髄内釘の歴史をご存知ですか？

髄内釘の出現は、長骨骨折の治療に革命をもたらしました。この技術は何世紀にもわたって存在していましたが、現在の地位に到達したのは 20 世紀後半になってからです。

20 世紀前半にはこの技術が多くの学者によって懐疑と反論にさらされたため、成功への道は必ずしも容易ではありませんでした。今日、冶金学、外科技術、X線透視技術の革新により、髄内釘打ちは長骨骨折の標準治療となっています。

人間の生体力学的知識の進歩により、この現代的なデザインの作成が可能になりました。最新の髄内釘は、感染率が低く、瘢痕が最小限に抑えられ、骨折の安定性が高く、患者の即時の移動性が特徴です。

この記事で行われた歴史的レビューは、髄内釘の進化を要約し、その重要なマイルストーンを強調し、髄内釘の最初の使用とその後の進化の時代の雰囲気を提示し、現代の整形外科および外傷学における髄内釘の位置を紹介することを目的としています（例えば、図1）。

髄内釘の誕生

古代エジプト人は、釘に似た髄内器具を最初に使用しました。複雑な外科的骨折治療は、これほど何年も前には存在していなかったはずです。

しかし確かなことは、古代エジプト人は死後の肉体の復活に対する信仰に由来する優れた防腐処理の技術を持っていたということです。

これはツタンカーメンの墓で発見されたユーザーモントゥと呼ばれるミイラの場合に当てはまり、膝関節を安定させるために大腿骨と脛骨の間にねじ込み釘が挿入されていました（図2参照）。

考古学者らは、石棺の中のミイラはウエルモントゥ本人ではなく、紀元前600年に古代の墓強盗によってすり替えられた別の人物ではないかと推測している。

2000年後、エルナンド・コルテスの遠征に参加した人類学者ベルナルディーノ・デ・サアグンは、メキシコで生きている患者に初めて髄内釘を使用したことを報告した。

1524年、彼はアステカ族の骨外科医（「テザロ」という名前）が黒曜石のナイフを使って骨切り術を行い、骨折部を安定させるために髄腔に樹脂製の棒を挿入するのを目撃した。適切な外科技術と消毒剤が不足していたため、これらの手術では合併症が発生し、死亡率も高かった。

1800年代: 最初のステップ

1800 年代半ば頃、最初の医学雑誌が髄内釘打ちについて報告しました。ディーフェンバッハ、ランゲンベック、バルデンホイアー、その他のドイツ語を話す外科医は、骨断絶を治療するために長骨の骨髄に象牙の釘を使用したと報告されています。

一方、シカゴの研究者で熱心な軍医であるニコラス・センは、髄内固定の実験を行った。彼は、骨折後の「偽関節症」を治療するために、牛の骨で作られた中空の穴のあいた副木を使用し、延髄に挿入しました。

1886年、スイスのハインリッヒ・ビルヒャーは外科学会で、複雑骨折の急性治療のための髄質への象牙釘の挿入について説明しました（図3）。

数年後、ドイツのテミストクレス グルックは、爪の端に穴を備えた最初の象牙髄内釘を作成し、インターロッキングの概念を初めて導入しました。

同じ時期に、ノルウェーのジュリアス・ニコライセンが、大腿骨近位部骨折の髄内釘打ちの生体力学的原理について最初に執筆しました。彼は、より生体力学的利点を獲得し、骨のほぼ全体を保護するために、髄内釘の長さを長くする必要性を強調しました。

彼はまた、静的ロックを設計するために近位および遠位の釘と骨の連動という概念を最初に提案した人でもあります。一部の学者は彼を髄内釘の父とみなしています。

1800 年代半ばまでに、ウィーンのイグナス・フィリップ・センメルワイスやグラスゴーのジョセフリスターなどの先駆者たちが、外科的滅菌の基礎を築きました。これは、無菌条件下での新しい外科技術の開発を可能にしたため、画期的な成果でした。

1900年代: 進化

1912 年、英国の外科医アーネスト ヘイ グローブスは、髄内釘として固体金属ロッドを使用した最初の外科医であり、逆行性髄内釘アプローチの先駆者でした。

彼は第一次世界大戦中に、四肢の切断を嫌がる感染性仮関節症の患者を治療したときに経験を積んだ。彼は、最小限の外傷でオッセオインテグレーションを可能にした最初の髄内釘技術について説明しただけでなく、骨折を固定するために髄内釘やより小さな釘を使用することにも熟練していました。

