熊本大学学術リポジトリ Kumamoto University Repository System

熊本大学学術リポジトリ
Kumamoto University Repository System
Title
肩腱板再建術におけるヒト真皮細胞外基質架橋組織の腱
板骨結合部再構築過程に術後外固定と他動運動が及ぼす
影響に関する実験的研究
Author(s)
上園, 圭司
Citation
Issue date
2014-03-25
Type
Thesis or Dissertation
URL
http://hdl.handle.net/2298/29956
Right
学位論文
Doctoral Thesis
肩腱板再建術におけるヒト真皮細胞外基質架橋組織の腱板骨結合部
再構築過程に術後外固定と他動運動が及ぼす影響に関する実験的研究
(Effect of postoperative immobilization and passive motion on remodeling process
of acellular dermal matrix scaffold interposed in rat rotator cuff defect)
上園 圭司
Keiji Uezono
熊本大学大学院医学教育部博士課程医学専攻運動骨格病態学
指導教員
水田 博志 教授
熊本大学大学院医学教育部博士課程医学専攻整形外科学
２０１４年３月
学
位
論
文
Doctoral Thesis
論文題名
：
肩腱板再建術におけるヒト真皮細胞外基質架橋組織の腱板骨結合部
再構築過程に術後外固定と他動運動が及ぼす影響に関する実験的研究
(Effect of postoperative immobilization and passive motion on remodeling process
of acellular dermal matrix scaffold interposed in rat rotator cuff defect)
著者名
：
上園 圭司
Keiji Uezono
指導教員名 ： 熊本大学大学院医学教育部博士課程医学専攻整形外科学
水 田 博 志 教授
審査委員名 ：
皮膚機能病態学担当教授
尹 浩信
麻酔科学担当教授
山本 達郎
形態構築学担当教授
福田 孝一
２０１４年３月
－目次－
1.
要旨 ........................................................................................................................................ 4
2.
発表論文リスト ...................................................................................................................... 6
3.
謝辞 ........................................................................................................................................ 7
4.
略語一覧................................................................................................................................. 8
5.
研究の背景と目的 .................................................................................................................. 9
6.
5-1).
肩腱板の構造と機能 ...................................................................................................... 9
5-2).
腱板断裂について ........................................................................................................ 9
5-3).
腱板断裂の手術と課題 .................................................................................................11
5-4).
腱板断裂の術後後療法と課題 ..................................................................................... 12
5-5).
腱板損傷動物モデル .................................................................................................... 12
5-6).
ヒト真皮細胞外マトリックスを用いたラット腱板再建モデル ................................... 13
5-7).
本研究の目的 ............................................................................................................... 14
方法 ...................................................................................................................................... 15
6-1).
研究 1：ラット腱板再構築過程における外固定の影響 .............................................. 15
6-1-1).
目的........................................................................................................................ 15
6-1-2).
方法........................................................................................................................ 15
6-1-2-1).
研究デザイン ...................................................................................................... 15
3
6-1-2-2).
手術 .................................................................................................................... 15
6-1-2-3).
外固定法 ............................................................................................................. 16
6-1-2-4).
組織学的評価 ...................................................................................................... 17
6-1-2-5).
生体力学的評価 .................................................................................................. 18
6-1-2-6).
統計学的解析 ...................................................................................................... 18
6-2).
研究 2：ラット腱板再構築過程における術後他動運動の影響 ................................... 19
6-2-1).
目的 ....................................................................................................................... 19
6-2-2).
方法 ....................................................................................................................... 19
6-2-2-1).
研究デザイン ................................................................................................... 19
6-2-2-2).
手術 .................................................................................................................. 19
6-2-2-3).
他動運動装置 ................................................................................................... 20
6-2-2-4). 後療法 .............................................................................................................. 22
7.
6-2-2-5).
組織学的評価 ................................................................................................... 22
6-2-2-6).
生体力学的評価................................................................................................ 22
6-2-2-7).
統計学的解析 ................................................................................................... 22
結果 ...................................................................................................................................... 23
7-1).
研究 1：ラット腱板再構築過程における外固定の影響 ............................................ 23
7-1-1).
組織所見 ................................................................................................................ 23
7-1-2).
細胞数 .................................................................................................................... 27
7-1-3).
血管数 .................................................................................................................... 27
7-1-4).
コラーゲン線維配列 .............................................................................................. 28
7-1-5).
生体力学的評価 ..................................................................................................... 32
7-2).
研究 2：ラット腱板再構築過程における術後他動運動の影響.................................. 34
4
7-2-1).
組織所見 ................................................................................................................ 34
7-2-2).
細胞数 .................................................................................................................... 38
7-2-3).
血管数 .................................................................................................................... 38
7-2-4).
コラーゲン線維配列 .............................................................................................. 39
7-2-5).
生体力学的評価 ..................................................................................................... 43
8.
考察 ...................................................................................................................................... 45
9.
結語 ...................................................................................................................................... 48
10. 参考文献............................................................................................................................... 49
5
1. 要旨
[目的]
肩腱板断裂は肩関節の疼痛や機能障害を引き起こす代表的な疾患であるが、手術療法に
おいては修復不良率が 20～94%と高く、課題とされている。その解決策として、手術方法の改
善や補強材の開発などが行われているが、同様に術後後療法が重要である。しかし、術後の腱板
修復治癒過程に適した外固定期間とリハビリテーション方法に関しては一致した見解が得られ
ていない。本研究の目的は、1) 術後の外固定が腱板再構築過程に及ぼす影響を解析すること、
2) 術後の他動運動が腱板再構築過程に及ぼす影響を解析することである。
[方法]
ヒト真皮細胞外マトリックスグラフトによるラット腱板再建モデルを用いて、以下の検
討を行った。1) 術後 2 週間（2-IM）あるいは 6 週間（6-IM）の外固定を施した群と外固定を施
さなかった群（N-IM、コントロール）を作成し、術後 2、6、12 週での組織学的評価と術後 12
週での生体力学的評価を行った。2) 外固定を術後 2 週間行い、その間、他動運動を術直後（I-PM）
あるいは術後 1 週（D-PM）から開始する群と他動運動を行わない群（N-PM、コントロール）
を作成し、術後 2、6、12 週での組織学的評価と術後 12 週での生体力学的評価を行った。
[結果]
1) 組織学的評価では、術後 6 週と 12 週で 2-IM 群のコラーゲン線維配列が有意に優れ
ていた。一方、術後 6 週と 12 週で 6-IM 群の細胞数と血管数は有意に多かった。術後 12 週の
生体力学的評価では、2-IM 群の最大破断強度が有意に高かった。2) 組織学的評価では、術後 6
週と 12 週で I-PM 群のコラーゲン線維配列が有意に劣っていた。術後 12 週の生体力学的評価
では I-PM 群の最大破断強度が有意に低かった。
[考察]
腱板修復治癒過程は他の軟部組織と同様に術後 2~3 日間の炎症期、2 週までの細胞増殖
期、それ以降のリモデリング期の 3 つに大きく分けられ、それぞれがオーバーラップしている。
6
術後の炎症期と細胞増殖期を含む 2 週間の外固定は治癒過程に有益であったが、6 週間の外固定
は有益でなかった。これは、リモデリング期に必要なメカニカルストレスが外固定により不足し
たことによるものと推察された。さらに、術後 2 週間の外固定腱板再建モデルにおいて、炎症
期終了後の術後 1 週から開始した他動運動は治癒過程に影響を及ぼさなかったが、術直後から
の他動運動は悪影響であった。これは、術直後の他動運動により炎症期が遷延したことが関与す
るものと推察された。
[結論]
腱板再構築過程における適切な期間の外固定は有益であり、術直後からの他動運動は悪
影響を及ぼす。
7
2. 発表論文リスト
関連論文
Keiji Uezono, MD, Junji Ide, MD, PhD, Takuya Tokunaga, MD, Hidetoshi Sakamoto, Dr Eng,
Nobukazu Okamoto, MD, PhD, Hiroshi Mizuta, MD, PhD. Effect of immobilization on
rotator cuff reconstruction with acellular dermal matrix grafts in an animal model. J
Shoulder Elbow Surg. 22; 1290-7, 2013.
8
3. 謝辞
本研究は、熊本大学大学院生命科学研究部整形外科学分野
水田博志教授のご指導のもとに完
遂することができました。他面に渡るご指導を賜り、深く感謝申し上げます。
生体力学試験にあたりまして、熊本大学大学院自然科学研究科産業創造工学専攻機械機能シス
テム講座
坂本英俊教授にご指導頂きましたことに深く感謝申し上げます。
他動運動装置の作成にあたりまして、熊本大学大学院自然科学研究科産業創造工学専攻先端機
械システム講座
中西義孝教授にご指導頂きましたことに深く感謝申し上げます。
研究全般にご指導とご助言を頂きました熊本大学医学部附属病院関節再建先端治療学寄附講
座
井手淳二特任教授に深く感謝申し上げます。
9
4. 略語一覧
ADM
: acellular dermal matrix
D
: delayed
EDTA
: ethylenediaminetetraacetic acid
HE
: hematoxylin and eosin
I
: immediate
IM
: immobilization
MRI
: magnetic resonance imaging
PM
: passive motion
SD
: Sprague-Dawley
10
5. 研究の背景と目的
5-1).
肩腱板の構造と機能
肩は、3 つの骨（鎖骨、肩甲骨、上腕骨）と 3 つの関節（胸鎖関節、肩鎖関節、肩甲上腕関節）
によって構成される。体幹と肩甲骨とは本来の解剖学的関節構造ではないが、機能的関節として
特に肩甲胸郭関節と呼ばれる。このように肩は複合関節であり、挙上動作は肩甲骨関節窩と上腕
骨頭を繋いでいる肩関節（肩甲上腕関節）と肩甲胸郭関節の動きによって行われる。
上腕骨頭は、肩甲骨より起始する棘上筋、棘下筋、小円筋、肩甲下筋の共同腱によって包まれ
ており、これを腱板（rotator cuff）と呼ぶ。腱板は均一な内部構造でなく、異なる性質の 5 層
構造からなる。第 1 層と第 4 層は烏口上腕靭帯から連続する線維、第 2 層は太く密に集まった
線維、第 3 層は粗な線維、第 5 層は関節包である。棘上筋、棘下筋の筋内腱は、腱線維束の状
態を保ったまま第 2 層を通過し大結節に付着する。腱骨付着部は enthesis と呼ばれる。腱板で
は線維軟骨を介しており direct insertion あるいは fibrocartilaginous enthesis と呼ばれ、腱、
非石灰化線維軟骨層、石灰化線維軟骨層、骨の 4 層構造からなる。
Rotator cuff の名前が示す通り、腱板は回旋筋としての働きを有している。腱板の前方に位置
する肩甲下筋は内旋筋、後方に位置する棘下筋、小円筋は外旋筋として作用する。上方に位置す
る棘上筋にもわずかながら外旋筋としての働きがある。また、棘上筋、棘下筋、肩甲下筋は外転
筋、小円筋は内転筋として働く。外旋筋である棘上筋、棘下筋、小円筋の生理的横断面積の総和
と内旋筋である肩甲下筋の生理的横断面積とはほぼ等しく、これらの拮抗筋が上腕骨頭に安定し
た支点を与えており、動的な肩関節安定化の中心的役割を果たしている。
5-2).
腱板断裂について
本邦における腱板完全断裂の疫学調査報告 1 によると、その発生率は 20.7%と高く、60%が女
性で利き手側発生が 59%を占める。
年代別に発生率をみると 30 歳代以下が 2.5%、40 歳代が 6.7%、
11
50 歳代が 12.8%、60 歳代が 25.6%、70 歳代が 45.8%、80 歳代が 50.0%であり、年齢とともに
その頻度は高くなっている。無症候性腱板断裂が 65%を占める。
このように腱板断裂の成因には加齢・変性が強く関与する。加齢により線維芽細胞数の減少や、
コラーゲン線維の層の乱れ、細血管の減少、腱板付着部の 4 層構造の乱れなどを生じ、腱板は
変性するとされる。生体力学的には変性腱板の強度は低下し、腱板が長軸方向に繰返し引っ張ら
れることにより、とくに腱板付着部の関節面に張力がかかり変性が進行し断裂に至るとされる。
また、機械的刺激もその成因の 1 つであり、これには転倒や落下などの 1 回の大きな外傷や、
小さな外傷が繰り返されることが含まれる。さらに、大結節から約 1.5cm の部分は critical
portion とされ腱板断裂が多いとされる。同部は腱板近位からの血行と上腕骨頭からの血行の境
界であり、血行に乏しく、とくに関節面の血流は乏しいとされる。完全断裂が生じた後の経過は、
自然治癒はないとされ、時間の経過とともに断裂は拡大し、筋の委縮は進行する。
腱板断裂の形態としては腱の厚さにより全層が断裂している完全断裂と一部の層が断裂する
不全断裂（部分断裂）に分けられる。不全断裂は肩関節腔と肩峰下滑液包が交通していないもの
であり、完全断裂は交通しているものである。完全断裂は断裂部の広がりにより 1cm 未満の小
断裂、1cm 以上 3cm 未満の中断裂、3cm 以上 5cm 未満の大断裂、5cm 以上の広範囲断裂に分
けられる。不全断裂は滑液包面断裂、腱内断裂および関節面断裂の 3 つに分類される。
腱板断裂の代表的な症状として、運動時痛、筋力低下、夜間痛などがみられる。運動時痛は挙
上時にみられ、60°から 120°のあいだに生じることが多い。小断裂では発症後時間が経過し
てもあまり筋力の低下はみられないこともある。大断裂では筋力低下がみられ、筋委縮の進行と
ともに挙上障害が出現する。断裂が広範な場合は、外転筋力のみでなく、外旋や内旋の筋力も低
下する。夜間痛は仰臥位で生じることが多い。立位や坐位では上肢の重みで上腕骨頭は下方に牽
引され肩峰下腔が開大しているが、仰臥位となると牽引力が消失し上腕骨頭が三角筋の収縮で肩
峰に押し付けられ疼痛を生じると考えられている。
腱板断裂の画像診断には MRI、超音波検査および肩関節造影が行われている。MRI は非侵襲
12
的検査の中では最も信頼性があり、T2 強調画像で断裂部が高信号に描出され、関節造影では描
出できない滑液包面部分断裂や腱内断裂も診断される。
5-3).
腱板断裂の手術と課題
腱板断裂の治療は薬物療法や理学療法（運動療法、可動域訓練、筋力維持訓練）を中心とした
保存療法と手術療法に大別される。腱板完全断裂では断裂部分の自然治癒は起こらないと考えら
れるため
2-4、全ての症例に手術の選択肢があると考えられる。特に、①痛みが強く、夜間痛の
ため睡眠障害をきたす、②筋力低下があり日常生活に支障がある、③腱板の機能不全に伴うイン
ピンジメント徴候が強陽性で運動時痛が著明である、④保存療法で効果が不十分であるものなど
が一般的な手術適応である。最近では、青・壮年では外傷性断裂は診断確定後、脂肪変性や筋委
縮の予防の観点から早期に手術を行うことが推奨されている
5-9。一方、無症候性の腱板断裂も
あり、①変性断裂でこれまでも症状の軽快・増悪を繰り返している、②高齢者で活動性が低い、
③挙上動作が可能であるものは保存療法が有効であると考えられる。
腱板修復法は、断裂腱を上腕骨に縫着するものである。手術術式として、すべての処置を直視
下に行う直視下腱板修復術、滑膜切除や腱板の剥離などを鏡視下で行い腱板修復を直視下に行う
mini-open 修復術、すべての処置を関節鏡視下に行う鏡視下腱板修復術の 3 つがある。現在は、
侵襲が少なく、術後肩関節機能に重要な三角筋の損傷が少ない鏡視下腱板修復術が主流となって
いる。腱板付着部 である大結節に骨孔を作 成し腱板断端をマットレ ス縫合にて縫着する
McLaghlin 法や suture anchor を用いて縫着する suture anchor 法が基本となる。
小断裂や中断裂では修復は比較的容易であり修復不良も約 10%と少ない。一方、大断裂や広
範囲断裂では修復不良が 20～94%にみられると報告されており
10-12、また、腱板の変性や筋の
委縮や引き込みにより断端を大結節部まで引き出すことができない場合があり問題となってい
る。このような場合には、腱板再建術として大腿筋膜パッチ法や筋腱移行術などが行われている
が、必ずしも満足できる結果は得られていない。また、これらの手術は正常組織を犠牲にしなけ
13
ればならないというデメリットもある。そこで、パッチとして人工材料であるポリ乳酸（PLA）
13, 14・乳酸グリコール酸重合体（PLGA）15 や、異種移植としてブタ小腸粘膜下層 16-22・ブタ皮
膚由来組織
23-25 が研究されているが、異物反応や宿主細胞の残存が問題となっている 16, 20, 24。
この解決策としてヒト真皮細胞外マトリックス（ADM）が有望視され、米国で臨床応用が試み
られている 26-30。
5-4).
腱板断裂の術後後療法と課題
肩腱板断裂に対する手術治療における術後後療法の重要性はいうまでもないが、腱の修復と機
能の回復の双方に最適な外固定期間とリハビリテーション方法については、いまだ一定の見解は
得られていない 31-33。従来、腱板修復術後には外固定のみが行われてきたが、その外固定による
関節拘縮の一時的な増加が報告され 34-36、その後、指屈筋腱の研究において良好な可動域に対す
る外固定の有害な結果が報告されたことにより 37-39、腱板修復術後に外固定のみを行い運動を行
わないことは一般的ではなくなり、術後早期からの他動運動が行われるようになった。しかし、
近年、術後早期からの他動運動は腱板修復治癒過程に有益ではないとの報告が散見されるように
なり 40-42、他動運動の開始時期について見直す必要性が指摘されている。
5-5).
腱板損傷動物モデル
腱板損傷は様々な動物モデルで研究されている。ラットは肩の構造（筋、骨格）や運動（挙上、
回旋）がヒトと似ている 43。ヒトと同じように肩峰下アーチの中を明瞭な棘上筋腱が通過する構
造はラットでしか見られない。腱板断裂の内因的・外因的機序、オーバーユースや他動運動・リ
ハビリテーションの影響などの研究にラットが用いられている。家兎は筋委縮や単収縮張力
（twitch tension）、疲労指数（fatigue index）、機械感受性求心性ユニット（mechanosensitive
afferent units）の放出など、腱板断裂に伴う筋の変化の研究に用いられている。通常、棘上筋
や棘下筋が用いられるが、最近では肩峰下アーチを通る肩甲下筋の使用が提案されている 44。ま
14
た、家兎の肩甲下筋を切離するとヒトと同じように脂肪浸潤がみられる 45。羊は陳旧性の腱板断
裂の影響や再断裂を最小限にするための縫合技術の研究に用いられている 46。また、このモデル
は陳旧性の腱板断裂に伴って起こる筋の変化についての研究に用いられている。ラットと違い、
羊の肩は解剖学的にヒトと似ていないが、羊の棘下筋はヒトの棘上筋とほぼ同じサイズであるた
め縫合技術の研究に使われている 47。犬は種々の腱板修復補強材料の研究に用いられている 48, 49。
犬の肩の解剖は羊に似ており、棘下筋腱が用いられる。ヒト以外の霊長類の多くの肩は、解剖学
的、機能的にヒトの肩に酷似しているが、腱板修復治癒における in vivo の研究は 1 つしか行わ
れていない 50。これは研究のために十分な数の霊長類を維持するために莫大な費用と厳格な管理
施設を必要とすることなどが原因である。
5-6).
ヒト真皮細胞外マトリックスを用いたラット腱板再建モデル
ヒト真皮細胞外マトリックス（acellular dermal matrix: ADM）として整形外科領域で使用さ
れ て い る 製 品 に 米 国 組 織 バ ン ク の ヒ ト 皮 膚 か ら 作 ら れ た Graftjacket （ Wright Medical
Technology, INC.）がある。これは特許技術を用いて皮膚から表皮細胞と真皮細胞を取り除き、
元来の細胞外基質と脈管構造を維持し乾燥凍結されている。I、III、IV、VII 型コラーゲンとエ
ラスチン、コンドロイチン硫酸、プロテオグリカンから構成される。処理後は無細胞の状態であ
るため、標準的な同種組織移植で見られる拒絶反応が見られない。また、基底膜複合体と脈管が
温存されるため、線維芽細胞や血管組織の迅速な浸潤が可能となる 28, 51, 52。
腱板断裂に対する ADM を用いた再建術の基礎的研究は犬での報告のみであったが 28、Ide ら
はラットでの腱板再建モデルを新たに作成した 26。本研究ではこのラット腱板再建モデルを用い
実験を行った。
15
5-7).
本研究の目的
本研究の目的は、ヒト真皮細胞外マトリックスをパッチグラフトとしたラット腱板再建モデル
を用いて、術後の外固定および他動運動が腱板再構築過程に及ぼす影響を明らかにすることであ
る。
16
6. 方法
6-1).
研究 1：ラット腱板再構築過程における外固定の影響
6-1-1).
目的
本研究の目的は、ADM グラフトを用いたラット腱板再建モデルを用いて、術後に期間の異な
る外固定を施し、術後の外固定が腱板再構築過程に及ぼす影響を解析することである。
6-1-2).
6-1-2-1).
実験方法
研究デザイン
18～22 週齢、雄の Sprague-Dawley ラット（体重 450～550g）（日本 SLC、静岡、日本）を
用いた。ラットを外固定期間が異なる 3 群にランダムに振り分けた。術後に外固定を施さない
群（nonimmobilization; N-IM 群）、術直後から 2 週間外固定を行う群（2-weeks immobilization;
2-IM 群）、術直後から 6 週間外固定を行う群（6-IM 群）とした。外固定期間が終わった後は cage
activity とした。術後 2、6、12 週で動物を安楽死させ棘上筋と上腕骨を採取し、組織学的評価
を行った（各群 6 匹）
。術後 12 週で動物を安楽死させ棘上筋と上腕骨を採取し、生体力学的評
価を行った（各群 6 匹）。本研究は、熊本大学動物実験倫理委員会の承認を得て実験を行った。
6-1-2-2).
手術
全身麻酔下（ペントバルビタール 30～50mg/kg 腹腔内注射）に、左肩前外側に皮膚縦切開を
加え、三角筋を分けて肩鎖関節を縦切開し、棘上筋に至った。メスを用いて棘上筋の付着部を含
む縦 3mm、横 5mm 大の欠損を作成し、大結節部は骨からの出血が見られるまでドリルバーで
削った。3×5mm、厚さ 0.6mm の ADM グラフトを 5-0 ナイロン糸を用いて棘上筋にマットレ
17
ス縫合した。グラフトの外側は、大結節部に径 1mm の骨孔を作成し、これに 5-0 ナイロン糸を
通してマットレス縫合した。三角筋と皮膚を縫合し閉創した。（図 1）
図 1.
6-1-2-3).
ADM グラフトを用いたラット腱板再建術のシェーマ
外固定法
患肢に Gimbel らと同様の方法で外固定を施した 41, 42。肩関節を屈曲 90°、外転 20°になる
ように動物用包帯（VetrapTM: 3M Animal Care Products, St Paul, MN, USA）を用いて固定し
た（図 2）
。右前肢は移動や食事ができるように自由にした。包帯は毎日チェックした。
図 2.
外固定
動物用包帯を用いて、患肢を肩関節屈曲 90 度、外転 20 度となるように外固定を施した。
18
6-1-2-4).
組織学的評価
検体を 4%パラホルムアルデヒドで 4 度で 24 時間固定し、20%EDTA で 2 週間脱灰し、パラ
フィンに包埋し 4μm の切片を作成し、HE 染色、ピクロシリウスレッド染色を行った。
ADM グラフトと大結節をスライド上で特定するために縫合糸を利用した。評価部位を骨から
200μm 以内の腱骨の境界部 53
（interface）および、
それ以外のグラフトの実質部
（midsubstance）
とした。細胞数、血管数、コラーゲン線維配列の半定量的評価を行った。この評価は 2 名の評
価者がブラインドで行い、その平均値を求めた。
細胞数の測定は、顕微鏡画像（100 倍）を用い、境界部とグラフト実質部で行った。これらの
領域の中の細胞核数を数え、1mm2 単位当たりの細胞数を算出した。
血管内皮細胞を特定するために、1:200 に薄めた抗 von Willebrand 因子（Abcam）ウサギポ
リクローナル抗体を用いて免疫組織染色を行った。血管数の測定は、顕微鏡画像（100 倍）を用
い、境界部とグラフト実質部で行い、1mm2 単位あたりの血管数を計算した。
コラーゲン線維の配列を評価するために、切片をピクロシリウスレッド染色し、偏光顕微鏡画
像を撮影した。それぞれのスライドを顕微鏡トレーの上で 360 度回転させ、最も明るくなる位
置を選択し、全ての検体を同じ照明条件下で撮影した。その偏光顕微鏡画像を画像解析ソフト
（Image-J；National Institute of Health, Bethesda, MD）を用いてグレースケール画像に変換
した（図 3）
。偏光下のコラーゲンの複屈折性の数値化によりコラーゲン沈着とリモデリングさ
れた腱の成熟度を検出した 53。スライド上では非コラーゲン性組織は暗くなるが（gray level 0）、
コラーゲン線維はグレースケールで 1-255 の範囲で表わされる。グレースケールが高いとコラ
ーゲン線維はより一定方向に配列し成熟していることを表す。10 か所の 100×100μm の領域
を腱骨境界部とグラフト実質部でそれぞれ選択し測定した。10 か所の数値の平均値を算出し、
それぞれの検体のグレースケール値とした。
19
図 3.
偏光顕微鏡画像
A：ピクロシリウスレッド染色の偏光顕微鏡画像
B：グレースケール画像
6-1-2-5).
生体力学的評価
テストする腱形態を標準化するために、検体の棘上筋付着部の表面の瘢痕を取り除き、横断面
が 3×2mm（前後方向に 3mm、内外側方向に 2mm）となるようにトリミングし、検体を張力
測定器（STA1225; Orientec, Tokyo）に取り付けた。張力測定器の万力の表面に紙やすりを置い
て検体の腱を固定した。与えられた負荷の方向に腱が平行になるように上腕骨をもう一方の万力
に固定した。全ての検体は 0.1N でプレロードし、10mm/min の速度で断裂するまで負荷をかけ
た 26。荷重変位曲線を記録し、最大破断強度を決定し、その曲線の直線部分の傾きから剛性を計
算した。また、断裂部位を記録した。
6-1-2-6).
統計学的解析
術後 2 週で得られた結果の有意差検定は Mann-Whitney U 検定を用いて行った。術後 6、12
週で得られた結果の有意差検定は一元配置分散分析法（Kruskal-Wallis 検定）および post hoc
test として Scheffe 検定を用いて行った。有意差検定には危険率 5%未満を使用した。全てのデ
ータ解析には StatView-J 5.0（SAS Institute, Cary, NC）を使用した。
20
6-2).
研究 2：ラット腱板再構築過程における術後他動運動の影響
6-2-1).
目的
本研究の目的は、ADM グラフトを用いたラット腱板再建モデルを用いて、術後 2 週間の外固
定を行い、その期間に開始時期が異なる他動運動を施し、術後の他動運動が腱板再構築過程に及
ぼす影響を解析することである。
6-2-2).
6-2-2-1).
方法
研究デザイン
18～22 週齢、雄の Sprague-Dawley ラット（体重 450～550g）（日本 SLC、静岡、日本）を
用いた。ラットを他動運動の開始時期が異なる 3 群にランダムに振り分けた。ラットに術直後
から研究 1 と同じ方法で外固定を 2 週間施し、この期間中に他動運動を行う群と行わない群
（non-passive motion; N-PM 群）に分けた。他動運動を行う群をさらに、術翌日から他動運動
を 2 週間行う群（immediate-PM; I-PM 群）と、術後 1 週から 1 週間他動運動を行う群
（delayed-PM; D-PM 群）の 2 つに分けた。術後 2、6、12 週で動物を安楽死させ棘上筋と上腕
骨を採取し、組織学的評価を行った（各群 6 匹）
。術後 12 週で動物を安楽死させ棘上筋と上腕
骨を採取し、生体力学的評価を行った（各群 6 匹）。本研究は、熊本大学動物実験倫理委員会の
承認を得て実験を行った。
6-2-2-2).
手術
研究 1 と同様の手術を行った。
21
6-2-2-3).
他動運動装置
他動運動を行うために Sarver らの報告 54 を参考にし、独自にラット用他動運動装置を作成し
た（図 4）
。装置はコンピューターで制御した。前肢の固定器は前腕部を把持し、上腕骨軸と装
置の回転軸が一致するようにした。また、先行研究にてラットにおける肩関節 90 度屈曲位での
正常可動域は内旋 91.4±16.2 度、外旋 52.6±8.5 度であった。そこで、再建した腱板に過剰な
負荷がかからないようにするために、
他動運動範囲は正常可動域の 2/3 の範囲となる内旋 60 度、
外旋 30 度の合計 90 度に設定した。
22
図 4.
他動運動装置
A
B
A：設計図
B：実際の写真
23
6-2-2-4).
後療法
ラットに術直後から研究 1 と同じ方法で外固定を 2 週間施した。他動運動は腹腔麻酔下に外
固定をはずした後、上述の 90 度の範囲で、0.5Hz で 300 サイクル、10 分間、1 日 1 回、週に 5
日行った。他動運動が終わった後は再び外固定を施した。外固定期間が終わった後は cage
activity とした。
6-2-2-5).
組織学的評価
研究 1 と同様の組織学的評価を行った。
6-2-2-6).
生体力学的評価
研究 1 と同様の生体力学的評価を行った。
6-2-2-7).
統計学的解析
得られた結果の有意差検定は一元配置分散分析法（Kruskal-Wallis 検定）および post hoc test
として Scheffe 検定を用いて行った。有意差検定には危険率 5%未満を使用した。全てのデータ
解析には StatView-J 5.0（SAS Institute, Cary, NC）を使用した。
24
7. 結果
7-1).
7-1-1).
研究 1：ラット腱板再構築過程における外固定の影響
組織所見
術後 2 週において、N-IM 群では多核白血球を主体とした炎症細胞がグラフトのコラーゲン線
維に広範囲に浸潤している像を認めた。コラーゲン線維と骨の連続性は認めなかった。偏光顕微
鏡画像では腱骨境界部とグラフト実質部に明領域はほとんど認めなかった。2-IM 群の所見も同
様であった。（図 4）
術後 6 週において、N-IM 群では腱骨境界部とグラフト実質部の細胞と血管は術後 2 週と比較
して減少していた。細胞の多くは多核白血球と線維芽細胞様細胞であり、後者が多かった。腱骨
間に fibroblastic ingrowth を認め、線維芽細胞様細胞は不規則に配列していた。偏光顕微鏡画
像では腱骨境界部とグラフト実質に、明領域を認めた。2-IM 群では、HE 染色は N-IM 群と同
様の所見であった。偏光顕微鏡画像では腱骨境界部とグラフト実質部に明領域を認めた。6-IM
群では、腱骨境界部に N-IM 群と比較して多くの炎症細胞と血管を認めた。偏光顕微鏡画像では
腱骨境界部とグラフト実質部に明領域を認めた。
（図 6）
術後 12 週では、N-IM 群で腱骨境界部とグラフト実質部の細胞数と血管数は術後 6 週と同様
に減少していた。細胞の多くは線維芽細胞様細胞であった。偏光顕微鏡画像では明領域が術後 6
週と比較して増加していた。腱骨境界部の fibroblastic ingrowth が増加していた。2-IM 群では
規則正しく配列するコラーゲン線維を認めた。偏光顕微鏡画像では明領域が N-IM 群と比較して
増加していた。6-IM 群では、N-IM 群と 2-IM 群と比較して、腱骨境界部に細胞と血管を多く認
めた。偏光顕微鏡画像では N-IM 群と同様の所見であった。（図 7）
25
図 5.
術後 2 週の組織像（外固定の影響について）
H&E：Hematoxylin-Eosin 染色
PL：偏光顕微鏡画像（picrosirius red 染色、gray scale）
T：再構築腱
I：腱骨境界部
B：骨
N-IM：nonimmobilization
2-IM：2-weeks immobilization
26
図 6.
術後 6 週の組織像（外固定の影響について）
27
図 7.
術後 12 週の組織像（外固定の影響について）
28
7-1-2).
細胞数
境界部は、術後 2 週では N-IM 群は 4364.2±1826.6 個/mm2、2-IM 群は 4944.7±2133.6 個/mm2
であり有意差は認めなかった。
術後 6 週では N-IM 群は 2455.8±860.4 個/mm2、2-IM 群は 1524.5
±493.6 個/mm2、6-IM 群は 3107.5±436.4 個/mm2 であり、Kruskal-Wallis 検定では群間に有
意差を認め（P=.037）、Scheffe 検定では 2-IM 群と 6-IM 群との間に有意差を認めた（P=.019）。
術後 12 週では N-IM 群は 1433.5±201.1 個/mm2、2-IM 群は 1734.2±230.6 個/mm2、6-IM 群
は 2266.8±650.8 個/mm2 であり、Kruskal-Wallis 検定では群間に有意差を認め（P=.0009）、
Scheffe 検定では N-IM 群と 6-IM 群との間に有意差を認めた（P=.040）（図 8A）。
グラフト実質部は、術後 2 週では N-IM 群は 4645.3±538.4 個/mm2、2-IM 群は 4944.7±2133.6
個/mm2 であり有意差は認めなかった
（P=.200）。術後 6 週では N-IM 群は 2137.6±493.0 個/mm2、
2-IM 群は 1524.5±493.6 個/mm2、6-IM 群は 3107.5±436.4 個/mm2 であり、Kruskal-Wallis
検定では群間に有意差を認めなかった（P=.296）。術後 12 週では N-IM 群は 1701.2±264.3 個
/mm2 、 2-IM 群 は 1734.2 ± 230.6 個 /mm2 、 6-IM 群 は 2266.8 ± 650.8 個 /mm2 で あ り 、
Kruskal-Wallis 検定では群間に有意差を認めなかった（P=.631）（図 8B）
。
7-1-3).
血管数
境界部は、術後 2 週では N-IM 群は 102.1±33.2 個/mm2、2-IM 群は 78.1±20.8 個/mm2 であ
り有意差は認めなかった（P=.110）。術後 6 週では N-IM 群は 14.6±9.9 個/mm2、2-IM 群は 12.5
±10.8 個/mm2、6-IM 群は 82.3±26.4 個/mm2 であり、Kruskal-Wallis 検定では群間に有意差
を認め（P=.024）、Scheffe 検定では N-IM 群と 6-IM 群、2-IM 群と 6-IM 群との間にそれぞれ
有意差を認めた（P=.0013、P=.0011）。術後 12 週では N-IM 群は 27.1±14.6 個/mm2、2-IM 群
は 20.8±4.2 個/mm2、6-IM 群は 61.1±20.9 個/mm2 であり、Kruskal-Wallis 検定では群間に有
意差を認め（P=.017）、N-IM 群と 6-IM 群、2-IM 群と 6-IM 群との間にそれぞれ有意差を認め
た（P=.013、P=.016）（図 9A）。
29
グラフト実質部は、術後 2 週では N-IM 群は 69.4±35.2 個/mm2、2-IM 群は 50.0±17.7 個/mm2
であり有意差は認めなかった（P=.337）。術後 6 週では N-IM 群は 26.0±9.2 個/mm2、2-IM 群
は 12.5±12.2 個/mm2、6-IM 群は 40.6±17.5 個/mm2 であり、Kruskal-Wallis 検定では群間に
有意差を認め（P=.049）、Scheffe 検定では 2-IM 群と 6-IM 群との間に有意差を認めた
（P=.047）
。
術後 12 週では N-IM 群は 20.8±12.6 個/mm2、2-IM 群は 12.5±4.2 個/mm2、6-IM 群は 13.9
±7.8 個/mm2 であり、Kruskal-Wallis 検定では群間に有意差を認めなかった（P=.386）
（図 9B）
。
7-1-4).
コラーゲン線維配列
境界部は、術後 2 週では N-IM 群は 82.1±9.7、2-IM 群は 86.0±18.7 であり、有意差は認め
なかった（P=.773）。術後 6 週では N-IM 群は 103.7±10.2、2-IM 群は 119.6±8.3、6-IM 群は
95.2±4.2 であり、Kruskal-Wallis 検定で有意差を認め（P=.019）、Scheffe 検定では N-IM 群
と 2-IM 群、2-IM 群と 6-IM 群との間にそれぞれ有意差を認めた（P=.049、P=.006）。術後 12
週では N-IM 群は 109.1±10.6、2-IM 群は 136.8±11.1、6-IM 群は 114.2±10.7 であり、
Kruskal-Wallis 検定で群間に有意差を認め（P=.020）、Scheffe 検定では N-IM 群と 2-IM 群、
2-IM 群と 6-IM 群との間にそれぞれ有意差を認めた（P=.011、P=.043）（図 10A）。
グラフト実質部は、術後 2 週では N-IM 群は 102.6±12.0、2-IM 群は 93.8±20.6 であり、有
意差は認めなかった（P=.563）。術後 6 週では N-IM 群は 115.1±16.3、2-IM 群は 127.2±12.7、
6-IM 群は 102.8±9.6 であり、Kruskal-Wallis 検定では有意差を認めなかった（P=.059）。術後
12 週では N-IM 群は 126.9±16.3、2-IM 群は 151.1±12.8、6-IM 群は 124.9±7.1 であり、
Kruskal-Wallis 検定で群間に有意差を認め（P=.039）、Scheffe 検定では 2-IM 群と 6-IM 群との
間に有意差を認めた（P=.049）（図 10B）。
30
図 8.
細胞数（外固定の影響について）
A
B
A：境界部
B：グラフト実質部
術後 2 週の結果は Mann-Whitney U 検定を行った。
術後 6 週と 12 週の結果は Kraskal-Warris 検定を行い、群間に有意差が認められたものは
Scheffe 検定を行った。
* P<0.05
31
図 9.
血管数（外固定の影響について）
A
B
A：境界部
B：グラフト実質部
* P<0.05
** P<0.01
32
図 10.
コラーゲン線維配列（外固定の影響について）
A
B
A：境界部
B：グラフト実質部
* P<0.05
** P<0.01
33
7-1-5).
生体力学的評価
術後 12 週での最大破断強度は、N-IM 群で 13.0±2.6N、2-IM 群で 25.2±3.6N、6-IM 群で
13.6±4.5N であり、Kruskal-Wallis 検定で群間に有意差を認め（P=.021）、Scheffe 検定では
N-IM 群と 2-IM 群、2-IM 群と 6-IM 群との間にそれぞれ有意差を認めた（P=.002、P=.003）
（図
11A）。
剛性は、N-IM 群で 4.23±2.8N/mm、2-IM 群で 8.86±2.6N/mm、6-IM 群で 7.33±2.6N/mm
であり、Kruskal-Wallis 検定では群間に有意差を認めなかった（P=.116）（図 11B）。
34
図 11.
力学試験の結果（外固定の影響について）
A
B
A：最大破断強度
B：剛性
** P<0.01
35
7-2).
7-2-1).
研究 2：ラット腱板再構築過程における術後他動運動の影響
組織所見
術後 2 週では、N-IM 群において多核白血球を主体とした炎症細胞を腱骨境界部とグラフト実
質部に広範囲に認めた。コラーゲン線維と骨の連続性は認めなかった。偏光顕微鏡画像では明領
域はほとんど認めなかった。I-PM 群と D-PM 群も同様の所見であった。（図 12）
術後 6 週では、N-PM 群において腱骨境界部とグラフト実質部の細胞数と血管数が減少して
いた。細胞の多くは多核白血球と線維芽細胞様細胞であり、後者が多かった。不規則に配列する
コラーゲン線維を認めた。腱骨境界部に fibroblastic ingrowth を認めた。偏光顕微鏡画像での
明領域を腱骨境界部とグラフト実質部に認めた。I-PM 群では、偏光顕微鏡画像の腱骨境界部に
おいて、明領域が N-PM 群と比較し少なかった。D-PM 群は N-PM 群と同様の所見であった。
（図 13）
術後 12 週では、N-PM 群において細胞数と血管数は術後 6 週と同様に減少していた。細胞の
多くは線維芽細胞様細胞であった。術後 6 週で見られたコラーゲン線維の配列がさらに改善し、
腱骨境界部の fibroblastic ingrowth が増加していた。偏光顕微鏡画像では、術後 6 週で見られ
た明領域がさらに増加していた。I-PM 群では、腱骨境界部に不規則に配列したコラーゲン線維
を認めた。偏光顕微鏡画像では、腱骨境界部において明領域が N-PM 群と比較して少なかった。
D-PM 群では、腱骨境界部に規則正しく配列したコラーゲン線維を認めた。偏光顕微鏡画像では
N-PM 群と同様に腱骨境界部とグラフト実質部に明領域を認めた。（図 14）
36
図 12.
術後 2 週の組織像（他動運動の影響について）
H&E：Hematoxylin-Eosin 染色
PL：偏光顕微鏡画像（picrosirius red 染色、gray scale）
T：再構築腱
I：腱骨境界部
B：骨
N-PM：non-passive motion
I-PM：immediate-passive motion
D-PM：delayed-passive motion
37
図 13.
術後 6 週の組織像（他動運動の影響について）
38
図 14.
術後 12 週の組織像（他動運動の影響について）
39
7-2-2).
細胞数
境界部は、術後 2 週では N-PM 群は 4475.6±1106 個/mm2、I-PM 群は 5806.7±1080 個/mm2、
D-PM 群は 4875.8±640.1 個/mm2 であり有意差は認めなかった（P=.082）。術後 6 週では N-PM
群は 1554.2±427.6 個/mm2、I-PM 群は 1745.0±363.8 個/mm2、D-PM 群は 1336.7±282.5 個
/mm2 であり有意差は認めなかった（P=.223）。術後 12 週では N-PM 群は 1502.5±260.8 個/mm2、
I-PM 群は 1332.5±320.0 個/mm2、D-PM 群は 1196.7±199.6 個/mm2 であり有意差を認めなか
った（P=.126）（図 15A）。
グラフト実質部は、術後 2 週では N-PM 群は 3755.8±584.0 個/mm2、I-PM 群は 4670.0±653.3
個/mm2、D-PM 群は 3798.3±423.8 個/mm2 であり有意差は認めなかった（P=.064）。術後 6 週
では N-PM 群は 1718.3±397.5 個/mm2、I-PM 群は 1748.3±395.4 個/mm2、D-PM 群は 1621.7
±290.6 個/mm2 であり有意差を認めなかった（P=.864）。術後 12 週では N-PM 群は 1132.5±
247.3 個/mm2、I-PM 群は 1277.5±212.2 個/mm2、D-PM 群は 1039.2±214.4 個/mm2 であり有
意差を認めなかった（P=.174）（図 15B）。
7-2-3).
血管数
境界部は、術後 2 週では N-PM 群は 78.5±21.2 個/mm2、I-PM 群は 102.1±32.1 個/mm2、
D-PM 群は 81.3±18.6 個/mm2 であり有意差は認めなかった（P=.219）。術後 6 週では N-PM 群
は 13.2±7.18 個/mm2、I-PM 群は 21.5±8.09 個/mm2、D-PM 群は 13.9±5.69 個/mm2 であり
有意差は認めなかった（P=.143）。術後 12 週では N-PM 群は 14.6±5.74 個/mm2、I-PM 群は
19.4±5.05 個/mm2、D-PM 群は 13.2±7.18 個/mm2 であり有意差を認めなかった（P=.181）
（図
16A）。
グラフト実質部は、術後 2 週では N-PM 群は 52.1±13.6 個/mm2、I-PM 群は 78.5±26.5 個/mm2、
D-PM 群は 66.7±13.9 個/mm2 であり有意差は認めなかった（P=.177）。術後 6 週では N-PM 群
は 12.5±6.45 個/mm2、I-PM 群は 20.1±4.87 個/mm2、D-PM 群は 14.6±5.74 個/mm2 であり
40
有意差を認めなかった（P=.104）。術後 12 週では N-PM 群は 11.8±4.87 個/mm2、I-PM 群は
15.3±6.27 個/mm2、D-PM 群は 11.8±7.18 個/mm2 であり有意差を認めなかった（P=.448）
（図
16B）。
7-2-4).
コラーゲン線維配列
境界部は、術後 2 週では N-PM 群は 67.6±20.0、I-PM 群は 68.4±22.4、D-PM 群は 77.0±
20.1 であり、有意差は認めなかった（P=.317）。術後 6 週では N-PM 群は 125.5±14.9、I-PM
群は 109.4±11.6、D-PM 群は 126.8±7.1 であり、
Kruskal-Wallis 検定で有意差を認め
（P=.0095）、
Scheffe 検定では N-PM 群と I-PM 群、I-PM 群と D-PM 群との間にそれぞれ有意差を認めた
（P=.030、P=.024）。術後 12 週では N-PM 群は 142.7±16.8、I-PM 群は 125.3±7.6、D-PM
群は 141.7±7.2 であり、Kruskal-Wallis 検定で群間に有意差を認め（P=.0125）、Scheffe 検定
では N-PM 群と I-PM 群、I-PM 群と D-PM 群との間にそれぞれ有意差を認めた
（P=.029、P=.047）
（図 17A）
。
グラフト実質部は、術後 2 週では N-PM 群は 89.0±14.7、I-PM 群は 71.9±6.0、D-PM 群は
77.5±19.0 であり、有意差は認めなかった（P=.195）。術後 6 週では N-PM 群は 129.4±8.2、
I-PM 群は 123.6±7.4、D-PM 群は 130.5±5.2 であり、有意差は認めなかった（P=.127）。術後
12 週では N-PM 群は 146.4±13.3、I-PM 群は 129.7±4.7、D-PM 群は 147.8±7.8 であり、
Kruskal-Wallis 検定で群間に有意差を認め（P=.0018）、Scheffe 検定では N-PM 群と I-PM 群、
I-PM 群と D-PM 群との間にそれぞれ有意差を認めた（P=.012、P=.008）（図 17B）。
41
図 15.
細胞数（他動運動の影響について）
A
B
A：境界部
B：グラフト実質部
Kraskal-Warris 検定を行い、群間に有意差が認められたものは Scheffe 検定を行った。
42
図 16.
血管数（他動運動の影響について）
A
B
A：境界部
B：グラフト実質部
43
図 17.
コラーゲン線維配列（他動運動の影響について）
A
B
A：境界部
B：グラフト実質部
* P<0.05
** P<0.01
44
7-2-5).
