Analysis of serum biomarkers to predict the neurological prognosis in spinal degenerative disorders

• Project/Area Number: 16K20072
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Orthopaedic surgery
• Research Institution: Toho University
• Principal Investigator: TAKAHASHI Hiroshi 東邦大学, 医学部, 講師 (80597047)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2016: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 圧迫性脊髄症 / 腰部脊柱管狭窄症 / バイオマーカー / 血中酸化ストレス / 手術成績 / 神経障害 / oxidative stress / biomarker / spinal disorders / compression myelopathy / lumbar canal stenosis / 脊椎変性疾患

Outline of Final Research Achievements

We conducted an observational study to evaluate serum levels of oxidative stress markers (Reactive Oxygen Metabolites: ROM) as one of the candidates to predict the neurological prognosis in spinal degenerative disorders.
In compression myelopathy, ROM increased in severity in patients with acutely worsening myelopathy that suggest that postsurgical neurological recovery is influenced by servere oxidative stress in acute worsening myelopathy. In addition, ROM did not decrease but increased at 3 months after surgery despite the favorable neurological improvement observed. Serum oxidative stress markers were higher and remained elevated in cases complicated with C5 palsy.
On the other hands, in lumbar degenerative disorders, elevated ROM before surgery gradually improved within 1 year after surgery. The clinical results suggest that neurogenic oxidative stress can be mitigated by surgery and residual oxidative stress reflects poor surgical outcomes.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

脊椎変性疾患における血清中バイオマーカー候補として、血中酸化ストレス値を測定し、手術後1年までの経時的変化、臨床成績との関係について解析した。
圧迫性脊髄症では、急性増悪期にROM高値だと手術成績が不良となり、C5麻痺合併例でROMは特に高値を取り、血中酸化ストレスが圧迫性脊髄症の病態、手術成績に影響を与えることが判明した。
腰部脊柱管狭窄症例では、術前に上昇したROMが手術後1年かけて緩徐に改善し、ROM改善不良例ではADL改善が不良となり、血中酸化ストレスが腰部脊柱管狭窄症でも病態、手術成績に関与することが判明した。

Research Products

• [Journal Article] Serum Oxidative Stress Influences Neurological Recovery After Surgery to Treat Acutely Worsening Symptoms of Compression Myelopathy: A Cross-Sectional Human Study (2019)
  • Author(s): Takahashi H, Aoki Y, Saito J, Nakajima A, Sonobe M, Akatsu Y, Taniguchi S, Yamada M, Koyama K, Akiyama Y, Shiga Y, Inage K, Orita S, Eguchi Y, Maki S, Furuya T, Akazawa T, Koda M, Yamazaki M, Ohtori S, Nakagawa K
  • Journal Title: BMC Musculoskelet Disord Volume: 20 Issue: 1 Pages: 589-589
  • DOI: 10.1186/s12891-019-2966-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Intradural metastasis to the cauda equina found as the initial presentation of breast cancer: a case report. (2019)
  • Author(s): Koyama K, Takahashi H, Inoue M, Okawa A, Nakajima A, Sonobe M, Akatsu Y, Saito J, Taniguchi S, Yamada M, Yamamoto K, Aoki Y, Furuya T, Koda M, Yamazaki M, Ohtori S, Nakagawa K
  • Journal Title: J Med Case Rep Volume: 13 Issue: 1 Pages: 220-220
  • DOI: 10.1186/s13256-019-2155-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Serum levels of reactive oxygen metabolites at 12 weeks during tocilizumab therapy are predictive of 52 weeks-disease activity score-remission in patients with rheumatoid arthritis (2019)
  • Author(s): Nakajima A, Terayama K, Sonobe M, Aoki Y, Takahashi H, Akatsu Y, Saito J, Taniguchi S, Yamada M, Kubota A, Nakagawa K
  • Journal Title: BMC Rheumatol Volume: 3 Issue: 1 Pages: 48-48
  • DOI: 10.1186/s41927-019-0096-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reduced leg muscle mass and lower grip strength in women are associated with osteoporotic vertebral compression fractures. (2019)
  • Author(s): Eguchi Y, Toyoguchi T, Orita S, Shimazu K, Inage K, Fujimoto K, Suzuki M, Norimoto M, Umimura T, Shiga Y, Inoue M, Koda M, Furuya T, Maki S, Hirosawa N, Aoki Y, Nakamura J, Hagiwara S, Akazawa T, Takahashi H, Takahashi K, Shiko Y, Kawasaki Y, Ohtori S.
