様々な要因（椎間板の病理.腰椎症.結核.腫瘍.外傷など）で腰椎は不安定になり.脊椎固定術は腰椎の安定性を再確立するための重要な手段である。 1980年代の脊椎バイオメカニクスの台頭により.腰椎後方構造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となった[1]。 近年.様々な固定術が開発され.脊椎固定術の施行率が高まっている。 本研究では.現在臨床で一般的に用いられている下部腰椎固定術の即時安定性と疲労安定性のバイオメカニクス的検討を通じて.下部腰椎領域における様々な固定術のバイオメカニクス的特性について理解を深めることを目的とした。 I. 材料と方法 1.材料 2.実験材料：この実験には成人腰椎1-仙骨の新鮮な標本9個を使用し.実験前にX線検査を行って有機骨病変を除外した；椎間骨移植ブロックは.三面に骨皮質のある健康な死体の腸骨稜から採取し.各ブロックは約2.5 cm（縦）× 1.2 cm（横）× 1.1 cm（縦）のサイズ；脊椎間固定装置（ケージ）は華業浩代理店で作られるチタンを使用した；脊椎間固定具（ケージ）は.? TFCは実験前のX線計測により.それぞれ直径16mmと14mmのものを選択した；後方経穴式内固定装置は.同じ会社のショートセグメントCD内固定装置を使用した。 3.標本作製：標本採取後.靭帯.関節包.椎間板.骨構造を残し.脂肪や付着筋などの軟部組織を除去した。 標本の両端をポリメタクリル酸メタクリレートで包埋し.-20℃の冷凍庫で二重のビニール袋に密封して保管した。 4.方法 5.三次元脊椎運動試験：この実験で使用した三次元脊椎運動試験機（図1）は.人体における脊椎の運動特性を模擬することができる。すなわち.この試験装置は.荷重後の試験片の自由運動に影響を与えずに.脊椎試験片に純粋な力双極子モーメントを印加できるものである。 試験片の仙骨をベースに固定し.L1 埋め込み端にローディングディスクを固定し.大きさが等しく.方向が逆で互いに平行な一対の力をローディングディスクを介して試験片に加え.試験片に作用する純粋な力のカップルを形成します。 印加する力の大きさを制御し.ローディングディスクの向きと方向性を調整することで.前屈／伸展.左右屈曲.左右軸回転の力覚カップルが供試体に加わり.腰仙部の生理活動を模擬して腰椎をそれに応じた動きをさせます。 ゼロ負荷時と最大負荷時（8.0N.m）の脊椎の3次元運動の画像は.互いに角度を変えた2台のカメラで撮影し.スケールに取り付けられたマークをコンピュータによる画像処理システムで識別して位置決めします。 剛体運動学の理論によれば，剛体上の任意の3点の運動は剛体全体の運動を特徴づけることができるので，互いに角度をつけた2台のカメラを用いて，セグメント間の角度の変化，すなわちROM（Range of Motion）を算出することができる。 6.疲労試験：疲労グループの試料は.868Mini-MTS多軸実験機（図2）.400N / Sの速度で.200N負荷（1Hzの負荷周波数）にロードされる;左右10°各回転.1500回分の疲労の数を配置します。 動作終了後.試験片を取り出し.脊髄3次元運動装置へ搭載し.試験を行う。 7.実験方法：①無傷の下部腰椎構造.②不安定腰椎（L4椎弓全摘出術および下滑膜切除術と同時にL4-5髄核を摘出）[2].③CDショートセグメント内固定（CD）.④CDショートセグメント内固定と椎間骨移植（CD-bone block.図3）の8状態それぞれに対して同一試験片で L4-5 セグメント3Dモーションテストが実施されました。 CD-boneblock.図3）.⑤CD short segment internal fixation with intervertebral TFC fixation（CD-TFC.図4）.⑥CD fatigue.⑦CD-bone block fatigue.⑧CD-TFC fatigueの4種類。 各疲労状態終了後，次の状態の試験結果に影響を与えないよう，内 固定具の再装着およびペディクルスクリューの緩みを確認した。また， 試験順序の違いによる試験結果の偏り（系統誤差）を避けるため，異なる 状態の試験順序をランダムに変更し，各試験順序で試験を実施した。 