平成 29 年度研究助成報告書

1

炎症を標的とした新たな関節拘縮治療の試み
─歩行運動と LLLT の併用効果─

2．関節固定および治療介入

金口瑛典（PT）1），小澤淳也（PT）2），南本健吾（PT）3）

行群および歩行 + LLLT 群には，1 日もしくは 7 日間の全てのラットの右膝は，キルシュナー鋼線と合成樹脂を用いて屈曲 140°で 3 週間固定した。3 週間後，固定を解除し，固定群はすぐに解析を行った。自然回復群，歩回復期間を設けた。その期間中，歩行群には固定解除

1）

医療法人あずさ会

2）

広島国際大学3）

広島国際大学大学院

森整形外科

リハビリテーション科

した日から 12 m/ 分のトレッドミル歩行を毎日 60 分間行った。歩行 + LLLT 群には，同条件で運動を行った後，総合リハビリテーション学部

リハビリテーション学科

半導体レーザー治療器（FINE LASER EL-800, パナソニックヘルスケア）を用いて右膝関節に LLLT（波長医療・福祉科学研究科

医療工学専攻830 nm，出力 150 mW，照射時間 60 秒 / ポイント，ポイント数 2）を行った。自然回復群には回復期間中，介入を行わなかった。

キーワード：関節拘縮，運動，炎症
3．関節可動域の測定
背景

実験期間終了後，麻酔下で 14.6 Nmm の膝伸展モー

骨折や靭帯損傷後の治療として用いられる関節固定は，副作用として関節拘縮を引き起こす。固定後に生じメントを加えた状態で膝屈筋群切断前後の可動域を測定した。

る関節拘縮には，筋に起因する拘縮（筋性拘縮）と関節構成体に起因する拘縮（関節性拘縮）が関与する 1）。固4．組織学的解析

定により生じた関節拘縮を改善するために，固定解除後膝関節から 4 μ m 厚の矢状断パラフィン切片を作製

早期より積極的に関節を動かすことが重要と考えられてし，アルデヒドフクシンマッソンゴールドナー染色をいる。実際に，ラット足関節固定モデルで生じた関節拘行った。後方関節包を 20 倍で撮影し，ImageJ（National2）。一Institutes of Health）を用いてコラーゲンを示す緑に染方，運動が関節拘縮の改善に悪影響を及ぼすことも報告

色された面積の割合を算出し，コラーゲン密度とした。

縮の回復は，トレッドミル運動により促進されるされている。我々は，ラット膝関節の固定解除後，関節包で炎症と線維化が生じ，それに伴い関節性拘縮が悪化すること

5．遺伝子発現の解析

3），この関節性拘縮の悪化はトレッドミル運動により促進されることを報告した

4）。これらの結果は，

パラフィン切片から後方関節包を採取し，RNeasy
FFPE Kit（QIAGEN）を用いて total RNA を抽出した。

固定解除後の運動は，筋性拘縮の改善には有効ではあるSuperScript III（Invitrogen） を 用 い て cDNA に 逆 転が，関節性拘縮には悪影響を及ぼすことを示唆する。

写後，インターロイキン -1β （IL-1β ），トランスフォー

固定解除後に生じる炎症と線維化は，拘縮治療の新たミング増殖因子 -β 1（TGF-β 1），I 型（以下，COL1A1）な標的となる可能性がある。実際に，抗炎症 / 線維化および III 型（以下，COL3A1）コラーゲンの遺伝子発作用をもつ低反応レベルレーザー治療（low-level laser

現を real-time PCR を用いて調べた。内在性コントロー

therapy：以下，LLLT）を固定解除後に行うと，関節

ルには S18 rRNA を用いた。

5）性拘縮の進行が抑制される 。そこで本研究は，トレッドミル運動と LLLT の併用により，関節性拘縮を悪化

6．統計解析させることなく筋性拘縮の改善を促進できるかどうか検証することを目的とした。

統 計 解 析 は Dr. SPSS II for Windows（SPSS JapanInc）を用いて行った。対照もしくは固定群とその他の群を比較するために，一元配置分散分析を行い，有意差方法

1．対象がみられた場合，Games-Howell test もしくは Tukey’s
post-hoc test を用いて多重比較を行った。また，介入8 週齢の雄性 Wistar ラットを使用し，以下の 4 群にと回復期間の関連を調べるために，二元配置分散分分けた：固定群（n = 9），自然回復群（n = 17），歩行析を行い，主効果もしくは交互作用がみられた場合，群（n = 16），歩行 + LLLT 群（n = 16）。自然回復群，Bonferroni test を用いて多重比較を行った。有意水準