彼はアルミニウム、マグネシウム、鋼で作られたインプラントを実験し、骨折治癒における生体力学の重要性を認識しました。それでも、アーネスト・ヘイ・グローブスの技術は高い感染率に悩まされていたため、同時代の人々にはそれほど人気が​​ありませんでした。

1931 年、アメリカの整形外科医スミス ピーターセンは、関節包内大腿骨頸部骨折の治療用に 3 翼のステンレス鋼ネジを導入しました。彼は、腸骨稜の前 3 分の 1 を切開し、広い筋膜テンソルの前端に沿って手術野に入り、骨折部の位置を変更し、インパクターを使用してステンレス鋼のネジを大腿骨頭に打ち込むオープン アプローチを設計しました (図 4)。

スミス・ピーターセン試験の成功により、多くの外科医が骨折に対する金属インプラントの実験を始めました。スヴェン・ヨハンソンは 1932 年に中空髄内釘を発明しました。彼の独創的な革新では、制御された放射線ガイド下での髄内釘の挿入を可能にするカーフィングニードルを使用しました。彼が適用した中心的な技術コンポーネントは、現在でも使用されています。

さらに一歩進んで、ラッシュと彼の兄弟は 1937 年に弾性髄内釘の概念を導入しました。

彼らは、弾性のあるあらかじめ曲げられたステンレス鋼の髄内釘を使用し、骨折周囲の軸方向の変位の傾向に対抗するために髄内 3 点固定構造を作成することを試みました。

彼らの概念では、無傷の軟組織領域は、事前に曲げられた弾性釘によって生成される張力に抵抗する張力バンドとして機能します。それらの構造は、早期に弾性変形から塑性変形に変化するステンレス鋼の弾性特性によって制限されていました。後者は二次的な変位と変形の治癒につながる可能性があります。

さらに、髄内釘は入口から出たり、海綿骨構造を貫通したり、関節内で穴をあけたりする傾向があります。それにもかかわらず、ウィーンの学者エンダーは、この技術をエンダー学派の骨折固定の基礎として使用し続け、今日でも小児骨折の柔軟な固定に使用されています。

骨髄の爪

1939 年、ノーベル賞候補者であるドイツの外科医ゲルハルト・クンチャーは、大腿骨幹の骨折の治療のためのステンレス鋼の髄内釘を開発しました。

Küntscher らは、大腿骨頸部骨折の治療に使用される Smith-Petersen ステンレス鋼ネジに触発され、同じ原理が幹骨折にも適用できると考えました。彼らが開発した髄内釘は、当初は断面が V 字型で、直径は 7 ～ 10 mm でした。

死体と動物の研究の後、彼は 1940 年にベルリンの外科学会で髄内釘と外科的アプローチを発表しました。当初、彼の革新性はドイツ人の同僚から嘲笑されましたが、彼の方法は第二次世界大戦後人気を博しました。

医学の父とも呼ばれる古代ギリシャ時代の医師、ヒポクラテス (紀元前 460 ～ 370 年) はかつてこう言いました。「手術をしたい者は戦争に行かなければならない」。同じことがクンチャーにも当てはまりました。

ナチス時代、クンチャーはフィンランド戦線の病院に駐屯していた。そこで彼は、その地域の患者や捕虜の手術を行うことができました。彼は、それぞれ閉鎖的および開放的外科的アプローチを使用した骨髄釘打ちの概念を導入しました。

クローズドアプローチでは、髄内釘を大転子に順行方向に通し、スリングで操作する開創台上に置きました。頭部Ｘ線透視検査を使用して、骨折部を再配置し、釘を２つの平面に挿入する。オープンアプローチでは、骨折線近くの切開部から髄内釘を骨折部から髄質に挿入します。クンチャー教授は、髄内釘を使用して大腿骨幹骨折、脛骨骨折、上腕骨骨折の治療にも使用しています。

クンチャーの技術は、連合軍捕虜が本国に送還されて初めて国際的に認められるようになりました。

このようにして、アメリカとイギリスの外科医はクンチャーによって開発された髄内釘に精通するようになり、この骨折治療法の時代におけるその明らかな利点を認識するようになりました。

