「顎骨疾患プロジェクトからの情報発信」17．骨質解

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Title 「顎骨疾患プロジェクトからの情報発信」１７．骨質解

析からアプローチした顎口腔系運動器の構造特性解明 Author(s) 笠原, 正彰; 松永, 智; 染屋, 智子; 北村, 啓; 小高,研

人  阿部, 伸一; 服部, 雅之

Journal 歯科学報, 121(4): 357‑364

URL http://doi.org/10.15041/tdcgakuho.121.357 Right

Description

はじめに

超高齢社会を迎えた我が国では，加齢に伴う心身 機能の低下による「フレイル」が危惧されている。

特に口腔機能の低下を総称する「オーラルフレイ ル」は，その進行により摂食障害を惹起することか ら，フレイルの増悪を招く重要因子として注目を集 めている。したがって，口腔機能の中核を担う運動 器である，「咀嚼筋−腱−顎骨」の構造と機能を維 持・向上させることは，オーラルフレイル阻止のた めに極めて重要といえる。一方で，全身の運動器と 比べ，顎口腔系は骨および筋の構造が大きく異な る。特に，顎骨は咬合圧や咀嚼筋からの筋機能圧を 絶えず受ける特異的な骨であるため，そのような力 学環境に対応した骨強度を獲得するために，構造や 形態を最適化していることが考えられる。しかし，

各種機能圧が，顎骨のどの部位にどのような影響を 与えるかは依然として不明である。

近年，骨の構造および材質的要素をあらわす「骨 質」が注目されており，骨質の低下が骨強度に影響

を及ぼすことが報告されている

。特に，骨を構成 す る 生 体 ア パ タ イ ト（BAp）結 晶 と コ ラ ー ゲ ン は，骨強度を支配する有力な骨質因子として知られ ている

。BAp 結晶は結晶の c 軸方向が骨内では，

Ⅰ型コラーゲンの走行方向に沿って存在している。

また，荷重方向に優先的に配向する特徴を有してい ることから，骨への荷重方向や強度が，結晶のサイ ズであるナノレベルから推測可能であるとされてい る。著者の研究グループは，材料工学的手法を駆使 することで，こうした BAp 結晶の優先配向性評価 を中心に骨解析を行ってきた。本稿では，これまで 報告してきた顎骨における咬合圧と骨質の関係を紹 介するとともに，筋機能圧に代表される局所的メカ ニカルストレスが顎骨の構造と形態にどのような影 響を及ぼしているのかを明らかにするために，「骨 の観点」から筋機能と顎骨の力学的構造特性の関連 解明に挑戦した最新の知見を紹介する。

咬合圧と骨質の関係

顎骨は，歯を通じて伝わる咬合圧を絶えず緩衝し ており，他の骨と異なる特殊な環境下に存在してい る。故に，顎骨に対して咬合が及ぼす影響は強く，

咬合力の強弱や歯の喪失が顎骨形態や内部構造に大 きな変化を及ぼすことが報告されている

。対し て，BAp 結晶の配向性においても顕著な変化が見 られることが明らかとなっている。すなわち，有歯 顎の下顎骨では咬合圧の影響を直接受ける歯槽部と

歯学の進歩・現状

「顎骨疾患プロジェクトからの情報発信」

１７．骨質解析からアプローチした顎口腔系運動器の構造特性解明

笠原正彰

松永 智

染屋智子

北村 啓

小高研人

阿部伸一

服部雅之

１）

東京歯科大学研究ブランディング事業

２）

東京歯科大学歯科理工学講座

３）

東京歯科大学解剖学講座

４）

東京歯科大学組織・発生学講座

５）

東京歯科大学歯科放射線学講座

キーワード：私立大学研究ブランディング事業，顎骨疾患 プロジェクト，骨質，BAp 結晶優先配向性，

腱付着部

（２０２１年８月２４日受付，２０２１年１０月２０日受理）

http : //doi.org/１０.１５０４１/tdcgakuho.１２１.３５７

連絡先：〒１０１‐００６１ 東京都千代田区神田三崎町２−９−１８ 東京歯科大学歯科理工学講座 笠原正彰

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離れた基底部では BAp 結晶の優先配向方向が異 なっていることから，下顎骨の歯槽部と基底部にお ける構造特性の違いが見られた

