<固定術は.腰椎の安定性を取り戻すための手術として重要な位置を占めています。 腰椎固定術の適応.手術方法.内固定術の使用.バイオメカニクス.関連研究などを理解することは臨床上重要である。 腰椎固定術の開発とその適応 腰椎固定術の開発には100年近い歴史があり.臨床成績を向上させるために多くの手術が改良されてきました。特に1980年代以降の脊椎バイオメカニクスの発展により.脊椎の正常解剖のバイオメカニクス試験.椎間板構造の応力解析.手術アプローチが脊椎の構造と安定性に与える影響.脊椎内固定装置のバイオメカニクス研究を通して.腰椎固定術の適応がさらに明らかになってきました。 生体力学的研究により.腰椎後方構造と腰椎椎間関節が腰椎の安定性に重要であることがさらに解明され.脊椎固定術の理論的根拠が得られました。 主な適応症は.椎間板性腰痛.腰椎分離症.分節性不安定症.結核.腫瘍.外傷.二次腰椎手術などです。 2.腰椎固定術 （1）腰椎固定術と生体力学的特徴 腰椎固定術は主に.後方移植術（棘突起の中央分割移植術.棘突起間H型移植術.棘突起と椎体板の移植術など）.後方外側移植術（小関節の外側と横方向の移植術など）.椎体（前方と後方）の移植術から構成されています。 1944年から1945年にかけてBriggs.Milligan.Clowardの3人が後輪椎体間固定術（PLIF）を初めて提案して以来.多くの外科医の努力によってPLIF術式は完成されてきました。 現在.PLIF法に対する新しい理解[3]があり.後方アプローチで完全減圧と体間固定を同時に達成し.脊椎不安定症や脊椎狭窄症に良い効果があると考えられています。一部の学者は.腰椎前柱と後柱の360度の円周上の固定を達成するために椎間固定と後側前方後方固定を組み合わせて.さらに固定の成功率を改善することを提案さえしています。 また.腰椎の前柱と後柱を360度回転させて固定する後側方・後側方固定術を提案する学者もおり.固定術の成功率をさらに向上させることができます。 生体力学的なテストでは.後外側と前方の融合はより安定で（融合したセグメントの椎間移動が少ない）.後方の融合は依然として融合したセグメントの椎間移動が大きいことが示されています。同時に.すべての融合は隣接する椎骨セグメントの生体ストレスを増加させ.後方の融合が最も顕著で.後外側の融合は最も少なく.異常ストレスはしばしば融合不全の原因となっています。 一般に.隣接する2つの椎骨とその間の椎間板や小関節は運動学的区分とされ.脊椎の各運動学的区分の運動の中心は.ほとんどが椎間板内に位置している。 脊椎に運動が生じると.運動中心に近い質量は最小限の変位にとどまり.運動中心から遠い質量はより大きく変位する。 理論的には椎間板間骨移植が最も効果的である。 (2) 適応の習得 腰椎固定術は脊椎の安定性を再建する上で有益ですが.生体力学的な観点からは.広範囲な固定は応力集中.脊椎の正常な生理的湾曲の破壊.小関節の変性などの合併症を引き起こす可能性があります。 等尺性脊椎症.脊柱管狭窄症に至る腰椎不安定症（変性脊椎症.変性側弯症）.客観的な分節不安定性がある場合.腰椎の固定術は治療成績を改善する可能性がありますが.椎間板変性による腰痛症や二次手術の場合.融合率は一貫して報告されていません。 複雑な変形や分節的な著しい不安定性がある場合には.腰椎固定術が好まれますが.椎間板ヘルニアなどの場合には.単関節の固定術では従来の外科的治療と比較して.治療成績に大きな改善は認められません。 したがって.腰椎固定術の効果は.患者さんの痛みの原因.患者さんの機能状態.患者さんの期待などを十分に考慮した上で決定する必要があります。 活動性の炎症.重度の骨粗鬆症.金属アレルギー.重度の精神疾患は.腰椎固定術の絶対禁忌とされています。 Cotrel-Duboussetシステムは.Harrington社のインストゥルメントがその汎用性を発揮したエポックメイキングなシステムである。 近年はCCD.TSRH.Isola nail-rod systems.前方内固定装置などが登場し.広く使用されている。 近年.下部腰椎不安定症の治療にPLIFが用いられることが多くなりましたが.移植された内部ブロックの亜脱臼や変位.後方への脱出.偽関節形成などの術後合併症が起こりやすくなっています。 従来の体間固定術の問題点を解決するために.1990年代以降.骨移植材（ステンレス.バイオセラミックス.チタン.カーボン.ポリマーなど）を搭載できる様々な埋め込み型固定具が開発されています。 このデザインは.他のデザインよりも利点が多く.取り扱いが容易であるとの比較意見があるが.