肩 関 節,2004;28巻 第3号453-457.
投球 障害肩 におけ る関節 窩 にか か る応力分布 の解析 ∼DMSB
(Distribution
of Mineralization
of Subchondral
Bone plate)
広島大学大学院医歯薬学総合研究科展開医科学専攻病態制御医科学講座整形外科学 夏 恒 治 ・望 月 由 平 松 武
松山赤十字病院整形外科
菊
川
和
彦
公立三次中央病院整形外科
横
矢
晋
マ ッターホ ルン病 院 白 川 泰 山マッダ病院整形外科
奥
平
信
義
測 定 を用 い て
中国労災病院整形外科
柏
木
健
児
済生会呉病院整形外科
大
前
博
路
労災 リハビリテーション広島作業所 安 達 長 夫Analysis of Stress Distribution
of the Glenoid by DMSB in
Throwing Injuries of the Shoulders
by
NATSU Koji, MOCHIZUKI Yu, HIRAMATSU Takeshi
Department
of Orthopaedic
Surgery, Programs for Applied Biomedicine,
Division
of Clinical
Medical Science,
Graduate School of Biomedical
Sciences,
Hiroshima
University
KASHIWAGI Kenji, ADACHI Nagao
Department of Orthopaedic
Surgery, Chugoku
Rosai Hospital
KIKUGAWA Kazuhiko
Department of Orthopaedic
Surgery, Matsuyama Red Cross Hospital
SHIRAKAWA Taizan
Matterhorn Hospital
OOMAE Hiromichi
Department of Orthopaedic
Surgery, Saiseikai
Kure Hospital
YOKOYA Shin
Department of Orthopaedic
Surgery, Miyoshi
Central Hospital
OKUHIRA Nobuyoshi
Department of Orthopaedic
Surgery, Mazda Motor Corporation,
Mazda Hospital
CT-osteoabsorptiometry
gave us the information
about the distribution
of mineralization
of subchondral
bone
plate (DMSB). DMSB reflected the stress distribution
of joint surface.
We analyzed the stress distribution
of
glenoid cavities in throwing injures of the shoulder by CT-osteoabsorptiometry.
Twenty
eight patients with
throwing injuries of the shoulder, 24 patients with other shoulder disorders, and 4 healthy volunteers
without
any shoulder disorders were evaluated in this study.
Group T included 28 affected shoulders
of patients with
throwing
injuries of the shoulder.
Group C included
60 non-affected
shoulders
of all subjects.
Three
dimensionally
reconstructed
computed
tomograms
(3D-CT) and DMSB of the glenoid cavities were filmed
before the series of treatment.
The glenoid cavity was divided into 7 areas; anterior-superior,
anterior,
anterior-inferior, posterior-anterior-inferior,
posterior, posterior-superior
and center area. The value of each area was classified
into 4 grades. In group C, the mean value of the anterior-superior
areas was significantly higher than those of
the other areas.
Meanwhile
in group T, the highest mean value was that of the anterior-superior
area.
However, the mean values of anterior, posterior,
and posterior-inferior
areas were significantly
higher than
those of group C. The form of glenoid cavity in group T evaluated
by 3D-CT showed
the posterior
and
posterior-inferior
enlargement
of the glenoid cavity, which could be interpreted
as a Bennett's
lesion.
Our
results supported
the hypothesis
that a Bennett's
lesion would be a reactive bone growth
against stress
onto
the glenoid cavity .