。その一方で，無 歯顎の下顎骨では歯槽相当部と基底部において同じ 傾向の配向性を示した

。このことより，有歯顎と 異なる BAp 結晶の優先配向性を示すことが明らか となり，咬合圧が骨質に影響を及ぼしていることが 示唆された（図１）。また，著者らは上顎骨におい ても同様の検索をしている

。上顎骨は下顎骨の形 状と大きく異なり，皮質骨が菲薄で内部を占める海

綿質骨梁が細い

。また，骨密度においても下顎 骨と比べ低い

。このような特徴から，上顎骨が骨 強度を維持するには，骨質因子が大きく関与してい ると考えられる。そこで，上顎骨第一大臼歯皮質骨 部に焦点を当て，骨密度（BMD : Bone Mineral Den- sity）お よ び BAp 結 晶 配 向 性 の 検 索 を 行 っ た 結 果，頰側皮質骨と口蓋側皮質骨において，BMD に 差が認められなかった一方で，頰側皮質骨では咬合 方向の優先配向性が確認された（図２）。このこと より，頰側皮質骨の方が咬合圧の影響を強く受けて いることが示唆され，咬合圧に耐えうる強度を維持 するために，骨質因子が大きく影響していることが 推察された。

以上より，ヒト顎骨は上顎骨下顎骨ともに咬合圧 の影響を受けることが予測される領域において，ナ ノレベルでの構造特性の違いが見られることが明ら かとなった。

咀嚼筋による筋機能圧と顎骨の構造特性の関係

口腔機能低下は咀嚼筋の筋機能減退に伴い顎骨の 力学機能が低下し，それぞれの構造形態に影響が生 じると考えられるが，その相関性は不明である。そ こで，顎運動時の筋機能圧の影響を最も受けること

図２ 上顎大臼歯部皮質骨の BAp 結晶配向性

３５８ 笠原，他：骨質解析を指標とした咀嚼筋−腱−顎骨の構造特性解明

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が推測される， 咀嚼筋の骨−腱付着部に焦点を当てた。

骨における腱付着部は，軟組織である腱と硬組織 である骨を連結するため，機械的性質の異なる材料 を繋ぐ特異的な組織である。一般的に腱付着部は，

腱と骨の間に線維軟骨層が介在する線維軟骨性付着 と線維軟骨層が介在しない線維性付着に大別され

る

。機械的性質の観点からみると，線維軟骨性

に付着する部位は線維性に付着する部位と比べて腱 の挿入角度が大きい部位にみられ，線維軟骨層は大 きな可動や慢性的な使用による炎症を防ぐための シ ョ ッ ク ア ブ ソ ー バ ー 的 な 役 割 を 果 た し て い る

。一方で咀嚼筋の腱付着部は，骨膜を介さず 腱が直接骨に挿入される部位も部分的に存在するこ とが報告されている

。このことから，咀嚼筋腱付 着部は骨膜を介して付着する線維性付着，骨に直接 付着する線維性付着，線維軟骨性付着の３つのタイ プが混在している特殊な組織である。さらに，外側 翼突筋の停止部である翼突筋窩では，線維性付着部 と線維軟骨性付着部が共存していることが報告され ており

，下顎骨における特異的な腱付着部の構造 特性と，筋の力学機能の関連については不明な点が 多く残されている。

そこで著者らは，側頭筋の停止部であるヒト下顎 骨筋突起の腱付着部において，組織学的検索および BMD 測定による骨量評価，そして微小領域エック ス線回折法を用いた BAp 結晶配向性を指標とした 骨質評価と力学解析としてヤング率の評価を行うこ とで，咀嚼筋−腱−骨の構造特性と荷重環境の一端

を明らかにすることを試みた。

ヒト下顎骨筋突起腱付着部における ミクロ−ナノ骨解析

関心領域は，ヒト下顎骨筋突起の最頂部から下顎 切痕最下部を筋突起の基部として，各評価における 基準軸として X 軸（近遠心方向：mesiodistal direc- tion），Y 軸（咬合平面に対して垂直方向：vertical direction to occlusal plane），Z 軸（頰舌方向：buc- colingual direction）の３軸を設定した（図３A）。

組織の形態学的観察のために H-E 染色を，線維 軟骨層を確認するためにトルイジンブルー染色を 行った。また，骨密度測定，エックス線回折強度 比，ヤング率測定を行う計測部位は，筋突起皮質骨 全周を７等分した点とした（図３B）。