同時に.実験による組織の変性を最小限に抑えるため.実験中は常に試料に生理食塩水を噴霧して湿潤状態を確保した。CD内固定.CD-bone block.CD-TFCの装着後には.骨内位置が十分であることを確認するためにX線撮影が必要だった（Figure 5）。 8.統計処理：本実験で収集したデータは主に可動域（角変位として表現）であり.そのうち実験誤差と粗差は補正し.全データを二元配置型カテゴリー分散分析（Student-Newman-Keuls法）に供した。 無傷の構造物群に対する各治療群のROM変化の統計的有意性を観察するために，各治療群について，自身の無傷の構造物の分節運動を対照群として無作為化ペアデザインデータの平均値のt検定（α＝0.05）を行った；また，CD-骨ブロック群とCD-TFC群，および，CD -bone block fatigue groupとCD-TFC fatigue groupをそれぞれpaired data t-testで比較し.2つの融合方法が脊柱安定性に及ぼす影響をさらに検討した。 II.結果 角度変位ROMの有意な増加が分節性不安定性の指標とされた。 8.0N.mの荷重を加えた後.腰椎の8つの状態で測定した前屈・伸展.左右屈曲.左右回旋時のL4-5のROMを添付表および図6に示す。 この結果から.腰椎不安定性モデルが十分に構築され.すべての活動時のROMは.無傷の構造物群に比べ.不安定性群で有意に増加することが示された。 CD-block群.CD-TFC群はいずれも6方向すべての動作において正常腰椎より有意に高い安定性を示した。 -CDの疲労状態では.前屈・伸展.左右回旋で有意に不安定であったが.左右側屈では正常腰椎と有意差はなかった。 CD-boneブロックの安定性は.前屈・伸展方向では正常腰椎よりまだましであるが.左右側屈方向と左右回旋方向では正常腰椎と有意差がなかった。CD-TFCの安定性は.疲労状態では後伸展方向と左右回旋方向で正常腰椎より有意に高く.前屈方向と左右側屈活動で正常腰椎と有意差がなかった。 CD-boneブロック疲労群とCD-TFC疲労群では.図8に示すように.前屈・伸展方向と左右側屈方向では両群の安定性に有意差はなかったが.左右回旋方向ではCD-TFCの安定性がCD-boneブロック群より有意に良好であった。 III.考察 1.腰部におけるPLF術とPLIF術のバイオメカニクス的比較 PLF（後側方固定術）法は1990年代まで整形外科で最も一般的な固定法だったが.臨床・バイオメカニクス的研究により偽関節形成が多いことがわかり.実施率が低下した [3] 1944-1945 Briggs, Milligan and Cloward PLIF (transforaminal lumbar interbody fusion) 法は1944-1945年に初めて提案され.その後多くの学者の努力により改良されてきました。 生体力学的な観点からは.骨移植が脊椎の運動中心や重力伝達線に近いほど.より良い固定が可能になります[4]。 機能的脊椎ユニット（FSU）は.隣接する2つの椎骨とその間の椎間板からなり.運動中心は椎間板内に位置しています。 そのため.椎間骨移植は他の骨移植に比べ.骨癒合に寄与する。 本実験で考案した簡易CD短断片経椎体内固定システムはPLF固定術を.CD-bone blockまたはCD-TFCはPLIF術を模擬したものであった。 その結果.再建された下部腰椎の直後の安定性はCD-block群.CD-TFC群とCDのみの群の間に有意差はなく.左右曲げ.左右軸回転時の安定性は正常腰椎と有意差はなかった。 しかし，疲労後はCD群では腰椎の安定性が著しく低下し，不安定になる傾向が見られたが，他の2群では疲労後の腰椎の安定性に大きな損傷は見られなかった． 腰椎すべり症や不安定症に対する再ポジショニングとインプラント固定は.脊椎のバイオメカニクスと安定性の要求を達成でき.ペディクルスロッド固定システムの適用は脊椎固定を改善するが.純後短節内固定は前柱からの強い支持がないため.再ポジショニング効果の喪失や内固定不全などの合併症を招きやすいと思われる。 臨床では.PLFを選択した患者は.術後早期の機能的運動時には装具の保護下で腰部の可動性を制限し.3ヶ月間待って初期骨癒合を確認してから腰部の可動性を高めることが推奨されています。 