Key words
投球障害肩
(Throwing
injury of the shoulder) ,
関節 窩応 力 分布
CT骨
吸収 度 測定
(stress distribution of the glenoid cavity) ,
(CT-osteoabsorptiometry)
TheShoulderJQint,2004;Vol.28,No.3:453457. は じ め に 関 節 面 へ の機 械 的 負荷 に よ って 軟 骨 下 骨 で の骨 密 度 の 増 加 と骨 梁 形 成 が もた ら され る こ とは 古 くか ら報 告 され て お り,軟 骨 下 骨 の骨 密 度 分布 は 関 節 面 に か か る応 力 分 布 を表 す と考 え られ てい る5)13),Muller-Gerb1ら9}は これ を計 測 す るた め に 従 来 のX線 密 度 法13}に代 わ るCT骨 吸 収 度 測 定 法 を報 告 し,関 節 軟 骨 下 骨 の骨 密 度 分 布 の 図 示 化 を行 っ た.以 来,肩 関 節 に お い て は 健 常 肩8)10j14[,腱板 損beMll),外 傷 性 前 方 不 安 定 症LOレmなど に 関 し て の 報 告 が 散 見 され る が,投 球 障 害 肩 に 関 し て の報 告 は な い. 今 回 我 々はCT骨 吸収 度 測 定 法 に よ っ て軟 骨 下 骨 の 骨 密 度 分 布 で あ るDMSB(Distributionofmineralizationof subchondralboneplate)値 を 測 定,図 示 化 し,投 球 障 害 肩 に お い て 関節 窩 に か か る応 力 分 布 を解 析 し た ので 報 告 す る.ま た,あ わせ てDMSB値 か ら導 き出 され る 関節 窩 の 応 力 分 布 と,3D-CTに よ って 得 られ た 関節 窩 の骨 形 態 との 関 連 を検 討 し た. あ っ た症 例T単 純X線 像 あ る いはMRIで 肩 関節 内外 に 明 ら か に何 ら か の 異 常 所 見 を認 め た症 例,動 揺 肩,障 害 は な い もの の投 球 動作 な ど の オー バ ーヘ ッ ド動 作 を伴 う ス ポ ー ツ を頻 繁 に行 う肩 は健 常 肩 群 か ら除 外 した. これ ら の症 例 に対 し,初 診 時 に 両 側 のCT撮 影 を 行 い, CT骨 吸 収 度 測 定 法 に よ ってDMSB値 を計 測 し,図 示 化 し た.こ れ を 関節 窩 の0時 か ら開 始 して2時 間毎 に等 分 した 領 域 と 中央 の7領 域 に分 け,各 領域 に お け るDMSB 値 の 最 高 値 に 応 じて0(黒 ∼ 青:verylow),1(緑:Iow), 2(黄:high),3(赤:veryhigh)の4段 階 に ス コ ア 化 した(図1). また,分 布 形 態 の 分 類 に はSchultzら の 分va1")を基 に, Schultzら の 分 類 で は な か っ た 高 密 度 領 域 を 認 め な い typeDOと 後 方 の み に 高 密 度 領域 を認 め るtypeD1を 新
対 象 と 方 法
