Fresh cadaver を用いた
橈骨遠位端骨折治療用プレートにおける 2 段階軟骨下骨支持固定法の有用性
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繰り返し荷重負荷による力学的強度評価
―昭和大学医学部整形外科学講座
筒 井 完 明
＊
抄録：橈骨遠位端骨折に対して，掌側ロッキングプレート（以下，プレート）の遠位 1 列目と 2列目の穴へロッキングスクリューを交差させて挿入する固定様式はdouble-tiered subchondral support（以下，DSS）法と呼ばれ，広く用いられている．今回，fresh cadaver の橈骨遠位端 骨折モデルに 1,000 回の繰り返し荷重負荷試験を行い，DSS 法の有用性を検討した．12 手の fresh cadaver から橈骨遠位端骨折モデルを作成し，実験を行った．橈骨は，関節面から 20 mm 近位で 10 mm 切除し，プレートの遠位 1 列目の 4 穴のうち，2 穴目と 3 穴目の間にも 関節面中央から縦軸方向へ骨切りを行い，関節内骨折モデル（AO 分類 Type 23-C2）を作成 した．プレートは poly axial locking plate の APTUS2.5 を用いた．標本の近位部はレジンで 固定し，手関節面はシリコン材を設置して，関節面全体に荷重負荷ができるように採型した．
荷重負荷は，油圧サーボ式荷重試験機で約 250 N の力を最大 1,000 回繰り返し行った．12 手と も，プレートの遠位1列目の穴から4本のロッキングスクリューを軟骨下骨に向けて挿入した．
そして，これらを，遠位 1 列目の穴からのみで固定した non-DSS 群（以下，ND 群）と，遠 位 2 列目の穴からも背側の軟骨下骨に向けて 2 本のロッキングスクリューを追加した DSS 群
（以下，D 群）の 2 群に分けた．これら 2 群を試験機に取り付け，繰り返し荷重試験を行った．
両群とも，繰り返し荷重試験で，プレート，ロッキングスクリューの折損，緩みなどは認めな かった．また，力学的評価では，ND 群と比較して D 群の剛性がより大きく，変位はより少な いという結果を得た．fresh cadaver の橈骨遠位端骨折モデルを用いた APTUS2.5 によるロッ キングプレート固定法において，DSS 法は有用であると考えられた．
キーワード：橈骨遠位端骨折，繰り返し荷重負荷試験，fresh cadaver，2 段階軟骨下骨支持固 定法，掌側ロッキングプレート
現在，橈骨遠位端関節内骨折に対して，掌側ロッ キングプレート（以下，プレート）による治療が広 く用いられている．
Orbay ら1，2）は，プレートの遠位 2 列の穴から挿入 したロッキングスクリューで 2 か所の軟骨下骨を支 える monoaxial locking plate（DVR anatomic plate, Biomet, Inc. Warsaw, IN, USA）を開発した．この 固定様式は 2 段階軟骨下骨支持固定（Double tiered subchondral support：以下 DSS と略す）法と呼ば れ，現在，広く用いられている1‑8）．川崎らは，AO Type C3 の橈骨遠位端骨折に対して polyaxial lock-
ing plate を用いた DSS 法の臨床における有用性を 報告した4‑8）．
今回，著者は，この DSS 法の力学的強度を評価す るために，fresh cadaver の橈骨遠位端骨折モデル を作成し繰り返し，荷重負荷試験を行った．DSS 法 で固定を行った骨折モデル群（以下，D 群と略す）
と，プレートの遠位 1 列目の穴のみにロッキングス クリューを挿入，固定したモデル群（以下，ND 群 と略す）とに分けた．そして，両群の関節面に 1,000 回の繰り返し荷重を負荷し，各モデル群の力学的強 度変化を定量観測した．
原 著
＊
責任著者
研 究 方 法 1．材料と方法
検体は，fresh cadaver 12 体，12 手の橈骨を用い た．性別はすべて男性で，平均年齢は 82 歳（76 〜 89 歳）であった．
これらの橈骨に損傷や変形は無く，ランダムに D 群用として 6 手，ND 群用として 6 手の 2 群に分けた．
検体は，皮膚と軟部組織を切除して橈骨のみの構造 にした．橈骨は，関節面から 20 mm 近位で切断し，
さらに，そこから 10 mm 中枢側まで骨切除した．ま た，さらにプレートの遠位 1 列目の 4 穴のうち，2 穴目と 3 穴目の間にも関節面中央から縦軸方向へ骨 切りを行い，関節内骨折モデル（AO 分類 Type 23- C2）を作成した（Fig. 1）．
使用したプレートは，2 群とも polyaxial locking plateであるAPTUS2.5（APTUS Radius 2.5: Agency;
Medical Engineering System Inc., Tokyo, Japan, Manufacture ; Medartis Inc., Basel, Switzerland）
を用い，遠位のロッキングスクリューの固定方法の 違いで以下の 2 群に分けた．すなわち，
（1）骨折モデル D 群：プレートの遠位第 1 列目の 穴にロッキングスクリューを橈骨関節面とほぼ平行 に 4 本挿入し，さらに遠位第 2 列目の穴からも 2 本 のロッキングスクリューを約 15°角度を打ち上げて 挿入して DSS 法となるように固定した骨折モデル．
（2）骨折モデル ND 群：プレートの遠位第 1 列目 の穴のみをロッキングスクリューで橈骨遠位関節面 とほぼ平行に固定した骨折モデル．
なお，両群ともに近位骨幹部側はコーティカルス クリュー 1 本，ロッキングスクリュー 2 本で固定を 行った（Fig. 2）．両群とも，骨折モデルの近位をレ ジンで固定し，荷重試験機（AG-I, Shimadzu, Kyoto, Japan）の荷重負荷方向は，橈骨軸に垂直になるよ うに設置して治具により固定した．また，手関節面 はシリコン材で覆い，関節面全体に荷重負荷ができ るように採型した（Fig. 3）．
