de bestudering van gewrichten met betrekking tot hun bouw, functie, werking en eventuele correctie van opgetreden schade; hierbij spelen zowel aspecten van medische, als van technische aard een rol.
In het lichaam van mens en dier kunnen velerlei gewrichten en gewrichtstypen worden onderscheiden, afhankelijk van plaats en functie. Een wezenlijk kenmerk van alle gewrichten is steeds dat bepaalde krachten tussen twee of meer lichaamsdelen moeten worden doorgeleid. Deze lichaamsdelen kunnen dan ten opzichte van elkaar bewegingen uitvoeren, terwijl ze toch met elkaar verbonden blijven. Zowel de daarbij optredende krachten als de bewegingen kunnen zeer verschillend van grootte zijn: voorbeelden zijn de verbindingen tussen de wervellichamen in de wervelkolom (grote krachten, geringe bewegingsmogelijkheid), tussen boven- en onderbeen (grote krachten, grote bewegingsmogelijkheid), tussen de schedeldelen (geringe krachten, geringe bewegingsmogelijkheid). Bezien vanuit het oogpunt van de constructie van de in het lichaam voorkomende gewrichten, zijn eveneens grote verschillen op te merken. Zo is een kniegewricht principieel geheel anders gevormd dan de verbinding tussen twee wervellichamen.
Bij de verschillende typen gewrichten vormen de zgn. synoviale gewrichten (zie afb.) de grootste groep. Dit type gewricht bestaat altijd uit twee of meer harde botdelen die, ter plaatse van het gewricht, bekleed zijn met een veel zachtere laag gewrichtskraakbeen. Tussen deze beklede loopvlakken bevindt zich een bijna kleurloze tot diepgele stroperige vloeistof, het synovia. De gewrichtsdelen zijn omgeven door het gewrichtskapsel, dat aan de zijde van de gewrichtsholte de zgn. synoviaalmembranen bevat, die verantwoordelijk zijn voor de uitscheiding van het synovia in de gewrichtsholte.
De wrijving van gezonde synoviaalgewrichten is uitzonderlijk laag, terwijl ook de slijtage daarbij verwaarloosbaar klein is. Terwijl bij goed ontworpen technische glijdende systemen wrijvingscoëfficiënten van 0,005...0,05 optreden, werkt een gezond synoviaalgewricht met wrijvingscoëfficiënten in de orde van 0,002...0,04. De geringe slijtage wordt duidelijk als men bedenkt dat een gezond gewricht 70...100 jaar goed moet kunnen blijven functioneren. Deze goede werking kan alleen worden toegeschreven aan een zeer efficiënte smering van de gewrichtsloopvlakken.
Tot op heden is geen overeenstemming bereikt over het smeringsmechanisme dat in een gewricht optreedt. Geen enkel van de in de techniek reeds bekende smeringsmodellen kan op zichzelf verantwoordelijk worden gesteld voor de smering van synoviaalgewrichten. Vrijwel zeker is dat zowel de elasticiteit als de porositeit van het gewrichtskraakbeen, evenals de zeer specifieke eigenschappen van de gewrichtsvloeistof bij deze smering een grote rol spelen. Het synovia ontstaat door ultrafiltratie van bloed door de, aan de binnenkant van het gewrichtskapsel gelegen, synoviaalmembranen onder toevoeging van een speciale dikke stroperige stof (hyaluronzuur) die aan de vloeistof zijn zeer bijzondere eigenschappen geeft. Zo varieert bijv. de viscositeit (dikvloeibaarheid) van synovia zowel met verandering van de temperatuur als met verandering van de mate waarin het tussen de loopvlakken wordt afgeschoven. Ook elektrolytische werking, diffusie en osmose spelen waarschijnlijk een rol bij het smeringsproces van synoviaalgewrichten.
Een dergelijk model wordt natuurlijk zeer gecompliceerd. Zeker is echter dat de door vroegere onderzoekers voorgestelde eenvoudige smeringsmodellen, zoals grenssmering of zuivere hydrodynamische smering op zichzelf niet kunnen zorgen voor voldoende scheiding van de gewrichtsloopvlakken onder de belastingen waaraan ze tijdens het normale dagelijkse leven zijn blootgesteld.
Door ziekte of door oorzaken van mechanische aard kan grote schade aan de gewrichten worden toegebracht. De belangrijkste ziektebeelden zijn samen te vatten onder de namen arthritis (reuma), arthrose (‘versleten’ gewrichten) en jicht; het verloop van deze aandoening is vaak zodanig dat het gewricht blijvend beschadigd wordt waardoor het zijn functie niet meer naar behoren kan vervullen. Oorzaken van schade van mechanische aard zijn o.a. de overbelasting, bijv. door verkeersongevallen, arbeidsongevallen, stoten en de gevolgen van het beoefenen van sommige topsporten.
Sinds enkele decennia kan een beschadigd gewricht geheel of gedeeltelijk worden vervangen door constructies, door de mens vervaardigd. Deze constructies zijn bedoeld voor implantatie (endoprothesen) op de plaats van het chirurgisch verwijderde gewricht(sdeel). Zowel aan de constructie als aan de materialen van deze endoprothesen worden bijzonder hoge eisen gesteld. In het ideale geval moet de vervallen gewrichtsfunctie geheel door het implantaat worden overgenomen, terwijl zowel de constructie als de materiaalkeuze zodanig dient te zijn dat het lichaam de materialen niet aantast en een lange en storingsvrije levensduur gewaarborgd is. Bovendien mag het prothesemateriaal, noch de deeltjes die daarvan zijn afgesleten, een ongunstige invloed op het lichaam uitoefenen (bijv. het veroorzaken van ontstekingen, allergie of vergiftigingsverschijnselen).
In verband met de zeer zware eisen die aan het materiaal worden gesteld worden tot op heden op grote schaal eigenlijk slechts drie materialen, al dan niet in combinatie, toegepast, nl. vitallium (een legering van chroom, kobalt en nikkel), roestvast staal (hoogwaardig, met een massagehalte aan chroom van 18% en aan nikkel van 12%) en de kunststof polyetheen. Daarnaast verkeren vele andere materialen nog in het experimentele stadium, bijv. keramische materialen en titaanlegeringen.
De belangrijkste problemen bij de toepassing van implantaten voor gewrichten liggen zowel op het gebied van overmatige slijtage en de daarmee gepaard gaande korte levensduur, als op het gebied van de duurzame bevestiging aan de overgebleven harde botdelen. Ook breuk, veroorzaakt door hoge belastingen of door het vaak zeer agressieve milieu in het lichaam, is een probleemgebied.
In verband met het steeds in omvang toenemende onderzoek op het gebied van gewrichtstechnologie ligt het in de lijn der verwachtingen dat nog zeer vele verbeteringen aan de vormgeving, materialen, operatietechnieken en de bevestiging van implantaten zullen worden aangebracht. Hieraan bestaat zeer grote behoefte in verband met het toenemende aantal ongevallen en de verhoging van de gemiddelde leeftijd van de mens.