Mécanique articulations du genou humaines

Le cartilage articulaire et le ménisque sont essentiels au fonctionnement normal du genou. Ces tissus mous consistent de 65 à 80% de liquide. L'écoulement dans les tissus résulte de la compression du genou au cours des activités normales journalières. D'autre part, le métabolisme du cartilage est controlé par le liquide, qui apporte des nutriments aux cellules et enlève les déchets. La pression fluide peut aussi supporter plus de 50% de la charge sur le genou. Il est donc essentiel de comprendre les fonctions biologiques et mécaniques associées à la pression et l'écoulement dans le cartilage et le ménisque pour comprendre la fonction du genou. Ces informations sont actuellement très limitées, car il est difficile de mesurer la pression et l'écoulement dans les tissus, ou de la prédire numériquement pour un modèle anatomiquement correct.

Nous avons récemment initié un travail de simulation incluant la pression et l'écoulement dans le cartilage et le ménisque. Notre géometrie est construite à partir d'images obtenues par résonance magnétique sur des sujets humains. Une simulation numérique détaillée révèle les fonctions mécaniques du genou controlées par la pression et l'écoulement. La recherche que nous proposons contribuera à une meilleure compréhension des fonctions mécaniques, tenant compte de conditions physiologiques plus réalistes. L'approche et les résultats seront validés a partir de tests en laboratoire sur des animaux, et les résultats seront explorés pour des genoux humains, grâce à une approche innovative qui utilisera pleinement la simulation numérique et l'imagerie à haute résolution sur des sujets humains. Nous adresserons (1) le mécanisme de charge contrôlé par la pression du liquide, (2) le rôle de la pression et de l'écoulement dans le métabolisme du cartilage du genou du porc et (3) nous utiliserons l'approche validée pour prédire le comportement mécanique du genou humain quand debout ou en marche. Ces travaux utiliseront pleinement notre progrès récent et les superbes facilités et expertise disponibles à Calgary. Nous prévoyons que ce programme amènera à une meilleure compréhension des processus fondamentaux liés aux fonctions mécaniques, et une simulation numérique détaillée à même de prédire la mécanique du genou pour des individus spécifiques.

Notre approche validée et nos nouveaux résultats pourront être utilisés dans des nouveaux développements en génie biologique. Un modèle bien établi du genou pourra être utilisé dans de futurs travaux prédisant la dégenerescence des fonctions mécaniques due au vieillissement. La connaissance du rôle de la mécanique dans la régulation du cartilage humain peut tôt ou tard amener à des stratégies d'exercice réduisant le vieillissement du cartilage. Un modèle robuste du joint sera utilisable par exemple en biomimétique des systèmes mécaniques et robotiques.

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Cette recherche a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG).
We acknowledge the support of the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC).