半月板を介在して荷重を担う軟骨の組織学的,力学的特性

理 学 療 法 学 　 第

40

巻 第

5

号 　

355

　

一

　

363

頁 （

2013

年 ）

研 究 論 文

半月板

を

介在

し

て

荷

重

を

担 う軟骨

の

組

織 学 的

_，

力 学 的

_特

性

＊

　　　　　　　

一

ブ タ

膝 関節 を用

い

た

実 験 研 究

一

飯 島

弘

貴

1

）

青

山 朋 樹

2

）

伊 藤 明 良

1

）

太 治 野 純

一

1

）

長

井 桃 子

1

）

　　　

張

　

項 凱

1

）

山

口

将

希

1

）

秋 山

治 彦

3

）

黒 木 裕

士

1

）＃

要 旨

【

目的

】

ブ タ

脛 骨 軟 骨

に お

け

る

半 月板

に

被 覆

さ れ た

軟 骨 （

被 覆 部 軟 骨 ）

は

被 覆 され

てい

な

い

軟 骨 （

非 被 覆

部 軟 骨 ）

と比

較

して

力 学 的特 性

や

表層

コ ラ

ー

ゲ ン

線 維

を

中心

と した

組織 学 的所 見

が

異

なる のか

を検

証

す

る

。

【

方 法 】 豚 膝 関 節

の

内外 側 関 節 面

に

お け

る

被 覆 部 軟 骨

．

非 被 覆 部 軟 骨

か ら

骨 軟 骨 プ

ラ グ

を採 取

し た

。

各

領

域 か ら得

た プ ラ グ に

対 し

て

力 学 的 特 性

の

評 価

と し て

イ

ンデンテ

ー

シ ョ ン

試 験 を

，

組 織 学 的評 価 と

してサフ ラニ ン

0

染 色 を

，

コ ラ

ー

ゲン

線 維 構 造

の

評 価

とし て

走査

型 電 子 顕

微

鏡 に よ る

観

察

を

行

っ た

。

【

結 果

】

被 覆

部

軟 骨

は 圧

縮 負 荷

に

対 す

る

変 形

量 が

非 被 覆 部 軟

骨 よ

り

も 大 き かっ た

。

組

織 学

的 に 被

覆 部 軟 骨

のサフ ラニ ン

O

染 色 性

は

低 く

，

表 層

コ ラ

ー

ゲン

線 維

の

密 度

が

低

かっ た

。

【

結 論

】

日

常

的に半

月 板

を

介

在

して

荷

重 を

受

け

ていた

被 覆 部 軟 骨

は

軟 骨

基

質 成 分

に 乏 し

く

，

半 月 板 損 傷

，

半 月 板 切 除 後

に

被 覆 部 軟 骨

が

直 接 荷 重

を

強

い ら れ る と

局所 的

に

大

き な

変 形

を 生 じ る

可 能 性

が

あ

る

。

キ

ー

ワ

ー

ド

　

半 月板 被

覆

部 軟 骨

，

非被

覆

部軟 骨

，

表

層

コ ラ

ー

ゲン

線 維

は じ

め

に

　

変 形 性

膝 関

節

症

（

Osteoarthritis

：

OA

_）

_{は 関}

_{節 軟 骨}

_の

変 性

を

主 体

と し た

軟 骨

下

骨

，

滑 膜

，

半 月板

，

靭 帯

の

変化

を 伴 う 病 態 で あ り

1

）

，

日 本 人の

60

歳

以 上の

膝

OA

有 病

率 （

Kellgren

／

Lawrence

　

_grade

≧

2

_）

は

男

性

で

47．

0

％

，

女 性

で

70

．

2

％ で

あ

る 2 ）

。

その進

行 予 防

の重

要 性

が

従 来

か ら

指 摘 さ

れている

一

方

，

未

だ

有 効

な

治療 方法

，

予 防 方 法

は

確 立 さ れ

て い

な

い

2

）。

　 半 月 板 損 傷 あ

るい は

半 月 板 切 除

は

膝

OA

の

危 険 因 子

と なるだ

け

でな

く

3

）

4

）

，

骨 壊

死の

危

険 因 子にも な ること

が 知 られ

て い る

5

“

10

）。 これ らの

原 因

は

不 明

だ が

，

半 月

＊

　

MechanicaL

　and　Histotogicat　

Properties

　of　

Articular

　

Cartilage

　that

　

Load

　Through 　Menisci：

Experiment

　

S

しudy 　

Using

　

Porcine

　

Knee

1

） 京 都 大 学 大 学 院 医 学 研 究 科 人 間健 康 科 学 系 專 攻 運 動 機 能 解 析 学 　 （〒

606

−

8507

　 京都 府 京都 市 左 京 区聖 護 院 川 原 町

53

）

　

Hirotaka

　

Iijima

，

　

PT

，

　

Akira

　

Ito

．

　

PT

，

　

Junichi

　

Tajino

，

　

PT

．

　Momoko

　

Nagai

，

　

PT

，

　

Xiangkai

　

Zhang

．

　

MD

，

　

Sheki

　

Yamaguchi

．

　

PT

．

　Hiroshi

　

Kuroki

，

　

PT

：

Department

　of　

Meter

　

Function

　Analysis

，

　Human

　

Heatth

　

Sciences

，

　

Graduate

　

School

　

of

　

Medicine

，

　Kyoto　

Unlversity

2

） 京 都 大 学 大 学 院 医 学 研 究 科 人 間健 康 科 学 系 専 攻 運 動 機 能 開 発 学

　

Tomoki

　

Aoyama

，

　

MD

；Department 　of　Development 　anCl

　

Rehabilitation

　of　

Motor

　

Function

，

　Human 　Health 　

Sciences

，

　

Graduate

　

School

　of　

Medicine

，

　Kyoto　

University

3

） 京 都 大 学 大 学 院 医 学 研 究 科 整 形 外 科

　

Haruhiko

　

Akiyama

，

　

MD

：

Department

　of　

Orthopaedic

　

Surgery

，

　

GraCluate

　

School

　of　

Medicine

，

　

Kyoto

　

