生体骨における力学的刺激と骨形成の組織学的評価に関する研究

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力学的刺激が骨の形成や吸収に関与していることは,これまでの研究で明らかにされているが力学的刺激の大きさ及び種類との関係については、未だ不明な点が多い.これを明らかにすることが本研究の目的である.動物実験には日本白色ウサギを用い,右脛骨の近位端,遠位端に70mmの間隔をあけて各々1本ずつ径2mmのステンレス製ピンを刺入し,2本のピンの中に径3mmの円孔を作成した.平成4年度に製作した荷重刺激装置を用い,ピンを介して圧縮または引張荷重を1日1時間,荷重量49N,周期0.5Hzで間欠的に与えた.圧縮刺激群,引張刺激群,対照群の3群につき,それぞれ1週,2週,4週群を設定し,各群とも5羽とした.骨形成量の定量化は画像解析処理ソフトウェアにて行った.円孔周囲に作用する力学的刺激量としてひずみエネルギー密度を3D-FEMにより求めた.実験開始後1週間では3群とも骨形成はみられなかった.2週間では圧縮刺激群,引張刺激群では荷重軸方向に平行な円孔辺緑部すなわち0.3〜4.9[×10^<-3>](MPa)のひずみエネルギー密度が生じた部位に多くの未熟骨の形成を認めた.これに対し荷重軸に垂直な円孔辺縁部すなわち0.0〜0.7[×10^<-3>](MPa)のひずみエネルギー密度が生じた部位には骨形成を認めないかまたは骨形成を認めても少量であった.対照群では2例に骨形成を認めたが骨形成量は少なく発生部位も一定ではなかった.4週間では2週間の圧縮刺激群,引張刺激群でみられた未熟骨は成熟した骨梁となり,円孔の中心に向かい骨形成が進行していた.対照群では骨形成を認めたが未熟骨であり,刺激群と比較して骨形成量も少なかった.以上より圧縮ひずみ,引張ひずみはともに骨形成を促進し,骨形成量はひずみの大きさに依存するものと考えられた.