なお，繰り返し荷重負荷時の負荷荷重値は，上記
Fig. 1 fresh cadaver を用いた関節内骨折モデル（AO 分類 Type 23-C2）の略図
関節面から 20 mm，30 mm の位置で骨切りを施行し 10 mm の骨欠損を作成し，また関節面中央に垂直方向 に骨切りを加えた．
Fig. 2 APTUS2.5 で骨固定した D 群（1）と ND 群（2）
→：locking screw の軟骨下骨支持部位
Fig. 3 骨折モデルの荷重試験機へ設置した際の全体 橈骨近位端の周囲はレジンで固定し，手関節面はシリ写真 コン材を設置し，関節面全体に荷重負荷できるように した．
とは別の fresh cadaver 7 体の橈骨を用いて同様の 骨折モデルを作成し，予備実験として静荷重試験を 行い，荷重変位曲線の降伏点以下で弾性域の 250 N と定めた．骨折モデルを試験機に装着後，繰り返し 荷重モードで，最大負荷荷重約 250 N，負荷速度 60 mm/min，最大繰り返し回数 1,000 回に設定し，荷 重と変位量を汎用 PC に取り込み，荷重―変位曲線を 連続測定した．また，すべての荷重試験中，試料モ デルを 2 方向（橈骨正面背側，橈骨側面橈側）から デジタルビデオカメラ（GZ-HM450, JVC KENWOOD, Inc.）で撮影し，繰り返し荷重負荷されている試料 の状態を観察した．なお，負荷回数が規定回数に至 る前に試料モデルのロッキングプレート固定の緩 み，あるいは破壊が発生した場合，繰り返し荷重負 荷を中止し，その時点の負荷回数を記録した．
2．解析評価項目と統計学的処理法
以下の力学的指標を比較検討した．各試験モデル でプレコンディショニングを除く 1 回目と 1,000 回 目の剛性を測定した．荷重値が 100 N の際の荷重変 位曲線の傾きを剛性 R（N/mm）と定義した．また 100 N 時の変位量 D（mm）を測定した（Fig. 4）．求 めた D 群および ND 群の各諸量は，Mann-Whitney U-test による有意差検定を行った．
結 果 1）剛性値
繰り返し荷重負荷試験における 1 回負荷時の剛性
（N/mm）の平均値は，D 群が 197
±
31（平均値±
標準偏差，以下同じ），ND 群が 187±
43 であった．1,000 回負荷時の剛性（N/mm）の平均値は，D 群 が 209
±
44（平均値±
標準偏差，以下同じ），ND 群が 170±
34 であった．1 回目と 1,000 回目の剛性 値は，両群間に統計学的有意差は認められなかった が，各回数において D 群が優位な傾向が見られた（Fig. 5）．
2）変位量
繰り返し荷重負荷試験における 1 回負荷時の変位
（mm）の平均値は，D 群が 0.79
±
0.13，ND 群が 0.87±
0.14 であった．1,000 回負荷時の変位の平均値は，D 群が 0.74
±
0.14，ND 群が 0.89±
0.13 であった（Fig.6）．1 回目と 1,000 回目の変位の比較では，1 回目
Fig. 4 Cyclic loading 時の荷重変位曲線 100 N 時の傾きを剛性 R として算出し，また，100 N 時 の変位量を D として測定した．
Fig. 5 1 回目，1,000 回目の繰り返し荷重負荷時の D 群と ND 群の剛性値の比較
IR100N：1 回目の剛性値．
R100N/1000：1,000 回目の剛性値．
Fig. 6 1 回目，1,000 回目の繰り返し荷重負荷時の D 群と ND 群の変位の比較
ID100N：1 回目の変位値．
D100N/1000：1,000 回目の変位値．
は D 群が少ない傾向にあり，1,000 回目では D 群が 統計学的に有意に変位が少なかった（Table. 1）．
考 察
近年，橈骨遠位端骨折に対して掌側ロッキングプ レートが開発され，治療の主流となっている1‑8）． また，術後は外固定をせずに直ちに手関節の可動域 訓練を行う後療法も多くの施設で行われている．
fresh cadaver の橈骨遠位端骨折モデルを用いて，
ロッキングプレートの固定性を検討した生体力学研 究は，これまで数多く報告されている9‑20）．本研究 では，これらの報告を参考にして，軸方向に 250 N の荷重で 1,000 回繰り返し負荷を行った．この負荷 条件は，術後の手指の運動を行った際に，手関節に かかる負荷に相当すると言われている13‑15，21）． 今回，著者は，polyaxial locking plate の一つで ある APTUS2.5 を用いて，スクリューの設置方法の 違いによる固定性の強度を比較検討した．高齢者の 脆弱な骨質の橈骨遠位端骨折の固定は，軟骨下骨の 支持が重要である．川崎らは，以前より 2 か所で軟 骨下骨を支持する DSS 法を臨床で用い，良好な成 績を報告したが4‑8），基礎研究ではその有用性が実 証されていなかった．そのため，本研究では fresh cadaver の橈骨骨折モデルを用いて，繰り返し荷重 負荷試験における力学的強度を検証した．
本プレートの橈骨遠位端骨折の固定性は DSS 法，
Non-DSS 法ともに良好であった．また，両法の比 較において，D 群の剛性がより大きく，変位はより 少ないという結果を得た．これは DSS 固定法が，
より力学的に安定していることを実証すると考えら れた．
また，本研究の荷重負荷方法では，これまで報告 されている鉄球で橈骨関節面を直接圧迫し荷重負荷 をかける方法や，手関節を介しての荷重負荷をかけ る方法などとは異なる手法を選択した．本研究で は，橈骨関節面に均一に荷重がかかるようシリコン
ゴムを用いた方法を採用することで，非常に安定し て繰り返し荷重負荷を与えることができた．骨標本 の力学的評価を行う荷重負荷方法として，今回用い た方法は有用と考えられた．
術後の後療法では，橈骨には，垂直方向のみの 2 次元的な負荷だけでなく，掌背屈，回内外，橈尺屈 などの可動域訓練による 3 次元的な負荷もかかるこ とになる．今後，このような 3 次元的負荷に対する 固定性の検討も要すると考える．
