膝関節

膝関節（膝関節）は、最も大きく複雑な構造を持つ関節です。大腿骨、脛骨、膝蓋骨によって形成されます。大腿骨の内側顆と外側顆の関節面は、脛骨と膝蓋骨の上部関節面と接合します。関節内には、三日月形の関節内軟骨（内側半月板と外側半月板）があり、関節面の適合性を高めるとともに、衝撃吸収の役割を果たします。

外側半月板（meniscus lateralis）は内側半月板（meniscus medialis）よりも幅が広い。半月板の外側縁は関節包と癒合している。内側の薄くなった縁は自由である。半月板の前端と後端は脛骨顆間隆起に付着している。半月板の前端は膝横靭帯（lig. transversum genus）によって連結されている。

こちらもご覧ください: 膝関節の腫れ（膝の腫れ） 膝の痛みが危険な理由とその対処法 膝の痛み 歩くときの膝の痛み 膝関節の痛み

膝関節の関節包は薄い。大腿骨では関節面の縁から約1cmのところに、脛骨と膝蓋骨では関節面の縁に沿って付着している。滑膜は脂肪組織を含む複数の襞を形成している。最も大きな一対の翼状襞（翼状襞）は膝蓋骨の側面に位置している。膝蓋骨から前顆間部にかけては、一対のない膝蓋下滑膜襞（膝蓋下滑膜襞）が垂直下方に走っている。

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膝関節の靭帯

膝関節は靭帯によって強化されています。腓骨側副靭帯（lig. collaterale fibulare）は関節包外にあり、大腿骨の外側上顆から腓骨頭の外側表面まで伸びています。脛骨側副靭帯（lig. collaterale tibiale）は関節包と癒合し、大腿骨の内側上顆から始まり、脛骨の内側縁の上部に付着しています。関節の後面には、半膜様筋の腱の末端束である斜膝窩靭帯（lig. popliteum obliquum）があります。この靭帯は関節包の後壁に織り込まれており、脛骨内側顆の後面にも付着しています。

弓状膝窩靭帯（lig. popliteum arcuatum）は腓骨頭の後面に起始し、内側に湾曲して脛骨の後面に付着する。前方では、関節包は大腿四頭筋の腱によって補強されており、この腱は膝蓋靭帯（lig. patellae）と呼ばれる。大腿四頭筋腱の内側束と外側束は、膝蓋骨から大腿骨の内側上顆と外側上顆、そして脛骨顆へと伸びており、膝蓋骨内側支持靭帯と外側支持靭帯（retinaculum patellae mediate et laterale）と呼ばれる。

膝関節腔には、滑膜に覆われた十字靭帯が存在します。前十字靭帯（lig. cruciatum anterius）は、大腿骨外側顆の内側表面から始まり、脛骨前顆間部に付着します。後十字靭帯（lig. cruciatum posterius）は、大腿骨内側顆の外側表面と脛骨後顆間部の間に張られています。

膝関節の滑膜

膝関節には複数の滑膜嚢があります。その数と大きさは個人差があります。滑膜嚢は主に腱の間、および腱の骨への付着点付近の腱の下に存在します。膝蓋上滑液包（bursa suprapatellaris）は、大腿四頭筋の腱と大腿骨の間にあります。深膝蓋下滑液包（bursa infrapatellaris profunda）は、膝蓋靭帯と脛骨の間にあります。縫工筋腱下滑液包（bursa subtendmea m. sartorii）は、縫工筋腱の脛骨への付着点付近にあります。皮下膝蓋前滑液包（bursa subcutanea prepatellaris）は、膝蓋骨の前方の組織層にあります。膝窩（膝窩下窩）は、膝関節の後ろ、膝窩筋の腱の下にあります。