対 象 は 当 科 肩 外 来 を受 診 した症 例 か ら無 作 為 に抽 出 し た52症 例,お よび 肩 関節 に 愁 訴 の な い 健 常 ボ ラ ンテ ィア 4名 で あ る.う ち,現 病 歴 と 臨床 所 見 お よび 画 像 所 見 か ら投 球 障 害 肩 と診 断 され た 症 例 は28例 で,そ の投 球 側 28肩 を投 球 障 害 肩 群 と した.ま た,そ れ らの 症 例 の 健 側 28肩 に,残 り24症 例 の 健 側24肩 と健 常 ボ ラ ンテ ィア の 両 側8肩 を加 え た 計60肩 を健 常 肩 群 と した. 投 球 障 害 肩 群 は28例28肩,平 均 年 齢23.9歳(15∼ 49歳),男 性26例,女 性2例 で,右22肩 ,左6肩 で あ り,全 例 利 き手 側(投 球 側)で あ った.ス ポ ーツ 活 動 は 学 生 野 球10例10肩,社 会 人 野 球11例11肩,プ ロ野 球 4例4肩 で あ り,そ の他 に ハ ン ドボ ー ル2例,バ レ ー ボ ー ル1例 で あ っ た,診 断 は全 例 上 方 関 節 唇 損 傷 で,合 併 病 変 と して は腱 板 不 全 損 傷5例5肩,前 方 関 節 唇 損 傷2例 2肩 で あ っ た.単 純X線 軸 写 像 で は 関 節 窩 後 下 方 に骨 棘 形 成 が 認 め られ た症 例 が14例14肩 あ っ た が,症 候 性 の 有 痛性Bennett病 変 を 認 め た症 例 は な か った,こ れ らの う ち手 術 を施 行 し た症 例 は6例6肩 で あ り,術 式 は 鏡 視 下 関 節 唇 修 復 術 で あ っ た, 一 方,健 常 肩 群 は56例60肩,平 均 年 齢288歳(15∼ 72歳),男 性46例,女 性10例 で,右19肩,左41肩 で あ った.う ち 利 き手 側 は 右12肩 で あ り,右7肩,左41 肩 は 非 利 き手 側 で あ っ た.な お,過 去 に 肩 関節 に 障 害 の 図1DMSB像 CT骨 吸 収 度 測 定 法 に よ っ てDMSB値 を計 測 し,コ ン ピ ュ ー タ処 理 に よ っ て 図 示 化 され た 像 で あ る .関 節 窩 を図 の よ うに7領 域 に分 け,各 領 域 に お け るDMSB 値 の 最 高 値(色 で 示 され る)に 応 じて 右 端 の 数 値 に 示 す よ うに4段 階 に ス コ ア化 した. 表1関 節 窩 軟 骨 下 骨 の 骨 密 度 分 布 形 態 の 分 類 分 布 形 態 の 分 類1こはSchultzら の 分 類t't)を改 変 し,高 密 度 領 域 を 認 め な いty留
高 密 度 領 域 を認 め るtypeDl
TypeA AO:関 節 窩 前 上 方 に高 骨 密 度 領 城 を認 めるもの Al:関 節 窩 前 上 方 に加 えて 後 方 にも高骨 密 度 領 域 を認 めるもの TypeB BO:関 節 窩 前 上方 と中央 部 に 高骨 密度 領 域 を認 め るもの B1:関 節 窩 前 上方 と中 央 部 に加 えて後 方 にも高骨 密 度 領 域 を認 め るもの TypeC CO:関 節 窩 前 上 方と前 下 方 に 高骨 密度 領 域 を認 め るもの Cl:関 節 窩 前 上 方と前 ド方 に加 えて後 方 にも高骨 密 度 領 域 を認 め るもの TypeD DO:関 節 窩 に 明らかな 高骨 密 度 領 域 を認 めな いもの 団:関 節 窩 後 方 のみ に 高 骨 密度 領 域 を認 め るもの肩 関 節,2004;28巻 第3号1453457. た に 追加 し,改 変 して 用 い た(表1). また,投 球 障 害 肩 群 で は14例14肩 にCTの3D再 構 成 を行 い,関 節 窩 の 骨 形 態 を比 較 し て,後 方 お よび 前 方 の 関節 窩 拡 大 の 有 無 を調 査 した. 各 群 聞の 統 計 学 的 な 比 較 に はMann-WhitneyU検 定 を 用 い,危 険 率5%未 満 を有 意 差 あ り と した.