  • Journal Title: Arch Osteoporos. Volume: 14 Issue: 1 Pages: 112-112
  • DOI: 10.1007/s11657-019-0668-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MRI evaluation of dural sac enlargement by interspinous process spacers in patients with lumbar spinal stenosis: Does it play a role in the long term? (2019)
  • Author(s): Akazawa T, Kotani T, Sakuma T, Torii Y, Iinuma M, Asano K, Ueno J, Yoshida A, Murakami K, Minami S, Orita S, Inage K, Shiga Y, Nakamura J, Inoue G, Miyagi M, Saito W, Eguchi Y, Fujimoto K, Takahashi H, Ohtori S, Niki H.
  • Journal Title: Journal of Orthopaedic Science Volume: 24 Issue: 6 Pages: 979-984
  • DOI: 10.1016/j.jos.2019.08.018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unilateral laminectomy for bilateral decompression improves low back pain while standing equally on both sides in patients with lumbar canal stenosis: analysis using a detailed visual analog scale. (2019)
  • Author(s): Takahashi H, Aoki Y, Saito J, Nakajima A, Sonobe M, Akatsu Y, Inoue M, Taniguchi S, Yamada M, Koyama K, Yamamoto K, Shiga Y, Inage K, Orita S, Maki S, Furuya T, Koda M, Yamazaki M, Ohtori S, Nakagawa K.
  • Journal Title: BMC Musculoskeletal Disorders Volume: 20 Issue: 1 Pages: 100-100
  • DOI: 10.1186/s12891-019-2475-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Surgical treatment for dropped head syndrome with cervical spondylotic amyotrophy: a case report (2018)
  • Author(s): Taniguchi S, Takahashi H, Aoki Y, Nakajima A, Terajima F, Sonobe M, Akatsu Y, Yamada M, Furuya T, Koda M, Yamazaki M, Ohtori S, Nakagawa K
  • Journal Title: BMC Res Notes Volume: 11 Issue: 1 Pages: 500-500
  • DOI: 10.1186/s13104-018-3612-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 胸椎硬膜外血管脂肪腫の1例 (2018)
  • Author(s): 小山慶太，高橋宏，寺島史明
  • Journal Title: 日本脊髄障害医学会誌 Volume: 31 Pages: 178-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Axonal damage is remarkable in patients with acutely worsening symptom of compression myelopathy: biomarkers in cerebrospinal fluid samples. (2017)
  • Author(s): Takahashi H, Aoki Y, Nakajima A, Sonobe M, Terajima F, Saito M, Miyamoto T, Koyama K, Yamamoto K, Furuya T, Koda M, Ohtori S, Yamazaki M, Nakagawa K.
  • Journal Title: Eur Spine J Volume: Epub ahead of print Issue: 8 Pages: 1824-1830
  • DOI: 10.1007/s00586-018-5549-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Less invasive lumbopelvic fixation technique using a percutaneous pedicle screw system for unstable pelvic ring fracture in a patient with severe multiple traumas. (2017)
  • Author(s): Yano S, Aoki Y, Watanabe A, Nakajima T, Takazawa M, Hirasawa H, Takahashi K, Nakagawa K, Nakajima A, Takahashi H, Orita S, Eguchi Y, Suzuki T, Ohtori S.
  • Journal Title: J neurosurg Spine Volume: 26 Issue: 2 Pages: 203-207
  • DOI: 10.3171/2016.7.spine16323
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Serum level of reactive oxygen metabolites (ROM) at 12 weeks of treatment with biologic agents for rheumatoid arthritis is a novel predictor for 52-week remission. (2017)
  • Author(s): Nakajima A, Aoki Y, Sonobe M, Takahashi H, Saito M, Nakagawa K.
  • Journal Title: Clinic Rheumatol Volume: 36 Issue: 2 Pages: 309-315
  • DOI: 10.1007/s10067-016-3479-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 胸椎硬膜背側脱出ヘルニアに腰部脊柱管狭窄症を合併し両下肢麻痺をきたした1例 (2016)
  • Author(s): 井上雅寛，高橋宏
  • Journal Title: 日本脊髄障害医学会 Volume: 29 Pages: 122-3
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Serum oxidative stress reflects the severity of neurological damage in patients with lumbar canal stenosis: a pilot cross-sectional human study. (2019)
  • Author(s): Takahashi H, Aoki Y, Saito J, Nakajima A, Sonobe M, Akatsu Y, Yamada M, Koyama K, Akiyama Y, Iwai T, Nakano S, Yanagisawa K, Furuya T, Ohtori S, Nakagawa K.
