X線及びシンクロトロンX線を用いた顕微鏡的三次元骨微細構造の解析

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13670949
• Research Institution: Nagasaki university
• Principal Investigator: 伊東 昌子 長崎大学, 医学部附属病院, 講師 (10193517)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林 邦昭 長崎大学, 大学院・医歯薬学総合研究科, 教授 (80039536) ; 古賀 掲維 長崎大学, 大学教育機能開発センター, 講師 (60284709) ; 山口 朗 長崎大学, 大学院・医歯薬学総合研究科, 教授 (00142430)
• Keywords: bone microarchitecture / mechanical property / synchrotron X-ray CT

Research Abstract

1.骨粗鬆症治療薬は、骨吸収抑制作用と骨形成促進作用を有する薬剤に分類されるが、卵巣摘除ラットを用いた実験結果では、前者は骨梁連結性の維持に、後者は骨梁幅増加に対して効果が高いことが考えられた。
2.骨吸収抑制剤は、幾多の海外の大規模臨床試験において、骨量増加効果(8%増加)以上に骨折抑制効果(50%抑制)が大きいことが示されてきたが、その理由は解明されていなかった。有限要素解析(FEA)の結果によると骨梁連結性維持効果に基づくことが明らかにされた。
3.FEAによると、骨梁構造が保たれた状態では海綿骨と皮質骨の骨強度への貢献度は同等であるが、骨梁構造が破綻すると皮質骨によって強度のほとんどが支えられているという事実が明らかになった。海綿骨強度に最も関与する因子はSMI (structure model index)で表される骨梁の形態であり、骨強度に最も関与するパラメターは皮質骨容積であり、全骨(海綿骨+皮質骨)強度に最も関与するパラメターは、bone volume fraction (BV/TV)およびtrabecular bone pattern factor (TBPf)であることが判明した。
4.高輝度放射光施設であるSPring-8のシンクロトロンX線CTでは海綿骨梁表面の吸収窩の描出が可能であり、走査電顕SEMで認められた像と一致することが確認できた。また骨梁表面に沿ったimmatureな石灰化の部分が、シンクロトロンX線CT二次元像で描出でき、contact microradiographyの像と一致することが確認できた。また骨量吸収係数(カルシウムと炭素)はエネルギーに応じて変化することより、15,17,25,40KeVのエネルギーでスキャンして、次の式よりカルシウム密度を算出した。
【numerical formula】

Research Products

• [Publications] Masako Ito: "Differences of three-dimensional trabecular microstructure in osteopenic rat models caused by ovariectomy and neurectomy"Bone. 30・4. 594-598 (2002)
• [Publications] Masako Ito: "Contribution of trabecular and cortical components to the mechanical properties of bone and their regulating paramenters"Bone. 31・3. 351-358 (2002)
• [Publications] Takeshi Shibata: "Vitamine D hormone inhibits osteoclastogenesis in vivo by decreasing the pool of osteoclast precursors in bone marrow"Journal of Bone and Mineral Research. 17・4. 622-629 (2002)
• [Publications] Ayako Shiraishi: "A comparison of alfacalcidol and menatetrenone for the treatment of bone loss in an ovariectomized rat model of osteoporosis"Calcified Tissue International. 71・1. 69-79 (2002)
• [Publications] Hiroshi Jinnnai: "Surface curvatures of trabecular bone microarchitecture"Bone. 30・1. 191-194 (2002)
• [Publications] Masako Ito: "Bone structure and mineralization demonstrated using synchrotron radiation computed tomography (SR-CT) in animal models ; preliminary findings"Journal of Bone Mineral Metabolism. (in press).
• [Publications] Hirotoshi Morii: "Calcium in Internal Medicine"Springer. 23 (2002)