博 士 （ 医 学 ） 工 藤 敏 治

TheEffectofCyclicLoadingont
heBiomechanicalCharacter
isticsoftheFemur
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ateLigament Reconstru
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UsingBoneI
VIulchrMScrew
7Washer
Locr
M Fixation(BoneMulch rM Screw/WasherLocrM固 定を 用 いた 前 十 字靱 帯 再 建術 後 の大腿骨― 移植腱一 脛骨複合体の生体力学的特性に対する繰り返し負荷の効果）

学位論文内容の要旨
現在、内側ハムストリングス腱を用いた膝前十字靭帯(ACL)再建術は世界的に普及するに至っている。
しかし、内側ハムストリングス腱を縫合糸を用いて固定する標準的ACL再建術式では固定距離の長さより、大腿骨―移植腱―脛骨(FGT)複合体の剛性値が低いという欠点を有することが指摘されている。近年、Howellらは前述の屈筋腱によるACL再建術の短所とされていた低剛性を克服することを企図して，多重屈筋腱の両端を短い固定間距離で骨に強固に固定するB
oneMulch/WasherLoc(BM)
手技を開発した。彼らは
ヒト新鮮凍結保存屍体標本を用いた静的引張試験を行い、本術式における剛性値はEndobutton
法の約10倍の剛性値を再建直後には有することを報告した。しかし、ACL再建術後のFGT複合体においては、前述の静的引張特性に加え、良好な疲労特性を有する必要がある。なぜならば、FGT複合体は再建後早期のりハピリテーションにおいて、繰り返し負荷を受けざるを得ないからである。本研究の目的は繰り返し負荷を 与え た際 の、 BM
手 技に よる ACL再 建術 後の FG
T複 合体 のカ 学的 挙動 を標 準的 術式 である 屈筋腱/
Endobutton(EB)手技および骨付き膝蓋腱/interferencescrews（IS)
手技と比較検討することである。
【材料および方法】
LWD
種 成熟豚の42後肢を各群14肢ずっ以下のBM群，EB群，IS群の3群に分け た。各群ともACLを切除 し、BM手技，EB手技，IS手技のいずれかの術式にて再建術を施行した。骨孔は正常ACLの解剖学的位置の中央に大腿骨および脛骨に作成した。なお、BM群、EB群においてはブ夕深趾屈筋腱をヒト膝屈筋腱の代用材料として用い、Noyes
らの報告に従いヒト半腱様筋腱および薄筋腱の平均断面積141111112と7mn2になるように採型し、各腱を2重折りとし、4束の屈筋腱を移植腱とした。BM群においては、移植屈筋腱の 両端を大腿骨側は外側より挿入したB
oneMulchScrew
先端を通し固定した。脛骨側はW
asherLocdev
iseを 用いて骨に直接固定した。EB群は2重折り屈筋腱を大腿骨側titanium
合金製のbuttonとpolyester
製tapeに結び付けて固定し、移植腱断端部は2号E
thibondにて縫着し、脛骨に固定した、Screwpostにて固定した。IS群は膝蓋骨、膝蓋腱中央3分の1より大腿骨、脛骨両端の骨付き膝蓋腱を採取し、大腿骨及び脛骨骨孔内にてinterfer
enCeSCrew
Sを用いてOutS
ideーinteChniqueにて固定した。AC
L再建術後、移 植腱を除く全ての軟部組織を切除しFGT複合体とし膝屈曲45゜で骨孔および移植腱を荷重軸に一致させT
ensilon試験機に装着した。各群とも7
膝では20Nの初期張カを2分問加えた後、移植腱に振幅2mm、― 502―