University

＃

E

．

mail ：

kurokLhireshi

．

6s

＠

kyoto

・

u

．

ac

．

jp

　 （受 付日　

2013

年

4

月

16

日／ 受 理日　

2G13

年

5

月

23

日）

板 損

傷

や半 月

板

切 除

後

の

膝

関

節軟

骨の

接 触

面

積

の

減

少 と 力 学 的 負 荷の増 加 11

’

15）が お も な 要 因であ る と 認 識 さ れ てい る 8〕10 〕16 〕

。

これ ま での ランダム

化

比

較 試

験 に おい て

半 月板 切 除 後

に

運 動 を す

るこ

と

で 下

肢 機 能

の

改 善

17

） や

軟

骨

内

に

含

ま れ る グ リコサミ ノグ リカン量の

改 善

を

期

待

で き る 18）とい

_う

，

リハ ビリ テ

ー

ショ ンの

_有効性

を 示

唆

す

る

報

告

が な さ れてい る

。

し か し

，

半

月

板

切 除

に よ

り

術 後

比

較 的 早 期

の

段 階

で

．

歩 行 時

の

膝 関 節

内 反モ

ー

メン ト量 が

18

％

増 加 す

ること

19

）や

軟 骨

の

変 性

を

伴

わ

ず

に

軟

骨

下

骨

の

変 化

が 生 じる こと20 ）が わ かっ てお

り

．

これ ら は 軟 骨 変 性の危 険 因 子 と な ること が 知 ら れている

。

し た がっ て

，

半 月板 損 傷

や

半 月 板 切 除 術 後

の リハ ビ リ テ

ー

ションは

軟骨 変性

や

軟 骨

下

骨

病 変の

予

防 に おいて

有

効

で ある可

能性

が あ る が

，

術

後

急

性

期の

段

階 か ら 膝 関

節軟

骨 や

軟 骨 下 骨

に

加

わる

力 学 的 負 荷

を

考 慮 し なが

ら

運 動 療

法

，

生

活指 導

を

行

っ てい

く

ことが

重 要

と

考

え られ る。

　

膝

OA

の

部 位 別

の

発 症 頻 度

は

大 腿 骨 軟 骨

に

多

い

21

） と い

う報 告

が

あ

る

一

方

．

末 期

OA

で は

脛 骨 軟 骨

に

も重 度

の

OA

所 見

が

多 く認

め ら れてい る

22

）。

脛 骨 側

の

軟 骨

は

半 月板

に

被 覆

さ れて い る

軟 骨 （

被 覆 部 軟骨 ）

と

，

被 覆

さ

れ

て い

な

い

軟 骨 （

非 被 覆 部 軟 骨 ）

の

2

領 域

に

分 類

さ れ る

22

）

24

）。

健 常

な

膝

関

節

に

加

わっ た

荷 重

は

非 被 覆 部 軟 骨

が

軟 骨

一

骨 複 合 体

とし てお もに

荷

重 を

受 け

23

）

25

）

，

残 り

纓 底

◆

C

〔

〕 ●

被 覆 部 非 被 覆 部

x6 ×

6

インデン テ

ー

ション試 験

〔〕● 〔〕●

サ

フラニ ン

0

染 色

ie

・

i

●

走 査 型 電

子

顕 微 鏡

によ

る観 察

io

〔

ヨ

0

　

○

被 覆 部



●

非 被 覆 部



内

側



外 側

　 　 　 図

1

　被 覆 部 領域 非 被 覆部 領域 か らの軟 骨プラグの採 取と解 析 項目 ブ タ脛 骨 か ら

’

卜月板 を切 除 した後

CA

）

．

内側 関節 面

，

外側 関 節 面に おける被 覆 部 軟 骨

，

非 被 覆 部 軟 骨 より軟 骨プ ラ グを

3

個 ずつ _{採 取 し}た （

B

）

．

採取 した プラグ は イン デ ン テ

ー

ショ ン試 験に よ る力 学 的特 性 評 価

，

サ フラニ ン

0

染 色による組 織 学 的 評 価

，

走 査 型 電 子 顕 微 鏡に よ る コラ

ー

ゲ ン線 維 構 造 評 価に 用い た （

C

）

，

の

荷

重 は

半 月板

によっ て

hoop

　stress に

変換

さ れ

半 月板

一

軟 骨

一

骨 複 合 体

とし て の

被 覆 部 軟 骨

に

均 等

に

分 散

さ せ る

26

）。 ま た

半 月板

は

衝 撃 緩 和

だ けで な

く関 節

の

安 定 性

に

も寄 与 す

る

た

め

27

〕

．

半 月 板 を切 除 す

ることで

被 覆 部

軟

骨 を

含

む

新

しい荷

重 領

域 が 露 出 し

151

）

28

）

，

周 辺 部 に お ける

軟 骨

．

ド

骨

の

骨 密 度

が

徐

々 に

変 化 す

る こ と

20

）が

報 告

され

て い る。 こ

れ ら

の

報 告

の

背 景

に は

被 覆 部 軟 骨

と

非 被

覆

部

軟 骨

の

組 織 学

的

特 性

の

違

いが 関

与

してい る可

能 性

が

あ り

，

両

者

の

特 性

の

違

い

を

理

解 す

る ことは

半 月板 損 傷

や

半

月

板

切 除

後

に

生

じ る

軟 骨 変 性

や

軟 骨

ド

骨 病 変

の予

防 を

考 え る

う

えで重 要 な 基 礎 的 知 見 に な る と 考 え ら れ る

。

　

