksiin (taulukko 4.1). Määritettyihin arvoihin vaikuttavia virhelähteitä on käsitelty hieman myöhemmin tässä luvussa.
49
Nivelkierukka- ja nivelrustonäytteiden murtamiseen vaadittavan työn määrän havait-tiin olevan huomattavasti lähempänä toisiaan kuin jäykkyyttä kuvaavien ominaisuuk-sien arvojen. Tämä johtuu siitä, että vaikka nivelkierukkanäytteiden murtamiseen vaadittava voima oli suurempi kuin rustonäytteden, venyivät rustonäytteet nivelkierukkanäytteitä enemmän ennen hajoamistaan. Näin ollen pintaalat voimavenymä -kuvaajissa olivat lähempänä toisiaan. Näytteiden tilavuuksien ollessa samaa suuruus-luokkaa, molempien kudosten sitkeyksien arvot olivat myös huomattavasti lähempä-nä toisiaan kuin jäykkyyksien arvot. Näytteiden kiinnityspituutta ei saatu vakioitua, minkä seurauksena sitkeyksien arvoihin saatiin suuret hajonnat. Tästä johtuen, vaik-ka näytepitimien etäisyys toisistaan olisi ollut vakio, vaihtelivat näytteiden kokonais-pituudet suuresti. Määritettyjen sitkeyksien hajontaa lisää nivelkierukoiden osalta myös nivelkierukkanäytteiden paksuuksien suurempi hajonta, joka aiheutui näyttei-den valmistukseen käytetyistä menetelmistä ja laitteista, joita käsitellään seuraavaksi.
Valmistettujen näytteiden oletettiin vetomittauksissa olevan täysin suorakulmaisia särmiöitä. Stereomikroskoopilla ohutleikkeiden sivujen leveyksiä tarkastellessa huo-mattiin kuitenkin, ettei tämä pitänyt paikkaansa. Etenkin nivelkierukkanäytteiden havaittiin olevan epätasaisia, paksuuksien vaihdellessa useita prosentteja näytteen si-sällä. Tästä johtuen leveyksien ja paksuuksien arvoina käytettiin useiden mittausten keskiarvoa. Näytteiden epätasaisuus aiheuttaa kudoksen sisällä pintaa lähimpien kol-lageenisäikeiden katkeamista ja epäjatkuvien säikeiden syntymistä. Tällöin osa kolla-geenisäikeistä ei vastusta venytystä ollenkaan, ja näin vaikuttavat määritettyyn kim-momoduulin arvoon. Nivelkierukkanäytteet pyrittiin leikkaamaan mahdollisimman yhdensuuntaisesti kollageenisäikeisiin nähden. Kollageenisäikeet eivät kuitenkaan kul-je kudoksessa täysin suoraan, vaan kaartuvat nivelkierukan muodon mukaisesti. Näin ollen täysin kollageenisäikeiden suuntaisia näytteitä on hyvin vaikea tai lähes mah-doton valmistaa.
Työssä käytettyjen rustonäytteiden valmistussyvyyttä ei oltu vakioitu. Näyte kui-tenkin pyrittiin valmistamaan mahdollisimman läheltä kudoksen pintaa. Molempien näytteiden osalta se, miten tasaiseksi kudoksen puukappaleeseen liimattava pinta saa-tiin leikattua, vaikuttaa suuresti näytteiden kollageenisäikeiden orientaatioon pysty-suunnassa (z-akselin pysty-suunnassa). Nivelrustonäytteiden osalta tähän vaikuttaa myös vyöhyke, mistä näyte valmistettiin (pintavyöhyke vs. välivyöhyke). Näytteiden kiin-nittämistä superliimalla on käytetty aikaisemminkin [52], eikä sillä ole vaikutusta kudoksen ominaisuuksiin. Myöskään rustonäytteiden jäädyttämisen ja sulattamisen ei ole havaittu muuttavan kudoksen mekaanisia ominaisuuksia [79].