周 波 数O． 2lHzの繰り 返し伸び を5000回 加え， 経時的 に張カを 計測し た．繰 り返し 負荷後 に50mm/分の 引張 速 度 に て破 断 試 験 を施 行 し， FGT複合体 の構造 特性を 評価し た。各群 残りの 7膝は繰 り返し 負荷を 加えず に同様 の破断 試験を 行った。 繰り返 し負荷 中の移 植腱の 張カを 検討す る目的 として、繰り返し負荷中の各 サ イクル におけ る最大 張カを ピーク張 カとし て評価 した。 FGT複合体 の構造 特性と して荷 重伸び 曲線より 最 大破断 荷重、 初期剛 性、線 形剛性お よび破 断様式 を評価 した。 なお、 荷重― 伸び曲 線におい て伸び 2mmま での領 域での 曲線の 傾きを 初期剛 性、荷重 一伸び 曲線の 線形領 域での 傾きを 線形剛性とした。統計学的 検討に は一元 配置分 散分析を 用い、 有意水 準は5％ 未満と した。
【結果】
繰 り 返し 伸 長中の 張カは ，各群と もに初 回より 100回以内 に急速 に低下 し，そ の後， 緩徐に 低下し た。
5000回 目 で の ピ ーク 張 カ は BM群 57土 12Nは EB群 18士 3Nよ り 有 意に 高 く （ Pく O． 0001） ，IS群 106士10Nより有意 に低か った（ PくO． 001）。破 断試験 時におけ るFGT複 合体の構造特性に関しては，繰り返し負荷後のBM群 の初期 剛性およ び線形 剛性は EB群より 有意に 高いも のの（ Pく0．0001）、IS群 より有意に低かった（Pく 0． 0001）。 なお、 破断荷 重に関 しては 3群間で 有意の 差を認めなかった。破断様式についてはB¥
f
群は 全 例 が 脛骨 骨 孔 周 囲で の 、 移 植腱 と WasherLocの 移 行 部 での移 植腱の 断裂に よるもの であっ た。IS群は全例 が両端 の骨片 の脱転 あるい は破損 による もので あり、EB群は全 例が脛骨 側の縫 合糸の断裂によるものであ った。 また、 繰り返 し負荷 の有無 は線形 剛性、 破断荷重 、破断 様式に 対して 各群とも有意な影響を与えな かった 。
【考 察】
本研 究 に よ りBM手 技を 用 い た ACL再建 術 後 の FGT複 合 体 の 初期 剛 性 は 5000回の 繰 り返 し伸長 後にお いて も ，膝 蓋 腱 を 用い た IS手技 よ り 低 い剛 性 で あ った も の の、 屈筋腱 による ACL再建術 の代表 的術式 である EB手 技 よ り 高い 剛 性 を 維持 す るこ とが明 らかと なった 。本術 式の高 い剛性 は屈筋 腱を低剛 性であ る縫合糸 などの 繊維性 材料を介 さず直 接、金 属材料 を用い て大腿 骨およ び脛骨 に固定す ること により、固定問距離 を短縮 するこ とが可能 となっ たこと による ものと 考えら れた。 繰り返 し伸長中 の移植 腱のピーク張カに 関 して は， 初期張 力20Nと いう条件 におい て本術 式のピ ーク張 カが経 時的に 低下す るものの 、5000回 負荷 後 にお い て も 平均 57Nと い う比 較 的高い張 カを維 持して いた。 一方、 EB手技を 用いた 屈筋腱 による ACL
再 建 術で は 平 均 18Nと 本 術 式 に比 し 有意に低 値を示 してい た。以 上の結 果は本 術式を 用いた ACL再建術 式に お いて は EB手技 を 用 い たACL再 建 術 より も そ の 初期 張 カ は低い 値を設 定すべ きであ ること を示し ている と 考え られ た。ま た、繰 り返し 伸長に より本 術式に よるFGT複 合体の 剛性値 が低下 するもの の、破 断荷重 、 破断 様 式 に は有 意 な 影 響を 与 えなか った。 したが って本 術式を 用いたACL再建術 後のFGT複 合体の 剛性値 低下の 原因と して繰り 返し伸 長によ る移植 腱の損 傷や、 金属材 料の固 定強度の 低下に より生じたもの
では なく、 移植腱 のクリー プ現象 により 生じた ものと 推察さ れた。 本研究 では豚モ デルで あること、膝屈伸 運 動で なく 一軸伸 張負荷 を用い たこと など、 必ずし も本研 究の示し た絶対 値は臨 床にお けるACL再 建術式を 完全に 模擬し た条件の 値では ないと いう欠 点を有 する。 しかし ながら 、屈筋腱 を用い た標準的術式であ る EB手 技 を 用い た FGT複 合体 と 比 較 する こ と に より 、 Howellらの意 図する 本術式 の高い 剛性値は 5000回の 伸び負 荷後に おいても 維持す ること が可能であることを本研究は示した。したがって、本術式は今後、
in vivo実 験 を 含 む 多 方 面 か ら の 評 価 を 行 うに 値 す る ACL再 建 術 式 のー つ で あ るも の と 考 えら れ た 。

− 503―

学位論文審査の要旨
主 査 教 授 岩 永 敏 彦
副 査 教 授 三 浪 明 男
副 査 教 授 安 田 和 則TheEffec
tofCyclicLoadin
gont
heBiomechanicalCharacter
ist
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ftheFemur‑Graft‑TibiaComplex
A
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ga
men
tR
econstruc
ionUsing BoneMulchrM Screw/WasherLocr
M Fixation(BoneMulcljrM Screw/WasherLocrM固 定 を 用 い た 前 十 字 靱 帯 再 建 術 後 の大 腿 骨 一 移 植 腱 ー 脛 骨 複 合 体 の 生 体 力 学 的 特 性 に 対 す る 繰 り 返し 負荷 の効 果）