関

節 軟

骨 に

含

ま れ る

軟

骨 基

質 成

分はコ ラ

ー

ゲ ンネッ _ト ワ

ー

クの

中

に プロ テ オ グ リカ ン

と大 量

の

水 分 を含 有

し た

粘

弾

性

の

性 質

を 備 えて お り

．

応 力 緩 和

に

重

要 な

役 割

を 果 た してい る。 また

軟 骨 基 質

に

含

ま れるコ ラ

ー

ゲ ン

線 維

の

中

で

も表 層

に

存 在 す

る

密

なコラ

ー

ゲン

線 維

は

軟 骨

の

水 分

透 過 性 を 低 く保 ち

，

荷 重 が 加 わっ た 際の粘 弾 性の性 質の

維

持

29

｝

301

，

そ して

剪

断 力 に

対

して

拮

抗 す る 重

要

な

役 割

を 担っ て お り 29

−

31 ｝

_，

_イ ンデン テ

ー

ショ ン 試 験 は この

軟

骨 特 有の性 質 を 力 学 的 側 面 か ら定 量 的に評 価 す るこ とが で き る

32

−

37

〕

。

これ まで に 被 覆 部 軟 骨 に 閾 し て はプ ロ テ オ グ リ カンの量 が 少 ない 24）38｝とい

う

脆 弱 性 を 示

唆

す る 報 告 が な さ れ てい る

一

方

，

被 覆 部 軟 骨 と非 被 覆 部 軟 骨の

間

で

表 層

コラ

ー

ゲン

_{線 維 構 造}

の違い に

着

目 し た

報 告

は な

く

，

力 学

的

特 性

の違い に

_関

して も

報 告 問

で

見 解

が

異

なっ てい る 24 ）

39

｝40 ｝

。

し た がっ て

．

これ まで に

報 告

が ない

表

層

のコラ

ー

ゲン

_{構 造}

を

中心

と し た

組 織 学 的所 見

の

評 価

と イン デ ン テ

ー

ショ ン

試 験

によ る

力 学 的特 性

の

再 検 討

は

被

覆 部 軟 骨

の

脆 弱 性

を

検 証 す

る

う

えで必

要

と

な

る。

そ

こ で

，

本 研 究

のお

もな 目的

は

表 層

コ _ラ

ー

_ゲン

_{線 維}

の

微 細 構

造

を は じめ と した

組 織 学 的 所 見

と インデンテ

ー

ショ ン試

験

の

結 果

か ら

被 覆 部 軟 骨

と

非 被 覆 部 軟 骨

の違い を

捉

える ことである

。

対 象

と

方 法

1

．

対 象

とサ ン プル の

準 備

　 商 業 用

で

販 売 さ れ

て い る

6

ヵ

月 齢

の

雌 性

ブタ

（

体 重

100kg

相 当 ）

の

4

膝

関

節 を対 象

とし た。

屠 殺 後

12

時

間 以

内

に関

節 面 を展

開 し て

内 外 側

の

半 月板

を

摘 出

し た

後

，

内 外

側の脛

骨

関

節 面

に おい て

，

半 月板

の

被 覆 部 軟 骨 と非

被

覆

部 軟 骨 か ら

5mm

径の バ イ オプ シ

ー

パ ンチ を 用い て骨

軟

骨プ ラグ を

3

つ

ず

つ

採 取

した

（

図

1

）

。

採 取 時

に は

軟 骨 変 性

が

生

じてい ない こ

と を 肉

眼

的

に

確 認

し た。

被

覆

部と

非 被 覆 部

か ら

得

られた

3

つ の

骨 軟 骨

プ ラ グ はそれ ぞ れ

力 学

的

特 性

，

組 織 学 的 所 見

およ びコ _ラ

ー

ゲ ン

線 維 構

造 を評 価 す

る た めのサンプル

と

し て

使

用 し た

。

力 学 的特

性の評 価の実 験 に 先 立 ち

，

軟 骨 下 骨の硬 さ が 実 験 デ

ー

タ に

影

響 を

与

え る 可 能 性 が あ ること を

予

備 試 験 で

確

認 し た た め

，

その

影 響

を 除

外

す る 目 的 で 実

体

顕

微

鏡

（

Keyence

Japan，

　

VB

−

7000

_）に よ る 観 察 下で ミクロ ト

ー

ム の 刃 を 用い て 軟 骨 下 骨 を 切 除 し軟 骨プラ グのみ使 用 した

。

また コラ

ー

ゲン

線 維 構

造の評

価

に

先

立 ち

，

実 体

顕

微 鏡

に よ る 観 察 下 で 軟 骨 下 骨 を 切 除 し

，

軟 骨 プ ラ グの み を 使 用 し た

。

その

_後

，

以

下

の

_{実 験 手}

順 に 進 ん だ

。

2

．

解 析 方 法

1

） 力 学 的 特性

の

評価

　 内外 側

の

関節 面

にお

け

る

被 覆 部 領

域

，

非 被 覆 部 領 域

か ら

1

個 ず

つ

_得

ら れた

軟 骨

プ ラグ に

対

して

（

図

1

）

インデ ン テ

ー

シ ョ ン

試 験

24

）

を 万 能 試 験 機 （

Shimazu，

半月板を介 在し て 荷 重 を 担う軟骨の組 織学的

，

力 学 的 特 性

357

C

1．

51

（

EE

）

殴

0

．

5

唖

皿

督 　

0

★ ★ 　 　 　 図

2

　 被 覆 部 領域

，

非被 覆部領 域の骨軟骨 プ ラ グ 断 面 図 と 平 均 軟 骨 厚

A

：_{被 覆 部 領域}

．

B

：_{非 被 覆 部 領 域}

．

　

C

；_{脛 骨の内 外側 関 節 面}に お け る被

覆

部

軟

骨

，

非

被 覆 部軟 骨の半 均 軟 骨 厚

．

エ ラ

ー

バ

ー

：

95

％

CI．

＊ ：

P

＜

0．

05

．

Autograph

　

AG −X

）

_{を 用}い て 実

施

した

。

使

用

す

る インデ ンタ

ー

は

O

．

5mm

径の

物 を使

用 し

38

）

，

自作

の

特 殊 容 器

内

に

phosphate

　

buffered

　

saline

（

PBS

）

を 満た した

条 件

下で試 験 を 実 施 し た

。

試 験

条 件

は

軟

骨 プ ラ グ 中

央 部

に

対

して

5

_{μm ／s の}速

度

でインデ ンタ

ー

で

軟

骨 を 圧

縮

し

，

試

験 力 が

0，

lN

に

達 し

た

後

，

0

．

lN

の

試 験 力

を

600

秒 間保

持

させ

，

そ

の

間

に

イ

ンデン タ

ー

が 軟 骨

に

対 し

て

圧 縮

し た 距 離 （変 形 量

）

を 用いた

24

｝

411

。

また

，

軟 骨 厚

に

対 す

る 変 形 量の割 合

（

ひ

ず

み

値 ）

24｝

を 算 出 す

る た め

，

試 験 終

了 後

に平 均 軟 骨

厚

を測

定

し た。 具

体 的

に は

，

軟 骨

プ ラ グ 中 央で垂 直に割 断 し

，

その断 面 像 を 実 体 顕 微 鏡 下で

観 察

し

，

得

ら れ た

画 像

上 で

軟 骨 最 表

か ら

骨 軟 骨

移

行 部

ま での

距 離

を

測 定

した。

断 面像

の

中央

，

左

右

2

ヵ

所

の

計

3

ヵ

所

の

距 離

の

平 均 値

を

平均 軟 骨 厚

と し た

。

な お 変 形 量の解 析 に

あ

た

り過 去

の

報 告

35

〕を

参 考

に し

，

圧 縮

時

に

得

ら れ る

試 験 力

が

O

．

33

　