Mittausprotokollaa harjoiteltaessa havaittiin muutaman nivelkierukkanäytteen
koh-dalla näytteen lipeäminen näytepitimistä huolimatta siitä, että näytepitimiin oli lii-mattu hienoa hiekkapaperia ja näytteet kiinnitettiin samansuuruista voimaa käyt-täen. Jos lipeämäistä havaittiin mittausten aikana, mittaus hylättiin ja uusi mittaus suoritettiin käyttäen varanäytettä. Rustonäytteillä lipeämistä ei havaittu. On kuiten-kin mahdollista, että mittauksissa on tapahtunut pientä näytteiden lipeämistä. Jos lipeämistä on tapahtunut, on se kuitenkin ollut niin pientä, ettei se ole vaikuttanut merkittävästi laskettuihin arvoihin.
Pienessä osassa nivelkierukka- ja rustonäytteitä näytteen hajoaminen tapahtui näy-tepitimien juuresta eikä näytteen keskeltä. Mittauksissa, joissa näyte hajosi näytepi-timen juuresta, ei kuitenkaan havaittu eroavaisuuksia mittauksiin, joissa näyte hajosi keskeltä. Täten mittaukset, joissa näyte hajosi näytepitimen juuresta, sisällytettiin tutkimukseen. Todennäköisyyttä sille, että näyte hajoaa keskeltä, pystyttäisiin rus-tonäytteiden tapauksessa kasvattamaan tekemällä näytteistä käsipainon muotoisia.
Kuitenkaan näytteen muodolle ei ole vakiintunutta standardia vaan molemmat muo-dot (suorakulmio ja käsipaino) ovat yleisesti käytössä [54]. Tähän työhön valittiin suorakulmaiset näytteet näytteiden helpomman valmistusprosessin vuoksi.
Mittauksissa käytetty vetonopeus oli noin kymmenkertainen aikaisemmin tehtyihin tutkimuksiin verrattuna [33, 26, 50, 65]. Testinopeus valittiin aikaisemmin samalla mittauslaitteistolla tehdyn tutkimuksen pohjalta (ei julkaistu), jossa tutkittiin he-vosen nivelrustoa. Lisäksi suuremmalla vetonopeudella saatiin kollageenin vaikutus maksimaalisesti esiin. Käytetyn vetonopeuden eroaminen aikaisemmin käytetyistä no-peuksista ei kuitenkaan selitä poikkeamaa saatujen tulosten ja aiemmin määritettyjen arvojen välillä, sillä suuremman vetonopeuden tulisi kasvattaa kimmomoduulin arvoa.
Aikaisempien tutkimustulosten välillä on suuriakin eroja, vaikka näytteet on val-mistettu samasta eläimestä [33, 65]. Näytteen anatominen sijainti sekä vetosuunta kollageenisäikeisiin nähden vaikuttavat hyvin suuresti havaittuun nivelkierukan kim-momoduuliin [51, 80]. Myös näytteen paksuus vaikuttaa [50]. Koska tässä työssä ja aikaisemmissa töissä käytetyt näytteet eivät ole valmistettu täysin samoin ja samois-ta kohdissamois-ta, ei saatuja tuloksia voida verrasamois-ta absoluuttisesti aikaisemmin saatuihin arvoihin. Suhde nivelkierukkanäytteiden ja nivelrustonäytteiden välillä on kuitenkin samaa suurusluokkaa aiemmin määritettyjen tulosten kanssa.
Samasta naudan polvesta valmistettujen nivelkierukka- ja nivelrustonäytteiden me-kaanisten ominaisuuksien välillä ei havaittu riippuvuutta. Eräs syy tähän voi olla, ettei kummassakaan kudoksessa havaittu visuaalisella tarkastelulla merkkejä kudok-sen rappeutumisesta tai haurastumisesta. Tällöin terveen kudokkudok-sen mekaaniset omi-naisuudet voivat vaihdella huomattavasti saman yksilön sisällä. Jos nivelkierukassa
olisi ollut vaurio, olisi se todennäköisesti aiheuttanut rustokudoksen rappeutumista olettaen, että nivelkierukan vaurio ei olisi uusi. Tällöin samasta polvesta otettujen näytteiden välillä olisi todennäköisesti havaittu riippuvuus. Näytemäärät olivat myös suhteellisen pieniä, jotta kattava tilastollinen vertailu olisi voitu toteuttaa.