結語として，fresh cadaver 12 手の橈骨遠位端骨 折モデルを用い，DSS 法と非 DSS 法の固定性を力 学的に検討した．両群を比較した結果，DSS 群の剛 性がより大きく，変位は小さく，力学的に安定して いた．
謝辞 本研究において御協力いただきました山越憲一先
生，内山英一先生，青木光広先生，川崎恵吉先生，富田 一誠先生，門馬秀介先生，中村裕介先生，稲垣克記先生，
また，fresh cadaver を御提供いただきました札幌医科大 学解剖学教室 藤宮峯子先生および，関係者各位に感謝 申し上げます．
利益相反
本研究における利益相反はない．
文 献
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4） Kawasaki K, Nemoto T, Inagaki K, . Vari- able-angle locking plate with or without double- tiered subchondral support procedure in the
Table 1 両群の各回における剛性，および変位の値（平均値±
SE）IR100N R100N/1000 ID100N D100N/1000 D 群 197.7
±
31.4 208.5±
43.9 0.79±
0.13 0.74±
0.14 ND 群 187.5±
43 170.6±
34.1 0.87±
0.14 0.89±
0.13treatment of intra-articular distal radius frac-
ture 2014;15:271‑274.
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DOUBLE-TIERED SUBCHONDRAL SUPPORT FOR DISTAL RADIUS FRACTURES:
BIOMECHANICAL STUDY WITH CYCLIC LOADING
Sadaaki T
SUTSUI
Department of Orthopaedic Surgery, Showa University School of Medicine
Abstract The volar locking plate has been widely used for treatment of comminuted intra-articular distal radius fractures. Double-tiered subchondral support technique （DSS） has been used for the unstable type and for elderly female distal radius fractures using a polyaxial volar locking plate. To determine whether the double-tiered subchondral support （DSS） procedure with a variable angle locking plate improves biomechanical strength for AO-type C2 distal radius fractures under cyclic loading conditions using cadaveric forearms. We created AO type C2 fractures in 12 human fresh-frozen cadaveric wrists and then fixed them using variable angle volar locking plates. The specimens were classified into two groups. The number of distal locking screws used was 4 screws （distal row only） or 6 screws （using DSS procedure） in each wrist. We classified internal fixation wrists into two groups, non-DSS （ND）
group and DSS （D） group. The specimens were set in a testing machine, and 250 N of axial pressure was repeatedly applied 1,000 times. Biomechanical rigidity and displacement was measured after the first and thousandth application of axial pressure. No wrist failed during the cyclic loading portion for either the non-DSS or DSS construct. Group D showed higher rigidity than that of group ND, whereas Group D had lower displacement than that of ND group. Each model required sufficient fixation ability for the post-operative early exercise. The DSS procedure is effective and useful for osteoporotic distal radius fractures.
Key words: distal radius fracture, cyclic loading testing, fresh cadaver, double-tiered subchondral
support procedure, volar locking plate〔受付：1 月 6 日，受理：2 月 1 日，2016〕
