側湾メカニズムを説明するために、ホイター・ヴォルクマンの法則が用いられています。一般の胸椎は生理的なカーブを描いており、背側に配置された椎骨には気を散らす力が、腹側に配置された椎骨には圧縮する力が働きます。
椎体の回転は、椎体の腹側に位置する部分と背側に位置する部分の間で軸方向の荷重の不一致をもたらし、不適切な脊椎の湾曲につながるプロセスの最初のステップであると考えられています。この不一致は、脊椎曲線の向きの変化となって現れ、側湾症を引き起こします。腹側に位置する椎骨は凹側になり、背側に位置する椎骨は凸側になります。
したがって、弯曲部の凹側で椎体成長板を圧迫すると成長が遅くなり、湾曲部の凸側で成長板を牽引すると成長が加速されます。逆に、湾曲部の凸側で成長板を牽引すると成長が促進さ れます。
ホイター・ヴォルクマンの法則とは、簡単に言うと、背骨を曲げると凸側の成長が進み、その結果、側湾症という体の姿勢の変形が起こるというものです。この法則は、ドイツの整形外科医であるカールヒューターとリチャードフォンヴォルクマンの2人によって提唱されました。それでは、ホイター・ヴォルクマンの法則の様々な原理とその理論を理解するために、記事を読み進めてください。
成人になる以前の筋骨格系の成長
成体以前の筋骨格系は、テンセグリティー構造のようなものです。テンセグリティーとは、連続した引張部材と不連続な圧縮部材を持つことで、骨格構造が剛体形状を作り出す能力のことである。骨と軟骨は、子供の筋肉、靭帯、筋膜を長くし、リモデリングと成長を引き起こします。筋肉は伸びるだけでなく、成長する体格やレバーアームに耐えられるよう強化されなければなりません。この骨格と筋肉の成長のバランスが乱れると、思春期特発性側湾症（AIS）が始まり、これは側湾症の第一段階としても知られています。
思春期という年齢は、生理的および心理的な領域で成長が著しいのが特徴です。ところが、テンセグリティーの低下による筋の成熟の遅れが、姿勢の変形を引き起こすことがあります。
ホイター・ヴォルクマンの法則によって、テンセグリティーシステムが乱される過程を理解することができます。軸圧縮の影響を受けると、側湾を引き起こす板が成長し、椎骨の骨密度も低下します。このような状況下では、縦靭帯と環状線維の張力が増加し、靭帯のリモデリングプロセスが制限されます。そして、環状線維にかかる圧力の増大と靭帯のリモデリングが制限されることにより、最終的に人間の脊椎は差動成長することになるのです。
人間の脊椎における成長の違い。
差動成長というのは、背骨の永久変形がゆっくりと徐々に進行していくことです。 このメカニカルな現象は、互いに接続された2つの組織の伸長のミスマッチによって起こります。医学専門家が行ったさまざまな実験によると、差動成長はゆっくりと始まる一方で、指数関数的に拡大することが分かっています。クリジンスらが行った実験では、側湾症につながる差動成長には、オイラー座屈よりも、接続組織のミスマッチとプレートの成長が影響していることが強調されています。
まっすぐな弾力棒の両端を圧縮すると、オイラー座屈と呼ばれる瞬間的な力学的不安定性が発生します。これに対し、AISは徐々に進行する脊椎の変形プロセスで、症状が現れるまでに数ヶ月、あるいは数年かかることもあります。第二に、健康な脊椎は一連の椎骨で構成されます。これらは、弾性棒ではなく、椎間板によって固定されています。各脊椎セグメントの可動域には、大きな抵抗を受けずに曲がることのできる数度の中立域があります。
骨格の伸びとホルモン
インスリンやエストラジオールなどの成長ホルモンは、人体の骨格の成長を調節しています。でも、成長は機械的な力にもなり得ます。ホイター・ヴォルクマンの法則は、力学的現象としての骨格の成長を抑制することを中心に据えています。成長板に作用する圧縮が強くなると骨形成が遅くなり、逆に圧縮や張力が弱くなると骨形成が速くなります。この現象は、AISの場合、顕著に現れます。そこで、AISの末期における椎骨のくさび形のゆがみは、ホイター・ヴォルクマンの法則によって引き起こされると考えられます。
思春期特発性側湾症患者は、一般的に身長が高く、骨密度が低く、体格指数も低くなっています。骨の密度は、骨格の成長に重要な役割を果たすため、ホイター・ヴォルクマンの法則とも関係があります。しかし、力学的な観点から見ると、AIS患者の骨密度が年齢をマッチさせた対照群と比べて低いという観察は、彼らが直面する力学的負荷が少ないことを示しています。