滑膜は関節の非軟骨表面を覆っており、他の体腔の中皮層とは異なります。これは真の上皮組織ではありません。組織学的特徴に基づき、滑膜組織は3種類に分類されます。すなわち、歯槽表面、線維性表面、脂肪組織の滑膜です。十字靭帯を覆う滑膜は、神経支配が強く、血液供給も豊富です。さらに、膝関節には、重要な役割を持つ肉眼的な滑膜構造、すなわち襞（ひだ）が存在します。最も重要な襞は、膝蓋上襞、膝蓋下襞、内側膝蓋襞、外側襞です。膝蓋上襞が最も一般的です（症例の90%）。滑膜襞自体には外科的意義はほとんどありませんが、様々な病態下では、滑膜襞が肥大し、肥厚し、弾力性を失うことがあります。その結果、関節の動き、特に屈曲が制限されます。滑膜襞の肥厚の中に、関節内小体が隠れている場合もあります。

膝蓋下ひだ（粘膜下層）は、関節の内側部と外側部の間にある胎児期の隔壁です。このひだは肥大すると、関節鏡検査中に関節各部の観察が極めて困難になります。最も治療頻度の高いひだは内側ひだで、関節の内側から始まり、外側に走行して滑膜包の内側部に入り、膝蓋下脂肪層を覆います。関節におけるこのひだの存在頻度は18～55%です。

膝関節の半月板

膝関節の半月板は関節腔内に位置し、軟骨を支え、保護する役割を果たします。衝撃吸収機能に加え、半月板は骨の関節面の形状の相互適合性を維持し、関節内の摩擦を軽減します。膝の損傷の多くは半月板に発生します。このような損傷により、可動域が制限され、痛みが生じ、重症の場合は軟骨が損傷し、関節炎を発症します。半月板損傷は靭帯断裂や骨損傷を伴う場合があり、早急な医療処置が必要です。

損傷した半月板が外部か内部かによって、損傷の種類は次のようになります。

• 関節包からの半月板剥離
• 半月板断裂（最もよく見られるのは内側半月板で、縦断的または横断的）
• 半月板圧迫（通常は外側半月板に発生）

半月板断裂は、膝の怪我、例えばジャンプ中などの不自然な急激な動きによって引き起こされることがあります。このような怪我は、アスリートに最も多く発生します。病気の予後は、怪我の重症度、部位、そして組織の状態によって異なります。膝関節の慢性病変では、半月板組織が変性して線維性増殖を起こし、薄くなり、剥離することがあります。軟骨組織の機能が失われ、膝関節症の発症につながります。

半月板が損傷すると、次のような症状が現れることがあります: 特に階段の上り下りの際の動作困難、関節内の体液貯留、筋肉組織の萎縮、膝のクリック音、患部の局所的な温度上昇、膝の曲げ伸ばし時の痛み、腫れ。

病状の重症度に応じて、保存的治療または外科的治療が処方されます。保存的治療には理学療法が含まれ、患者は安静にするよう指示され、患部には氷を当て、弾性包帯を巻くことができます。半月板が大きく破裂している場合や、半月板の一部が関節包から剥離している場合、また靭帯損傷の場合は、関節鏡を用いた外科的治療が可能です。関節の運動機能が完全に回復するまでの期間は、数週間から2～3ヶ月と様々です。

関節面の形状により、この関節顆は前頭軸を中心に屈曲および伸展します（総可動範囲は150°）。脛骨が屈曲すると（側副靭帯の弛緩により）、垂直軸に対して回転します。回転総範囲は15°、受動回転は最大35°です。十字靭帯は回内を抑制し、回外時には弛緩します。回外は主に側副靭帯の張力によって抑制されます。屈曲は、十字靭帯と大腿四頭筋腱の張力によって制限されます。

膝関節の能動的および受動的な安定装置

大腿部、脛部のさまざまな位置、静力学と動力学、正常状態と病的状態における膝関節の安定化のメカニズムは、長年にわたり研究者の焦点となってきましたが、現時点ではこの問題のすべてが明らかになっているわけではありません。

考察を容易にするために、これらのメカニズムは受動的と能動的に分けられます。前者には、関節面と軟骨構造の適合性、そして脛骨の変位を受動的に抑制する膝関節の関節包靭帯装置が含まれます。後者には、能動的に抑制する関節周囲筋が含まれます。実際には、これらは同時に機能し、相互に補完し、あるいは置換し合います。関節包靭帯構造が損傷した場合、両方のメカニズムが何らかの程度で永続的または一時的に機能不全に陥り、その結果、関節の機能が低下し、不安定性が認められます。

