Development of new comprehensive approaches for fracture using mechanical stress

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K12933
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 森山 英樹 神戸大学, 保健学研究科, 教授 (10438111)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 物理的刺激 / 骨折 / 骨粗鬆症 / 超音波療法 / 電気刺激療法 / 体外衝撃波

Outline of Annual Research Achievements

骨折の治療は、骨の自然治癒を待つことで行われる。しかし高齢者の骨粗鬆症に起因する骨折と難治性骨折には、待つだけではない治療が求められる。。骨折の治癒を促す手段として低出力超音波パルス（Low Intensity Pulsed Ultrasound：LIPUS）が実用化されているが、細胞を増殖する働きをもたないために、骨粗鬆症には効果がない。本研究では、超音波と電気刺激を用いて、骨形成を促進する物理的刺激を加えることで、新鮮骨折の治癒期間の短縮に高い効果をもち、骨粗鬆症の治癒効果もある新たな治療法・治療機器を開発することを目的とする。これにより、骨折の予防も含めた包括的な治療の新機軸を打ち出せることが期待できる。
本年度は、先ず骨粗鬆症に対して最も治療効果のある超音波療法の至適な強度を検討した。形態学的ならびに力学的にもLIPUSよりも高強度の1.5W/cm2の超音波が骨粗鬆症を改善させた。次に新鮮骨折と骨粗鬆症に加えて、脆弱性骨折に対する電気刺激療法の効果を検討した。ラットの卵巣を摘除し骨粗鬆症を作製したうえで、大腿骨に骨欠損を作製し、脆弱性骨折のモデルとした。その結果、16mAの電気刺激による筋収縮を介した物理的刺激が脆弱性骨折を改善し得うる可能性が認められた。さらに超音波と電気刺激に加えて、骨に直接的に物理的刺激を加える手段として体外衝撃波を用いて、新鮮骨折・骨粗鬆症・脆弱性骨折に対する最も治療効果のある至適な強度を検討した。その結果、新鮮骨折では効果が認められなかったが、骨粗鬆症と脆弱性骨折で、強度依存的に骨構造が改善した。ただし脆弱性骨折では、高強度の体外衝撃波において、骨欠損部に有害事象と考えられる軟骨組織が形成される割合が増加した。

Research Products

• [Presentation] Radial extracorporeal shock wave therapy as potential treatment for osteoporosis (2019)
  • Author(s): Inoue S, Yakuwa T, Suzuk R, Niikura T, Oe K, Fukui T, Nomura M, Wakimoto Y, Mizuno E, Li C, Kuroki H, Moriyama H
  • Organizer: 13th International Society of Physical and Rehabilitation Medicine (ISPRM) World Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Radial extracorporeal shock wave therapy improves bone defect with osteoporosis in rats (2019)
  • Author(s): Yakuwa T, Inoue S, Suzuki R, Niikura T, Oe K, Fukui T, Nomura M, Wakimoto Y, Mizuno E, Li C, Moriyama H
  • Organizer: 13th International Society of Physical and Rehabilitation Medicine (ISPRM) World Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of transcutaneous electrical stimulation on osteoporosis in ovariectomized rat (2019)
  • Author(s): Inoue S, Yakuwa T, Suzuki R, Aoki H, Niikura T, Oe K, Fukui T, Nomura M, Wakimoto Y, Mizuno E, Li C, Moriyama H
  • Organizer: World Confederation for Physical Therapy (WCPT) Congress 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Utilization of mechanical stress by ultrasound to accelerate fracture healing in rats (2018)
  • Author(s): Suzuki R, Sakitani N, Shimaya S, Nomura M, Wakimoto Y, Kohara Y, Mizuno E, Moriyama H
  • Organizer: 8th World Congress of Biomechanics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 骨折治癒を促進する至適な超音波強度の検討 (2018)
  • Author(s): 鈴木崚太, 井上翔太, 八鍬匠, 李昌欣, 野村将人, 脇本祥夫, 水野絵里子, 木下紗英, 椿俊哉, 畠山隼平, 脇川大誠, 森山英樹
  • Organizer: 第6回日本運動器理学療法学術大会
• [Presentation] 超音波刺激は閉経後の骨粗鬆症を改善するーラット卵巣摘出モデルを用いた検討ー (2018)
  • Author(s): 李昌欣, 野村将人, 井上翔太, 八鍬匠, 鈴木崚太, 脇本祥夫, 水野絵里子, 森山英樹
  • Organizer: 第6回日本運動器理学療法学術大会
• [Presentation] 骨粗鬆症と骨折に対する経皮的な電気刺激の効果の検討 (2018)
  • Author(s): 八鍬匠, 井上翔太, 鈴木崚太, 水野絵里子, 野村将人, 脇本祥夫, 李昌欣, 森山英樹
  • Organizer: 第6回日本運動器理学療法学術大会