uN

／s以 ドに達 した 時に平 衡 状

態

に達 して い る と

定 義

し

，

平 衡

状 態に達 す る まで に保 持 す る 時 間 が 上

記

の

設 定

で

十分

で

あ

ること を

予 備 実験

にて

確 認

し た

。

2

） 組 織 形 態 学 的 評 価

　 軟 骨

プ ラ グを

4

％パ ラ ホ ル ム ア ル デ ヒドに浸 し

，

振 動 させ

な

が ら

4

℃

の

温 度環 境 下

で

一

晩

に

渡 り問定

し た

。

固

定 後

，

PBS

に

十 分 置 換

させ た

後

，

10

％

脱 灰 液 （

eth

−

ylenediaminetetraacetic

　acid ：

EDTA

_）

で 計

10

日間 脱

灰 を行

っ た。

そ

の

後

，

70

％エ タノ

ー

ル

，80

％エ タ ノ

ー

ル

，

90

％エ タ ノ

ー

ル

，

100

％エ タ ノ

ー

ル

，

キ シ レ ン の順で

置

換

す ることで サ ンプルを

脱 水 処

理 し

，

パ ラ フィ ン包 埋 を

行

っ た

。

その

後

，

得

ら れ たパ ラフ ィ ンブロ ッ _ク

を

6

_{μ m} の 厚 さで薄 切 し

，

各

領 域の組 織 切 片 を

作 製

し た

。

　

組

織

切 片 に 対 して サフ ラニ ン

0

染 色

を

行

っ た。 サ フ ラニ ン

0

は

軟 骨 基 質 内

の

主 要 成 分

で

あ

るプロテ オグ リ カ ンに 反

応 す

る

染 色 法

で

あ り

42

，

，

領

域

問

で

染

色

性

の比

較

を

す

る こ と で

各 領 域

の

軟 骨 内

に

含

まれ るブリ テ オ グ リ カンの

量 を定性 的

に

比 較

し た。

3

） コラ

ー

ゲン線 維 微 細

構

造 評

価

　 採 取

し た

軟 骨

プラグ を

直

ち に

4

％パ _ラホ ル ム ア ル デ ヒ ド

ー2

％ グル タ

ー

ル ア ルデ ヒ

ド

で

一

晩

に

渡 り 固 定 を し

，

PBS

に

置換 さ

せ た

後

に

1

％オス ミ ウ ム

酸

を

用

い て

後 固 定

を

90

分

間

行

っ た。 その

後

，

前

述 と

同 様

の

方 法

で脱

水

処 理

を

し

，

t

一

ブチル ア ルコ

ー

ル に て

凍 結 処 理 を行

い

一

20

℃ で

保 存

し

た

。

凍結 し

た サンプル に

対 し

て

乾 燥 処 理

を

行

っ た

後

，

試 料

台

ヘ _{マウン ト さ}せた

。

その

後

，

白金

パ _{ラ ジ}ウ ムにて

導 電

処 理 を

行

い

，

コ ラ

ー

ゲン

線

維の

微

細

構

造の

観

察

を

行

っ た

。

コ ラ

ー

ゲン

線維

の

微

細

構

造の

観 察

に は

走 査

型 電 子 顕微 鏡 （

Hitachi

，

　

H

−

7650

_）

_を

_用

いた。

3．

統 計 学 的 分 析

　

SPSS

　

_statistics

　

_version

　

20

_（

SPSS

　

Japan

_＞

を

_用

い て

，

軟 骨

プラグ

断 面

か

ら評 価 し

た

平 均 軟 骨 厚

と

力 学 的 試 験

の 各 項 目 に 関 し て 統 計 解

析

を

行

っ た

。

比

較

は

被 覆 部 軟 骨

．

非 被 覆 部 軟 骨

の

2

群 間

で

内 側

，

外 側

の

そ

れ

ぞ

れに

対

して

Student’

s

　

t

_{検 定 を 用}

い た。

す

べ て の

項 目

に

関

して

有 意

水 準

5

％ と設

定

した

。

また

，

結

果に 関し て は

平 均 値

と

95

％ 信 頼 区 間

（

95

％

confidence

　

interval

，

95

_％

CI

_）

に て

表

示 した

。

結

果

1

．

力

学

的 特

性

　

各 領 域 か ら 得 ら れ た 骨 軟 骨プ ラグの

断

面の

様

子 を 図

2A ，

　

B

_{に 示 す}

。

_力

_学

_試

_験

_{実 施 後}

_に

_{実 体 顕 微 鏡}

_下で

各 領 域

の平 均 軟 骨

厚 を

測

定

し た

結

果

（

図

2C

）

，

内側 関節 面

に

お

い て被 覆 部 軟 骨 は

O．

87mm

（

95

％

CI，0，

74 〜

1

．

00

）

，

非

被 覆 部 軟 骨

は

1，

251nm

（

95

％

CI，1．

07

　

− 1．

42

）

で

あ り

被 覆 部 軟 骨

は

有

意に薄 かっ た

（

P

＝0，

008

）

。

外

側 関

節 面

におい て も 同

様

に

，

被 覆 部 軟 骨 は

0．

79mm

（

95

％

CI，

0

．

696

　

一

　

O

．

882

_）

，

_{非 被 覆 部 軟 骨 は}

1．

07mm

（

95

_％

CI，0．

957

〜

₁

_．

₁₇₈

_{） と}

_{被 覆}

_部

_{軟 骨}

_は

_{有 意}

_に

_薄

_かっ

_{た （}

_{P ＝0．}

₀₀₅

_）

。

　

