SPring-8を利用したアキレス腱付着部の3次元構造変化とその力学的特性の解明

Research Project

Project/Area Number	22K11299
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
Research Institution	Niigata University of Health and Welfare
Principal Investigator	高橋英明新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 講師 (90636250)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	澤田純明新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 准教授 (10374943) 関本道治新潟医療福祉大学, 医療技術学部, 講師 (60420220)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords	アキレス腱 / Enthesis / 3次元構造 / 破断強度
Outline of Research at the Start	腱と骨の付着部はEnthesisと呼ばれ，スポーツ競技でのオーバーユーズにより骨端症や腱付着部症などを発症する．しかし，Enthesis部の成長や力学的負荷の増大・減弱でその構造や力学的特性がどのように変化するについての知見が少ない．そこで，本研究課題では，成長や過負荷条件，負荷減弱条件などでEnthesis部の3次元構造やその力学的特性がどのように変化するのかを明らかにする．
Outline of Annual Research Achievements	本年度の研究目的は，成長過程におけるラットアキレスEnthesisの3次元構造と力学的特性の変化を経時的に明らかにすることである．対象はWistar系雄性ラット48匹を対象とした．その後，4・6・8・12週齢（4群×12匹）の各週齢にてアキレスEnthesisを採取した．各群6匹は大型放射光施設（SPring-8）にて0.1°毎に3.51μｍの画素サイズにて画像の取得を行った．残りの各群6匹については，アキレスEnthesisの引張段試験を実施した．その結果，アキレスEnthesisの波状構造は，成長に伴い複雑化する様子が観察された．力学的特性については，4週齢と比較して6・8・12週齢で破断強度が有意に高値を示した．また，6週齢と8週齢の間には強度的な有意差は認められなかったが，12週齢と比較した場合には有意差を認めた．これらのことから，アキレスEnthesisは，成長に伴い波状構造を複雑化することでより骨との接地面積を広げることでその強度を担保しているものと推察される．加えて，筋収縮により生じた張力を効率よく骨に伝達することで，関節運動と側面においても貢献していることが考えられる．今後は，SPring-8で取得した3次元画像をもとに有限要素法（FEM: Finite Element Method）による画像解析を行い，表面積や応力集中部位の違いなどについて定量化を実施することで，より詳細な変化を捉えていく必要がある．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 本研究課題では，成長期におけるアキレスEnthesisの3次元構造とその力学的特性を明らかにすることである．そのため，測定には3次元画像の取得と引張破断試験を各々実施する必要がある．現在，SPring-8を用いての画像取得と引張破断試験は終了している．3次元構造の解析には，有限要素法（FEM）を用いた詳細な解析を実施しているため，構造変化に関する数値化に時間を要している．
Strategy for Future Research Activity	今後の推進方策については，有限要素法（FEM）による構造解析を継続的に進め，引張破断試験結果との関連性についても統計学的な検証を実施する．