博 士 （ 医 学 ） ，須 藤 英 毅
学位論文題名Biomechanical Effects of Spinal Reconstruction
on Adjacent Motion Segment（脊柱再建術が固定隣接椎間に与える生体力学的影響）

学位論文内容の要旨
緒言
脊椎instrum
entationは再建 脊柱の即時安定性の獲得や変形の矯正を目的に広く用いられて
い る ，199
0年 代よ り，骨癒合率の促進や生理的脊柱配列の再建を目 的に椎弓根スクリューシス テムによる後側方固定術(
PosterolateralF
usion： PLF)に後方侵入椎体聞固定術(
Posterior
Lumba
rlnt
erbo
dy F
usion： PLIF)
を 併用 した 脊柱 再建 術(PLIFIPLF)が 広くおこなわれている ，しかし一方で，脊椎固定術は隣接椎間の負荷増大や早 期変性を招くことが知られており，
そ の 程 度 は PLF単 独 に 比 し 脊 柱 剛 性 の 高 い PLIF/PLFで よ り 大 き い と 考 え ら れ る ．
再 建脊 柱の 剛性 が高まるため，固定隣接椎の可動域が増大したと の生体力学的研究や，椎弓 根 スク リュ ーシ ステム使用後の脊椎配列の異常が隣接椎の変性変 化を加速させたとの臨床報 告 も あ る が， 固定 隣接 椎へ の影 響に 着 目し ，ひ とつ の実 験系 でPLFとPLIF/PLFを 比較 した 報 告 は 少 ない ．さ らに PL
F後 に局 所後 弯が 残存 した 場合 と， PLIF併 用に より 生理 的な 脊柱 配 列を 再建 した 場合において，隣接椎問に生じる変化を比較検討 した生体力学試験や臨床報 告 例は なく ，固 定隣接椎問の変性のメカニズムは未だ不明な点が 多い，本研究では，各種
脊 柱 再建 モデ ルを 用い，固定隣接椎の椎間板内圧と椎弓の歪み量を 測定し，隣接椎の前方，後 方要素にかかる生体力学的影響を検討した．
材料と方法
新 鮮仔 牛屍 体 腰仙 椎(L2‑Sl)
を 使用 し生 体 力学 試験 を行 った ．純 粋モ ーメ ント負荷装置を 用 い て ， 非 破 壊 性 前 後 屈 試 験 を 行 っ た （ 荷 重量 ：+6Nm)， 固定 椎問 はL5‑6， L6‑Slの2
椎間 とし ，L4‑5を上 位隣 接椎問と定義した，単軸歪みゲージを L
4椎弓のL
4ー5
椎聞関節直上左右2カ 所に貼付し，上位隣接椎の椎弓の頭尾側方向の歪み量を 測定した．針型圧力計をL
4‑5椎間 板中 央部 に側 面よ り留 置し ，椎 間板 内 圧を 測定した．前 縦靭帯を貫通してL5‑
Sl
椎体
前 面 に 変 位 計 を 設 置 し ， 固 定 椎 間 の 可 動 域 （ range of motion:ROM)を 測 定 し た ．
健常脊柱の試験後，棘上・棘間靱 帯と黄色靱帯切除，両側部分椎問関節切除，および椎問板部 分切 除（ 後 縦靭 帯と 後方 線維 輪の 切離 ，お よび 髄核 の全 摘出 ）を L5‑
6椎 間とL6‑Sl
椎問に行った．椎間板部分切除後，Isol
aspinalsystemの椎弓根スクリューとB
rant
iganCarbon
I/F Cageを用 い て3種の 脊柱再建を 連続的に行った．1）L5‑Sl中間位椎弓根スクリュー固定群 （ 中 間 位 PLF群 ）， 2）L5‑
Sl後 弯位 椎弓 根ス クリ ュー 固定 群（ 後弯 位PLF群） ，3）L5‑
Sl
中 間位 椎弓 根 スク リュ ー固 定／ 椎体 問cage
併 用群 （中 間位 PLIF/PLF群 ）で ある，PLF
は椎弓 根ス クリ ュ ー固 定に より ，PLI
Fは 椎体 問cageの 使用 によ り代 用し た ，中 間位PLF
群には直 線状 のロ ッ ドを 使用 し， 後弯 位PLF
群 に は固 定椎 間の 後弯 角は 30° とな るように想定して 曲げ たロ ッ ドを 使用 した ．中 間位 P
LIF/PLF群に は直線状のロッドと椎体問cageを使用した，
ー 575―