歩行群および歩行 + LLLT 群はさらに 1 日群と 7 日群は 5％とした。に分けた（n = 8-9）。固定群の非固定側である左膝を対照として用いた。本研究は広島国際大学動物実験委員会

結の承認を得て行った。

1．関節可動域

果筋切断前の可動域は，対照群と比較して固定群で有意

2

平成 29 年度研究助成報告書

表1

関節可動域および関節包のコラーゲン密度
筋切断前可動域（°）

筋切断後可動域（°）

コラーゲン密度（％）

対照155 ± 6

162 ± 5固定

90 ± 6*139 ± 6*50 ± 7

自然回復

98 ± 5*†137 ± 5*39 ± 3*†

歩行101 ± 4*†136 ± 5*38 ± 2*†歩行 + LLLT

99 ± 3*†136 ± 3*39 ± 3*†

自然回復

109 ± 5*†124 ± 6*†64 ± 6*†

歩行109 ± 4*†116 ± 6*†‡70 ± 3*†‡歩行 + LLLT

108 ± 5*†136 ± 4*‡$63 ± 7*†$1日

7日

52 ± 5数値は平均±標準偏差を示す．*: p < 0.05 vs 対照．†: p < 0.05 vs 固定．‡: p < 0.05 vs 同時期の自然回復．
$: p < 0.05 vs 同時期の歩行

表2

関節包の遺伝子発現

IL-1β 遺伝子発現
TGF-β 1 遺伝子発現
COL1A1 遺伝子発現
COL3A1 遺伝子発現（対照に対する割合，％）（対照に対する割合，％）（対照に対する割合，％）（対照に対する割合，％）
対照固定
自然回復
1日7日

100 ± 167

100 ± 29

100 ± 49

100 ± 51745 ± 642

102 ± 30

81 ± 35

36 ± 16

1,765 ± 539*

150 ± 49

61 ± 46

30 ± 22*

歩行5,832 ± 4195‡

279 ± 104*†‡

58 ± 4842 ± 33

歩行 + LLLT

2,115 ± 1171*$251 ± 44*†‡

11 ± 3*†11 ± 3*†

自然回復

486 ± 242*

148 ± 40168 ± 119223 ± 157

歩行

325 ± 549

198 ± 43*†273 ± 67*†‡336 ± 127*†

歩行 + LLLT

361 ± 412

81 ± 41$72 ± 77‡$

166 ± 187$

数値は平均±標準偏差を示す．*: p < 0.05 vs 対照．†: p < 0.05 vs 固定．‡: p < 0.05 vs 同時期の自然回復．$: p < 0.05 vs 同時
期の歩行に減少した（表 1）。固定解除 1 日および 7 日後，可動自然回復群と同程度に維持された。

域は 3 群全てで部分的に改善し，3 群間に差はなかった。

固 定 解 除 1 日 後， 歩 行 群 お よ び 歩 行 + LLLT 群 の筋切断後の可動域も，対照群と比較して固定群で有意TGF-β 1 の遺伝子発現は，対照群，固定群および自然回に減少した（表 1）。固定解除 7 日後，自然回復群の可復群と比較して有意に増加した（表 2）。固定解除 7 日後，動域は固定群よりもさらに減少し，この減少は歩行群で歩行群では TGF-β 1 遺伝子発現の増加が持続した一方で，促進された。一方で，歩行 + LLLT 群の可動域は固定

歩行 + LLLT 群の TGF-β 1 遺伝子発現は，歩行群よりも群と同程度に維持された。

有意に少なく，対照群および固定群と差がなかった。
固定解除 7 日後，歩行群の COL1A1 および COL3A1

2．コラーゲン密度の遺伝子発現は，対照群，固定群および自然回復群と固定解除 1 日後，浮腫によるコラーゲン密度の減少が比較して有意に増加した（表 2）。歩行 + LLLT 群の3 群全てで観察された（表 1）。固定解除 7 日後，コラーCOL1A1 および COL3A1 の遺伝子発現は，歩行群よりゲン線維束の配列は密になり，コラーゲン密度は 3 群全有意に少なく，対照群や固定群と有意差はなかった。てで対照群や固定群と比較して増加した。3 群間の比較
では，歩行群のコラーゲン密度は他の 2 群と比較して有意に高かった。