力 学 試 験の 結 果 を 図

3

に 示 す

。

被

覆

部

軟

骨に おける

0，

lN

の圧 縮

負

荷

に

対 す

る

変 形 量 （

図

3A

） は

．

内 側 関

節 面

におい て

被

覆

部 軟 骨

は

151

．

1

_μm

（

95

％

CI，125．

4 〜

176

．

9

）

，

非 被

覆

部 軟

骨で は

98．

5

μ m （

95

％

CI，91．

7 〜

A

★ ★

B

★

1

：

1

羣

1

・・ 田

1

酬

　50

醸 　

0

　 　 図

3

　 　

25

　 　

20A

誤 　

15

　

埋

10

心

　 5

 

・

　 o

＊ 　 　 　 　圧 縮負荷 時の被 覆部

，

非 被覆 部 軟 骨における力学 的特 性

A

：_{圧 縮 負 荷 時} 〔

O．

1N

）の内 外 側 関 節 面にお け る 被 覆 部軟 骨

，

非 被 覆 部 軟 骨の変 形 量

．

非 被 覆 部 軟 骨の ひずみ値 〔変 形 量！軟 骨 厚 ）

，

エ ラ

ー

バ

ー

；

95

％

C

工

．＊

：

P

く

0

．

05

．

B

：被 覆 部 軟 骨

，

B

　 　 図

4

　被 覆部軟骨

，

非 被覆部軟 骨のサフ ラニ ン

0

染色 像

A

：_{被 覆 部 軟 骨}

．

B

：_{非 被 覆 部 軟 骨}

．

_スケ

ー

ル バ

ー

：

A

，

　

B

‘

500

_μm

．

105．

3

）

と

被 覆 部 軟 骨

で

有

意に大 き な

値

を

示

した

（

P

＝

0．

004

＞

。

外 側 関 節 面

で

も同 様

に

被 覆 部 軟 骨

は

131

！

7

μ

m

（

95

％

CI，

103

、

6 〜

159

．

8

）

，

非 被 覆 部 軟 骨

は

84、

0

_μ

m

（

95

％

CI

，

638

〜

104

．

1

＞

と

被 覆 部 軟 骨

で

有 意

に

大

き な

値

を 示 し た

（

P

＝

0

．

018

）

。

さ

らに

，

軟 骨 厚 を考 慮

し た ひ

ず

み

値

（図

3B

）

は

，

内 側 関 節 面

におい て

被 覆 部 軟 骨

は

18．

0

％

（

95

％

CI，

122

〜

23

．

7

）

，

非

被 覆

部 軟 骨

で は

8

，

1

％

（

95

％

CI，6．

4

〜

9

．

8

）

と

被 覆 部 軟 骨

で

有 意

に

大 き

い

値 を示

し た

（

P

＝0．

009

）

。

外 側 関 節 面

で

も 同 様

に

被 覆 部 軟 骨

は

17

．

2

％

（

95

％

CI

，

　

IL8

〜

22

．

5

_）

，

_{非 被 覆}

_部

_軟

_{骨 は}

7．

8

_％

（

95

％

CI，6．

3

　

一

　

9．

4

_{） と被 覆 部 軟骨}

_で

_{有 意}

_{に 大 き}い

_値

を

示

し た

（

P

　

一

　

O

．

008

）

_。

2

．

組 織 染 色

　

サフ ラニ ン

0

染 色 結 果 を 図

4

に

示 す

。

軟 骨 を 最 表

か ら 骨

軟 骨

移

行 部

まで を

便

宜

的

に

10

％

，

30

％

，60

％ に 分

類 し

た

場 合

，

被 覆 部 軟 骨

は

全 層

に わ た

り染 色 性

は

弱

く

，

特

に

表 層

や

一

部

の

深 層

で

染 色 性

が

弱

かっ た

（

図

4A

）

。

非

被 覆 部 軟 骨

で は

全

層 に 渡 り 強い 染 色 性 を 認 め た

（

図

4B

）

。

3．

コ _ラ

ー

_ゲン

線 維 微

細

構

造

　

走 査 型 電

子 顕

微 鏡

での

観

察

結 果 を 図

5

に

示

す

。

各

軟 骨

の

表 層

コ ラ

ー

ゲン

線 維

の

様

子 を 比 較 す る と

，

被

覆 部

の

軟

骨 で は 表 層コラ

ー

ゲン線 維 が 疎 な 領 域 が 観

察

さ れ た （図

5A ．

　

B

_）

。一

_方

，

_非

_{被 覆 部}

_{の軟 骨 で は}コラ

ー

ゲン

_{線 維}

は

一

様

に

密 度

が

高

い

様

子 が 確 認 さ れ た （図

5D

，

　

E

）

。

ま た

，

深 層の コラ

ー

ゲン

線 維

の

様

子 を 比 較 す る と

，

被 覆 部の軟

骨

で はコラ

ー

ゲンの走 行 は

不

規

則

で あ

り

，

コ ラ

ー

ゲン

線

維 密 度

が

低

い

様

子 が

観察

さ れ た

（

図

5C

）

。一

方

．

非被 覆

部の軟 骨ではコ ラ

ー

ゲン線 維の走

行

は

関 節

面に

対

して垂

直 方 向

に

規則 的

に

配 列

してお

り

，

コ_ラ

ー

ゲン

線 維 密 度 が

高い

_様

予 が

観 察

さ れ た

（

図

5F

）

。

考

察

　

本 研

究

では

膝

脛 骨

軟 骨

にお ける

半 月板 被 覆 部

，

非 被 覆

部での特 性の違いを 力

学

的

特 性

．

組 織 学 的特 性

の

観 点

か ら

検討

した

。

その

結 果

，

被 覆 部軟 骨

は

O

．

1

　

N

の

圧 縮 負荷

に

対 す

る

変 形 量

が

大 き くな り

，

軟 骨 厚

に

対 す

る ひ

ず

み

値

は

非 被 覆 部 軟 骨

の

約

2

倍

に

な

る こと が 示 さ れ た

。

この

_被

覆

部 軟 骨

が 圧

縮 負 荷

に

対 す

る

変 形

量 が 大 き く な る とい

_う結

果は

，

過

去

の

報

告

40

）を 支 持 す る結 果 と なっ た

。一

方

，

被

覆 部軟 骨

で

硬

さ

指標

が

高

い とい

う報

告 も あ る が

24

）

39

｝

，

結

半 月板 を 介 在し て荷 重 を担 う軟 骨の組 織 学 的

，

力 学 的 特 性

359

　 　 　 　 　図

5

　走 査 型電 子 顕 微 鏡に よ る被 覆 部 軟 骨

，

非 被 覆 部 軟 骨の微 細 構 造

A

，

B

，

　