その長期的な臨床効果はさらに観察する必要がある[7]。 これらのインプラントは.後方だけでなく前方アプローチでも使用可能である。 (2) 適応の習得 内部固定具の使用により.多くの腰椎固定術が成功している。 適切な内部固定具を用いたインプラント固定は.再置換後の安定性を高め.インプラント固定の成功率を向上させ.術後のリハビリテーション期間を短縮させることが可能である。 しかし.脊椎固定器具は決して優れた固定術やインプラント手術に取って代わることはできません。 骨癒合が達成されなければ.インスツルメンテーションを用いたすべての固定術は最終的に失敗することになります。 さらに.腰椎変性症の治療において.補助的に内部固定具を使用することには賛否両論があります。 二次腰椎手術.内科的治療.変性腰椎症などの特定の症例では.内固定具の使用により脊椎の癒合率が向上する可能性があります。 しかし.単一セグメントの腰椎すべり症（軽度）や退行性腰椎不安定症ではその限りではありません。 Christersonは.腰椎後側方インプラントの癒合に対するCDインスツルメントの効果に関する前向き研究で.脊椎すべり症（I-II）または変性性分節不安定症の症例を対象に調査を行い.腰椎の癒合率とCD適用に相関がないことを明らかにしました。 内固定術の使用は.費用の増加.手術時間の延長.感染や再手術率の上昇.腰痛の残存.扁平背変形.強固な内固定によるストレスマスキングによる固定部の骨粗鬆症.固定構造の上下の疲労骨折や偽関節など多くのデメリットを伴うことから.内固定装置の選択は.メリットがデメリットを上回ると言う原理で慎重に行い.合併症発生の可能性を最小限に抑える必要があります。 合併症の可能性を最小限にするため.利点が欠点を上回ることを原則とし.内固定具の選択には慎重であるべきである。 (1)X線単純撮影において.椎間腔の高さが常に一定であること.術後3～6ヶ月で移植骨腔の輪郭が不明瞭となり.1年後には明らかに骨梁が通過していること (2)腰椎動的撮影において.屈曲.後伸展で椎間高さの変化が見られ.椎体.骨間に異常があることが示唆されること。 (3)腰椎断層撮影による椎間部の異なるレベルでの癒合状態の観察 (4)CTによる椎間部の断面図での癒合過程の観察。 しかし.これらの判定基準は不確実であり.また.指摘されているように.インプラントの癒合率は治験責任者の主観的な思い込みに大きく左右される。 そのため.異なる研究の結果を比較することは特に困難である。 融合が起こったかどうか.画像診断だけでは判断が難しい。 さらに.脊椎のバイオメカニクスの検査は.画像上 の癒合の根拠と必ずしも正確に一致しない。 動物実験によると.X線上で強固な融合が起こったことを示す連続した地殻を持つ脊椎は.脊椎間の2-3Lの繊維状結合を持つ脊椎ほど強固ではないことが示されている。 融合の判定基準として.過伸展と過伸展のX線写真における脊椎の滑りを比較して判定したものと.X線写真上で融合したセグメントを通過する連続した海綿体が存在するかどうかを比較したところ.前者は後者よりも20％近く融合に至る可能性が高いことが判明しました。 X線による癒合を判定する基準については.まだ議論の余地がある。 一般に.融合が成功したとは.連続した骨皮が形成され.融合したセグメントに動きがないことと定義されているが.脊椎の過伸展と屈曲でX線に示される動きの変化に基づく融合の判断は.しばしば困難である。 最近の椎間関節固定装置の研究では.臨床例では.融合したセグメントの動きが5％あれば骨癒合と判断している。また.過伸展・過屈曲の動きが5％あれば融合不全と判断すべきという意見もあるが.多くは2～3％の動きであれば許容できるとする意見である。 また.融合領域内に幅2L以上の半透明な領域があり.インプラント表面の50％を横切っている場合.融合不全と判定することが示唆されている。 Kantら[13]は.腰椎の癒合の判定基準をさらに検討するために.X線平滑フィルムで得られた癒合評価結果と.直接手術で得られた評価結果を比較した。 彼らは.後側方固定.後側方＋体間固定.自家骨.同種骨.両者の混合物などの異なる内固定装置による腰椎固定術を再経験した患者75名を選びました。 その結果.X線での癒合の正答率は68％にとどまり.L4-5が最も癒合しにくいセグメントで.この平面でのX線での判断が最も困難であることがわかりました。 したがって.X線で強い癒合を示しても.術後に腰痛が続く場合は.非機械的要因を除外した上で.やはり手術による検討を積極的に行うべきであると考えられる。 腰椎固定に影響を与える要因 （1）骨移植床の構築 骨移植の成功には.