荷重応答に対する関節軟骨内部におけるコラーゲン線維配向の変化の解析

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14370470
• Research Institution: Kyoto Prefectural University of Medicine
• Principal Investigator: 徳永 大作 京都府立医科大学, 医学部, 助手 (90343409)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 日下 義章 朝日大学, 歯学部, 教授 (40205068) ; 瀬尾 芳輝 京都府立医科大学, 医学部, 講師 (90179317)
• Keywords: 関節軟骨 / コラーゲン線維 / MRI / T1緩和時間 / T2緩和時間 / DQF NMR / 線維配向度 / 線維方向

Research Abstract

本研究では、荷重負荷時の関節軟骨組織内コラーゲン線維の変形を可視化(画像化)し、解析することを目的として実験を行った。平成14年度は、ウシ大腿骨内顆の関節軟骨を実験材料として使用した。大腿骨内顆後面から前面を5分割し、荷重部、非荷重部に分けた。それぞれの部位から軟骨および海綿骨を一塊として直径8mmの円柱状に摘出し、これを試料とした。平成14年度はまず非荷重時における軟骨組織内の各層における含水量とコラーゲン線維の配向度を測定した。摘出試料を直径10mmのNMR試料管に関節面を長軸に対して垂直方向に固定し、MRI測定を行った。まずinversion recovery法でT_1計算画像を、spine echo法でT_2計算画像を撮像した。ついで二量子フィルター(DQF)核磁気共鳴画像法(MRI)でDQF NMR画像を撮像した。T_1計算画像、T_2計算画像から軟骨組織内の各層の非荷重状態におけるT_1緩和時間、T_2緩和時間を算出した。T_1緩和時間は、荷重部、非荷重部ともに表層直下で最長値を示し、深層に下がるにしたがって短縮した。T_1緩和時間は水の含有量に比例することから、荷重部、非荷重部ともに表層直下が最も含水量の多い層であることが判明した。T_2緩和時間は荷重部、非荷重部ともに表層直下で最長値をとり、その後深層に下がるにしたがって急激に短縮した。しかし、荷重部では最深層部で再度延長する傾向を示した。DQF NMR画像では、荷重部、非荷重部ともに深層部で最大信号強度を示し、表層直下部では信号強度が低かった。しかし表層部で再度信号強度は増加した。T_2緩和時間、DQF NMR画像の結果から表層直下でコラーゲン線維の配向性が乱れ、深層に下がるにしたがって配向性が増すことがわかった。以上が平成14年度に行った実験であり、平成15年度は回転式圧迫装置を完成させ、荷重時の測定を行う予定である。

Research Products

• [Publications] Ikoma K., Kusaka Y., et al.: "Evaluattion of collagen fiber maturation and ordering in regenerating tendons employing H-1 double quantum filtered NMR spectroscopy"Journal of Orthopaedic Research. 21. 149-156 (2003)