博士（医学）于
学位論文題名浜生

不安定性腰椎に対する椎弓根スクリュー使用の後側方固定および後方進入椎体間固定の生体力学的検討
学位論文内容の要旨
I．緒言
腰 椎 後 方 再 建 法 は 椎 弓 根 ス ク リ ュ ー （ pedicle screw： 以 下 PS） 使 用 の 後 側 方 固定（ posterolat
eralfusion：以下 PLF）が 一般的 である． 良好な 骨癒合率 の一方で ，スク リ
ユ ー の早 期 折 損， 矯 正 損失 jお よぴ 偽 関 節発 生 の 報 告も 少なくな い．近 年，前方 支持性の再 建 とよ り 高 い脊 柱 剛 性を 目 的 とし ， 椎 体間 cage
使 用 の後方進 入椎体 間固定（ posteriorlumbarinterbodyfusi
on： 以 下PLIF） が 普 及し て い る． しかし ，高い剛 性の脊柱 再建は ，隣 接 椎間 に よ り大 き い 応カ をおよ ぽし， 早期変性 を起こ す可能性 がある ．したが って，腰椎 不 安定 性 が 再建 脊 柱 の剛 性 と 固定 イ ン プラ ン ト へ の応カ に与える 影響， PLF
およ ぴP
LIFに よ る隣 接 椎 間へ の 影 響の 解明は ，異な る不安定 腰椎に 対する再 建法選 択の上で 重要な意
味 を持 っ て いる ． し かし ， 現在 ま で これ に 関す る 生 体力 学 的研 究 の 報告 は な い・
本研 究 の 目的 は ， 異な る 不 安定 性 腰 椎に 対 す る P
LFおよび PLI
Fによる 再建脊柱 の剛性 ，固 定 イン プ ラ ント の 応 力， およぴ 隣接椎 間へのカ 学的影 響を比較 し，PLIFを 必要とす る腰椎の 不安定性 を検討 すること である ．
H．材料と 方法
新鮮 仔牛屍体 腰椎（ 週齢8−10週， L3−L6）10個 を使用し た．椎間 板，靭 帯を温存 し，傍脊 柱 筋群 を 除 去し た ． 検体 を負荷 装置に 固定した 際，L4−L5椎間板が 水平と なるよう にL3と L6
椎 体 を 自動 車 修 理用 バ テでマ ウントし た．L4−L5が固定椎 間，L3−L4とL5―L6が 上下隣接 椎間であ る3椎間モデ ルとした ・
健常 脊 柱 の試 験 後 ，L4−L5
椎 間の後 方・前方 要素に 段階的に 損傷を 加えて不 安定モデ ルを 作 製 し ， TSRHspinalsyste皿 と Brantigancarbo
ncageを 用 い ，五 種 類 の脊 柱 再 建を 行った ：◎健常 脊柱十 P
S固定群， ◎両側 内側椎間 関節切 除（棘上 ・棘間靭帯，椎弓の一部 ，お よ ぴ椎 間 関 節内 側 1／2の 切除） 十P
S固定群 ，◎両 側全椎間 関節切除 十PS
固定 群，＠椎 間板 部 分切 除 （ L4− L5
椎 間 の後 縦靭帯 と後方線 維輪の 切離，お よび髄核 の全摘 出）十PS
固定群 ， ◎椎 間 板 部分 切 除 十PS固 定／ cag
e併 用 群 ．＠ 〜 ＠は 異なる不 安定性 腰椎に対 するPL
Fを， ◎はPLIFを 想定した 再建であ る．
刺入 さ れ たス ク リ ュー 基 部 の上 下 面 とロ ッ ド 中 央部 の 前 後面 に 一 対の 単 軸 ひず みゲージ（Aと B） を貼 付 し た． L3ーL4お よび L4− L
5前 方 にextens0皿eterを設置し ，椎間 変位を測 定 し た ． ひ ず み ゲ ー ジ お よ ぴ extens0恥 terの 出 カ を コ ン ピ ュ ー タ ー で 記 録 し た ．
モ ー メ ン ト 負 荷 装 置 を 用 い て ， 各 群 に 前 後 屈 試 験（ 荷 重 量土 6Nm） を 行 った ． 土 6Nm
負 荷 時の 椎 間 変位 （ mm） ， スクリ ユーおよ ぴロッド のひず み量（ル と）に より，固 定椎間（L4−L5）の剛 性値〔〓 6（Nm） ／椎間 変位（mm）〕，スクリューおよぴロッドの曲げひずみ量〔 ＝1ひ ずみ量 （A） ―ひずみ 量（B）1／2〕，上位隣接椎間（L3−L4）の変位（前後屈運動― 546―の中間位から荷重時の椎間変位）を算出し比較した．統計処理には反復測定分散分析とFisher sPLSDを用い，危険率5％未満を有意と判定した．