レシピエント領域の骨がゆっくりと這い上がるように置換されることが必要である。 インプラント床への豊富な血液供給は.レシピエント領域の造血性骨と非造血性移植骨の密接な接触を促進し.移植骨の上に活発な血管性肉芽組織を成長させます。 したがって.移植時に.例えば硬化した骨をトリミングしたり.移植部位の骨皮質を十分に除去したり.表面の骨皮質をノミで削って魚鱗状の粗い表面（深さ約2～4L）にして.理想的な骨移植床を作る必要があります。 (海綿骨の骨形成誘導能は皮質骨より優れており.皮質骨と海綿骨を混在して移植する場合.海綿骨を周囲組織と接触するように周辺部に配置すると.迅速な骨形成が可能となる Ehrler らは腰椎固定術における同種骨の使用について体系的に検討し.自家骨より同種骨が多く得られること.新鮮冷凍骨は.より高い免疫原性と完全な癒合が得られると結論づけている。 免疫原性が高く.凍結乾燥骨よりも完全な癒合が可能であり.標準的な取得方法で疾患伝播は最小限であるとした。 同種骨を単独または自家骨と組み合わせて使用すると.自家骨移植に比べ.腰椎後方固定では成功率が低下するが.前方固定では高い固定率が得られる。Wimmerらは1993年に前方腰椎椎間関節固定術を受けた94人の患者を追跡調査し.脊椎固定率に両者の効果に有意差はないことを明らかにしている。 また.サンゴ粒子を自家骨に混ぜることで.より満足のいく癒合結果が得られたという。 (3) 脊椎内固定装置の適用 骨移植後.特に最初の3週間は脊椎の固定が重要である。 骨や軟骨の動きによって海綿骨移植片に供給する小血管が容易に損傷するためです。 一方.金山ら[17]は.羊のモデルを用いた内部固定装置とインプラントの融合過程の相関に関する研究を通じて.脊椎に内部固定装置を適用することでインプラントの融合過程を早めることもできることを明らかにしました。 (4) 物理的要因の影響 骨ブロックは.遊離後できるだけ早くレシピエント部に移植する必要があります。 生理食塩水.手術室の照明.温度（42℃以上）.抗菌剤の浸漬はすべて骨移植片の細胞の生存に影響を与えます。 移植骨ブロックが得られたら.血液を染み込ませたスポンジで包むとよい。 伊藤ら［18］は.電磁波が内固定による骨粗鬆症を軽減する効果があり.骨癒合率の向上に有効であることを明らかにした。脊髄固定術のリスクの高い集団に植込型電気刺激装置を適用し.脊髄固定術の成功率および臨床症状の緩和の度合いが比較群に比べ有意に改善されることを確認した。 (5) 生物学的要因の影響 脊椎固定術の開発動向.すなわち.生物学的材料や組織物質の応用である。 この10年間で.骨伝導性.骨誘導性メディエーターとしての生体骨由来材料の適用がかなり進んでいる。 その中で最も重要なものは.脱灰骨マトリックス（DBM）と骨形成タンパク質（BMP）を分節性骨欠損の修復や脊椎固定モデルに使用することである。 近年.内視鏡や低侵襲技術の向上.ケージやネジ式同種移植片リングのような高度な内部固定装置の使用により.骨誘導性成長因子に関する研究が増加している[19, 20]。 臨床応用では.遺伝子組換え骨形成タンパク質-2（rhBMP-2）.遺伝子組換え骨形成タンパク質-1（rhOP-1）.P-15.分裂由来間質細胞.少量のアデノウイルス媒介遺伝子療法により骨癒合を誘導し.手術時間・入院日数の短縮.外科的外傷の軽減が期待できることが示されています。 (6) 内固定器具の材料 Sun Changtaiらは.チタン製とステンレス製のペディクルスクリューの骨-スクリュー界面の違いを組織学的.力学的に比較検討した。 その結果.チタン合金製ペディクルスクリューはステンレス製器具よりもスクリューと骨の界面が良好であることが示されました。スクリューのねじり試験では.チタン合金はステンレス製ペディクルスクリューよりも高いねじりモーメントを持っていることが示されました。 チタン製の内固定具を使用することで.脊椎の安定性が増し.その結果.癒合の成功率が上がることは間違いない。 また.タンタルは骨の成長を促進する役割があるため.内固定具として開発されています。 (7) 個人的要因 体力があり.栄養状態の良い患者さんは腰椎固定術の成功率が高く.また早いのですが.骨粗鬆症や喫煙者は腰椎固定術の成功率が比較的低くなります。 ニコチンは脊椎固定術における骨の不連続率を高め.長期間の喫煙は脊椎固定術や疾患治癒の可能性を低下させることが多数の研究で示されているが.Wingはウサギの脊椎固定術モデルの研究により.手術前に喫煙を止めると固定術の成功率が高まることを明らかにした。