高磁場 MRI を用いたステロイド性大腿骨頭壊死症の病態解明と新規予防法の検討
京都府立医大大学院医学研究科
齊藤正純、藤岡幹浩、上島圭一郎、林運動器機能再生外科学

成樹、石田雅史、池上 徹、久保俊一

はじめにれることが多い 5)。本研究では、DCE-MRI

ステロイド性大腿骨頭壊死症の病態解を用いてステロイド投与後早期の大腿骨明および治療法の進歩には MRI が大きな内の血流を評価することを目的とした。

役割を果たしてきた。特発性大腿骨頭壊方法

死症の診断基準の一つである大腿骨頭内28 週齢以上の雄性日本白色家兎 9 羽のの MR T1 強調画像における band 像は本疾

右殿筋内にメチルプレドニゾロン(methy

患に特異的な所見である。われわれは腎lprednisolone: MPSL) 20mg/kg を単回注移植患者においてステロイド投与後最短射し、ステロイド性骨壊死モデルを作成

6 週で MR 画像上での band 像が確認できした 6)。

ることを報告した 1)。動物実験では、大MR 装置は Agilent 社製動物用横置き型

腿骨頭の阻血を発生させてから MRI で ba

MRI system、7.04T を使用した。家兎をnd 像が出現するまでの期間は 4 週であっイソフルラン吸入麻酔下に腹臥位とし、Mたと報告されている 2)。これらからステR 装置に固定した。撮像時期は、ステロ

ロイド性骨壊死では大腿骨内に骨壊死がイド投与前とステロイド投与後 1、5、10、発生する時期はステロイド投与後 2 週以14 日目とした。

内であると推察されている。動物モデル①DCEDCE-MRI
Spoiled gradient echo 法を用いた DCEを使用した最近の報告では、ステロイド投与後 3～5 日目から血管新生因子の発-MRI で両股関節と大腿骨骨幹部を含む画現が変化している 3)ことや酸化ストレスが発生している 4)ことが述べられている。
したがってステロイド投与後 2 週以内に像(図 1)を 40 回連続で撮像した。10 回目の撮像時に 0.2 mmol/kg の MRI 用造影剤(Gadolinium

骨壊死につながる阻血にかかわるイベントが起こっていると考えられる。しかし、実際にステロイド投与後早期の骨内の血Diethylenetriaminepenta-acetic Acid: Gd-DTPA)を外側耳静脈から投与した。大腿骨近位部の骨壊死好発部位に region of interest(以下 ROI)を流変化を評価することは困難であった。
MR 装置は同一個体に対して非侵襲的に、in vivo で繰り返し評価することができるため経時的な評価に有用である。血流評価を行うための撮像方法は dynamic contrast-enhanced MRI(DCE-MRI)が用いら24設定した(図 1)。

40 回連続で撮像した RI(t)の値を造影剤投与前の 10 回の a 相、造影剤投与直後に SI が増加しつつある時期の 15 回の b相と造影剤投与後定常状態となった 15回の c 相の 3 相に分けた(図 2b)。

図 1dynamic contrastcontrast-enhanced
MRI の画像:右大腿骨の骨壊死好発部位
右大腿骨の骨壊死好発部位:左大腿骨の骨壊死好発部位
図 2b timetime-signal intensity curveの評価
a.造影剤投与前a.
造影剤投与前 10 回

②評価方法
撮像開始時の信号強度(signal intensi
ty: SI)を基準に relative intensity(Rb.造影剤投与直後に造影剤投与直後
b.造影剤投与直後に造影剤投与直後の SI が増加しつつある時期の 15 回I)を次の式で算出した。
RI(t)=SI(t)/SI(0)c.造影後定常状態となった
c.造影後定常状態となった 15 回

(RI(t):時間ｔにおける relative intensity、Time-signal intensity curve から以下SI(t): 時間 t における SI、SI(0): 時の評価を行った。

間 0 における SI)

Ⅰ．Time signal intensity curve の経

この RI(ｔ)の値を経時的にプロットし時的な変化を確認した。て time-signal intensity curve を作成

Ⅱ．Enhancement ratio(ER)を c 相の RIした(図 2a)。

(t)の値の平均を a 相の平均で除算することで算出した。
Ⅲ．Initial slope(IS)として time sig
nal intensity curve の造影剤投与直後の傾きを算出した。
Ⅳ．Area under the curve(AUC)を b 相の RI(t)の値を総和することで算出した。
③統計学的評価
ER、IS と AUC において、ステロイド投図 2a timetime-signal intensity curve

与前の値とステロイド投与後 1 日目、5日目、10 日目および 14 日目の中で最小25となった値とを Wilcoxon signed-rank test で統計学的に比較した。
④組織学的評価
ステロイド投与後 14 日目に MRI を撮像した後、ペントバルビタールの過量投与により犠牲死とした。HE 染色の組織標本を大腿骨近位部の前額断で作製した。周囲の骨髄造血細胞壊死を伴う骨梁内骨細胞の空虚化と明らかな核濃縮、あるいは造血細胞と脂肪細胞がともに広範に壊死を生じている部位を骨壊死部位と定義した 7)。