組織学的検索結果から（図４），筋突起全体像で は，骨髄腔は狭く，その外側に厚い皮質骨構造を認 めた。また，付着する腱の走行は X 軸および Y 軸 方向の走行を呈していた。H-E 染色像の近心面皮質 骨拡大像では，腱の走行は Y 軸方向に認め，皮質 骨表層に線維性被膜を認めた。この線維性被膜は腱 の走行の違いや，皮質骨表層に存在することから，

厚い骨膜の線維層であることが考えられた。遠心面 皮質骨拡大像では，腱の走行は X 軸方向に認め，

腱が直接骨に挿入されていた。一方で，筋突起最頂 部拡大像では，腱の走行は X 軸および Y 軸方向が 混在していることを確認した。また，トルイジンブ ルー染色像から，筋突起最頂部皮質骨部に厚い線維

図３ ヒト下顎骨の筋突起に対する関心領域，座標軸，計測点の設定 Ａ 筋突起の最頂部から，下顎切痕最下点を筋突起の基部として関心領域に設定

し，咬合平面に平行かつ垂直に切除した。

Ｂ 筋突起皮質骨全周を７等分した点を計測点とした（図中の｜｜と〇は長さが 等しいことをあらわす）。

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軟骨層を認め，拡大像では内部に軟骨細胞を確認し た。近心部皮質骨および遠心部皮質骨において線維 軟骨層は認めなかった。これらの知見から，筋突起 腱付着部は筋突起最頂部のみが線維軟骨性付着であ り，近心部は骨膜を介した線維性付着，遠心部は骨 膜を介さず骨に直接結合する線維性付着を有した，

３タイプの付着様式が混在する特異的な組織である ことが示唆された。また，軟骨細胞は骨界面での応 力集中を防ぐ「stretching brake」として作用する ことが報告されている

。このことから，筋突起 最頂部腱付着部は側頭筋の機能圧により生じた応力 の集中がみられる部位であることが示唆された。

BMD は各計測点で有意差を認めなかった（図 ５）。過去の報告より，筋機能圧を低下または無効 にさせた実験動物がコントロールと比較されている が，い ず れ も BMD に 有 意 差 は 認 め ら れ て い な い

。また，前章で報告したようにヒト顎骨の咬 合圧による影響においても有意差が認められなかっ た

。このため，各種機能圧の影響を局所的に評

価することは BMD のみでは困難であることが考え られる。

一方で，BAp 結晶配向性は筋突起最頂部で高い 一 軸 優 先 配 向 性 を 確 認 し た（図６）。ま た，近 心 部，遠心部皮質骨で最頂部と異なる方向に優先配向 性がみられた。これまで同部位の結晶配向性を検索 した報告では，中性子線を用いて研究が行われてい

Ａに記載されている１−３においてそれぞれＢ−Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈは拡大像である。

Ａ 矢状断皮質骨全体像（H-E 染色）：骨髄腔は狭く厚い皮質骨構造を呈していた。付着する腱の走行 は X 軸および Y 軸方向の走行が認められた。

Ｂ 筋突起最頂部拡大像（H-E 染色）：黒矢印（Y 軸方向および X 軸方向への腱の走行が見られた）

Ｃ 筋突起最頂部拡大像（トルイジンブルー染色）厚い線維軟骨層が認められた。

Ｄ 白矢印：線維軟骨層中の軟骨細胞（トルイジンブルー染色）

Ｅ 近心部筋突起拡大像（H-E 染色）：黒矢印（Y 軸方向に腱の走行が見られた）＊（厚い線維性皮膜が 確認された）

図５ 筋突起皮質骨の骨密度（BMD）評価 縦軸に BMD 値（mg/cm^３），横軸に各計測点を示す。

各計測点間の BMD 値には，有意差を認めなかった。

３６０ 笠原，他：骨質解析を指標とした咀嚼筋−腱−顎骨の構造特性解明

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るが，側頭筋の筋付着方向に優先配向を示すという 全域的な報告にとどまっている

。一方で，微小領 域エックス線回折法では，筋突起最頂部は X 軸方 向に，その他の部位は Y 軸方向に配向性が認めら れ，大きく配向方向が異なっていた。このことか ら，筋突起は局所的な部位により側頭筋の付着方向 が異なり，側頭筋からの筋機能圧を伝達する腱の走