内側ハムストリングス腱を用いた膝前十字靭帯(ACL)再建術は世界的に普及するに至っている。しかし、内側ハムストリングス腱を縫合糸を用いて固定する標準的ACL再建術式では固定距離の長さより、大腿骨ー移植腱一脛骨(FGT)複合体の剛性値が低いという欠点を有することが指摘されている。近年、Howellらは短所とされていた低剛性を克服することを企図して，BoneMulch/
WasherLoc(BM)
手技を開発し、再建直後には高い剛性値を有することを報告した。しかし、本術式によるF
GT複合体が繰り返し負荷後も、高い剛性値を維持できるか否かは不明であった。申請者は繰り返し負荷を与えた際の、BM手技によるAC
L
再建術後のF
GT複合体のカ学的挙動を標準的術式である屈筋腱/Endobutton(EB)
手技および骨付き膝蓋腱/interference screws（IS)
手技と比較検討を行った。方法はLW
D
種成熟豚の42後肢を用い、各群14肢ずつ3群に分け、各群ともAC
Lを切除し、BM手技，EB手技，IS手技のいずれかの術式にて再建術を施行した。AC
L再建術後、万能試験機に装着し、力学試験を行った。各群とも7膝では20Nの初期張カを2分問加えた後、移植腱に振幅2mm、周波数0．21Hzの繰り返し伸びを5000回加え，経時的に張カを計測した．繰り返し負荷後に50mm/分の引張速度にて破断試験を施行し，FGT複合体の構造特性を評価した。各群残りの7膝は繰り返し負荷を加えずに同様の破断試験を行った。繰り返し負荷中の移植腱の張カを検討する目的として、繰り返し負荷中の各サイクルにおける最大張カをピーク張カとして評価した。FGT複合体の構造特性として荷重伸び曲線より最大破断荷重、初期剛性、線形剛性および破断様式を評価した。その結果、繰り返し伸長中の張カは，各群ともに初回より100回以内に急速に低下し，その後，緩徐に低下した 。5000
回目でのピーク張カはBM
群57土12NはEB群18土3Nより有 意に高く，IS群106
土10Nより有意に低かった。破断試験時におけるFGT複合体の構造特性に関しては，繰り返し負荷後のBM群の初期剛性および線形剛性はEB群より有意に高いものの、IS群より有意に低かった。なお、破断荷重に関しては3群間で有 意の差を認めなかった。破断様式についてはBM
群は全例 が脛骨骨孔周囲での、移植腱とWasherLocの移行部での移植腱の断裂によるものであった。また、繰り返し負荷の有無は線形剛性、破断ー 504ー

荷重、破断様式に対して各群とも有意な影響を与えなかった。
本研究によりBM手技を用いたAC
L再建術後のF
GT複合体の初期剛性は5000回の繰り返し伸長後においても，膝蓋腱を用いたI
S手技より低い剛性であったものの、屈筋腱によるAC
L再建術の代表的術式であるE
B手技より高い剛性を維持することが明らかとなった。本術式の高い剛性は屈筋腱を低剛性である縫合糸などの繊維性材料を介さず直接、金属材料を用いて大腿骨および脛骨に固定することにより、固定間距離を短縮することが可能となったことによるものと考えられた。また、繰り返し伸長により本術式によるF
GT複合体の剛性値が低下するものの、破断荷重、破断様式には有意な影響を与えなかったことから、
本術式を用いたAC
L再建術後のF
GT複合体の剛性値低下の原因として繰り返し伸長による移植腱の損傷や、金属材料の固定強度の低下により生じたものではなく、移植腱のクリープ現象により生じたものと推察された。本術式は今後、inv
ivo
実験を合む多方面からの評価を行うに値するACL再建術式のーつであるものと考えられた。
口頭発表の後、副査の三浪教授より初期および線型剛性の定義や破断様式の詳細などについて、安田教
授よルピーク荷重緩和現象のカ学的および臨床的意義などについて、主査の岩永教授より本術式の国際的臨床評価とその理由などについて質問があった。これらに対して申請者は自己の研究結果と文献的知識に基づいて概ね妥当な回答を行った。
本研究はB
M固定によるACL
再建膝の生体力学的特性とその繰り返し負荷による変化を解析した初めての研 究で あり 、臨 床分 野に おけ る本 邦の 評価 と今 後の改良に関する有用な重要な 情報を与えた．
審査員一同はこれらの成果を高く評価し、申請者が博士（医学）の学位を受けるのに十分な資格を有するものと判定した。

― 505ー