L4-5.L5S1の単関節で滑りが大きく.脊椎の不安定性が強い場合は.偽関節の形成を防ぎつつ.整復効果の維持と矯正損失の軽減を図るために.可能な限りPLIF術を選択すべきである。 近年.安定性の悪い状態に対してPLIFとPLFを組み合わせた術式が提案されている[5]。 PLIFは脊柱前部の支持を.PLFは脊柱後部の安定性を高め.後切開で腰椎前柱と後柱の周方向固定を実現し.後内固定が骨折やゆるみよりも前柱を必要以上に支持することが可能になる。 PLIFは前方に広いインプラントのベッドを提供することに加え.椎間運動を抑え.椎間高さを維持することにより.PLF固定の成功率を向上させることも可能です。 2.PLIFにおける皮質骨ブロックの適用と椎間固定（ケージ）の生体力学的比較 PLIF術の理論的根拠は.椎間骨移植による固定がより生体力学的で.椎体の高さを維持しやすく.二次的な神経狭窄を避けることができるということである。 多くの臨床研究で.PLIF後の患者さんにおいて慢性腰痛が有意に緩和されることが確認されています。 手技が複雑なため.中国ではまだPLIFは広く行われていません。 さらに.PLIF後に偽関節形成などの特定の合併症がまだ存在する[6]。 この問題を解決するために.骨移植材を運ぶための様々な椎間体癒合器具（ステンレス鋼.バイオセラミックス.チタン合金.カーボンファイバー.ポリマー材料）が開発されています[7]。 椎間体癒合器具の臨床研究はまだ新しく.比較的少数の生体力学的試験が行われているが.結論はまちまちであり.ほとんどが動物実験に焦点を当てたものである。 は.Cageを適用した結果は.皮質骨ブロックを適用したPLIFのこれまでの術後試験と有意差はなかったと結論付けている[9]。 椎間関節固定術は.広い固定スペースを確保するために上下の内板骨に大きく依存しており.動物モデルでは内板が十分に発達していないため.動物とヒトでの実験結果には違いがある。 ヒトの脊椎標本に対するCageのこれまでのバイオメカニクス研究は比較的少なく.PLIF後の脊椎の即時安定性に焦点が当てられており.即時および疲労後のバイオメカニクステストは行われていない。 バイオメカニクステストでは.異なるタイプの椎間固定を用いたPLIF後の腰椎安定性に有意な変化は見られなかったため[10].TFCの使用は代表的なものであると推測されます。 本実験では.CD-bone block群とCD-TFC群の直後の脊椎安定性に有意差はなく.いずれも通常の腰椎安定性より良好であり.この結果は文献上のいくつかの報告とは異なるものであった[11]。 (2) 椎間骨移植の質 腸骨稜の前方 3 分の 1 から採取した 3 面皮質骨移植は.椎間腔全体を満た すだけの強度が必要である。 実験では.CD-block疲労群でDTTの曲がりが2例観察され.脊髄の三次元固定におけるDTTの役割を間接的に確認することができた。 Cageの目的は.そのネジ端から内板を押し込むことで腰椎前方柱をより強固に支持し.腰仙関節やペディクルスに作用するせん断力を効果的に軽減すること.またCage内に自家海綿骨や生体材料を配置し骨癒合を促進させることである[12]。 理論的には.これらの新しいケージの使用は.椎骨の高さの維持.手術手技の標準化と簡略化.合併症の発生率の低減に貢献するものです。 本研究では.腰椎の即時安定性はCD-bone block群とCD-TFC群に有意差はなく.疲労後の安定性は無傷の脊椎群より優れていたこと.Cageの長期有効性をさらに観察する必要があることから.筆者は.椎間体の選択は人によって異なるべきで.新しいタイプの内部固定の応用は断固として追求すべきでなく.臨床の現場は 患者自身の状態.手術結果に対する期待.経済状態.術者のPLIF術式に対する習熟度などを考慮する必要がある。 今回の実験では下部腰椎固定術後の初期の生体力学的変化をモデル化しましたが.脊椎固定術の臨床過程は動的なものであり.骨癒合の完了とともに椎間安定性は徐々に増していきます。 当面は.脊椎全体.インスツルメンテーション.負荷条件を生体内で適切にモデル化し.より正確なバイオメカニクス評価を行うことが課題として残されています。