繰り返し荷重下で観察された骨梁構造の疲労骨折の解析-離断性骨軟骨炎発症について-

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関節の接触において、関節面とこれに加わる荷重の方向に傾斜がつくことで、関節面には接線方向の要素が含まれた荷重が加わる。特に膝蓋大腿関節は、関節構造や運動の特殊性のため、膝蓋骨の外方傾斜や外方偏位などを生じ、この時関節面は非生理的荷重であるせん断力を受ける場合が多い。そのため膝蓋大腿関節傷害は、骨軟骨骨折、離断性骨軟骨炎そして軟骨軟化症など多種多様に及ぶと予想され、しかもこれらが思春期を中心に多く見られる傾向にあることは臨床上よく知られている。本研究では、骨端線の存在する生後約6ヶ月のブタ膝蓋大腿関節の輪郭を用いて作成した2次元有限要素モデルを用い、関節面に加わるせん断荷重が、関節端近傍組織の応力分布に与える影響を、昨年実施した同様な条件下での実験結果と対比しながら検討した。正常な関節接触状態において、関節部近傍組織のミーゼスの相当応力分布は、関節面の応力をほぼ均等に関節深部に伝達していた。これに対し関節面に非生理的荷重であるせん断荷重要素を増加させた場合、骨軟骨移行部近傍において極端な応力の集中および不連続が認められた。したがって、離断性骨軟骨炎にみられるような、幼若関節の骨軟骨移行部における損傷は、関節面が受けるせん断力に起因した、軟骨下骨板での破壊であることが示唆された。先に行った、ブタ膝蓋大腿関節の繰り返し接触実験における関節端損傷と比較すると、生じた軟骨下骨基底層からの損傷は、本解析における応力集中部位とほぼ一致していた。