原子間力顕微鏡による関節の表面構造・粘弾性的性質の計測と関節潤滑メカニズムの解明

使用原子力显微镜测量关节的表面结构和粘弹性并阐明关节润滑机制

• 批准号: 09780804
• 负责人: 藤江 裕道
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09780804/
• 关键词: 変形性関節症; 潤滑性能; 膝関節; 軟骨; 剛性; 表面粗さ; 原子間力顕微鏡

変形性関節症における関節潤滑の機能低下のメカニズムを解明するために,家兎の前十字靭帯を切離し,ケージ内で12及び24週飼育することにより,変形性関節症モデルを作成した。屠殺後,周囲軟組織を切除した膝関節に対し振り子試験を行い,摩擦係数を測定し,潤滑性能の指標とした。このときの荷重は,家兎体重の約53%,および85%とし,摩擦係数は揺動角0.1radにおける値とした。その後,軟骨の摩擦部分をメスで摘出し,原子間力顕微鏡にて形状を観察した後に表面粗さを求めた。さらに,原子間力顕微鏡で軟骨の押し込み試験を行い,剛性を求めた。健常膝の摩擦係数が約0.01であったのに対し,変形性関節症膝の摩擦係数は0.02と有意に増大し,潤滑機能の低下が確認された。表面観察の結果,健常軟骨ではプロテオグリカン凝集体と考えられる,高さ2μm程度の突起物が多く見られたが,変形性関節症膝では突起物が減少していた。表面粗さは,健常の場合に274nmであったのが,変形性関節症では145nmに,有意に低下していた。剛性は,健常の場合,24.3x103N/mであったのが,変形性関節症では35.0x103N/mに,有意に増大していた。健常関節で多く見られた軟骨表面の突起は,関節液の見かけ粘度を増大させ,関節の潤滑機能を高めており,逆にこの突起の少なかった変形性関節症膝では,潤滑性能が低下したと考えられた。また,変形性関節症では,軟骨の剛性増大がスクイズ膜による弾性流体潤滑に悪影響を及ぼし,潤滑性能が低下した,と考えられた。以上から,変形性関節症では,軟骨表面のプロテオグリカン層が破壊されると同時に,軟骨の硬化が起こり,潤滑機能の低下に至ることが示唆された。

The abnormal joint lubrication function is reduced due to the abnormal joint lubrication. The abnormal joint lubrication function is reduced due to the abnormal joint lubrication. The abnormal joint lubrication function is reduced due to the abnormal joint lubrication. After the slaughter, the soft tissue of the knee joint was removed, and the friction coefficient was measured. The friction coefficient is about 0.1 rad. After being exposed, the friction part of the cartilage can be removed, and the shape of the cartilage can be observed with an atomic force microscope, and the surface can be roughened. Today, the atomic force microscope is used to test the cartilage, and the rigidity is required. The friction coefficient of normal knee is about 0.01, while the friction coefficient of irregular knee is 0.02, which is intentionally increased, and the low lubrication function is confirmed. As a result of surface observation, normal cartilage showed a high number of protrusions with a height of 2μm, while abnormal knee joints showed a decrease in protrusions. Surface roughness is 274nm in normal cases, 145nm in irregular arthrosis, intentionally low. Stiffness, normal occasions, 24.3x103N/m, irregular joint disease, 35.0x103N/m, intentionally increased. In healthy joints, there are many protrusions on the cartilage surface, and the viscosity of the joint fluid increases. The lubrication function of the joint is high, and the protrusion of the joint is low. The stiffness of cartilage increases due to irregular joint disease, and the lubrication performance decreases due to the influence of fluid lubrication. As mentioned above, in case of variant arthrosis, the cartilage surface is broken and the cartilage layer is hardened, and the lubrication function is reduced.