結
果
分 類 結 果 を表2に 示 す.健 常 肩 群 で はtypeAOとtype Alが 多 く,そ れ ぞ れ233%,3L7%で あ っ たi一 方 投 球 障 害 肩 群 で はtypeA1とtypeC1が 多 く,そ れ ぞ れ46.3% と39.3%で あ った. 各 領 域 の ス コ ア の 平均 値 を 表3に 示 す.前 上 方,後 上 方,中 央 で は ス コ ア に有 意差 を認 め な い の に対 し,前 方 表2関 節 窩軟 骨 下骨 の骨 密 度 分布 形 態 の分 類結 果 健 常 肩 群 で は前 方 の み に 高 密 度 領 域 を持 つ typeAOとtypeA1が 多 く,一 方投 球 障 害 肩 群 で は 前 方 に広 範 囲 に 高密 度 領域 を持 つtypeA1と 加 え て後 方 に も高 密 度 領 域 を持…つtypeC1が 多 か っ た. 表3関 節 窩 の 各 領 域 に お け るDMSB値 の 平 均 値 前 上 方,後 上 方,中 央 で は ス コア に差 を認 め な い の に 対 し,前 方 と前 下 方 で は0 .44∼Q57ポ イン ト,後 方 と後 下 方 で は と もにQ99ポ インL投 球 障 害 肩 群 で 健 常 肩 群 よ りも有 意 に 高 値 を 示 し た. と前 下 方 で は044∼O.57ポ イ ン ト,後 方 と 後 下 方 で は O.99ポ イ ン ト,投 球 障 害 肩 群 で 健 常 肩 群 よ りも有 意 に 高 値 を 示 した. 3D-CTに よ る骨 形 態 の 比 較 で は,後 方 に 関 節 窩 拡 大 を 認 め た もの が11例11肩(78.6%),前 方 に 関 節 窩 拡 大 を 認 め た もの が6例6肩(429%)で あ っ た.後 方 の 関節 窩 拡 大 を 認 め た もの は6例6肩 がtypeA1で あ り,5例5 肩 がtypeC1で あ っ た.一 一方,前 方 の 関節 窩 拡 大 を認 め た もの は4例4肩 がtypeA1で あ り,2例2肩 がtypeC1 で あ っ た.考
察
今 回 の 調 査 結 果 か ら,投 球 障 害 肩 に お い て は 関 節 窩 の 前 方 か ら前 下 方,お よび 後 方 か ら 後 下 方 に応 力 集 中 が 見 られ る こ とが確 認 され た.特 に,前 方 か ら前 下 方 に 応 力 集 中 の 見 ら れ る もの(typeCOお よ びC1)は 健 常 肩 の 21、7%に 対 して39.3%で あ り,後 方 か ら後 下 方 に応 力 集 中 に見 られ る もの(typeA1,B1,C1お よびD1)は 健 常 肩 の7L7%に 対 し て928%で あ り,そ の 割 合 は 高 く, 応 力 の 平 均 ス コ ア も健 常 肩 と比 較 して 約1ポ イ ン ト高 値 で あ った. 関 節 窩 後 方 に 応 力 集 中 が 見 ら れ る 原 因 と して は 橋 本 ら 廼の 報 告 の よ うに ボ ー ル リ リー ス期 以 降 に 関 節 窩 の 後 下 方 に 合 力 が 加 わ る こ とが,ま た 関 節 窩 前 方 に 応 力 集 中 が 見 られ る原 因 と して は 加 速 期 に 関 節 窩 に か か る合 力 は 前 下 方 を向 くこ とが 挙 げ ら れ,ま た,投 球 障 害 肩 に お い て は 潜 在 性 の前 方 動 揺 性 を有 す る こ と も前 方 へ の 応 力 集 中 に 関 与 し て い る と考 え られ る.実 際 我 々の 調 査 か ら 得 ら れ たDMSB値 に よ る 応 力 分 布 は,動 作 捕 捉 装 置 (モー シ ョン キ ャ プ チ ャー 装 置)を 用 い て求 め られ た 投 球 時 の 各 相 に お い て 関 節 窩 にか か る応 力 に よ く相 関 して い る. また,3D-CTに よ る骨 形 態 の 観 察 で は,関 節 窩 前 方 か ら前 下 方 と,後 方 か ら後 下 方 で 関 節 窩 面 積 の 拡 大 が 認 め られ た.こ の 部 位 は 応 力 の集 中 す る部 位 で あ る こ と を 考 え合 わ せ る と,投 球 動 作 に よ っ て 関 節 窩 へ と繰 り返 し加 え られ る応 力 に対 し,応 力 を受 け る側 の 関節 窩 の 面 積 を 拡 大 させ,単 位 面 積 あ た りの 応 力 を分 散 させ よ う と す る 合 目的 変 化 と捉 え る こ と もで きる.