膝関節の安定化は、さまざまな知識分野（形態学、生理学、生体力学）で得られたデータを使用することによってのみ解決が可能な問題の 1 つです。

このプロセスの病因におけるどのリンクが影響を受け、損なわれた機能を回復できるかを判断するには、膝関節の安定化メカニズムを考慮する必要があります。さらに、どの治療法を選択するかという問いに答えることも重要です。機能回復に頼るべきか、それとも代償療法に頼るべきか？どのような症例で保存的治療を選択し、どのような外科的治療戦略を選択すべきか？そして、これらの症例における機能療法の役割は何か？

これらの根本的な問題を解決するには、膝関節の生体力学の特性を注意深く調べる必要があります。

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膝関節の動き

前頭軸を中心に最大135°（屈曲）、最大3°（伸展）。下腿の縦軸を中心とした回転は最大10°。

下肢を曲げます：大腿二頭筋、半膜様筋、半腱様筋、膝窩筋、腓腹筋。

以下の筋肉が下腿を内側に回転させます（膝を曲げた状態で）：半膜様筋と半腱様筋、縫工筋、腓腹筋（内側頭）。

下腿の外旋：腓腹筋、大腿二頭筋（外側頭）。

膝関節の主な疾患

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膝関節の変形性関節症

これは、骨や軟骨組織の変性過程が進行し、関節の変形につながる慢性疾患です。変形性関節症の主な症状は、動作中に痛みが増し、湿気や寒冷な天候でさらに悪化し、通常は安静時に軽減することです。年齢を重ねるほど、この疾患を発症する可能性が高くなります。これは、関節内の軟骨組織が時間の経過とともに摩耗し、怪我や運動後の修復が困難になるためです。遺伝的要因も、この疾患の発症に重要な役割を果たします。

膝関節の変形性関節症は、動作時に軋むような痛みを伴いますが、摩擦によって骨の表面が滑らかになるため、時間の経過とともに痛みは治まります。膝関節に炎症が起こり、骨組織に嚢胞が現れます。患者は動きにくくなり、歩行時に足を引きずるようになります。病状の悪化は、例えば販売員、教師、アスリートなど、長時間の立ち仕事を伴う職業に従事する人の場合、身体的過負荷、つまり脚への長時間の負荷によって悪化します。

関節の変形は通常、病気の第2段階で始まります。第3段階では、関節が拡張し変形し、完全に動かなくなるほどになります。

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膝関節の関節炎

膝関節炎は、変形性関節症、関節リウマチ、外傷性関節炎に分けられます。最も一般的な膝関節炎は変形性関節症です。この病気は徐々に進行し、関節軟骨が消耗していきます。変形性関節症は、高齢者や中年層に多く見られます。膝関節の変形性関節症（膝関節炎）は、軟部組織の炎症過程の結果として、滑膜や靭帯を含む関節周囲の筋肉に悪影響を及ぼします。

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膝関節の関節リウマチ

急性型と慢性型の両方で発症する可能性があります。急性期には、膝関節腔に体液が貯留します。患者は膝関節に痛み、発赤、腫れを感じます。関節の運動機能が低下し、患者は脚を半屈曲位に保とうとします。関節内に膿が形成されると、高熱と悪寒を伴い、関節の腫れが非常に顕著になります。通常、このタイプの病気は両方の膝関節に影響を及ぼします。

膝関節の外傷後関節炎

これは膝関節が損傷したときに発生し、長年にわたり進行し、徐々に関節軟骨が破壊され、痛みを引き起こし、関節の機能を制限します。

膝関節の痛み

膝関節の痛みには以下の症状が伴います。

• 階段を上るときに増加する
• 関節の運動活動を制限し、脚を曲げたり伸ばしたりしようとすると痛みが増す
• 動かすとバリバリという音がし、腫れが現れる
• 関節面が変形している
• 大腿筋が萎縮する
• よちよち歩きのような不規則な歩き方が現れる

