上腕骨頭の正常骨と変形性関節症骨との間の形態学的および顕在レベルの硬さの変化

Morphological and Apparent-Level Stiffness Variations Between Normal and Osteoarthritic Bone in the Humeral Head.

• Nikolas K Knowles
• Jonathan Kusins
• Melanie P Columbus
• George S Athwal
• Louis M Ferreira

抄録

変形性関節症（OA）は、骨の構造と機械的特性を変化させる形態学的変化によって特徴づけられる。この研究では、肩関節全置換術を受けた末期のOA患者（n=28）と非病理学的な正常な死体（n=28）から切除した上腕骨頭の間の骨の形態学的パラメータと見かけの弾性率を比較した。形態測定パラメータは、4つの内側から外側の領域に地域差を比較して、中央のコアで決定された。線形回帰により、見かけの弾性率、形態パラメータ、および年齢を比較した。マイクロ有限要素モデルを用いて海綿の見かけの弾性率を推定し、密度-弾性率の関係を導き出した。骨体積率（p<0.001）と海綿厚（p<0.001）については、最も内側の領域で有意差が認められた。形態測定パラメータと見かけの弾性率および年齢の間には、見かけの弾性率対海綿数のグループ間の傾き（p=0.021）および海綿厚さ対年齢の切片（p=0.040）を除いて、有意差は認められなかった。各群の密度-弾性率回帰フィットの傾きと切片の両方に有意差が生じた（p≦0.001）。正常群ではパワーフィットで高い相関関係（r = 0.87）を示したが、OA群では低い相関関係（r = 0.61）とより直線的な関係を示した。この研究は、構造と見かけの弾性率の変化が、主に末期のOA骨の軟骨下領域で持続していることを示唆している。このように、関節置換術中に病理学的領域が除去された場合、病理学的でない正常骨のモデリングパラメータを利用した計算モデルを末期のOA骨に適用することができるかもしれません。上腕骨海綿骨の変動についての理解が深まれば、末期OA患者の外科的管理が改善される可能性がある。 © 2019 Orthopaedic Research Society.発行：Wiley Periodicals, Inc.J Orthop Res 38:503-509, 2020.

Osteoarthritis (OA) is characterized by morphological changes that alter bone structure and mechanical properties. This study compared bone morphometric parameters and apparent modulus between humeral heads excised from end-stage OA patients undergoing total shoulder arthroplasty (n = 28) and non-pathologic normal cadavers (n = 28). Morphometric parameters were determined in central cores, with regional variations compared in four medial to lateral regions. Linear regression compared apparent modulus, morphometric parameters, and age. Micro finite element models estimated trabecular apparent modulus and derived density-modulus relationships. Significant differences were found for bone volume fraction (p < 0.001) and trabecular thickness (p < 0.001) in the most medial regions. No significant differences occurred between morphometric parameters and apparent modulus or age, except in slope between groups for apparent modulus versus trabecular number (p = 0.021), and in intercept for trabecular thickness versus age (p = 0.040). Significant differences occurred in both slope and intercept between density-modulus regression fits for each group (p ≤ 0.001). The normal group showed high correlations in the power-fit (r  = 0.87), with a lower correlation (r  = 0.61) and a more linear relationship, in the OA group. This study suggests that alterations in structure and apparent modulus persist mainly in subchondral regions of end-stage OA bone. As such, if pathologic regions are removed during joint replacement, computational models that utilize modeling parameters from non-pathologic normal bone may be applied to end-stage OA bone. An improved understanding of humeral trabecular bone variations has potential to improve the surgical management of end-stage OA patients. © 2019 Orthopaedic Research Society. Published by Wiley Periodicals, Inc. J Orthop Res 38:503-509, 2020.

© 2019 Orthopaedic Research Society. Published by Wiley Periodicals, Inc.