III．結果1．固定椎間（L4−L5）の剛性値：前・後屈試験とも，椎間板部分切除十PS固定群を除く他の再建群の剛性値は，健常脊柱群に比し有意に高かった．健常脊柱十PS固定，両側内側椎間関節切除十P
S固定，および両側全椎間関節切除十PS固定の3群間に有意差はなかった・
しかし，この3群に比し，椎間板部分切除十PS固定群の剛性値は有意に低かった．椎間板部 分 切 除 十 PS固 定 7cage併用 群の 剛性 値は 他の すべ ての群 に比 し有 意に 高か った ．
2．スクリューおよびロッドの曲げひずみ量：スクリューおよぴロッドの曲げひずみ量を左右2本のスクリューおよぴロヅドの曲げひずみ量の平均値で表した．前・後屈試験時のスクリューおよびロッドの曲げひずみ量において，健常脊柱十PS固定，両側内側椎間関節切除十PS固定，およぴ両側全椎間関節切除十PS固定の3群間に有意差はなかうた．しかし，この3群に比し，椎間板部分切除十PS固定群のスクリューおよぴロッドの曲げひずみ量は有意に大きかった．椎間板部分切除十PS
固定/c age併用群のスクリューおよびロッドの曲げひずみ量は，他のすぺての群に比し有意に小さかった．
3．上位隣接椎間(L3−L4）の変位：前・後屈試験とも，すべての再建群は健常脊柱群に比し有意に大きな変位を上位隣接椎間にもたらした．椎間板部分切除十PS固定/c age併用群の上位隣接椎間の変位は，健常脊柱十PS固定群を除く他の再建群に比し有意に大きかった．
IV．考察
PSを使用した脊柱再建にはインプラント折損，矯正損失，偽関節，およぴ隣接椎間の変性脊柱管狭窄症の発生などの問題が伴い，いずれも治療成績の悪化を招く．これらの問題の解決には，充分な初期剛性の獲得とともにインプラントや隣接椎間ヘ過大な応カの回避が必要である；・
本実験では，再建脊柱の剛性とスクリューおよびロヅドの曲げひずみ量において，健常脊柱十PS固定，両側内側椎間関節切除十PS固定，および両側全椎間関節切除十PS固定の3群間に有意差はなかった．健常脊柱に対するPS使用のPLFは，脊柱配列を保持，骨癒合を獲得，インブラント折損を回避する充分なカ学的特性を有するといえる．したがって，脊柱前方の支持性が保たれていれぱ，手術操作による両側内側または全椎間関節切除を行った不 安定 脊柱 に対 し， PS使 用の PLFは カ学 的に 充分であり，PLIFの必要性は少ない．
一方，椎間板部分切除十PS固定群では，健常脊柱十PS固定，両側内側椎間関節切除十PS固定，および両側全椎間関節切除十PS固定の3群に比し，再建脊柱の剛性が低く，スクリューおよびロッドの曲げひずみ量が著しく増大した．この結果は脊柱前方の支持性が損なわれた場合，PS使用のPLFでは充分な脊椎安定性が得られず，かつ後方インプラントに過大な負荷が加わることを示唆する．さらに，この結果は前方支持性が破綻した例に，PS固定によるPLFではインプラント折損，前弯損失およぴ偽関節の発生率が高い臨床報告を裏付ける．
本研究では，PS固定と椎体間cageの併用は，すべての再建法のうち，再建脊柱の剛性が最も高く，スクリューおよぴロヅドのひずみ量が最も低いことを示した．前方支持性が損なわれた例に対し，PLFはカ学的に限界があり，前方支柱再建としてのPLIFを選択すべきであると考える・
脊椎固定術が隣接椎間における可動域の増大，椎間板や椎間関節の応力増大をもたらすことは，過去の生体力学実験により証明されている．また，このようなカ学的変化が隣接椎間の早期変性をもたらすとin vivoの実験で示されている．本実験では，PLIFはPLFと比較し，隣接椎間に大きい変位をもたらし，早期変性の危険性を高めることを示唆する．
PL
Fで対処できる症例にはPLIFを用いるぺきではないであろう．
本実験の結果をふまえ，さまざまな不安定性腰椎に対する適切な再建法の決定の鍵は，― 547 ‑

その前方支持性の評価にある．そのため，腰椎変性疾患における前方支持性の評価法の早期確立が重要であると考える．

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学位論 文審査の要旨
主 査 教 授 三 浪 明 男
副 査 教 授 安 田 和 則
副 査 教 授 渡 邉 雅 彦

学 位 論 文 題 名

不安 定性腰椎 に対す る椎弓根スクリュー使用の後 側方固 定および 後方進 入椎体間 固定の生体力学的検討

椎 弓 根 ス ク リ ュ ー （ 以 下 PS)使 用の 後側 方固 定（ 以下 PLF)お よぴ 後方 進入 椎体 間固 定（ 以下PLIF)が腰 椎後 方経由の再建法としてよ く用いられている。しかし、様々な腰椎不安定性に対す る両固定術の使い分け、および両固定術による 隣接椎間へのカ学的影響にっいてはまだ明らかではない 。 本 研 究 の 目 的 は 、 異 な る不 安 定性 腰椎 に対 する PS使 用の PL
Fお よび P
LIFによ る再 建脊 柱の剛性、固定インブラントの応力、および隣接 椎間へのカ学的影響を比較し、PLIFを必要とする腰椎の不安定性を検討することである。新鮮仔牛屍体腰椎（週齢8‑10週，L3‑L6)10個を使用した。LA‑L5が固 定椎 間、 L3‑IAとL5‑L6が上 下 隣接 椎間 である3椎間モデルとし た。健常脊柱の試験後、L
A‑L5椎間 の 後方 ・前 方要 素に 段階 的に 損傷 を加 えて 不安 定モ デル を 作製 し、 TSRH spinal systemとBrantig
an carbon cageを用い、五種類の脊柱再建を行った：＠健常脊柱十PS固定群、＠両側内側椎間関 節切 除十 PS
固 定群 、◎ 両側 全 椎間 関節 切除十PS固定群、＠椎間板部分切除十PS固定群、◎ 椎間 板 部 分 切 除 十 PS固 定 /cage併 用 群 。 ＠ 〜 ＠ は 異 な る 不 安定 性腰 椎に 対す るPLFを、 ◎は PLIFを想定した再建である。スクリュー基部の上 下面とロッド中央部の前後面に一対の単軸ひずみゲー
ジを 貼付 し、 イン プラ ント のひ ず み量 を測 定した。L3‑
LA
およぴIA‑
L5
前方にextensometerを設 置し、 椎間 変位 を測 定した。純粋モーメント負荷装置を用いて、各群 に前後屈試験（荷重量土6 Nm)を行い、固定椎間(LA‑L5)の剛性値、スクリューおよびロッドの曲げひずみ量、上位隣接椎間(L3−IA)の変 位を 算出 し比 較し た。 統計 処 理に は反 復測定分散分析とFisher，sPLSDを用い、危険率5％未満を有意と判定した。再建脊柱の剛性とスク リューおよぴロヅドの曲げひずみ量において、健常脊
柱十 PS
固 定、 両側 内側 椎間 関節 切 除十 P
S固 定、 およ び両 側全 椎間 関節 切除十P
S固定の3群間に 有意差はなかった。この結果より、脊柱前方の 支持性が保たれていれば、手術操作による両側内側または 全椎 間関 節切 除を 行っ た不 安 定脊 柱に 対し 、PS使用 のPLFはカ 学的に充分であり、PLIFの必要性 は少 ない と考 えら れた 。一 方 、椎 間板 部分切除十PS固定群では、健常脊柱十PS固定、両側 内側椎 間関 節切 除十 PS
固 定、 およ び 両側 全椎 間関 節切 除十 P
S固 定の 3群に比し、再建脊柱の剛性 が低く、スクリューおよびロヅドの曲げひずみ 量が著しく増大した。この結果は脊柱前方の支持性が損な われ た場 合、 PS
使 用の PLFで は充 分な 脊椎 安定 性が 得ら れ ず、 かつ後方インプラントに過 大ー549―