い わ ゆ るBe㎜ett病 変 勉ま上 肢 の慣 性 に よ り後 方 関 節 包 に加 え ら れ る牽 引 力 に よ って 生 じ る と考 え られ て い る が 鞭,特 に 関 節 面 の 拡 大 を 伴 う もの につ い て は,関 節 窩 後 方 に加 わ る応 力 を分 散 させ るた め の 合 目的 反 応 と して の 関 節 面 積 拡 大 と捉 えTheSh◎ulderJ◎int,2004;Vol.28,No.31453-45Z る こ とが 可 能 で あ り,こ の 考 え 方 は,Bennett病 変 は 肩 関 節 に機 能 的 安 定 性 を も た らす 生 理 的 骨 反応 で あ る と述 べ た 橋 本 ら §)の報 告 を ,別 の 観 点 か ら 説 明 し うる もの と 考 え られ る. こ の研 究 で 対 象 と した 投 球 障 害 肩 群 に含 まれ る症 例 は 全 例 上 方 関 節 唇 損 傷 を伴 って い たが,応 力 の 集 中 は 前 方 か ら前 下 方,お よび 後 方 か ら後 下 方 に 認 め られ るの み で, 上 方 へ の応 力 集 中 は確 認 で きな か った.こ の こ とは 上 方 関節 唇 損 傷 の 発 症機 序 と病 態 と して 関 節 窩 へ の応 力 とは 異 な る カ が 作 用 して い る もの と解 釈 で き る.Andrews ら 叢}は発 症 機 序 と し て投 球 動 作 の フ ォ ロー ス ル ー期 に お け る肘 関節 の急 速 な伸 展 動 作 に よ って もた ら され る上 腕 二 頭 筋 長 頭 腱 に か か る 牽 引 力 が 関 与 す る と述 べ,Burk-hartら4}は 肩 関 節 外 旋 に よ っ て生 じ るtorsionalforceに よ る と述 べ て い る.そ れ に加 え て 関 節 の 前 後 方 向 へ の微 細 な動 揺 性 も関 与 し て い る可 能性 もあ る と考 え られ る. した が って,今 回 の研 究 か ら得 られ た 結 果 は,投 球 障 害 肩,つ ま り障 害(特 に 上方 関 節 唇 損 傷)を も た ら され た 投 球 肩 が 持 つ 特 性 で あ る と捉 え る よ りも,投 球 肩 そ の もの が 持 つ 特 性 で あ る と考 え るべ きか も知 れ な い.こ れ に 関 して は,今 後 障 害 を有 さな い投 球 肩 に つ い て の 研 究 を進 め,解 明 して い く必 要 が あ る と考 え る 。 肩 関 節 は 人 体 の 中で 最 も複 雑 な動 き をす る関 節 で あ る とい わ れ る、 そ れ に加 え て投 球 動 作 は 大 きな 力 と動 き を 持 った 運 動 で あ りな が ら微 細 な変 化 や変 位 を伴 う運動 で, さ らに 複 雑 さ を増 して お り,な お か つ ヒ トに 特 有 の 動 作 で あ るた め,そ の 動 作 解 析 は通 常 の 方法 や 屍体 モ デ ル, 動 物 モ デ ル を用 い た 研 究 で は 困 難 で あ る.橋 本 ら 驚は 動 作 捕 捉 装 置 を用 い て 投 球 時 の 動 作 解 析 と応 力 解 析 を行 っ たが,こ れ に よ って 得 られ た結 果 は あ く まで 巨 視 的 な も の で あ り,投 球 動 作 の どの 相 で ど の 向 きに ど の くらい の 負 荷 が 加 わ るか とい う こ と を言 及 す る こ とは で き るが, 関節 内 の微 細 な 動 態 や,応 力 が 実 際 に 関節 内 の ど こに 集 中 して加 わ る の か を知 る こ と はで きな い.そ うい った 意 味 で,今 回我 々が 用 い た 手 法 は,関 節 窩 に対 す る1◎ad-inghistory5}蜘 を反 映 し,関 節 窩 内 の応 力 の 局 在 を検 出 す る こ とが で きる 点 で 優 れ て お り,単 独 で は動 作 解析 を行 う こ とは で きな い もの の,他 の 研 究 結 果 とあ わ せ る こ と に よ り複雑 な投 球動 作 の 解 析 に 役 立 つ とい え る. ま と め CT-Gsteoabsorpti◎metry法 を用 い て 関節 窩 軟 骨 下 骨 の 骨 密 度 測 定 を行 い,投 球 障害 肩 に お け る 関節 窩 へ の 応 力 分 布 を 解析 した. 投 球 障 害 肩 群 で は 健 常 屑 と比 較 し て,前 方 か ら前 下 方, お よび 後 方 か ら後 下 方 へ の 応 力 集 中 を 認 め 、 関 節 窩 の 骨 形 態 に も変 化 を生 じて い た.