  • Organizer: 46th ISSLS Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Low back pain in standing position significantly improves in patients treated with bilateral decompression via unilateral approach for lumbar spinal stenosis: analyzing the detailed visual analogue scale. (2019)
  • Author(s): Takahashi H, Aoki Y, Saito J, Nakajima A, Sonobe M, Akatsu Y, Yamada M, Koyama K, Furuya T, Ohtori S, Nakagawa K.
  • Organizer: 46th ISSLS Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Serum oxidative stress reflects poor neurological recovery to treat acutely worsening symptoms of compression myelopathy: a pilot cross-sectional study. (2019)
  • Author(s): Takahashi H, Saito J, Aoki Y, Nakajima A, Sonobe M, Akatsu Y, Yamada M, Furuya T, Ohtori S, Nakagawa K.
  • Organizer: 第92回日本整形外科学会学術総会
• [Presentation] 関節リウマチ腰椎固定術の臨床成績 ～スクリューの緩みと骨癒合率に着目して～ (2019)
  • Author(s): 高橋宏，中島新，園部正人，山田学，中野志保，中川晃一．
  • Organizer: 第63回日本リウマチ学会総会
• [Presentation] 圧迫性脊髄症における血中酸化ストレスは術後早期に上昇する (2019)
  • Author(s): 高橋宏，齊藤淳哉，青木保親，中島新，園部正人，寺島史明，山田学，秋山友紀，岩井達則，中野志保，柳澤敬太，古矢丈雄，大鳥精司，國府田正雄，山崎正志，中川晃一．
  • Organizer: 第48回日本脊椎脊髄病学会
• [Presentation] 腰椎TLIFにおけるTitanium Coated PEEK CageはCage脱転対策となりうるか？ ～従来のPEEK Cageの手術成績との比較検討～ (2019)
  • Author(s): 高橋宏，青木保親，齊藤淳哉，中島新，園部正人，寺島史明，赤津頼一，山田学，秋山友紀，岩井達則 中野志保，柳澤啓太，大鳥精司，山崎正志，中川晃一．
  • Organizer: 第48回日本脊椎脊髄病学会
• [Presentation] 腰椎変性疾患における血中酸化ストレスは神経障害の重症度を反映する (2019)
  • Author(s): 高橋宏，青木保親，齊藤淳哉，中島新，園部正人，赤津頼一，山田学，古矢丈雄，大鳥精司，山崎正志，中川晃一．
  • Organizer: 第92回日本整形外科学会学術総会
• [Presentation] 圧迫性頚髄症における血中酸化ストレスの手術による経時的変化 ～酸化ストレスは手術により改善するか？～ (2019)
  • Author(s): 高橋宏，齊藤淳哉，青木保親，中島新，園部正人，山田学，秋山友紀，古矢丈雄，山崎正志，大鳥精司，中川晃一．
  • Organizer: 第34回日本整形外科学会基礎学術集会
• [Presentation] 圧迫性頚髄症術後早期における血中酸化ストレスの経時的変化 (2019)
  • Author(s): 高橋宏，齊藤淳哉，坂本卓弥，秋山友紀，柳澤啓太，古矢丈雄，大鳥精司．
  • Organizer: 第54回日本脊髄障害医学会
• [Presentation] 腰椎除圧術後同一高位に対するRevision TLIFの治療成績 ～Primary手術例との比較検討～ (2019)
  • Author(s): 高橋宏，青木保親，齊藤淳哉，古矢丈雄，國府田正雄，大鳥精司，山崎正志．
  • Organizer: 第28回日本脊椎インストゥルメンテーション学会
• [Presentation] Severe serum oxidative stress reflects poor surgical outcome for acutely worsening symptoms of compression myelopathy. (2019)
  • Author(s): Takahashi H, Saito J, Aoki Y, Nakajima A, Sonobe M, Akatsu Y, Akiyama Y, Furuya T, Ohtori S, Yamazaki M, Nakagawa K.
  • Organizer: 10th annual meeting of cervical spine research society Asia Pacific section
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Serum oxidative stress influences neurological recovery after surgery to treat acutely worsening symptoms of compression myelopathy: a pilot cross-sectional human study. (2018)
  • Author(s): Takahashi H, Aoki Y, Nakajima A, Sonobe M, Terajima F, Akatsu Y, Taniguchi S, Yamada M, Akiyama Y, Furuya T, Koda M, Yamazaki M, Ohtori S, Nakagawa K.