Vaikka ihmisen ja naudan nivelruston ja nivelkierukoiden ominaisuudet eroavat toi-sistaan, on aikaisemmissa polvinivelen toimintaa ja nivelrikon syntymistä tutkivissa FE-malleissa käytetty hyväksi myös naudan nivelkierukoiden ja nivelruston mekaani-sia ominaisuukmekaani-sia kuvaavia parametreja, kuten kimmomoduulia ja Poisson suhdetta [23, 39, 58, 88, 89]. Vaikka tässä työssä ei kummankaan kudoksen Poisson suhdetta määritetty, saatiin työn tuloksena lisää tietoa nivelkierukan ja nivelruston käyttäy-tymisestä vetävän kuormituksen alaisuudessa, jota mahdollisesti voidaan tulevaisuu-dessa käyttää osana FE-mallia.
Yhteenveto
Tässä työssä suoritettiin naudan lateraalisesta nivelkierukasta ja reisiluun lateraalisen kondyylin nivelrustosta valmistetuille näytteille vetotestit, joiden avulla määritettiin kudosten mekaanisia ominaisuuksia kuvaavia parametreja. Näitä parametreja olivat muun muassa kimmomoduuli, jäykkyys ja sitkeys. Työn tuloksista ja havainnoista voidaan yhteenvetona sanoa:
• vetokuormituksessa nivelkierukka on nivelrustoa huomattavasti jäykempää ja näin ollen vastustaa vetoa enemmän,
• vetokuormituksessa nivelkierukka on nivelrustoa sitkeämpää ja pystyy näin ab-sorboimaan enemmän energiaa ennen hajoamistaan,
• samasta polvesta otettujen nivelkierukka- ja rustonäytteiden mekaanisten omi-naisuuksien välillä ei havaittu merkittävää riippuvuutta.
53
[1] Akizuki S., Mow V. C., Müller F., Pita J. C., Howell D. S., Manicourt D. H.
Tensile properties of human knee joint cartilage: I. Influence of ionic conditions, weight bearing, and fibrillation on the tensile modulus, J Orthop Res, vol. 4(4), pp. 379-392, 1986
[2] Arden N., Nevitt M. C. Osteoarthritis: epidemiology, Best Pract Res Clin Rheu-matol, vol. 20(1), pp. 3-25, 2006
[3] Armstrong C. G., Gardner D. L. Thickness and distribution of human femoral head articular cartilage. Changes with age, Ann Rheum Dis, vol. 36(5), pp. 407-412, 1977
[4] Armstrong C. G., Mow V. C.Variations in the intrinsic mechanical properties of human articular cartilage with age, degeneration, and water content, J Bone Joint Surg Am, vol. 34(1), pp. 88-94, 1982
[5] Ateshian G. A., Soslowsky L. J., Mow V. C. Quantitation of articular surface topography and cartilage thickness in knee joints using stereophotogrammetry, J Biomech, vol. 24(8), pp. 761-776, 1991
[6] Bader D. L., Kempson G. E.The short-term compressive properties of adult human articular cartilage, Biomed Mater Eng, vol. 4(3), pp. 245-256, 1994
[7] Bank R. A., Soudry M., Maroudas A., Mizrahi J., TeKoppele J. M.The increased swelling and instantaneous deformation of osteoarthritic cartilage is highly cor-related with collagen degradation, Arthritis Rheum, vol. 43(10), pp. 2202-2210, 2000
[8] Baratz M. E., Fu F. H., Mengato R. Meniscal tears: the effect of meniscectomy and of repair on intraarticular contact areas and stress in the human knee. A preliminary report, Am J Sports Med, vol. 14(4), pp. 270-275, 1986
54
[9] Bellucci G., Seedhom B. B. Mechanical behaviour of articular cartilage under tensile cyclic load, Rheumatology (Oxford), vol. 40(12), pp. 1337-1345, 2001 [10] Bi X., Li G., Doty S. B., Camacho N. P.A novel method for determination of
col-lagen orientation in cartilage by Fourier transform infrared imaging spectroscopy (FT-IRIS), Osteoarthritis Cartilage, vol. 13(12), pp. 1050-1058, 2005
[11] Bi X., Yang X., Bostrom M. P., Camacho N. P. Fourier transform infrared ima-ging spectroscopy investigations in the pathogenesis and repair of cartilage, Bioc-him Biophys Acta, vol. 1758(7), pp. 943-941, 2006
[12] Boschetti F., Peretti G. M. Tensile and compressive properties of healthy and osteoarthritic human articular cartilage, Biorheology, vol. 45(3-4), pp. 337-344, 2008
[13] Van der Bracht H., Verdonk R., Verbruggen G., Elewaut D., Verdonk P. Cell-Based Meniscus Tissue Engineering, In Ashammakhi N., Reis R. & Chiellini E.