C

：被 覆部軟 骨

．

　

D

，

　

E

．

　

F

：_非被 覆部軟 骨

．

　

A

，

　

D

：_{軟 骨 表 層の微}細構造

．

　

B

，

　

E

；

A

，

　

D

_の拡 大 図

．

C

，

F

：軟 骨 深 層の微 細 構 造

．

ス ケ

ー

ルバ

ー

：

A

．

　

D

＝

5

μm

．

B

．

　

C，

E

，

F

＝

2

μm

．

果

が

一

致

し ない の はこれ ら

報 告

の

軟 骨

サンプルは

軟 骨

が

変 性 し

てい る

叮能 性 が 高

い ヒ

ト

の

中 高年

の

検 体

で

あ

る

一

方

，

本

研

究

で

使

用 した の は

成

長

期

の ブ タ の

軟 骨

サン プ ル である こ とや

組 織

の

新 鮮 度

が

影 響

している と

考 え

ら れ る

。

　 本

研

究

での

新

た な

試

み は

得

ら れ た

力 学 的 特 性 と表 層

コ ラ

ー

ゲン線 維 構 造 を 関 連づ け て 捉 え ること で あ る

。

そこ で走 査 型 電

子

顕

微

鏡 を 用いてコ ラ

ー

ゲン

_{線 維}

の

_微

細

構

造 の

観 察 を行

っ た

結

果

，

被 覆 部 軟 骨

で は

表 層

コ ラ

ー

ゲン

線

維 が 低い密 度 を 呈 す ること が あ き ら かとなっ た

，

表 層の コラ

ー

ゲン

線 維

の

役

割 は

未 解

明 な 部 分 も あ る が

．

少 な く と も 圧 縮 応

力

あ るい は

剪

断

力

に 対 し て

拮 抗

す る

役 割

を

も

つ

29

’

31

｝

。

し た がっ て

，

被 覆 部 軟 骨の 表 層コラ

ー

ゲン密

度

が

低

い こと は

被

覆

軟 骨

に

荷

重 が

加

わっ た

際

の 抵 抗

力

が

低

下

す

るこ と を 意

味

し

．

サフ ラニ ン

0

_染

色

性

が

低

い

．

つ ま り含 有 す る プロ テ オ グ リ カンが 少 ない こ と も 影 響 し

，

被 覆 部 軟 骨

は 圧 縮 負

荷

に

対

して

非 被

覆

部 軟 骨

よ り も 大 き な ひ ず み を 呈 し た と

考

え ら れ る

，

以 上の こと か ら

，

被 覆

部 軟

骨 は 力

学

的

，

組 織 学 的

所

見 か ら 組 織 と して脆 弱 で

あ

る

可 能性

を

秘

めてい るc

　

こ の よ

う

な

領

域

別

の

変 化

が

後

天

的

に 牛 じたのか

否

か を

裏

づ

_け

る

報 告

は

な

い が

，

予 備 実験

に て

被 覆 部

，

非 被 覆 部

軟 骨

の

前 方

，

中 閲 部

，

後 方 領 域

の

中

で

比 較 をす

る と

各 領

域

の

中

では

力 学 的特 性

や

組 織 学 的特 性

に

顕 著 な 差

が

な

い こと を

確

認し てい る

（

デ

ー

タ

未 発 表

）

。

し た が っ て

，

本

研 究

に よっ て

得

ら

れ

た

被 覆 部 軟 骨

の

特 性

は ブタ

特 有

の

歩

行 様 式

に よっ て生 じ た

も

の で は

な く

，

半 月 板

の

介 在

に よっ て生じた

も

の と

考

えら れ

，

ヒ トの

被 覆 部 軟 骨

で も

同

様

の

性 質 を も

っ てい る

可 能性

が

あ

るtt こ

れ ま

で

，

半 月板

の

存 在

によっ て

領

域の

特 性

が

異

なる可

能性

は 圧 縮

負 荷

に

対 す

る

軟 骨 細 胞

の

伝 令

RNA

発 現 量

や

免 疫 組 織 化 学 染 色

結

果の

違

いか ら

も指 摘

さ れている

40

｝

43

）

44

｝

。

ま

た

，

半

月

板

切 除モ デ ル の

動 物 実 験

よ

り

，

半 月板

切

除後

に は お

も

な

荷 重 領 域

で

あ

る

非 被 覆 部 軟 骨 だ け

で

な く被 覆 部 軟 骨

の

組

織 学 的 所 見

，

力 学 的 特 性 も 変 化 する こ と はあ き ら か に さ れ ている

38

）

45

）

。

つ ま り

半

月

板 損 傷

あ るい は

半

月

板

切 除

後

で は

新

た

な荷 重 領 域

で

あ り

，

かつ

脆 弱 性 を秘

め

た被 覆

部 軟 骨に対 して過

度

な

力

学 的

負 荷

が

加

わ り易い とい

う

こ とを 常 に

念

頭 に 置い た リハ ビ リテ

ー

シ ョ ンが

求

め ら れ る。

特

に

半

月

板

切 除

領 域

が

広

い

場 合

や 円

板 状 半 月

の切 除 後 等

，

被 覆 部 軟 骨の 露 出 面 積 が 大 きい場 合 に は 軟 骨 変 性 に 至 り

易

い とい う 認 識 が 必 要で あ ると

_考

え る

。

　