結果
固 定 椎 間 の ROM： 前 屈 試 験 で は 中 間 位 PLF群 ， 後 弯 位 PLF群 Jお よ び 中 間 位 PLIF/PLF群の ROMは， 健常 脊柱 群に 比し 有意 に 低か った （尸 くO．05）， 中 間位 P
LIF/
PLF群の R
OMは，中間位PLF群お よび 後弯 位PLF群に 比し 有意 に低 かっ た（ 尸く 0.05） ．中 間位 PLF群と 後弯
位 PLF群 の 2群 間 に 有 意 差 は な か っ た ， 後 屈 試 験 で は 中 間 位 PLIF/PLF群 の ROMは 健 常 脊
柱群 ，中 間位 PLF群，および後弯位PLF群に比し有意に低かった（Pく0．05）， 健常脊柱群，中間 位PLF群， およ び後 弯位 PL
F群 の3群間 に有 意差 はな か った ，椎 問板 内圧 ：前屈試 験における，すべての再建群の隣接椎間板内圧は健常脊 柱群に比し有意 に 高 か っ た (Pく 0.05） ， 中 間 位 PLIF/PLF群 の ROMは ， 健 常 脊 柱 群 ， 中 間 位 PLF群 ， およ び 後 弯 位 PLF群 に 比 し 有 意 に 高 か っ た く 尸 く 0.05)． 中 間 位 P
LF群と 後弯 位PLF群の 2群
問に 有意 差は なか った ，後 屈 試験 では ，後弯位P、LF群と中聞位PLIF膚LF群の 椎問板内圧が健常 脊柱 群に 比し有意 に高かった（PくO．05）．健常脊柱群と中間位PLF群の2群間に有意差は な か った ，後 弯位 P
LF群と 中問 位 PLIF／PLF群 の椎 間板 内圧 は ，中 間位 P
LF群に 比し 高い
傾向 にあ った が統 計学 的に 有 意な 差は なか った ．
椎 弓の 歪み 量：前屈 試験において，すべての再建群の椎弓の歪み量が健常脊 柱群に比し高い 傾 向 に あ っ た が ， 中 間 位 PLIF信 L
F群 のみ が有 意に 高か った ，中 聞位 PL
F群 ，後 弯位 P
LF群 ， お よ び 中 間 位 PuF膚 LF群 の 3群 間 に 有 意 差 は な か っ た ， 後 屈試 験で は， 後弯 位PLF群と中 間位 PLIF膚LF
群の 椎弓の歪み量が健常脊柱群に比し有意に高かった（Pく0．05）．中間位 PLF群 と 健 常 脊 柱 群 と の 2群 問 に 有 意 差 は な か っ た ， 中 間 位 PLF群 ， 後 弯 位 PLF群 ， およぴ 中間 位PLIF／ PL
F群 の3群 問に 有意 差は なか った ，考察
代表的脊椎instrumentationには，sublaminarw
mng
や椎弓根スクリューシステムなどがある・Sublaminar wi
rhlgは上位頸椎疾患や脊柱側弯症に使用されるが，なかでもmultistrandcableは従来のmono・丘lament
ワイヤーに比べ機械的に 強固であり，柔軟性が高く，現在広く使用されてい る． しか し，その高い柔軟性により骨癒合後であ っても，術後に形態変化を生じ重篤な脊髄 障害 を呈 することがあるため，その使用には注意 を要する．一方，椎弓根スクリューシステ ムは 中下 位頸椎や腰椎疾患における最も強固な内 固定具であり，外傷や変性疾患などによる 不安 定脊 柱の再建に多く選択されている．しかし ，術後早期に固定隣接椎の変性が進行したとの報告例が多くみられるようになった， こうした変性変化による症状は多岐にわたり，
脊椎 む鹹 rumemnionが広 く使 用さ れる 現在，解決すべ き重要な問題として提起されている．
本 研究 では ，仔 牛脊 柱に 椎弓 根ス ク リュ ーと 椎体 問cageを 使用 し脊柱再建モデルを作製し， 固定 隣接 椎に 与え る生 体力 学的 影 響について検討した．その結果，PLF単独による脊椎固定 術に おい て，固定椎問に後弯位が残存すれば上位 隣接椎に過度の負荷がかかることが示唆さ れた ．さ らに PLIFの併 用が 高い 初 期剛 性を もた らし 局所 後弯 を矯正する一方で，椎体問固 定に より ，PLF単独 に比 し隣 接椎 の早期の重篤な 変性変化を惹起しうる可能性があることが 示唆 され た． 術前 計画 にお いて ， 固定 予定 の隣 接椎 に変 性変 化が既に存在する場合，PLIFの併用には十分な注意が必要であると考え られる．
PLF
後 に 局所 後弯 が残 存す る場 合， PLIF
により生理 的脊柱配列に矯正すべきか否かに関し
てこ れま で報 告例はなく，本研究で見出された結果が ，今後脊椎外科学において，脊柱再建術を 行う にあ たっての手術適応を決定する重要な指標 となり，また臨床試験や生体力学試験にお ける 固定 隣接 椎聞の 変性 のメ カニ ズム の解 明に も貢 献することが期待される．

学位論文審査の要旨
主 査 教 授 三 浪 明 男
副 査 教 授 岩 崎 喜 信
副 査 教 授 安 田 和 則

学位論文題名Biomechanical Effects of Spinal ReconstructiononAdjacent Motion Segment（脊柱再建術が固定隣接椎問に与える生体力学的影響）

