2019 年度研究助成報告書

超音波フォノフォレーシスによる運動器慢性疼痛の予防効果に関する実験的研究

1

そこで，本研究では，ラット膝関節炎モデルの急性期に適用する超音波フォノフォレーシスが腫脹や痛みにおよぼす影響について検討し，運動器慢性疼痛の二次予防戦略の確立に寄与する基礎データを提示することを目的

1）
2）
3）
2）
4）
佐々木遼（PT），坂本淳哉（PT），大賀智史（PT）
，
3）
5）

2）
6）とした。

3）

本田祐一郎（PT） ，片岡英樹（PT） ，沖田 実（PT）

対象と方法
1）

十善会病院リハビリテーション科

2）

1．実験動物長崎大学大学院医歯薬学総合研究科医療科学専攻運8 週齢の Wistar 系雄性ラット 60 匹を用い，3％カラゲニン・カオリン混合液 300 µ l を右側膝関節に投与し，動障害リハビリテーション学分野
3）

長崎大学生命医科学域・保健学系

関節炎を惹起した後に，1）関節炎群（AR；n = 12），

4）2） ジ ク ロ フ ェ ナ ク 群（DIC；n = 12），3）LIPUS 群

5）（LIPUS；n = 11），4）フォノフォレーシス群（PhP；n6）= 13），5）疑似処置として同量の生理食塩水を投与する

日本赤十字社長崎原爆病院リハビリテーション科部
長崎大学病院リハビリテーション部
長崎記念病院リハビリテーション科

対照群（CON；n = 12）の 5 群に振り分けた。各個体にキーワード：関節炎，低強度パルス超音波，超音波フォノフォレーシス

対する以下の介入は，起炎剤投与 1 〜 7 日後まで毎日実施した。なお，本研究は長崎大学動物実験委員会に実験計画書を提出し，承認（承認番号：1510051250）を受け背景た後に，長崎大学先導生命科学センター・動物実験施設

骨折後の複合性局所疼痛症候群（CRPS）や各種外科術後の遷延性疼痛など，運動器慢性疼痛は組織損傷に起因する急性痛を発端とすることが多い。そのため，急性を利用して行った。
2．NSAIDs の経皮投与の方法
先行研究5）を参考に，ジクロフェナク群およびフォ痛のマネジメントとしては早期からの疼痛管理を目的にノフォレーシス群の各ラットに対し，麻酔下にて 1 日 1

非ステロイド性抗炎症鎮痛剤（以下，NSAIDs）をはじ

回ボルタレンゲル 1％（Novaltis Pharma 社）を患部で1）。しかし，高齢者ある右膝関節周囲の皮膚に 0.4 g 塗布した。なお，塗布では腎機能障害や消化器系疾患，循環器系疾患を併発しした薬剤の経口摂取を防ぐため，塗布後はエリザベスカていることが多く，そのような対象者では NSAIDs のラーを装着して飼育した。

投与量が限定的となり，効果が十分に得られないことが3．超音波療法の実施方法

めとした薬物療法が第一選択となる多い。そして，このようなケースでは痛みを回避するた

LIPUS 群およびフォノフォレーシス群の各ラットに対めに身体活動を制限して様々な行動を避けるようになし，麻酔下にて LIPUS を照射した。具体的には，オスり，結果として，新たに不活動性疼痛も惹起され，慢性テオトロン V（伊藤超短波株式会社製）を用い，周波数疼痛に発展するといった悪循環に陥るリスクが高まって