これ ま で に な さ れ たヒ トの

半

月

板

切 除

術 後

の経 過 に 関 す る 報 告 を 見 る と 半 月 板 切 除 後の 高い応 力 集 中 に よっ て

骨 壊

死 や

軟 骨

ド骨の 微 小

骨

折 を 招 く可 能

性

が

指

摘 さ れて お り5

−

10｝

，

関

節 軟

骨の辺 縁 部 で は

高

い

剪 断 力

が

作

用 し

，

圧 壊 が 生 じ や すい との 報 告 46） も存 在 す る

。

実 際 に 我々 は

軟 骨

の辺

縁 部

に あ た る 被 覆

部 軟 骨

は

非

被

覆 部 軟 骨

よ り も

軟 骨

ド

骨

の

骨 密

度 が

低

く

，

骨 質

の

・・

指 標

で あ る

骨 梁 幅

と

骨 梁 問距 離

におい て も被 覆

部 軟 骨

領 域では 脆

弱

で あ る こと

を確 認 し

ている

（

デ

ー

タ

未 発 表 ）

。

ま

た

，

軟 骨

に

荷

重

が

加

わる

際 　あ

ら か じめ

軟 骨

にひ

ず

み が

加

わっ てい る と

軟 骨

や

軟 骨

下

骨

の

破 壊

の

程 度

が

増 強

する こと が 実 験 的 に

示 さ

れてい る

47

−’

19

｝。

常

に

軟 骨

がひ

ず

ん だ

状 態

で

荷 重

を

受

け

易

い

_{被 覆 部 領}

_域で は

軟 骨 変 性

や

軟 骨

下

骨

の

微

小

骨

折の発 生 リ ス クを

高

める可

能 性

が

考

え ら れ た

。

これ ま で

，

軟 骨 組 織

の

特 性

の

違

いが

骨 壊

死 や

軟 骨 下 骨

の

不

全

骨

折 に 関 与 し ている 可

能性

が ある とい

う

こ と は

報 告

さ れて お ら

ず

，

関

節軟

骨

の

領域

別

特 性

が

過去

の

半 月板 切 除後

の

疫 学

デ

ー

タ を

裏

づけ る

新

た な

知見 と

な る 可

能性

が

あ

る

。

　 現 時 点では 半 月 板 切 除 後の長 期 成 績 に 関 す る デ

ー

タ は

少

ないが

，

予 後

に

影 響

を

与

え る

可 能性

が

あ

る

要素

と し て

年 齢

，

性 別

．BML

半 月板

の

変 性

タ イ プ

，

半 月 板 切

除 量

，

切 除

部

位

，

術 前の状 態

等

，

様

々 な 要

素

が 関

与

している と

考

え ら れてい る

50

’

54

）。

近 年

では

軟 骨 組 織

に

対 す

る

適 度

な

力 学 的 負 荷

は

軟 骨 保 護

に

働 く可 能性

が 基

礎 研 究結 果

か ら

指 摘

さ れてお

り

55

）

，

バ イオマ

ー

カ

ー

を

用

い て

定

量

化

を し

よ

う

と

す

る

試

み

もな さ れ

てい る

56

），

しか し なが ら

，

現 時 点

で は

臨 床 現 場

に

お

い て

膝 関 節 面

に どの

程 度

の

力 学

的 負 荷

が

加

わっ てい るか

を定 量 化 す

る

方 法

は

確

立

さ れ て い ない

。

し た がっ て

，

過

度

な

力

学

的 負荷

が

軟

骨

に

加

わ り

易

い とい

う

こと を

前 提 条 件

に し た

生 活 指

導

や 運

動療

法

が

求

め ら れ る と

考

え ら れ る。 ま た

過去

の

国際誌

の

報 告

57

‘

60

） に よ る と 内 側

半 月 板 切 除術 後

2 〜4

年 経 過 時

に おいて

も

大 腿 四 頭

筋 力 低

下

等

の

機 能 障 害

が

残 存

し た

り膝 周 囲 筋

の

同時 収 縮 活 動

が

増 大 す

る と さ れてい ること か ら

，

リハ ビ リテ

ー

ション

時

に は

機 能 回 復

の

経 時 的 変 化

を

追 う必 要

が

あ

る。 な ぜ

な

ら

，

関 節 面

に

加

わる

力 学 的 負荷

は

直接 的 な

荷 重

の

影 響

に

加 え

，

軟 部 組 織

が

生

み

だ す 張 力 に

よっ て

増

幅

さ れ

23

）

，

半 月板 切 除後

の

膝周

囲

筋

の同

時 収縮 活 動

57）

60

） や

kinematics

の

変 化

60

） に

も影 響

さ れるか らで あ る

。

特

に

し

ゃ

が

みこみ

動 作 等

の

深 屈 曲 位

の

動 作

は

接 触 面 積

の

減 少

61

）と

力 学 的 負 荷

の

増 大

62

−

64

＞が

同 時

に

生

じる。

深

屈 曲位

では

脛 骨

の

接 触 面 積

は

半 月 板

に

依 存 す

る

割 合

が

増

大 す

る とい

_{う報 告 もあ り}

6D

，

_{半 月 板 後 角 周 辺}

の

切 除 あ

るいは

損 傷

によっ て

後 方

の

被 覆 部 軟 骨 が 直 接 荷 重 を受 け

る よ

う

な

際

には

特

に

注 意

を 要 す る と 思 わ れ る

。

ま た

，

遠

心 性 収 縮

は

求 心 性 収 縮

と 比

較

して

軟

骨へ _の

_{力 学}

_的

_負

_荷

_が

高 ま り軟 骨 表 層 細 胞

のアポ ト

ー

シス を よ り生 じ さ せ る と い

う報 告

65

）も あ り

，

運 動

療

法 や 自 主 トレ

ー

ニ ングの際 の

肢 位

や

筋

の

収 縮 形 態

に

も注 意 を払

う

必

要

が あ る と 思 わ

れ

る。

　 本 研 究

の限 界と して

成

長

期

の ブタの膝 関 節 を 使 用 して い る

た

め

，

年 齢

の

影 響

や

性 差

，

ヒ トと の

違

い が どの

程 度

あ

るの か に

関

しては 不 明で

あ

る

。

ま た

，

半

月

板

切 除 を

行

っ た 時

点

で

年

齢 が 高 け れ ば すで に 軟 骨 変 性 が 生 じてい る

場 合

66）も

多

い

_が

_{本研 究}

で は 正

常

な

軟 骨

の

領

域

別

の 比

較 を

し たこと に と ど まっ てい ること も

挙 げ

ら れる

。

今

後 は 基 礎 的 知 見の収 集 と して領 域 別 に 軟 骨 基

質

関 連

因 子

で あ る ア グ リ カンや

ll

　