(Eds.) Topics in Tissue Engineering, vol. 3, Expertissues, pp. 38-51, 2007
[14] Buckwalter J. A., Mankin H. J. Articular Cartilage: Part I. Tissue design and chondrocyte-matrix interaction, J Bone Joint Surg, Vol. 79(4), pp. 600-611, 1997 [15] Buckwalter J. A., Mankin H. J. Articular Cartilage. Part II: Degeneration and
osteoarthrosis, repair, regeneration, and transplantation, J Bone Joint Surg, Vol.
79(4), pp. 612-623, 1997
[16] Buckwalter J. A., Martin J. A. Osteoarthritis, Adv Drug Deliv Rev, Vol. 58(2), pp. 150-167, 2006
[17] Bush P. G., Hall A. C The osmotic sensitivity of isolated and in situ bovine articular chondrocytes, J Orthop Res, Vol. 19, pp. 768-778, 2000
[18] Chahine N. O., Wang C. C., Hung C. T., Ateshian G. A. Anisotropic strain-dependent material properties of bovine articular cartilage in the transitional range from tension to compression, J Biomech, Vol. 37(8), pp. 1251-1261, 2004
[19] Charlebois M., McKee M. D., Buschmann M. D. Nonlinear tensile properties of bovine articular cartilage and their variation with age and depth, J Biomech Eng, Vol. 126(2), pp. 129-137, 2004
[20] Christoforakis J., Pradhan R., Sanchez-Ballester J., Hunt N., Strachan R. K. Is there an association between articular cartilage changes and degenerative meniscus tears?, Arthroscopy, Vol. 21(11), pp. 1366-1369, 2005
[21] Cohen Z. A., McCarthy D. M., Kwak S. D., Legrand P., Fogarasi F., Ciaccio E.
J., Ateshian G. A. Knee cartilage topography, thickness, and contact areas from MRI: in-vitro calibration and in-vivo measurements, Osteoarthritis Cartilage, vol.
7(1), pp. 95-109, 1999
[22] Conaghan P.Osteoarthritis - National clinical guideline for care and management in adults, Royal College of Physicians, 2008
[23] DiSilvestro M. R., Suh J. K. Across-validation of the biphasic poroviscoelastic model of articular cartilage in unconfined compression, indentation, and confined compression J Biomech, vol. 34(4), pp.519-525, 2001
[24] Drake R. L., Vogl A. W., Mitchell A. W. M. Gray’s anatomy for students 2nd edition, Churchill Livingstone,pp. 575-586 2005
[25] Elders M. J. The increasing impact of arthritis on public health, J Rheumatol Suppl, vol. 60, pp. 6-8, 2000
[26] Elliott D. M., Guilak F., Vail T. P., Wang J. Y., Setton L. A.Tensile properties of articular cartilage are altered by meniscectomy in a canine model of osteoarthritis, J Orthop Res, vol. 17(4), pp. 503-508, 1999
[27] Felson D. T., Zhang Y.An update on the epidemiology of knee and hip osteoarth-ritis with a view to prevention, Arthosteoarth-ritis Rheum, vol. 41(8), pp. 1343-1355, 1997 [28] Fithian D. C., Kelly M. A., Mow V. C.Material properties and structure-function
relationships in the menisci, Clin Orthop Relat Res, vol. 252, pp. 19-31, 1990 [29] Frank C. B.Ligament structure, physiology and function, J Musculoskel Neuron
Interact, vol. 4(2), pp. 199-201, 2004
[30] Frisbie D. D., Cross M. W., McIlwraith C. W. A comparative study of articular cartilage thickness in the stifle of animal species used in human pre-clinical studies compared to articular cartilage thickness in the human knee, Vet Comp Orthop Traumatol, vol. 19(3), pp. 142-146, 2006
[31] Fukubayashi T., Kurosawa H.The contact area and pressure distrubution pattern of the knee. A study of normal and osteoarthrotic knee joints, Acta Orthop Scand, vol. 51, pp. 871-879, 1980
[32] Ghadially F. N., Lalonde J. M., Wedge J. H. Ultrastructure of normal and torn menisci of the human knee joint, J Anat, vol. 136, pp. 773-791, 1983
[33] Goertzen D. J., Budney D. R., Cinats J. G. Methodology and apparatus to deter-mine material properties of the knee joint meniscus, Med Eng Phys, vol. 19, pp.