文
献
1) Andrews JR, et al.: Glenoid labrum tears related to
the long head of the biceps. Am J Sports Med, 1985 ;
13 : 337-341.
2) Anetzberger H, et al.: Subchondral mineralization
pat-terns of the glenoid after tear of the supraspinatus.
Clin Orthop, 2002 ; 404 : 263-268.
3) Bennett GE: Shoulder and elbow lesions of
profes-sional baseball pitcher. J Am Med Assoc, 1941 ; 177 :
510-514.
4) Burkhart SS, et al.: The peel-back mechanism: its role
in producing and extending posterior type II SLAP
le-sions and its effect on SLAP repair rehabilitation.
Ar-throscopy, 1998 ; 14 : 637-640.
5) Carter DR, et al.: Trabecular bone density and loading
history: regulation of connective tissue biology by
me-chanical energy. J Biomech, 1987 ; 20 : 785-794.
6)橋 本 淳 ほ か1投 球 肩 に お け るBennett lesioRとslipping 現 象 と の 関 係 に つ い て.肩 関 節,1996;20:435440.
7)橋 本 淳 ほ か:II投 球 動 作 の バ イ オ メ カ ニ ク ス".肩 関 節, 2002;261551555.
8) Lochmuller EM, et al.: Determination of subacromial
space width and inferior acromial mineralization by
3D CT. Preliminary data from patients with
unilat-eral supraspinatus
outlet syndrome.
Surg Radiol
Anat, 1997 ; 19 : 329-337.
9) Mu ller-Gerbl M, et al.: Computed
tomography-osteoab-sorptiometry for assessing the density distribution of
subchondral bone as a measure of long-term
mechani-cal adaptation in individual joints.
Skeletal Radiol,
1989 ; 18 : 507-512.
10) Muller-Gerbl M, et al.: Verteilungsmuster der
subchon-dralen Mineralisierung in der Cavitas Glenoidalis bei
Normalpersonen, Sportlern und Patienten.
(Distribu-tion pattern of subchondral mineralisa(Distribu-tion in glenoid
cavity in ordinary people, athletes and patients.) Z
Or-thop Ihre Grenzgeb, 1993 ; 131 : 10-13.
肩 関 節,2004;28巻 第3号453-457、
肩 に お け る 肩 甲 骨 関 節 窩 の 応 力 分 布 一CT osteoabsorp-tiemetry法 に よ る 推 測 ・preliminary study-,肩 関 節, 2002;261541"544.
12)小 川 清 久 ほ か:肩 関 節 のBennett障 害.整 ス ポ 会 誌 1995;15163-69.
