[O-KS-12-3] ラット変形性膝関節症モデルに対する強度別の運動刺激が関節軟骨―軟骨下骨複合体に与える影響
Keywords:変形性膝関節症, 運動, 予防
【はじめに，目的】変形性膝関節症（膝OA）の病態に即した理学療法の実現のためには，その病態の理解や力学的負荷に対する生体組織の生物学的な応答を明らかにすることが不可欠である。2015年，我々はラット膝OAモデルに対する運動刺激が膝OAの予防に貢献することを報告した。そこで，本研究では，運動刺激の効果をさらに詳細に検討する目的で，異なる強度の運動刺激が関節軟骨と軟骨下骨に与える影響を，関節面の領域別に明らかにすることを目的とした。
【方法】本研究はThe Animal Research Reporting In Vivo Experiments（ARRIVE）guidelinesに準じて計画，実施された。12週齢のWistar系雄性ラット30匹の右膝関節に外科的処置（前脛骨半月靭帯切離）を施し，内側半月板不安定性（DMM）モデルを作成した。その後，8週間の自然飼育を行うDMM群（n=10）と，早期膝OAの状態となる術後4週時点から1日30分，週5日間，4週間のトレッドミル走行を行うmoderate群（12m/分，n=10），intense群（21m/分，n=10）の3群に分類した。術後8週時に膝関節を摘出し，脛骨側内側関節面の関節軟骨，軟骨下骨を組織学的手法，力学的手法，およびmicro-CTを用いて領域別（前方および後方）に評価し，3群間で比較した。統計学的有意水準は5%とした。
【結果】脛骨内側関節面後方領域を組織学的に観察すると，DMM群では関節軟骨および軟骨下骨中の死細胞を含む変性像が観察されたが，moderate群の変性像はDMM群よりも軽度であり，軟骨変性重症度の評価であるOARSI scoreはDMM群の約50%であった（DMM群，中央値：10.5，範囲：9-12；moderate群，中央値：5，範囲2-9；P=0.025）。同領域のmicro-CT所見では，DMM群では嚢胞状の骨吸収領域が多数観察されたが，moderate群の骨吸収領域の最大直径はDMM群の約70であった（DMM群，平均値：547.1μm，95%信頼区間［CI］：504.7-589.5；moderate群，平均値：375.9μm，95%CI：339.3-412.5；P＜0.001）。力学的手法を用いて圧縮応力に対する関節軟骨の歪みを評価すると，後方領域ではDMM群は正常軟骨の215%であったのに対して，moderate群では160%に抑性された（DMM群，平均値：65.7μm，95%CI：60.7-71.3；moderate群，平均値：49.1μm，95%CI：39.1-59.1；P=0.045）。しかしながら，前方領域における変性に関しては，DMM群とmoderate群の間で統計学的有意差はなかった。また，intense群では，OA進行予防効果が乏しいだけでなく，micro-CT所見上での軟骨下骨の骨吸収領域の最大直径は，むしろDMM群よりも28%増大した（平均値：700.7μm，95%CI：614.1-787.3；P＜0.001）。
【結論】本研究は，運動刺激による膝OAの進行予防を期待する場合には，運動強度の調整が必要であることを示した。また，中等度レベルの運動によるOA進行予防効果が主荷重部に限局して確認されたことから，運動刺激による膝OA進行予防効果は力学的負荷が加わる領域に特異的に生じる可能性がある。
【方法】本研究はThe Animal Research Reporting In Vivo Experiments（ARRIVE）guidelinesに準じて計画，実施された。12週齢のWistar系雄性ラット30匹の右膝関節に外科的処置（前脛骨半月靭帯切離）を施し，内側半月板不安定性（DMM）モデルを作成した。その後，8週間の自然飼育を行うDMM群（n=10）と，早期膝OAの状態となる術後4週時点から1日30分，週5日間，4週間のトレッドミル走行を行うmoderate群（12m/分，n=10），intense群（21m/分，n=10）の3群に分類した。術後8週時に膝関節を摘出し，脛骨側内側関節面の関節軟骨，軟骨下骨を組織学的手法，力学的手法，およびmicro-CTを用いて領域別（前方および後方）に評価し，3群間で比較した。統計学的有意水準は5%とした。
【結果】脛骨内側関節面後方領域を組織学的に観察すると，DMM群では関節軟骨および軟骨下骨中の死細胞を含む変性像が観察されたが，moderate群の変性像はDMM群よりも軽度であり，軟骨変性重症度の評価であるOARSI scoreはDMM群の約50%であった（DMM群，中央値：10.5，範囲：9-12；moderate群，中央値：5，範囲2-9；P=0.025）。同領域のmicro-CT所見では，DMM群では嚢胞状の骨吸収領域が多数観察されたが，moderate群の骨吸収領域の最大直径はDMM群の約70であった（DMM群，平均値：547.1μm，95%信頼区間［CI］：504.7-589.5；moderate群，平均値：375.9μm，95%CI：339.3-412.5；P＜0.001）。力学的手法を用いて圧縮応力に対する関節軟骨の歪みを評価すると，後方領域ではDMM群は正常軟骨の215%であったのに対して，moderate群では160%に抑性された（DMM群，平均値：65.7μm，95%CI：60.7-71.3；moderate群，平均値：49.1μm，95%CI：39.1-59.1；P=0.045）。しかしながら，前方領域における変性に関しては，DMM群とmoderate群の間で統計学的有意差はなかった。また，intense群では，OA進行予防効果が乏しいだけでなく，micro-CT所見上での軟骨下骨の骨吸収領域の最大直径は，むしろDMM群よりも28%増大した（平均値：700.7μm，95%CI：614.1-787.3；P＜0.001）。
【結論】本研究は，運動刺激による膝OAの進行予防を期待する場合には，運動強度の調整が必要であることを示した。また，中等度レベルの運動によるOA進行予防効果が主荷重部に限局して確認されたことから，運動刺激による膝OA進行予防効果は力学的負荷が加わる領域に特異的に生じる可能性がある。