412-419, 1997
[34] Hall F. M., Wyshak G. Thickness of articular cartilage in the normal knee, J Bone Joint Surg, vol. 62(3), 1980
[35] Heliövaara M., Slätis P., Paavolainen P. Nivelrikon esiintyvyys ja kustannukset, Duodecim, vol. 124, pp. 1869-1874, 2008
[36] Herwig J., Egner E., Buddecke E.Chemical changes of human knee joint menisci in various stages of degeneration, Ann Rheum Dis, vol. 43, pp. 635-640, 1984 [37] Huang C. Y., Stankiewicz A., Ateshian G. A., Mow, V. C. Anisotropy,
inhomo-geneity, and tension-compression nonlinearity of human glenohumeral cartilage in finite deformation, J Biomech, vol. 38, pp. 799-809, 2005
[38] Huber M., Trattnig S., Lintner F. Anatomy, biochemistry, and physiology of articular cartilage, Invest Radiol, vol. 35(10), pp. 573-580, 2000
[39] Julkunen P., Korhonen R. K., Herzog W., Jurvelin J. S. Uncertainties in inden-tation testing of articular cartilage: a fibril-reinforced poroviscoelastic study Med Eng Phys, vol. 30(4), pp. 506-515, 2008
[40] Jurvelin J. S., Buschmann M. D., Hunziker E. B. Mechanical anisotropy of the human knee articular cartilage in compression, Proc Inst Mech Eng H, vol. 217(3), pp. 215-219, 2003
[41] Järvholm B., Lewold S., Malchau H., Vingård E.Age, bodyweight, smoking habits and the risk of severe osteoarthritis in the hip and knee in men, Eur J Epidemiol, vol. 20(6), pp. 537-42, 2005
[42] Kennedy J. C., Weinberg H. W., Wilson A. S. The anatomy and function of the anterior cruciate ligament, J Bone Joint Surg, vol. 56(2), pp. 223-235, 1974 [43] Kiviranta I., Tammi M., Jurvelin J., Helminen H. J. Topographical variation
of glycosaminoglycan content and cartilage thickness in canine knee (stifle) joint cartilage. Application of the microspectrophotometric method, J Anat, vol. 150, pp. 265-276, 1987
[44] Korhonen R. K., Laasanen M. S., Töyräs J., Rieppo J., Hirvonen J., Helminen H. J., Jurvelin J. S. Comparison of the equilibrium response of articular cartilage in unconfined compression, confined compression and indentation, J Biomech, vol.