1.5 MHz，強度 60 mW/cm ，Duty Cycle 1：4 の条件で，しまう2）。そのため，薬物療法と併用することで急性痛2

1 日 1 回 10 分間，右膝関節外側部に LIPUS を照射した。

を早期に軽減できる理学療法学的介入のエビデンスを構

超音波媒介物質には市販の超音波ゲルを採用した。

築することは急務であるといえる。

4．超音波フォノフォレーシスの実施方法

一方，組織損傷の急性期から適用される物理療法のひ

超音波フォノフォレーシス群のラットに対しては，前とつに超音波療法があり，これには炎症反応の早期鎮静述の方法でボルタレンゲルを塗布した直後に，その直上効果

3）に加えて，薬物の経皮浸透を促進するフォノフォ
4）から LIPUS を照射することで実施した。LIPUS の照射があることから効果的なドラッグデリ

条件は LIPUS 群と同様とした。なお，ゲル基材を用いバリーシステムのひとつとして注目されている。つまた薬剤を採用したため，超音波ゲルは採用しなかった。

り，超音波療法には NSAIDs の塗布剤と併用すること

5．膝関節の腫脹の評価

レーシス効果で前述した薬物療法の限界を補填できる可能性があり，膝関節の腫脹はノギスを用いて右側膝関節の内外側裂急性痛の効果的なマネジメント戦略になりうる可能性が隙間の横径を測定することで評価した。測定は，起炎剤ある。しかし，先行研究では急性痛に対する効果につい投与後 8 日目まで毎日行った。て一定の見解は得られておらず，その生物学的効果も明6．膝関節の圧痛閾値の評価らかになっていない。組織損傷後の急性痛に対する超音

膝関節の圧痛閾値は Randall-Selitto 式鎮痛効果測定装

波フォノフォレーシスの効果を明らかにすることができ

置を用いて右側膝関節の外側裂隙部に圧刺激を加え，逃れば，急性痛を発端とした運動器慢性疼痛の二次予防戦避反応が出現する荷重量を測定することで評価した。加略に資する薬物療法とのコンビネーションプログラムに圧速度は 48 g/s とし，7 回測定したデータから最大値となり得るのではないかと考えている。

最小値を除外した 5 回の平均値をデータとして採用した。

22019 年度研究助成報告書

図 1 膝関節の腫脹の変化
各群における膝関節の横径の経時的な変化を示す．CON ＝対象群，AR ＝関節炎群，DIC ＝ジクロフェナク群，LIPUS ＝LIPUS 群，PhP ＝フォノフォレーシス群．* ＝対象群との有意差（p<0.05）．# ＝関節炎群との有意差（p<0.05）．†＝ジクロフェナク群との有意差（p<0.05）．‡＝ LIPUS 群との有意差（p<0.05）．

図 2 膝関節の圧痛閾値の変化
各 群 に お け る 膝 関 節 の 圧 痛 閾 値 の 経 時 的 な 変 化 を 示 す．
CON ＝対象群，AR ＝関節炎群，DIC ＝ジクロフェナク群，LIPUS ＝ LIPUS 群，PhP ＝フォノフォレーシス群．* ＝対象群との有意差（p<0.05）．# ＝関節炎群との有意差（p<0.05）．
†＝ジクロフェナク群との有意差（p<0.05）．‡＝ LIPUS 群との有意差（p<0.05）．

7．膝関節の炎症の組織学的評価
起炎剤投与後 8 日目に，深麻酔下で右膝関節を採取し，マクロファージのマーカーである CD68 に対する免疫組織化学的染色を実施し，滑膜における単位面積あたりのCD68 陽性細胞数を算出した。
8．統計解析
膝関節の圧痛閾値については，一元配置分散分析を適用し，事後検定には Scheﬀe 法を採用した。CD68 陽性細胞数については Kruskal-Wallis 法を採用し，事後検定には Steel-Dwass 法を用いた。統計解析には SPSS を用い，有意水準は 5% とした。
結果

1．膝関節の腫脹の変化（図 1）
起炎剤投与後 2 日目以降，ジクロフェナク群，LIPUS群，フォノフォレーシス群はいずれも関節炎群より有意に低値を示した。また，起炎剤投与後 6 日目以降，フォ図 3 膝関節の滑膜の単位面積あたりの CD68 陽性細胞数
各群における起炎剤投与後 8 日目の膝関節の滑膜における単位面積あたりの CD68 陽性細胞数を示す．CON ＝対象群，AR＝関節炎群，DIC ＝ジクロフェナク群，LIPUS ＝ LIPUS 群，
PhP ＝フォノフォレーシス群．* ＝対象群との有意差（p<0.05）．
# ＝関節炎群との有意差（p<0.05）．†＝ジクロフェナク群との有意差（p<0.05）．

ノフォレーシス群は LIPUS 群よりも有意に低値を示し，7 日目には対照群との間に有意差を認めなかった。

CD68 陽性細胞は，対照群と比べて有意に高値を示した。

2．膝関節の圧痛閾値の変化（図 2）

次に，関節炎を惹起した 4 群をみると，ジクロフェナク

起炎剤投与後 2 日目以降，ジクロフェナク群，LIPUS群，LIPUS 群，フォノフォレーシス群はいずれも関節群，フォノフォレーシス群はいずれも関節炎群より有意炎群と比べて有意に低値を示し，フォノフォレーシス群に高値を示した。また，フォノフォレーシス群は起炎剤はジクロフェナク群と比べて有意に低値を示した。

投与後 2 日目以降，ジクロフェナク群や LIPUS 群よりも有意に高値を示し，7 日目には対照群との間に有意差考察を認めなくなった。なお，ジクロフェナク群と LIPUS

本研究では，ラット膝関節炎モデルの急性期に適用す群の推移には実験期間を通して有意差を認めなかった。

る超音波フォノフォレーシスが腫脹や痛みにおよぼす影3．膝関節の滑膜の単位面積あたりの CD68 陽性細胞数響について検討した。

（図 3）
関節炎を惹起した 4 群における単位面積あたりのまず，NSAIDs および LIPUS の単独適用の効果についてみると，ジクロフェナク群と LIPUS 群の患部の腫2019 年度研究助成報告書

脹ならびに圧痛閾値は関節炎群のそれらと比べて有意にまと3め改善していた。また，滑膜の単位面積あたりの CD68 陽

本研究では，ラット膝関節炎モデルの急性期に適用す性細胞数について，ジクロフェナク群と LIPUS 群は関る超音波フォノフォレーシスが腫脹や痛みにおよぼす影節炎群と比べて有意に減少していた。つまり，本研究の響について検討した。その結果，NSAIDs を用いた超音条件における NSAIDs および LIPUS の単独の適用は，波フォノフォレーシスは NSAIDs および LIPUS を単独

ラット関節炎モデルの患部の腫脹と痛みの軽減に有用でで適用するよりも患部の腫脹や痛みを早期に軽減するこあったといえる。とが示唆された。今後は，超音波フォノフォレーシスに周知のように，NSAIDs は，炎症性疼痛の発生機序のよる抗炎症・鎮痛効果の生物学的機序についても検討を一端であるアラキドン酸カスケードにおけるシクロオキ

進め，急性痛を発端とした運動器慢性疼痛の二次予防戦シゲナーゼ（COX）-2 の活性を阻害するとともに，マク略としての有用性を示すエビデンスの構築につなげたい。

ロファージの集積を抑制することで抗炎症・鎮痛効果をもたらす。一方，LIPUS に関する先行研究を概観する

文と，ラット関節炎モデルの急性期に LIPUS を適用する

1）da Costa BR, Reichenbach S, et al.: Eﬀectiveness of nonsteroidal anti-inflammatory drugs for the treatment ofpain in knee and hip osteoarthritis: a network metaanalysis. Lancet. 2017; 390: e21‒e33.
2）Vlaeyen JW, Linton SJ: Fear-avoidance and its consequencesin chronic musculoskeletal pain: a state of the art. Pain.
2000; 85: 317‒332.
3）Yan JH, Kim TY, Lee JH, et al.: Anti-hyperalgesic andanti-inﬂammatory eﬀects of ketorolac tromethamine gelusing pulsed ultrasound in inflamed rats. Arch Pharm
Res. 2008; 31: 511‒517.
4）Zhao YZ, Du LN, et al.: Potential and problems inultrasound-responsive drug delivery systems. Int J
Nanomedicine. 2013; 8: 1621‒1633.
5）Hsieh YL: Effects of ultrasound and diclofenac phonophoresis on inflammatory pain relief: suppression ofinducible nitric oxide synthase in arthritic rats. Phys
Ther. 2006; 86: 39‒49.
6）Chung JI, Min BH, et al.: Effect of continuous-wave
low-intensity ultrasound in inflammatory resolution ofarthritis associated synovitis. Phys Ther. 2016; 96: 808‒817.と，組織では好中球のクリアランスが促進され，これによりマクロファージの浸潤が減少することが示されている