  • Organizer: 34th annual meeting of cervical spine research society European section
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 圧迫性脊髄症における血中酸化ストレスの定量化 第1報 (2018)
  • Author(s): 高橋宏 青木保親 中島新 園部正人 寺島史明 齋藤雅彦 谷口慎治 山田学 小山慶太 古矢丈雄 大鳥精司 中川晃一
  • Organizer: 第47回日本脊椎脊髄病学会
• [Presentation] 腰椎変性疾患における血中酸化ストレスの定量化 第1報 (2018)
  • Author(s): 高橋宏 青木保親 中島新 園部正人 寺島史明 赤津頼一 谷口慎治 山田学 小山慶太 古矢丈雄 大鳥精司 中川晃一
  • Organizer: 第47回日本脊椎脊髄病学会
• [Presentation] TLIF術後Peek Cage脱転症例の特徴と対策 ～Cage抜去例の実際を含めて～ (2018)
  • Author(s): 高橋宏 青木保親 中島新 寺島史明 園部正人 赤津頼一 谷口慎治 山田学 小山慶太 古矢丈雄 大鳥精司 中川晃一
  • Organizer: 第47回日本脊椎脊髄病学会
• [Presentation] 腰椎経椎間孔椎体間固定（TLIF）術後Peek Cage脱転例の検討 (2018)
  • Author(s): 高橋宏 青木保親 中島新 寺島史明 園部正人 赤津頼一 谷口慎治 山田学 細川博昭 小山慶太 大鳥精司 中川晃一
  • Organizer: 第91回日本整形外科学会学術総会
• [Presentation] 腰椎TLIFにおけるTitanium Coating PEEK Cageの手術成績 ～Cage脱転対策となりうるか～ (2018)
  • Author(s): 高橋宏，齊藤淳哉，青木保親，中島新，園部正人，寺島史明，赤津頼一，山田学，戸口郁，小山慶太，大鳥精司，中川晃一
  • Organizer: 第27回日本脊椎インストゥルメンテーション学会
• [Presentation] 腰椎変性疾患における血中酸化ストレスは神経障害の重症度を反映するか？ (2018)
  • Author(s): 高橋宏，齊藤淳哉，寺島史明，小山慶太，秋山友紀，古矢丈雄
  • Organizer: 第53回日本脊髄障害医学会
• [Presentation] 痙性斜頚を合併した成人発症の陳旧性環軸椎回旋位固定の1例 (2018)
  • Author(s): 秋山友紀，高橋宏，齊藤淳哉，寺島史明，小山慶太，古矢丈雄
  • Organizer: 第53回日本脊髄障害医学会
• [Presentation] Reversible axonal damage is remarkable in acutely worsening symptoms of compression myelopathy; analysis of cerebrospinal fluid samples (2017)
  • Author(s): Hiroshi Takahashi, Yasuchika Aoki, Arata Nakajima, Masato Sonobe, Fumiaki Terajima, Masahiko Saito, Yorikazu Akatsu, Shinji Taniguchi, Keita Koyama, Koichi Nakagawa
  • Organizer: 10th Joint Seminar on Biomedical Sciences
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 頚椎術後に遺残する頚部愁訴の程度は？～術式別の比較検討～ (2017)
  • Author(s): 宮本卓弥 高橋宏 青木保親 中島新 寺島史明 園部正人 齊藤雅彦 小山慶太 山本景一郎 中川晃一
  • Organizer: 第46回日本脊椎脊髄病学会
• [Presentation] 関節リウマチ環軸関節病変における後頭部痛の性状と手術による変化 (2017)
  • Author(s): 高橋宏 中島新 園部正人 小山慶太 山本景一郎 中川晃一
  • Organizer: 第61回日本リウマチ学会総会・学術集会
• [Presentation] 腰椎除圧術後遺残腰痛の性状解析と脊柱骨盤矢状面アライメントとの関連 ～詳細VAS評価を用いて～ (2017)
  • Author(s): 井上雅寛 高橋宏 青木保親 中島新 園部正人 齊藤雅彦 小山慶太 山本景一郎 大鳥精司 中川晃一
  • Organizer: 第90回日本整形外科学会学術総会
• [Presentation] TLIF術後Peek Cage後方脱転例の検討 ～Cage抜去を要した症例の特徴を含めて～ (2017)
  • Author(s): 高橋宏 青木保親 中島新 園部正人 齊藤雅彦 赤津頼一 谷口慎治 細川博昭 小山慶太 古矢丈雄 大鳥精司 中川晃一
  • Organizer: 第26回日本脊椎インストゥルメンテーション学会
• [Presentation] 圧迫性脊髄症における血中酸化ストレスの定量化 (2017)
  • Author(s): 高橋宏 寺島史明 小山慶太 山本景一郎 古矢丈雄
  • Organizer: 第52回日本脊髄障害医学会
• [Presentation] 胸椎硬膜外血管脂肪腫の1例 (2017)
  • Author(s): 小山慶太 高橋宏 寺島史明 飯島靖 古矢丈雄
