皮質骨(ヤング率20 GPa)と、同じ断面積の Ti-6Al-4V(ヤング率110 GPa)の棒が平行に接合され、長さ方向に一緒に引張荷重を受けている。両者のひずみが等しいとき、全荷重のうち骨が受け持つ割合はどれに最も近いか。

正解：C. 約15%

ひずみεが等しいので、それぞれの応力はヤング率に比例し(σ = Eε)、断面積も等しいので荷重の比は 20 : 110 になります。骨の分担は 20/(20 + 110) ≈ 0.154、つまり約15%です。骨だけで受けていた荷重の約85%をインプラントが肩代わりするので、骨への刺激が大きく減り、応力遮蔽が起こります。約85%はインプラントが受け持つ割合、約18%はヤング率の比 20/110 をそのまま割合としたものです。ヤング率が約55 GPa のβ型チタン合金に変えると、骨の分担は 20/75 ≈ 27% に増えます。実際の骨とステムの形は複雑ですが、ヤング率の差が荷重の分担を決めるという考え方は同じです。