35(7), pp. 903-909, 2002
[45] Korhonen R. K., Wong M., Arokoski J., Lindgren R., Helminen H. J., Hunziker E. B., Jurvelin J. S. Importance of the superficial tissue layer for the indentation stiffness of articular cartilage, Med Eng Phys, vol. 24(2), pp. 99-108, 2002
[46] Korhonen R. K., Saarakkala S. Biomechanics and modelling of skeletal soft tis-sues, In Kilka V. (Ed.) Theoretical biomechanics InTech, pp. 113-132, 2011 [47] Kurkijärvi J. E, Nissi M. J., Rieppo J., Töyräs J., Kiviranta I., Nieminen M. T.,
Jurvelin J. S. The zonal architecture of human articular cartilage described by T2 relaxation time in the presence of Gd-DTPA2-, Magn Reson Imaging, vol. 26(5), pp. 602-607, 2008
[48] Laasanen M. S., Toyras J., Korhonen R. K., Rieppo J., Saarakkala S., Niemi-nen M. T., HirvoNiemi-nen J., Jurvelin J. S Biomechanical properties of knee articular cartilage, Biorheology, vol. 40, pp. 133-140, 2003
[49] Lebel B., Tardieu C., Locker B., Hulet C.Ontogeny-Phylogeny, In Beaufils P. &
Verdonk R. (Eds.) The Meniscus, 3rd Edition Springer, pp. 19-28, 2010
[50] Lechner K., Hull M. L., Howell S. M.Is the circumferential tensile modulus within a human medial meniscus affected by the test sample location and cross-sectional area?, J Orthop Res, vol. 18, pp. 945-951, 2000
[51] LeRoux M. A., Setton L. A. Experimental and biphasic FEM determinations of the material properties and hydraulic permeability of the meniscus in tension, J Biomech Eng, vol. 124(3), pp. 315-321, 2002
[52] Li L.P., Herzog W., Korhonen R. K., Jurvelin J. S. The role of viscoelasticity of collagen fibers in articular cartilage: axial tension versus compression, Med Eng Phys, vol. 27(1), pp. 51-57, 2005
[53] Markolf K. L., Bargar W. L., Shoemaker S. C., Amstutz H. C. The role of joint load in knee stability, J Bone Joint Surg Am, vol. 63, pp. 570-585, 1981
[54] Masouros S. D., McDermott I. D., Amis A. A., Bull A. M. JBiomechanics of the meniscus-meniscal ligament construct of the knee, Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, vol. 16, pp. 1121-1132, 2008
[55] Masouros S. D., McDermott I. D., Bull A. M. J, Amis A. A. Biomechanics, In Beaufils P. & Verdonk R. (Eds.) The Meniscus, 3rd Edition Springer, pp. 29-37, 2010
[56] McDermott I. D., Masouros S. D., Bull A. M. J, Amis A. A.Anatomy, In Beaufils P. & Verdonk R. (Eds.) The Meniscus, 3rd Edition Springer, pp. 11-18, 2010 [57] Messner K., Gao J. The menisci of the knee joint. Anatomical and functional
characteristics, and a rationale for clinical treatment, J Anat, vol. 193, pp. 161-178, 1998
[58] Mononen M. E., Julkunen P., Töyräs J., Jurvelin J. S., Kiviranta I., Korhonen R. K. Alterations in structure and properties of collagen network of osteoarthritic and repaired cartilage modify knee joint stresses Biomech Model Mechanobiol, vol.
10(3), pp. 357-369, 2011
[59] Mow V. C., Huiskes R. Friction, lubrication, and wear of articular cartilage and diarthrodial joints, In Mow V. C. & Huiskes R. (Eds.) Basic Orthopaedic Bio-mechanics and Mechano-Biology, 3rd Edition Lippincott Williams & Wilkins, pp.
467-495, 2005
[60] Mow V. C., Ratcliffe A., Poole A. R. Cartilage and diarthrodial joints as para-digms for hierarchical materials and structures, Biomaterials, vol 13(2), pp, 67-97, 1992
[61] Mow V. C., Gu W. Y., Chen F. H. Structure and function of articular cartilage and meniscus, In Mow V. C. & Huiskes R. (Eds.)Basic Orthopaedic Biomechanics and Mechano-Biology, 3rd Edition Lippincott Williams & Wilkins, pp. 181-258, 2005
[62] Nakano T., Dodd C. M., Scott P. G.Glycosaminoglycans and proteoglycans from different zones of the porcine knee meniscus J Orthop Res, vol. 15, pp. 213-220, 1997
[63] Ogawa R.Recent patents on stem cell-mediated cartilage regeneration and repair Recent Patents on Regenerative Medicine, vol. 1, pp. 118-122, 2011
[64] Park S., Ateshian G. A.Dynamic response of immature bovine articular cartilage in tension and compression, and nonlinear viscoelastic modeling of the tensile response, J Biomech Eng, vol. 128(4), pp. 623-630, 2006
[65] Proctor C. S., Schmidt M. B., Whipple R. R., Kelly M. A., Mow V. C.Material properties of the normal medial bovine meniscus, J Orthop Res, vol. 7, pp. 771-782, 1989
[66] Quapp K. M., Weiss J. A. Material characterization of human medial collateral ligament, J Biomech Eng, vol. 120(6), pp. 757-763, 1998
[67] Radin E. L., de Lamotte F., Maquet P.Role of the menisci in the distribution of
[67] Radin E. L., de Lamotte F., Maquet P.Role of the menisci in the distribution of