脊椎instru
mentat
io
nは再建脊柱の即時安定性の獲得や変形の矯正を目的に広く用いられている．1990年代より，骨癒合率の促進や生理的脊柱配列の再建を目的に椎弓根スク
リューシステムによる後側方固定術に後方侵入椎体間固定術を併用した脊柱再建術が広くおこなわれている．しかし一方で，脊椎固定術は隣接椎間の負荷増大や早期変性を招くことが知られており，その程度は後側方固定術単独に比し脊柱剛性の高い椎体問固定術併用例でより大きいと考えられるが固定隣接椎間の変性のメカニズムは未だ不明な点が多い．
またこうした変性変化による症状は多岐にわたり，脊椎ins
trum
ent
at
ionが広く使用される現在，解決すべき重要な問題として提起されている．
本研究では，各種脊柱再建モデルを用い，固定隣接椎の椎間板内圧と椎弓の歪み量を測
定 し ， 隣 接 椎の 前 方 ， 後 方 要 素 に ・ か かる 生 体 力 学 的 影 響 を 検 討 し た．
新鮮仔牛屍体腰仙椎(L2―Sl）を使用し生体力学試験を行った．純粋モーメン卜負荷装置を用いて，非破壊性前後屈試験を行った（荷重量：土6Nm)，固定椎間はL5―6，L6―Slの2椎問とし，L4―5を上位隣接椎間と定義した．単軸歪みゲージをL4椎弓のL4‑5椎間関節直上に貼付し，上位隣接椎の椎弓の頭尾側方向の歪み量を測定した．針型圧力計をL
4―5
椎間板中央部に留置し，椎間板内圧を測定した．前縦靭帯を貫通してL
5―S
l椎体前面に変位計を設置し，固定椎間の可動域を測定した．健常脊柱の試験後，棘上・棘間靱帯と黄色靱帯切除，両側部分椎間関節切除，および椎間板部分切除を行った，その後，Isolaspi
nal systemの椎弓根スクリューとBrantigan CarbonI/FCageを用いて3種の脊柱再建を連続的に行った．脊柱再建群は中間位椎弓根スクリュー固定群，後弯位椎弓根スク リュ ー固 定群 ，及び 中間 位椎弓根スクリュー固定/椎体問cage併用群とした．
固定椎間の可動域は前後屈ともに，中間位椎弓根スクリュー固定/椎体間cage併用群が中間位，後弯位椎弓根スクリュー固定群に比し，有意な低値を示した．椎間板内圧，椎弓の 歪み量 に関して は，前 屈時，中 間位椎弓根スクリュ一固定/椎体問cage併用群が中間位，後 弯位椎 弓根スク リュー 固定群よ りも高い 値を示 した．後 屈時には，後弯位椎弓根スクリ
ユ ー固定 群が中間 位椎弓 根スクリ ュー固定 群に比 し高値を 示した．最も高い椎間板内圧，
椎 弓 の 歪 み 量 は 中 間 位 椎 弓 根 ス ク リ ュ ー 固 定 /椎 体 間 cage併 用 群 で 認 め ら れ た ．
今 回の実 験結果に より， 後側方固 定術単 独による 脊椎固定 術において，固定椎間に後弯位 が残存 すれば上 位隣接 椎に過度 の負荷が かかる ことが示 唆された．さらに後方進入椎体間 固定術 の併用が高い初期剛性をもたらし局所後弯を矯正する一方で，椎体間固定により，後 側方固 定術単独 に比し 隣接椎の 早期の重 篤な変 性変化を 惹起しうる可能性があることが示 唆され ると申請 者より 発表があ った．
審 査にあ たり，副 査岩崎 喜信教授 より後 方進入椎 体間固定 術を併用する場合の適応例に
つ いて， 副査安田 和則教 授より， 実験に使 用した 針型圧力 計，歪みゲージの仕様とその使用 法に関 する質問 と椎間 板内の静 水圧は実 験中経 時的に変 化する可能性があるとのコメン
ト があっ た，主査 三浪明 男教授か ら臨床的 見地よ り，腰椎 に後弯位変形が既に存在する場
合 ，後方 進入椎体 間固定 術を行う にあたっ ての適 応例や隣 接椎に与える問題点についての質 問があ り，申請者はこれらの質問に対して今回行った生体力学実験の結果と過去の文献，申 請者自 身の臨床 経験か ら適切に 回答した ．
こ の論文 は，後側 方固定 術後に局 所後弯 が残存す る場合， 後方進入椎体問固定術により生 理的脊 柱配列に 矯正す べきか否 かに関し て述べ た独創的 な研究であり，今後脊椎外科学に おいて ，脊柱再 建術を 行うにあ たっての 手術適 応を決定 する重要な指標となり，また臨床 試験や 生体力学 試験に おける固 定隣接椎 問の変 性のメカ ニズムの解明にも貢献することが 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 院博士課 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 けるの に充分な 資格を有するものと判定した．

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