Streaming potentials arise from the presence of negative fixed charges in cartilage extracellular matrix glycosaminoglycans. Arthroscopic assessment of these potentials can potentially detect localized surface lesions and provide quantitative diagnostic information. Electrolyte filtration is also a phenomenon arising from glycosaminoglycans. Commonly assumed negligible despite a lack of experimental validation, it can be important for design and interpretation of streaming potential measurements and choice of modeling assumptions. The objective of this thesis was therefore to quantify electrolyte filtration and estimate its effect on streaming potential measurements. Chloride ion concentration in exudate of compressed cartilage was measured and explant GAG content was colorimetrically assayed. Pilot studies indicated that an appropriate strain rate for experiments was 8x10^(-3) s^(-1) in order to eliminate concerns of exudate evaporation and explant damage (at low and high strain rates, respectively). Exudate concentration of explants equilibrated in 1x PBS was significantly (p<0.05) lower than bath at strains of 37.5, 50 and 62.5%, with clear dependence on magnitude. Exudate concentration was also significantly lower than that of the bath when 50% strain was applied after equilibration in 0.5, 1 and 2x PBS while the relative difference seemed to increase with decreasing bath concentration (p=0.065 between 0.5 and 2x PBS). Decreasing exudate concentration correlated negatively with increasing post-compression GAG concentration, while no difference between exudate concentration and bath concentration was ever observed for compression of uncharged agarose gel controls. Findings show that exudate from compressed cartilage is dilute relative to bath due to the presence of matrix fixed charges. This difference leads to the generation of extraneous diffusion potentials during streaming potential measurements, particularly under conditions of low strain rates and high strains. / Le potentiel d'écoulement est due à la présence de charges fixes négatives sur les glycosaminoglycanes de la matrice extracellulaire du cartilage. Son évaluation arthroscopique peut potentiellement détecter les lésions localisées et fournir de l'information diagnostique quantitatif. La filtration d'électrolyte est également un phénomène découlant des glycosaminoglycanes. Généralement supposé négligeable malgré un manque de validation expérimentale, il peut être important pour la conception et l'interprétation des measurements du potentiel d'écoulement et pour le choix des suppositions de modélisation. L'objectif de cette thèse est donc de quantifier le phénomène de filtration d'électrolyte et d'estimer son effet sur les mesures de potentiel d'écoulement. La concentration de chlorure dans l'exsudat de cartilage comprimé a été mesurée et le contenu de GAG a été colorimétriquement dosé. Des études pilotes ont indiqué qu'une vitesse de déformation de 8x10^(-3) s^(-1) était appropriée afin d'éliminer les préoccupations d'évaporation d'exsudat ainsi que du dommage à l'explant (à haute et basse vitesses, respectivement). La concentration d'exsudat des explants équilibrés dans 1x PBS et soumis à une deformation de 37,5, 50 et 62,5% était significativement (p<0.05) inférieure à celle du bain, avec claire dépendance sur la magnitude de déformation. Elle était également significativement inférieure lorsqu'une deformation de 50% a été appliquée après l'équilibrage en 0,5, 1 et 2x PBS. La différence relative avec le bain semblait augmenter avec la diminution de la concentration de celui-ci (p=0,065 entre 0,5 et 2 PBS). La baisse de concentration de l'exsudat a corrélé négativement avec le contenu de glycosaminoglycanes post-compression, alors qu'aucune différence n'a jamais été détectée dans l'exsudat des explants d'agarose. Nos résultats démontrent que la concentration d'exsudat de cartilage comprimé est dilué par rapport au bain en raison de la présence des charges fixes. Cette différence mène à la génération de potentiels de diffusion durant la mesure du potentiel d'écoulement, surtout sous les conditions de haute déformation et de faible vitesse de deformation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.117081 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Ko, Lok Shun |
| Contributors | Thomas Quinn (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Engineering (Department of Chemical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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