短期間のうちに、世界中でますます多くの外科医が彼の方法を採用し始め、クンチャーの髄内釘は患者の回復時間をほぼ 1 年短縮することで骨折治療に革命をもたらしました。ギプスで何ヶ月も固定されなければならなかった患者が、数日で動けるようになる。

現在に至るまで、このドイツ人外科医は髄内釘の主要な開発者とみなされており、外傷手術の歴史において極めて重要な位置を占めています。

髄内釘の拡張

1942 年に、フィッシャーら。は、髄内釘と骨との間の接触面積を増加させ、骨折固定の安定性を改善するための、骨髄拡張研削ドリルの使用について最初に説明した。

それにもかかわらず、Küntscher は、今日でも使用されているフレキシブルガイド付きリーミングドリルを導入し、骨幹の髄腔の全長にわたるリーミングをサポートして、より大きな直径の髄内釘の挿入を容易にします。

当初、髄内リーミングは、骨折を安定して固定し、患者を迅速に動かすために、髄内釘と骨が接触する面積を大幅に増やすように設計されていました。

Smith らによって説明されているように、髄質が 1 mm 拡張するごとに、接触面積が 38% 増加します。これにより、より大きくて硬い髄内釘の使用が可能になり、骨折固定構造の全体的な安定性が向上します。

しかし、柔軟な髄内リーミングドリルを備えたクンチャー髄内釘は、骨切り術用の内固定装置として適切な選択肢となったが、学界は 1960 年代後半にその好意を失い、新しく開発された骨合成機構 (AO) のプレートが支持されました。

1960年代: 暗黒時代

1960 年代に、髄内釘打ちは突然段階的に廃止され、プレートとネジによる骨折固定が採用されました。

クンチャーの方法はスムーズに機能しましたが、術後の結果が悪かったため、世界中の外科医がこの方法を拒否しました。

さらに、一部の外科医は放射線に伴う副作用に嫌気がさしたため、頭部Ｘ線透視検査などの放射線技術を放棄し始めた。プレート内固定システムの使用に対する国際的な一般的な合意にもかかわらず、髄内釘の開発はそこで止まりませんでした。

ドイツの医師クンチャーは、連結の利点を認識し、クローバーの葉の形をした連結髄内釘を開発し、これを「留置釘」と名付けました。当時の髄内釘の設計のアキレス腱は、非常に粉砕された骨折や大きな角度にずれた骨折を安定させることができないことでした。この問題の解決策は、止めネジの使用でした。

この問題の解決策は、固定ネジで髄内釘を安定させることでした。

このようにして、インプラントは、四肢の短縮を防ぎながら、曲げやねじれの力にさらによく耐えることができます。 Küntscher、Klaus Klemm、Wolf-Dieter Schellmann のアイデアを組み合わせて、髄内釘の近位側と遠位側にネジ穴を事前に開け、挿入されたネジに固定することで、より安定性を高めるために髄内釘が開発されました。

その後数年間で、透視画像の鮮明さの進歩により、骨折の閉鎖と整復の技術を再選択できるようになりました。

1970 年代と 1980 年代: リバイバル

1970 年代、ドイツの外科医クンチャーの髄内釘の概念に強い関心が集まりました。

骨折に対する非観血的整復髄内釘固定は、柔軟なリーミングとインターロッキングの概念、および透視技術の明瞭性の向上を組み合わせたもので、軟組織の損傷が最小限に抑えられ、安定性が高く、患者の即時可動性を特徴とするこの優れた手術技術の進歩と普及を推進しました。

当時、学術界は、第 2 世代の髄内釘の開発を推進する一連の革新に巻き込まれていました。

1976 年に、Grosse と Kempf は、髄内釘の弾性率の問題を解決するために、部分的にスロットを備えた髄内釘を作成しました。髄内釘は近位領域に溝が切られておらず、近位ネジ用の釘穴があり、髄内釘内部固定構造の安定強度を高めるために45度の角度で挿入されました。

数年後、AO は同様に考案された髄内釘を開発することで、髄内釘開発のトレンドに加わりました (図 5)。

1984 年に、ワインクイストら。これは、より大きな固定ネジ穴を適用し、静的固定ネジを取り外し、その後、固定ネジ穴をより現代的なデザインの楕円形の釘穴に変更することで、骨折端の治癒を促進するという動的アプローチを提案しました。