結果
Ⅰ.Time-signal intensity curve の経時的な変化
代表的な個体の time signal intensity
curve の経時的な変化を提示する。
ステロイド投与後 5 日目にステロイド投与前と比較して造影剤投与後の信号強度が低下し、造影剤投与後のカーブの立ち上がりが緩やかとなった。この傾向はステロイド投与後 10 日目には消失し、14 日目にはステロイド投与前と同じレベルまで信号強度は改善した(図 3a-e)

図 3 a-e 代表的な個体のtime-signal intensity curve の変化
time26

Ⅱ．骨壊死好発部位の ER の変化
18 大腿骨中 3 大腿骨で ER が上昇したが、残りの 15 大腿骨で ER は低下した。ステロイド投与前と比較してステロイド投与後に ER は統計学的に有意に低下した(図4a)。最も低下した時期は、ステロイド投与後 1 日目が 5 大腿骨(28%)、5 日目が 5大腿骨(28%)、10 日目が 3 大腿骨(17%)で14 日目が 2 大腿骨(11%)であった。
Ⅲ．骨壊死好発部位の IS の変化
18 大腿骨中 2 大腿骨で IS が上昇したが、残りの 16 大腿骨で IS は低下した。ステロイド投与前と比較してステロイド投与後に IS は統計学的に有意に低下した(図4b)。最も低下した時期は、ステロイド投与後 1 日目が 4 大腿骨(22%)、5 日目が 6

図 4 a： ER の変化、b:の変化、b: IS の変化、
c: AUC の変化

大腿骨(33%)、10 日目が 2 大腿骨(11%)で14 日目が 4 大腿骨(22%)であった。

Ⅴ.組織学的評価
MRI を撮像した 9 羽 18 大腿骨の組織学

Ⅳ．骨壊死好発部位の AUC の変化
18 大腿骨中 3 大腿骨で AUC が上昇した的評価を行った。18 大腿骨中、1 大腿骨(9が、残りの 15 大腿骨で AUC は低下した。 羽中 1 羽)で骨壊死を認めた。骨壊死を認
ステロイド投与前と比較してステロイドめた大腿骨の ER、IS および AUC はステロ

投与後に AUC は統計学的に有意に低下しイド投与後 5 日目に低下していた。ER とた(図 4c)。最も低下した時期は、ステロ

IS の低下の程度は 18 大腿骨中 3 番目で、イド投与後 1 日目が 5 大腿骨(27%)、5 日AUC の低下の程度は 2 番目であった。

目が 5 大腿骨(27%)、10 日目が 2 大腿骨(11%)で 14 日目が 3 大腿骨(17%)であった。

考察MRI を用いた血流評価には DCE-MRI が用いられることが多い。評価方法としては、
ER、IS、AUC、relative signal intensi
ty、time to peak enhancement や washo
ut slope などがあげられている。これらの値に関して、検者間差や motion artif
act などの影響が関与するため、一つのパラメータだけでは正確な事象を説明することができないと考えられる。したが27

って、複数のパラメータで総合的に判断謝辞すべきであると報告されている 5)。その研究は財団法人日本股関節研究振興財

ため本研究ではこれらの中から ER 、IS団の平成 24 年度研究助成により行いまと AUC の 3 つのパラメータを併用して評した。財団法人日本股関節研究財団に深価した。骨壊死好発部位において、ステ謝いたします。

ロイド投与後に 3 つのパラメータともに参考文献統計学的に有意に低下していた。3 つの1.

パラメータすべてで低下しているため、実際に血流が低下している可能性が高いと考えた。多くの大腿骨において 14 日目までに血流が低下しており、半数以上は10 日目までに血流が低下していた。
過去の報告でステロイド投与後 3 日目

2.に骨内に vascular endothelial growthfactor（VEGF）が発現していること 3)や、ステロイド投与後 5 日目までに DNA の酸化障害が生じる 4)ことが述べられている。
今回の結果では 10 日目までに半数以上の大腿骨で血流が低下しており、これま3.

でに報告されているステロイドの生体への影響が出現する時期に実際に血流が低下していることを証明できた。
DCE-MRI を用いた今回の研究手法は、ステロイド性骨壊死の病態解明だけでなく、予防法や治療法の開発にも応用可能であると考える。骨壊死予防効果をもつ薬物

4.

療法や物理療法が血流にどのような影響を与えているかを in vivo で経時的に確認することが可能である。したがって、本研究は今後のステロイド性骨壊死の予防法研究に大きな役割を果たすことが期待できる。
5.

結語
DCE-MRI を用いてステロイド投与後早期の大腿骨内の血流変化を評価した。ステロイド投与後早期に骨内の血流低下を生じていることが明らかになった。

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