ホルモンレベルの変化などによる筋肉量や筋力の低下が原因である可能性があります。骨格の成長の増加は、脊椎だけでなく腕にも影響することが観察され、腕の長さ、尺骨の長さ、橈骨の長さが注目さ れます。
その結果として、側湾症患者の筋肉量は、一般的に低く、または遅れています。つまり、骨格の成長と筋肉・靭帯の成熟の間にアンバランスが生じます。ホイター・ヴォルクマンの法則によると、筋力の低下は骨格への負荷を減らし、骨と軟骨の形成を早めることになります。
成長しているプレートの活性の機械的な調節。
成長の制御には、遺伝的、血管的、ホルモン的、および生体力学的な変数が複雑に絡み合っています。成長板における軟骨細胞の肥大の程度の違いが成長速度の変動の大部分（40〜50％）を占め、マトリックス合成と軟骨細胞増殖の速度が残りの変動の大部分を占めています。したがって、増殖領域での軟骨細胞形成速度と肥大領域での軟骨細胞拡大およびマトリックス合成速度が、成長速度に影響を与える2つの主要因であると思われます。
AISの条件下では、歪みによって成長板ステープルに収まる程度の応力が発生し、最終的に成長が停止してしまいます。しっかりとステープルを打たれた成長板は、かなりの、そして最終的には修復不可能な障害を経験します。つまり、機械的負荷が成長に及ぼす影響は、及ぼされたストレスのレベルに相関しているようです。
背骨の差動成長に対する予防技術。
差動成長の仮説とホイター・ヴォルクマンの法則によれば、AISは過剰な椎間板内圧の結果としてもたらされ、進行するとされています。これは、AISが人にしか発症せず、適当な動物モデルが存在しないため、臨床研究においてのみ検討可能です。ひどく膨張した椎間板の浸透圧を解放することが最も早急な介入であろう。
10代の若者は、他の方法で椎間板内圧を軽減することもできます。一説によると、不十分な筋力は脊椎の発達を促進するきっかけになると言われています。したがって、体幹の安定性を高めるトレーニングは、AISの治療戦略として有益であると考えられます。体幹の安定性が向上すれば、背骨の張りが強くなり、脊柱異常の可能性も低くなります。コアの安定性に関する研究が行われ、少なくとも若い女性の側湾症患者にはかなり有効であることが示されています。
また、ロックされた靭帯を伸ばして、ディスク内圧を下げるというアプローチもあります。いくつかの保存的治療は脊椎の柔軟性と可動域をターゲットにしていますが、どれも椎間板の健康状態に対処するものではありません。ただし、靭帯の緩みと椎間板の動的負荷の両方に運動が有効な場合があります。
ホイター・ヴォルクマン法の制限。
側湾症の初期段階における発症と進行の物理的なメカニズムは、成長の差にあります。ホイター・とヴォルクマンの法則は、脊椎の縦靭帯の拡張の限界とともに、椎間板内圧がこのプロセスの主要な決定要因であると特定しています。筋活動の低下が椎間板の成長に寄与している可能性があります。
ホルモンレベル、運動、遅発性初潮に関係すると思われる筋力低下の根本的な原因は、原理的に説明できません。
さらに、差分成長では、椎体の楔状化や筋肉の非対称性といったAISの外的影響を無視することができます。さらに、側湾症は様々なカーブパターンで現れることが明らかとなっています。
椎間板が膨張した背骨は、硬くなり、湾曲した弾性棒のような特性を持つようになるかもしれません。このことは、多様なカーブパターンを理解する上で、差動成長の概念に代わる説得力のある選択肢を提供するものです。
まとめ
様々な科学者や生理学者のグループが、骨成長調節のためのホイター・ヴォルクマンの法則を研究してきました。しかし、その議論はまだ結論が出ていません。これは、側湾症の物理的なメカニズムではなく、相関関係を提示しています。成長差、骨格の成長、ホルモン、骨密度、肥満度、栄養、椎間板の高さなども、脊椎の姿勢に影響を及ぼす要因のひとつです。つまり、結論として、ホイター・ヴォルクマンの法則は、側弯症を引き起こす成長板の発達の手がかりとなる有効な力学生物学的視点であると言えるかもしれません。
ホイター・とヴォルクマンの整形外科的法則では、機械的圧縮が大きいと骨の成長が遅くなり、負荷が小さいと成長が早まると論じています。この法則は、表面的に見ると、側湾症の発症を端的に正当化しているように見えます。ところが、限界にあるように、この法則は側弯症の多様な曲線パターンを説明する助けにはならないのです。ホイター・とヴォルクマンの法則を最近の研究や実験と並べることで、成長板についてのより全体的な理解を得ることができます。