  • Organizer: 第52回日本脊髄障害医学会
• [Presentation] 関節リウマチ脊椎病変の最近の動向 ～手術手技の進歩と薬物治療体系の変化に伴う病態の変遷～ (2016)
  • Author(s): 高橋宏
  • Organizer: 第51回日本脊髄障害医学会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2016-11-10
  • Invited
• [Presentation] 本態性振戦を合併した骨粗鬆症性椎体骨折の１例 (2016)
  • Author(s): 宮本卓弥 高橋宏 寺島史明
  • Organizer: 第51回日本脊髄障害医学会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2016-11-10
• [Presentation] Klippel Feil症候群に伴う上位頚椎奇形により中枢性呼吸障害を呈した1例 (2016)
  • Author(s): 山本景一郎 高橋宏 宮本卓弥 寺島史明
  • Organizer: 第51回日本脊髄障害医学会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2016-11-10
• [Presentation] 環軸関節固定術症例における後頭部痛の性状と変化 (2016)
  • Author(s): 高橋宏 青木保親 中島新 寺島史明 園部正人 齊藤雅彦 宮本卓弥 小山慶太 山本景一郎 中川晃一
  • Organizer: 日本脊椎インストゥルメンテーション学会
  • Place of Presentation: 長崎ブリックホール（長崎県・長崎市）
  • Year and Date: 2016-10-28
• [Presentation] Reversible axonal damage is remarkable in patients with acutely worsening symptoms of compression myelopathy: analysis of human cerebrospinal fluid samples (2016)
  • Author(s): Takahashi H, Aoki Y, Nakajima A, Sonobe M, Terajima F, Saito M, Inoue M, Koyama K, Yamamoto K, Nakagawa K.
  • Organizer: Eurospine 2016
  • Place of Presentation: Berlin, Germany
  • Year and Date: 2016-10-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 圧迫性脊髄症急性増悪期における神経細胞への障害様式 ～臨床髄液検体の解析～ (2016)
  • Author(s): 高橋宏 青木保親 中島新 園部正人 寺島史明 齋藤雅彦 山田学 小山慶太 山本景一郎 古矢丈雄 國府田正雄 中川晃一
  • Organizer: 第89回日本整形外科学会学術総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-05-12
• [Presentation] 腰椎椎間板ヘルニアにおける腰痛の性状、局在と手術による変化、遺残腰痛の性状についての検討 ～状況別詳細VASを用いて～ (2016)
  • Author(s): 高橋宏 青木保親 中島新 寺島史明 園部正人 齊藤雅彦 井上雅寛 山田学 小山慶太 山本景一郎 中川晃一
  • Organizer: 第89回日本整形外科学会学術総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2016-05-12
• [Presentation] Delayed surgical site infection after cervical posterior decompression and fusion in patient with atopic dermatitis, a case report (2016)
  • Author(s): Takahashi H, Aoki Y, Nakajima A, Terajima F, Sonobe M, Saito M, Inoue M, Taniguchi S, Yamada M, Koyama K, Yamamoto K, Nakagawa K.
  • Organizer: 7th annual meeting of Cervical Spine Research Society Asia Pacific Section
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
  • Year and Date: 2016-04-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 脊椎変性疾患における臨床髄液検体の解析 ～脊髄障害、馬尾神経根障害における神経細胞への障害様式の違いは？～ (2016)
  • Author(s): 高橋宏 青木保親 中島新 園部正人 寺島史明 齋藤雅彦 山田学 小山慶太 山本景一郎 古矢丈雄 國府田正雄 中川晃一
  • Organizer: 第45回日本脊椎脊髄病学会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2016-04-14