SPring-8を利用したアキレス腱付着部の3次元構造変化とその力学的特性の解明

使用 SPring-8 阐明跟腱附件的三维结构变化和机械性能

• 批准号: 22K11299
• 负责人: 高橋 英明
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Niigata University of Health and Welfare
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K11299/
• 关键词: アキレス腱; Enthesis; 3次元構造; 破断強度

本年度の研究目的は，成長過程におけるラットアキレスEnthesisの3次元構造と力学的特性の変化を経時的に明らかにすることである．対象はWistar系雄性ラット48匹を対象とした．その後，4・6・8・12週齢（4群×12匹）の各週齢にてアキレスEnthesisを採取した．各群6匹は大型放射光施設（SPring-8）にて0.1°毎に3.51μｍの画素サイズにて画像の取得を行った．残りの各群6匹については，アキレスEnthesisの引張段試験を実施した．その結果，アキレスEnthesisの波状構造は，成長に伴い複雑化する様子が観察された．力学的特性については，4週齢と比較して6・8・12週齢で破断強度が有意に高値を示した．また，6週齢と8週齢の間には強度的な有意差は認められなかったが，12週齢と比較した場合には有意差を認めた．これらのことから，アキレスEnthesisは，成長に伴い波状構造を複雑化することでより骨との接地面積を広げることでその強度を担保しているものと推察される．加えて，筋収縮により生じた張力を効率よく骨に伝達することで，関節運動と側面においても貢献していることが考えられる．今後は，SPring-8で取得した3次元画像をもとに有限要素法（FEM: Finite Element Method）による画像解析を行い，表面積や応力集中部位の違いなどについて定量化を実施することで，より詳細な変化を捉えていく必要がある．

今年研究的目的是阐明大鼠跟腱附着点在生长过程中三维结构和力学性能随时间的变化。受试者是 48 只雄性 Wistar 大鼠。此后，在 4、6、8 和 12 周龄时收集跟腱附着点（4 组 x 12 只动物）。每组六只动物的图像是在大型同步加速器辐射设施 (SPring-8) 中获取的，像素大小为每 0.1° 3.51 μm。每组其余6只动物进行跟腱附着拉伸阶段测试。结果，观察到跟腱附着点的波状结构随着其生长而变得更加复杂。机械性能方面，6、8、12周龄时的断裂强度明显高于4周龄时的断裂强度。此外，6周龄和8周龄之间的力量没有观察到显着差异，但与12周龄相比却观察到显着差异。从这些事实可以推断，跟腱附着部随着其生长，使波状结构变得更加复杂，从而增加与骨骼的接触面积，从而确保了其强度。此外，人们认为，通过有效地将肌肉收缩产生的张力传递到骨骼，它也有助于关节运动和横向运动。今后，我们将基于SPring-8获取的3D图像使用有限元法（FEM）进行图像分析，并量化表面积和应力集中区域的差异，从而有必要捕获详细的变化。