な 負荷が 加わる ことを示 唆する 。さらに 、この 結果は前 方支持性 が破綻 した例に 、PS固定 によるPLF
で はイン プラント 折損、 前弯損失 および 偽関節の 発生率が 高い臨 床報告を裏付ける。本研究では 、PS固 定と椎体 間cageの併 用は、す べての 再建法の うち、再 建脊柱 の剛性が 最も高 く、スク リユーお よびロ ッドのひ ずみ量 が最も低 いこと を示した 。前方支 持性が 損なわれた例に対し、PLFはカ 学的に 限界が あり、前 方支柱 再建とし てのPL
IFを 選択すべ きであ ると考え られた 。脊椎固 定術が隣接 椎間に おける可 動域の 増大、椎 間板や 椎間関節の応力増大をもたらすことは、過去の生体力学実験 により 証明され ている 。また、 このよ うなカ学的変化が隣接椎間の早期変性をもたらすとinvivoの 実験 で 示 さ れて い る 。本 実験で は、PLIFはPLFと比 較し、 隣接椎間 に大き い変位を もたらし 、早 期 変 性の 危 険 性 を高 め るこ とを示唆 する。 PLFで対 処でき る症例に はPLIFを用 いるべき ではナょいと考えられた。゛本実験の結果をふまえ、様々な不安定性腰椎に対する適切な再建法の決定の鍵は、 その前 方支持性 の評価 にある。 そのた め、腰椎変性疾患における前方支持性の評価法の早期確立が重要であると考えられた。
審査 にあたり 、副査渡 邉教授 から腰椎 を用い た本研究の結果を他の脊椎部位、小児や老人などの違う年齢層、およぴ変性疾患の以外の脊椎外傷や腫瘍ナょどに適用することができるかについて、副査 安田教 授から 実験後期 に椎弓 根スクリ ューの 固定性が 悪くなる 可能性 と荷重量 6 Nmの選択 の理
由につ いて、 また、主 査三浪 教授から 本実験 に用いたケージと現在臨床に使用されている他のケージの差 につい ての質問 があっ た。申請 者はこ れらの質問に対して自己の研究結果と文献的知識に基づいて適切に回答した。
以 上 、 本研 究 は 腰 椎不 安 定 性に対 するPLFおよび PLI
Fによる 再建脊柱 の剛性や 隣接椎 間へのカ学的影 響に関 する独創 的な研 究であり 、今後 この研究成果が様々な不安定性腰椎に対する適切な再建法の選択に応用されると期待される。
審査員 一同は これらの 成果を 高く評価 し、大 学院課程における研鑚や取得単位なども併せ申請者が博士（医学）の学位を受ける資格を有するものと判定した。

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