生体力学的評価
術後 12 週での最大破断強度は、N-PM 群で 19.7±5.8N、I-PM 群で 8.7±2.6N、D-PM 群で
15.3±2.9N であり、Kruskal-Wallis 検定で群間に有意差を認め（P=.0043）、Scheffe 検定では
N-PM 群と I-PM 群、I-PM 群と D-PM 群との間にそれぞれ有意差を認めた（P=.0011、P=.042）
（図 18A）
。
剛性は、N-PM 群で 5.24±3.2N/mm、I-PM 群で 3.58±1.5N/mm、D-PM 群で 5.01±2.7N/mm
であり、Kruskal-Wallis 検定では群間に有意差を認めなかった（P=.476）（図 18B）。
45
図 18.
生体力学試験の結果（他動運動の影響について）
A
B
A：最大破断強度
B：剛性
* P<0.05
** P<0.01
46
8. 考察
腱板修復治癒過程
腱板修復治癒過程は他の軟部組織と同様に大きく 3 期（炎症期、細胞増殖期、リモデリング期）
に分けられる 55, 56。炎症期は術後 48～72 時間までの間で、好中球、マクロファージ、リンパ球
の順に創部に現れ、微生物などに対する免疫反応を起こす。細胞増殖期は一般的に 3 日目から約
2 週間までの間とされるが、腱や靭帯では 6 週から 10 週まで継続するとの報告もある 57。その
理由として、腱や靭帯そのものが細胞と血管が少なく、治癒能力が低いことが挙げられる。この
時期には線維芽細胞の遊走や、フィブリンやフィブロネクチンからなる暫定的な足場の代わりに
なる新しい細胞外マトリックスの沈着が起こる。この時期は、組織学的には豊富な肉芽組織形成
がみられる。少数のコラーゲン線維が骨に結合し、線維軟骨細胞は認めない。リモデリング期は
治癒過程の最終段階で、新しい組織の発現や最終的な瘢痕組織形成が見られる。腱と骨のコラー
ゲン線維結合が中等度みられ、少数の線維軟骨細胞が見られるようになり、炎症細胞は消失する。
その後、骨表面に線維軟骨がみられるようになる。石灰化線維軟骨層が形成される。リモデリン
グ期は 1 年以上にも及ぶとされているが、正常組織でみられる 4 層構造には戻らないとされる。
ラット腱板再構築過程における外固定の影響について
腱板修復モデルを用いて外固定の影響を検討した報告はあるが、腱板再建モデルを用いた報告
はこれまでない。Gimbel ら 41 は外固定により修復部に生じるメカニカルストレスの減少が組織
微小傷害を防ぐ保護的環境をもたらす可能性があると述べている。またウサギの膝蓋腱
側側副靭帯
59
58
や内
においても外固定がコラーゲン配列を改善すると報告されている。本研究では、
術後 2 週の炎症期と細胞増殖期に外固定を施すことにより、ラット腱板再建部の治癒過程は組
織学的、生体力学的に改善されていた。これは、前述の報告と同様の結果であり、炎症期と細胞
増殖期における保護的環境の重要性を示しているものと考えられた。
47
一方、術後 6 週の外固定は固定を施さなかったコントロール群と同等の生体力学的強度であ
り、組織学的にも改善は認めなかった。多くの骨軟部組織の恒常性維持や創傷治癒過程にはメカ
ニカルストレスの関与が必要とされている。膝蓋腱ではメカニカルストレスをなくすことにより
正常腱の強度が低下することが報告され 60、骨では骨折部に生じる圧迫負荷が治癒を促進するこ
とが報告されている
61。また、Galatz
ら
62 はラット腱板修復モデルにおいて、ボツリヌス毒素
により棘上筋を麻痺させた状態に外固定を組み合わせると、麻痺のみと比べて治癒過程が阻害さ
れることを示し、修復部に生じるメカニカルストレスを完全に取り除くことは腱板修復治癒過程
に不利益となることを報告した。本研究における 6 週間の外固定により、増殖期以降に必要な
メカニカルストレスが不足し腱板再構築過程に不利益であったことが推察される。
ラット腱板再構築過程における術後他動運動の影響について
腱板修復術後の治癒過程における他動運動の影響を評価した研究は少ない。Peltz ら
40 は
rat
腱板修復モデルを用いて術直後からの他動運動は可動域を悪化させるものの、コラーゲン配列や
力学的特性には影響を与えなかったと報告した。Zhang ら
63 はウサギ腱板修復モデルを用いて
術後３週からの他動運動は組織学的、生体力学的に悪影響を与えないことを報告した。本研究で
は、腱板再建ラットモデルを用いて他動運動の開始時期の違いが腱板再構築過程に与える影響を
評価し、術直後からの他動運動は組織学的、生体力学的に悪影響を与えることを明らかとした。
これは、従来推奨されていた術後早期他動運動を再考する必要性を支持する新知見である。
他動運動の利点は、関節血症の減少による関節内圧の減少と
64, 65、関節周囲の浮腫を減少さ
せることによる外傷や手術後の関節拘縮の予防であり 66、術後の数時間から数日の間に行うこと
が最も効果的とされている。しかし、関節内の腱骨結合部の治癒過程についての検討を行った研
究は少ない。Brophy ら 67 はラット前十字靭帯再建モデルにおいて、術直後からのメカニカルス
トレスは生体力学的強度に影響を与えなかったものの、炎症細胞の増加と骨新生の低下をもたら
すことを報告した。本研究においては、他動運動を術直後から開始した群では、外固定のみで他
48
動運動を行わないコントロール群と比較してコラーゲン配列と力学的強度の低下が認められ、術
直後からの他動運動が腱板再構築過程に不利益となることが明らかとなった。この結果は、術直
後からの他動運動が治癒過程に影響を与えないとする Peltz ら
40
の報告とは異なるものであっ
た。本腱板再建モデルでは腱板骨結合部に欠損を作成し ADM グラフトで補填しており、切離し
た棘上筋腱を骨に直接縫着する修復モデルよりも治癒過程は遅延する。この動物モデルの差異に
より、術直後からの他動運動によって炎症期が遷延し、腱板再構築過程に不利益な結果となった
ものと推察される。
一方、術後 1 週から開始した他動運動はコントロール群と比較して組織学的、生体力学的に
治癒過程に影響を及ぼさなかった。この結果は術後 3 週からの他動運動は治癒過程に悪影響を
与えないとする Zhang らのウサギ腱板修復モデルを用いた報告と一致していた。炎症期終了後
に他動運動を行えば、腱板再構築過程に悪影響を与えないことが示唆された。同じ他動運動が開
始時期の違いにより不利益をもたらす可能性を示したことは、腱板修復・再建術後の後療法にお
ける他動運動の開始時期の決定に寄与する知見である。
臨床との関連
臨床的に腱板再建術後は、通常 6 週間の外固定が行われている。本研究結果から、この外固
定は腱板再構築に有益と考えられる。また、従来推奨されていた術直後からの他動運動はさける
べきであることが示唆された。
49
9. 結語
腱板再構築過程における適切な期間の外固定は有益であり、術直後からの他動運動は悪影響を
及ぼす。
50
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