N

コラ

ー

ゲン

，

_{軟 骨 破 壊 因 子}

で

あ

るマ ト リックス メ タロ プロ テ ア

ー

ゼ

13 （

MMP13

）等

の 解 析

，

そ して半 月 板 切 除 後の これ らの

変 化 等

の生

物 学 的

要 因 と

，

過 度 な

荷

重 を

加

え た

時

に

領 域 別

の

軟 骨

や

軟 骨 下

骨

の

損

傷

の

_{程 度}

とい

_う

_{力 学 的 要 因}

に

関

して

，

in

　vitro

，

そ して

in

　vivo の両

者

で

検 証

してい

_く

必

要

が

あ

る。

結

論

　 被 覆 部軟 骨

は 圧

縮 負 荷

に

対 す

る

変 形 量

が

大 き くな

るこ と が あ き ら か と な り

，

組 織 学 的 に

被 覆

部 軟 骨 は プ リ テ オ グ リカン の

_量

_表

_層

の コラ

ー

ゲン

_線維

の

_密

度

が

低

い こと が

影 響

し てい る と

考

え ら れ た

。

　 日 常 的 に 半 月 板 を 介 在 して荷 重 を 受 けてい る 半 月 板 被

覆 部軟 骨

は

荷 重

に

対 す

る

耐性

が

低

い こと が

推 察

さ れ

，

半

月板 損傷

や

半 月板 切 除

に よっ て

被 覆 部軟 骨

が

直 接 的

に

荷

重 を

強

い られ る と

変 形

量が

局所 的

に

増 大 す

る

可 能性

が

示

され

た。

謝 辞

：

_本

_研

_究

_は

一

_部

，

_科

_{学 研 究 費 補 助 金}

_（

_{基 盤}

_研

_究

A

，

課 題

番 号

20240057

）

の

補 助 を

得

て

実 施

さ れ た

。

本

研

究

を

進

め るにあ た

り

多

大 な ご

協

力

をい た だ き ま し た

，

京

都

大 学 医 学 部 総合 解 剖

セ ン タ

ー

電 子顕 微 鏡 室

の

岡 本

一

古 田

敬 子 氏

，

幸 田 晴康 氏

，

京都 大 学 大 学 院 医 学研 究 科 人 間健

康 科 学 系 専 攻 臨床 検

査

展 開 学 分 野

の

高 桑徹

也

氏

，

藤 岡 瑠

音氏

，

高 石 亮 太氏

に

深 く御礼 申 し

上

げ ます

。

文 　 　献

1

＞

Loeser

　

RF

，

　

Goldring

　

SR

，

　etα

1

、

：

Osteoarthritis

：adisease

　 of　

the

　

joint

　as　an　organ

．

　

Arthritis

　

Rheum

．

2012

_；

64

：

1697

−

　

1707

．

2

＞

Muraki

　

S

，

　

Oka

　

H

，

　et

　

al

．

；

Prevalence

　of　radiographic 　

knee

　 osteoarthritis 　and　

its

　associatiQn 　with 　

knee

　

pain

　

in

　

the

　 elderly 　of ∫apanese 　

population

−

based

　cohorts ：

the

　

ROAD

　 study

．

　

Osteoarthritis

　

Cartilage

．

2009

_；

17

：

ll37

−

ll43

．

3

）

Choi

　

YR

，

　

Kim

　

JH，

　et

　

al

．

；

　

The

　association 　

between

　meniscal

　 subluxation 　and　cartilage 　

degeneration

．

　

Eur

∫

Orthop

　

Sug

　

Traumatol

．

2012

：

doi

　

10

ユ

007

／sOO590

−

Ol2

−

ll44

−

3

．

4

）

Englund

　

M

，

　

Guermazi

　

A

，

　et　al

．

：

Meniscal

　

tear

　

in

　

knees

　

without 　surgery 　and　

the

　

development

　Qf 　radiQgraphic

　 osteoarthritis 　among

−

aged 　and 　elderly 　

_persons

：the

　

multicenter 　osteoarthritis 　study

．

　

Arthritis

　

Rheum

．

2009

；

　

60

：

831

−

839

．

5

）

Johnson

　

TC

，

　

Evans

　

JA

，

　et α

1

．

：

Osteonecrosis

　of　the

　

knee

　after　arthroscopic 　surgery 　

for

　meniscal 　

tears

　and

　 chondral 　

lesions

．

　

Arthr

〔｝scopy

．

2000

；

16

：

254

−

261

．

6

）

Nakamura

　

N

，

　

Horibe

　

S

，

　et　al

．

：

Subchendral

　microfracture

　

of　

the

　

knee

　without 　osteonecrosis 　after 　arthrQscopic

　

medial 　meniscectomy

．

　

Arthroscopy

．

2002

；

18

；

538

−

541

，

7

）

Satku

　

K

，

　

K

し1mar 　

VP

，

　et 　al

．

：

The

　natural 　

history

　of

　 spQntaneQus 　osteonecrosis 　of　

the

　medial 　tibial　

_plateau

．

　

J

　

Bone

　

Joint

　

Surg

　

Br

．

2003

：

85

：

983−988，

8

）

Theodorou

　

SJ

，

　

Theodorou

　

DJ

，

　et α

1

．

：

OsteonecrQsis

　

of 　

the

　

tibial

　

_plateau

：magnetic 　resonance 　

imaging

　 appearances 　with 　

_quantitation

　of　

lesion

　size　and 　evidence

　

of 　a　

_pathogenesis

　of 皿 eniscal　

injury

．

　

J

　

Comput

　

Assist

　

Tomogr

．

2010

：

34

：

149

−

155

．

9

）

TUrker

　

M

、

　

Cetik

　

O

，

　et　_al

．

_；

Postarthroscopy

　osteonecrosis

　 of　

the

　

knee

．

　

Knee

　

Surg

　

Sports

　

Traumatol

　

Arthrosc

．

2013

_；

　

doi

　

lO

ユ

007fsOO167

−

013

−

2450

−

y

．

10

）

MacDessi

　

SJ

，

　

Brophy

　

RH

，

　et　al

．

：

Subchondral

　

fracture

　

foUowing

　arthroscopic 　

knee

　surgery

，

　

J

　

Bone

　

Joint

　

Surg

　

Am

．

2008

；

90

：

1007

−

1012

．

\HutedVGL(vaigeasbikEOmama\ts,h\tsrejk

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