動的アプローチの目的は、骨折の治癒を促進し、後期活動による骨癒合不全を回避することです。

現在、髄内釘打ち力学は独立した技術としての支持を失い、非治癒性骨折の治療における内固定システムの完全な置き換えよりも費用対効果の高い解決策としてのみ使用されています。

生体力学的研究では、Gimeno et al.は、髄内釘のスロットのない部分とスロットのある部分の間の移行ゾーンが応力集中を引き起こし、内部固定インプラントの外科的失敗を引き起こすと報告しました。

これらの問題に対処するために、Russel と Taylor らは、は 1986 年に最初のスロットのない、拡張しない髄内釘を設計し、満足のいく結果をもたらしました。

この間、髄内釘の噛み合わせの問題も進展し続け、今日知られているように、髄内釘の事前に開けられた穴を通してスクリューと噛み合うのは、ドイツのクレムとシュレーマンの設計でした。ネジの挿入はフリーハンドの蛍光透視によって行われるため、外科医は大量の放射線にさらされることになります。

現在、この問題は、電磁場追跡技術、透視ガイドによるフリーハンド技術、および正確な近位釘設置ガイドを組み込んだ遠位ターゲティング システムによって解決されています。

1990年代：チタン髄内釘

次の 10 年間で、ラッセル テイラー髄内釘は国際的な整形外科界で非常に人気になりました。 Brumbackらの研究結果が示すように、標準治療は徐々にネジを静的に固定する髄内釘打ちとなった。

この前向き研究では、ロッキングがほとんどの場合に良好な結果をもたらし、骨折の癒合不全とは関連していないことが報告されました。

冶金学の進歩により、チタン髄内釘が出現しました。チタン髄内釘は、その強度、優れた耐食性、生体適合性により、生物医学産業で広く使用されています。

Alta 髄内釘システムは、初めて利用可能なチタン髄内釘であり、ステンレス鋼よりも強度が高いが剛性が低い金属であるチタンの機械的特性により、医療界から非常に歓迎されています。

しかし、現在の文献では、特にチタンの使用に伴うコストの増加により、チタンがステンレス鋼よりも内部固定に適した材料であるかどうかについては懐疑的です。

ただし、皮質骨に近い弾性率や磁気共鳴画像法との適合性など、チタンにはいくつかの利点があるため、魅力的な選択肢となります。

さらに、より小さな直径の髄内釘が必要な場合、チタンは非常に魅力的な選択肢となります。

現在のトレンド

過去数十年の成功と失敗を経て、整形外科医は髄内釘打ちに関してより多くの経験を積んできました。

大腿骨、脛骨、上腕骨骨折の髄内釘による固定は、ほとんどの閉鎖骨折と一部の開放骨折の標準治療となっています。新しいターゲティングおよび位置決めシステムにより、最も経験の浅い外科医でも手順が簡単になり再現可能になりました。

最近の傾向では、チタンやステンレス鋼の金属は弾性率が非常に高く、応力によって骨の治癒に必要な刺激的な応力がわかりにくくなっていることがわかっています。マグネシウム合金、形状記憶合金、吸収性材料などの新しい生体材料が現在、学界でテストされています。

現在、改良された弾性率と優れた疲労強度を備えた連続炭素繊維強化ポリマー製の髄内釘が入手可能です。マグネシウム合金は皮質骨と同様の弾性率を持ち、生分解性です。

Liらによる最近の研究。らは、骨折修復のためのマグネシウムとゾレドロネートコーティングの組み合わせに起因する動物モデルでの骨粗鬆症性骨折の治療に大きな利点を示しており、この治療法は将来骨粗鬆症性骨折の治療法となる可能性があります。

結論

長年にわたり、髄内釘の設計、冶金技術、外科技術が大幅に改善されたことにより、髄内釘の使用は、ほとんどの長骨骨折に対する現在の標準治療に発展し、効果的で侵襲性が低く、再現性の高い処置となっています。

しかし、髄内釘のデザインが多数あるため、その術後の転帰に関する多くの情報が不足しています。最適な髄内釘タイプのサイズ、特性、曲率半径を決定するには、さらなる研究が必要です。

私たちは、生体材料の分野における革新により、新しい髄内釘のデザインが生まれると予測しています。

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