研究概要 |
骨が力学的環境に適応しその構造,特性を変化させる現象は骨の力学的リモデリングと呼ばれる.本研究では,時刻歴変化の表現が可能な骨リモデリング構成式を定式化し,その記述精度,妥当性について検討を行った.まず,力学的刺激の蓄積・伝達過程を内部状態変数により表現することで時刻歴変化を記述できる単軸数理モデルを定式化し,モデルの記述精度,特性について検討した.次に,この単軸モデルを多軸に拡張し,さらに過負荷による骨吸収を表現できるように改良した.過負荷下で骨吸収が生じるメカニズムは現在明らかではないが,これを過負荷によりリモデリング調節機構がバランスを崩すことによると仮定し,モデル化した.具体的には,刺激伝達過程が力学的刺激もしくは体積ひずみの閾値を境界に変化するモデルと,刺激の蓄積速度を適度な負荷下では正,過負荷では負となるように刺激の3次関数として表現したモデルを定式化し,それぞれの記述能力を検討した.以上のことから,本研究では以下のような結論を得た. 1.定式化された単軸モデルは,文献から得た実験結果を精度よく記述できることが分かった.また,このモデルは,負荷履歴非依存の挙動を示すことを確かめた. 2.多軸負荷モデルのうち,刺激の蓄積速度を刺激の3次関数で表現したモデルは,閾値を設けて過負荷の判定を行った他の2つのモデルよりも,過負荷による骨吸収が急激に進む傾向があった. 3.刺激の蓄積速度を刺激の3次関数で表現したモデルは,適度な負荷下でのリモデリングの実験結果をより少ない数の変数で表現できた. 4.過負荷による骨吸収を考慮したモデルは負荷履歴依存の挙動を示すことを確かめた.
|