2001 Fiscal Year Annual Research Report
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13750089
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
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| Research Institution | Kinki University |
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Principal Investigator |
山本 衛 近畿大学, 生物理工学部, 助手 (00309270)
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| Keywords | 骨 / 繰り返し負荷 / 原子間力顕微鏡 / 局所弾性率 |
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| Research Abstract |
生体内で骨組織には繰り返し負荷が作用しており,この負荷によって生じる微小な損傷やき裂が,骨の形成や吸収を左右する重要な因子であることが推測されている.しかし,生体での繰り返し負荷の正確なパターンや,それによって発生する骨の微小損傷がどの程度のものであり,骨の疲労劣化にどのような影響を及ぼしているのかは明らかにされていない.そこで本研究では,生体内で骨に作用するひずみと応力の長期間に渡る波形を計測する実験を行った後,その負荷によって生じる微小損傷を,原子間力顕微鏡を用いた局所的力学特性の計測を行うことで定量的に評価することを目的とした.実験には日本白色家兎(体重3.1kg)を用い,新しく製作した無線通信装置を使用して,大腿骨に作用する生体内ひずみと応力を,動物の運動を拘束しない条件で計測した.その結果,6時間に渡る生体内ひずみと応力の波形が得られ,最大圧縮ピークひずみと最大圧縮ピーク応力は,それぞれ約-2500μεと約-4.5MPaであった.一方,これらの最大ひずみや最大応力が作用している回数は,10^3回程度と僅かであり,0〜-500μεと0〜-1MPaの低ひずみまたは低応力が約10^6回作用していることが分かった.その後,作用していた負荷を定量的に把握した大腿骨の骨幹部に対して,原子間力顕微鏡を用いて局所的力学特性を計測した.計測は液中コンタクトモードで行い,得られた力-押し込み量曲線からHertzモデルを用いて解析することで局所弾性率を算出した.局所弾性率は押し込み量の増加に伴い増加し,押し込み量が約200nm以上で約0.16GPaに収束した.この弾性率は,これまでに報告されている大腿骨のマクロな弾性率の約1/100であり,今後更なる実験データの蓄積を行い,計測された値の妥当性を評価する必要ある.また,繰り返し負荷を変化させた骨の局所弾性率や,局所弾性率の変化と微小損傷または微小き裂との関連を,今後調べていく予定である.
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