行方向に応じて，BAp 結晶もまた局所的に各方向 に優先配向したことが示唆された。

ヤング率は BAp 結晶の優先配向性に伴って測定 値の変化が確認され，特に筋突起最頂部で高値を認 めた（図７）。ヤング率をはじめとする力学的機能 は，BMD よりも BAp 結晶配向性と強い相関があ ることが報告されており

，本報告でも同様の傾

図６ BAp 結晶の優先配向性を表す X 軸，Y 軸，Z 軸における回折強度比 縦軸に回折強度比，横軸に各計測点を示す。

Ａ BAp 結晶の配向性解析を行った３つの直交軸を示す模式図

Ｂ−Ｄ X 軸，Y 軸，Z 軸方向の計測点間での優先的な BAp の c 軸配向の違いを表す。

筋突起の頂点である a 点では，X 軸方向に高い優先配向性を認めた。近心部，遠 心部皮質骨である b〜g 点では Y 軸方向に優先配向性を認めた。

Z 軸方向へのエックス線回折強度比は，各領域とも一様に低値であった。

: A 点に対するp＜０．０５，＊：２つの平均値の間のp＜０．０５

図７ X 軸，Y 軸，Z 軸方向におけるヤング率 縦軸にヤング率（GPa），横軸に各計測点を示す。

X 軸方向では，a 点で高いヤング率を認めた。また，Y 軸方向のヤング率が他の軸方向の ヤング率よりも高い傾向を認めた。

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向を示した。

以上の結果より，筋突起は側頭筋から加わる機能 圧を負担するために，局所的に腱−骨付着部のミク ロ構造特性を線維軟骨性の結合に最適化したうえ で，腱付着方向への高い骨質によって，高い力学機 能を有していることが示唆された（図８）。

おわりに

オーラルフレイルを構成する因子は複数存在し，

特に咬合や咀嚼機能の低下に代表される運動器機能 の低下が，不可逆的な要介護状態を惹起することが 考えられる。こうした顎口腔機能低下のメカニズム を解明するため，著者の研究グループは，「噛む 力」が顎骨の構造形態と深い相関が見られることに

図８ 筋突起の特殊な腱付着構造特性と BAp 結晶配向性

図９ マルチスケール構造解析例

３６２ 笠原，他：骨質解析を指標とした咀嚼筋−腱−顎骨の構造特性解明

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着目し，「顎骨の構造特性と力学機能の関連」を基 盤とした研究を推進している。また，骨の構造はマ クロ・ミクロ・メゾ・ナノレベルで大きく異なって おり，対象とする研究手法も異なる（図９）。マク ロ・ミクロスケールの構造的要素とメゾ・ナノス ケールの材質的要素の相互作用および力学機能との 関連解明は，顎骨の複雑なバイオメカニクスを究明 するためには急務であると考える。また，本項で紹 介した知見

を更に深めることにより，口腔機能維 持・向上に向けた方略を確立，提案できると考え，

将来的にはオーラルフレイル防止を目指した生体力 学的診断基準の規定やそれに基づいた骨診断，歯科 治療に貢献できる基礎的基盤になることを期待す る。

本研究は「文部科学省私立大学研究ブランディング事 業」および「JSPS 科研費１７K１７２１８」の助成を受けて行わ れた。

利益相反：本稿に関連し，開示すべき利益 相 反 は な い。

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Report by the Jaw Bone Disease Project

１７：Structural characterization of locomotorium of the stomatognathic system based on bone quality analysis

Masaaki K

，Satoru M

，Tomoko S

，Kei K

Kento O

，Shinichi A

，Masayuki H

１）Tokyo Dental College Research Branding Project

２）Department of Dental Materials Science, Tokyo Dental College

３）Department of Anatomy, Tokyo Dental College

４）Department of Histology and Developmental Biology, Tokyo Dental College

５）Department of Oral and Maxillofacial Radiology, Tokyo Dental College

Key words: Private University Research Project, the Jaw Bone Disease Project, Bone quality, Apatite crystallite orientation, Entheses

３６４ 笠原，他：骨質解析を指標とした咀嚼筋−腱−顎骨の構造特性解明

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