6）。これらの知見に基づくと，ジクロフェナク群とLIPUS 群では，それぞれ NSAIDs と LIPUS を適用したことでマクロファージの集積抑制といった組織学的な炎症が軽減され，患部の腫脹や痛みが早期に改善したのではないかと推察される。
次に，超音波フォノフォレーシスの効果についてみると，フォノフォレーシス群の患部の腫脹および圧痛閾値はジクロフェナク群および LIPUS 群のそれらと比べて有意に改善していた。また，滑膜における単位面積あたりの CD68 陽性細胞数について，フォノフォレーシス群はジクロフェナク群と比べて有意に減少していた。つまり，これらの結果は，関節炎の急性期に NSAIDs を用いた超音波フォノフォレーシスを適用すると，NSAIDsや低強度パルス超音波を単独で適用するよりも患部の組献織学的な炎症が早期に軽減し，腫脹や痛みの改善が促進

発表実績される可能性を示唆しているといえる。超音波フォノ

1）佐々木遼，坂本淳哉，大賀智史，竹下いづみ，石川空美子，
西本貴思，本田祐一郎，小泉徹児，沖田 実：ラット膝関節炎の急性期に対するジクロフェナクを用いた低強度パル
ス超音波フォノフォレーシス療法が腫脹や痛みにおよぼす影響．第 41 回日本疼痛学会（名古屋），2019 年 7 月 12 日
〜 7 月 13 日．
2）Sasaki R, Sakamoto J, Kondo Y, Oga S, Takeshita I,Honda Y, Okita M: Therapeutic effect of low-intensity
pulsed ultrasound phonophoresis with diclofenac in theacute phase of carrageenan-induced arthritis in rats．
11th Congress of the European Pain Federation (Valencia,Spain), September, 4-7, 2019．
3）佐々木遼，坂本淳哉，大賀智史，竹下いづみ，沖田 実：
ジクロフェナクを用いた低強度パルス超音波フォノフォ
レーシス療法がラット膝関節炎の急性期の腫脹や痛みにおよぼす影響．第 24 回日本ペインリハビリテーション学会学術大会（名古屋），2019 年 9 月 21 日〜 9 月 22 日，全国的な学会．
4）佐々木遼，坂本淳哉，大賀智史，竹下いづみ，本田祐一郎，小泉徹児，沖田 実：超音波フォノフォレーシスがラット膝関節炎モデルの腫脹や痛みにおよぼす影響．第 27 回日
本物療法学会学術大会（東京），2019 年 10 月 19 日〜 10月 20 日．

フォレーシスについては，キャビテーションやマイクロストリーミングといった物理的特徴によって細胞膜の透過性亢進といった生物学的作用が得られ，その結果，薬剤の浸透性が高まると考えられている

4）。つまり，フォノフォレーシス群ではジクロフェナク塗布後に LIPUSを照射したことで薬剤の浸透が促進されたことでマクロファージの集積抑制効果が高まり，その結果，それぞれを単独で適用するよりも患部の腫脹と痛みが早期に改善したのではないかと推察される。
た だ， 本 研 究 で は， 薬 剤 の 経 皮 浸 透 が 促 進 されたことで抗炎症・鎮痛効果が得られたことを裏づけるデータを得るには至っていない。一般に，NSAIDs はCOX-2 の働きを阻害することでプロスタグランジン（prostaglandin: PG）E2 の合成を抑制し，抗炎症・鎮痛作用を発揮するとされている。つまり，滑膜におけるCOX-2 や PGE2 の発現状況を検索することで NSAIDsの浸透性について推察することが可能であり，今後はこれらの点について検討を進める必要がある。