繰り返し荷重による前十字靱帯再建膝の力学的特性の変化に関する塑性力学的研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10671336
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 山中 正紀 北海道大学, 医療技術短期大学部, 助手 (40166757)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 和田 龍彦 北海道大学, 医療技術短期大学部, 教授 (90002112) ; 安田 和則 北海道大学, 医学部, 教授 (20166507)
• Keywords: ACL再建術 / 生体力学的特性 / 静的破断試験 / ハイブリッド代用材料

Research Abstract

1) 臨床において行われている各種膝(ACL)前十字靭帯再建手技で再建した大腿骨-移植材料-脛骨複合体について動的(繰り返し)荷重が複合体の生体力学的特性に与える効果とその差異および塑性変化を明らかにすることを目的とし、初年度は繰り返し荷重を加える前の各複合体の力学的特性の差異を静的破断試験により明らかにした。
2) 先行する基礎的研究によってすでに確立させている豚の膝関節を用いたACL再建モデル40膝を用い、10膝ずつA、B、C、D、Eの5群に分けた。A群では屈筋健-ハイブリッド代用材料をduble staplingする術式、B群では二重折り屈筋健を2-0ポリエステル糸とボタンで固定する術式、C群では屈筋腱を軟部組織用interference screwにて固定する術式、D群では膝蓋腱(BTB)をinterference screwで固定する術式、E群ではBTBを#5ポリエステル糸とscrew postで固定する術式を行った。
3) 作成した膝モデルを新しく開発した角度調節機能付き扇形板状骨把持器に把持させ移植健長軸方向に荷重が加わるように再建膝モデルを万能試験機に固定し、高精度の関節用引っ張り試験システムを用いて引っ張り試験を行い、購入した万能試験機用データ処理システムを用いて最大荷重、破断剛性を求めた。
4) 最大荷重において屈筋腱-ハイブリッド代用材料をduble staplingで固定したA群は平均1237Nと他群より有意に高値を示し、屈筋腱を軟部組織用interference screwで固定したC群は平均393Nで最も低値を示した。
5) 破断剛性に関してはBTBをinterference screwで固定したD群が平均76.8N/mmと他群より有意な高値を示し、二重折り屈筋腱を2-0ポリエステル糸とボタンで固定したB群は平均19.5/mmと最も低かった。
6) 以上の結果は同一の移植材料を用いても固定材料が異なれば力学特性が異なることを示した。

Research Products

• [Publications] 山中雅智: "繰り返し引っ張り荷重下における大腿骨・再建前十字靱帯・脛骨複合体の生体工学的挙動" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 19. 115-119 (1998)
• [Publications] Nakano H,: "The effect of submaximal cyclic tensile loading on biomechanical properties of the femur-graft-tibia complex after anterior cruciate ligament reconstruction." Trans Orthop Res Soc. 23. 70 (1998)
• [Publications] Inoue M: "Compensatory muscle activity in the posterior cruciate ligament-deficient knee during isokinetic knee motion." Am J Sports Med. 26. 710-714 (1998)
• [Publications] Tohyama H: "Significance of graft tendion in anterior cruciate ligament reconstruction. Basic background and clinical outcome." Med Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 6(Suppl 1). S30-S37 (1998)
• [Publications] Hara N: "Mechaninal properties of the in situ frozen semitendinosus and patellar tendons change at a different velocity in physiological and stress-shielded environments." Trans Orthop Res Soc. 70. 606 (1998)
• [Publications] Mikami S: "High initial tension applied to the in situ frozen anterior cruciate ligament is gradually reduced by tissue renodeling." Trans Orthop Res Soc. 70. 621 (1998)