考察
本研究は，歩行と LLLT の併用により，関節性拘縮を悪化させることなく筋性拘縮の改善を促進できるかど
3．遺伝子発現うかを検証した。その結果，主に筋性拘縮を反映する筋固定解除 1 日後，炎症性サイトカイン IL-1β の遺伝子切断前可動域の改善を促進することはできなかったが，発現は，対照群と比較して自然回復群で有意に増加した

筋切断後の可動域により表される関節性拘縮の悪化は抑（表 2）。IL-1β の遺伝子発現は，自然回復群と比較して制することができた。

歩行群でさらに増加した一方で，歩行 + LLLT 群では関節構成体の線維化は，関節性拘縮の形成に関与する

平成 29 年度研究助成報告書と考えられている 6）。また，関節を含む多くの器官において，炎症は線維化の引き金となることが知られている

7）。固定解除 1 日後，自然回復群の関節包では IL-1β遺伝子の発現増加により特徴付けられる炎症が生じ，7日後にはコラーゲン密度の増加が観察された。これら一連の反応が自然回復群で観察された関節性拘縮の悪化に寄与したと考えらえる。歩行群では固定解除 1 日後のIL-1β 遺伝子発現はさらに増加し，固定解除 7 日後には線維化関連因子（TGF-β 1，COL1A1，COL3A1）の遺伝子発現増加を伴って，コラーゲン密度がさらに増加した。結果的に，関節性拘縮は自然回復群と比較してさらに悪化した。
歩行と LLLT の併用により，固定解除後の関節性拘縮の悪化は完全に抑制された。歩行 + LLLT 群の後方関節包における炎症および線維化反応は歩行群よりも軽度であり，自然回復群と同程度であった。そのため，
歩行 + LLLT 群で観察された関節性拘縮悪化の抑制は，部分的には後方関節包における炎症や線維化の軽減によ3experimental longitudinal study in the rat knee. Arch
Phys Med Rehabil. 2000; 81: 6‒13.
2）Sakakima H, Yoshida Y, et al.: Different frequency
treadmill running in immobilization-induced muscle
atrophy and ankle joint contracture of rats. Scand J Med
Sci Sports. 2004; 14: 186‒192.
3）Kaneguchi A, Ozawa J, et al.: Development of arthrogenic
joint contracture as a result of pathological changes inremobilized rat knees. J Orthop Res. 2017; 35: 1414‒1423.
4）Kaneguchi A, Ozawa J, et al.: Active exercise on
immobilization-induced contractured rat knees develops
arthrogenic joint contracture with pathological changes. JAppl Physiol. 2018; 124: 291‒301.
5）金口瑛典，小澤淳也：関節固定解除後の関節性拘縮進行に対する低反応レベルレーザーの抑制効果．物理療法科学．
2017; 24: 47‒51.
6）Fukui N, Tashiro T, et al.: Adhesion formation can be
reduced by the suppression of transforming growth
factor-beta1 activity. J Orthop Res. 2000; 18: 212‒219.
7）Morrey ME, Abdel MP, et al.: Molecular landscape ofarthrofibrosis: Microarray and bioinformatic analysis of
the temporal expression of 380 genes during contracturegenesis. Gene. 2017; 610: 15‒23.

り説明されるであろう。しかし，炎症や線維化の程度は自然回復群と同程度であったにもかかわらず，関節性発表実績

拘縮の程度は自然回復群よりも軽度であった。このこ（1）学会発表
Kaneguchi A, Ozawa J, et al.: Low-level laser therapy
prevents progression of arthrogenic joint contracture ofremobilized rat knees during treadmill exercise. 第 6 回日本運動器理学療法学術大会．2018.
（2）論文
Kaneguchi A, Ozawa J, et al.: Low-Level Laser Therapy
Prevents Treadmill Exercise-Induced Progressionof Arthrogenic Joint Contracture Via Attenuation ofInflammation and Fibrosis in Remobilized Rat Knees.
Inﬂammation. In press.とは，後方関節包以外の関節構成体への LLLT 効果も，関節性拘縮の軽減に寄与した可能性を示唆する。
先行研究で，我々は固定解除後の LLLT 単独でも関5）
節性拘縮の悪化を抑制できることを明らかにした 。しかし，筋力や活動能力改善のために，固定解除後の運動は不可欠である。そのため，運動と LLLT の併用は，関節性拘縮を悪化させることなく運動を可能にする有用な手段となるかもしれない。
文献1）Trudel G, Uhthoff HK: Contractures secondary toimmobility: is the restriction articular or muscular? An