膝関節の痛みは、股関節の変形性股関節症や変形性関節症でも起こることがよくあります。

膝関節はどのように検査するのでしょうか？

患者を仰向けに寝かせ、脚を伸ばした状態で診察します。膝関節部に腫れはありますか？（原因：骨の肥厚、関節腔内の体液貯留、膝関節滑膜の肥厚。後者の場合、触診で「摩擦」を感じます。）大腿四頭筋の萎縮の有無にも注意してください。膝関節腔内の体液の存在は、以下の方法で確認できます。片方の手のひらを膝蓋骨、または膝蓋骨のすぐ上の部分に当て、もう片方の手の親指と人差し指を膝蓋骨の下に当てます。膝蓋骨への圧力の強さを変えることで、検者は膝関節腔内の体液の動きを指で感じます。関節腔内に30～40mlの体液がある場合、膝蓋骨バロッティング（膝蓋骨バロッティング）と呼ばれる現象が発生する可能性があり、その場合、周囲の骨に対して体液が衝撃を受ける感覚（「膝蓋骨タッピング」）が感じられます。滲出液の量が非常に少ない場合、または滲出液が「緊張」しているが、その量が 120 ml を超える場合、これらの「タッピング」音は聞こえないことがあります。

膝関節の屈曲と伸展の程度は個人差があります。かかとで臀部に触れることができれば、屈曲は十分であるとみなされます。患肢と健肢の膝関節の伸展を比較してください。内側靭帯と外側靭帯の状態は、膝関節をほぼ完全に伸展させた状態で検査します。検査者は片方の手で、ソファに横になっている患者の脚の足首を持ち上げ、もう一方の手で膝を軽く固定します。膝関節の靭帯は外転の瞬間に緊張します。この場合、検査する脚の足首を片手でつかみ、もう一方の手（膝関節の下側）で膝関節を内側方向に押すことで、靭帯は外転しようとします（これは内側靭帯のテストです）。膝関節を内転させる逆マニピュレーションは、外側靭帯のテストです。これらの靭帯が断裂している場合、対応する靭帯を検査すると膝関節がより大きく「開き」ます（必ず両肢の膝関節を比較してください）。

十字靭帯の検査は、膝関節を90°に固定して行います。検査する脚の足部をベッドに置き、検査者はその上に座り、脛骨を固定します。親指が大腿骨顆に当たるように、指で膝を後ろから掴みます。大腿四頭筋を弛緩させた状態で、大腿骨に対する脛骨の前後方向の変位（通常は約0.5cm）を評価します。前十字靭帯は大腿骨の前方への滑りを制限し、後十字靭帯は後方への滑りを制限します。どちらかの方向への過度の滑り（必ず反対側の脚の膝と比較してください）は、対応する靭帯の損傷を示している可能性があります。

マクマリー回旋テストは、有茎性（すなわち、有茎性半月板が温存された）半月板断裂を検出するために設計されています。膝関節を屈曲させ、脛骨を外側に回旋させます。次に、脛骨を回旋させながら膝関節を伸展させます。この動作を、膝関節の屈曲度合いを変えながら数回繰り返し、最後に脛骨を大腿骨に対して回旋させながら繰り返します。この操作の目的は、有茎性半月板の自由端を関節内で圧迫することです。膝を伸ばすと、圧迫されていた半月板の自由端が解放され、独特のクリック音（時には可聴）が伴い、患者は痛みを訴えます。しかし、この操作では「バケットハンドル型」半月板断裂は検出されません。正常な膝関節を動かすと、膝蓋骨のクリック音は通常聞こえることを覚えておいてください。

膝関節鏡検査

膝関節鏡検査により、膝関節の内部構造を検査することが可能になり、関節を切開することなく、膝の痛みの原因となる疾患や病状の正確な診断が可能になりました。この方法により、関節を閉鎖した状態で様々な外科的介入が可能になり、関節鏡手術を受けた患者の回復期間が間違いなく短縮されます。

膝関節鏡検査は普遍的な検査方法であり、その結果は常に他の研究のデータと比較されます。

私たちの意見では、関節鏡検査は、半月板や関節軟骨の損傷、滑膜ひだの病状など、さまざまな関節内病変の治療に最も有効です。

関節鏡検査は、症状が極度に歪んでおり、疼痛症候群のために客観的な検査を実施できない急性外傷の場合に特に重要になります。

私たちの観点からすると、関節鏡診断は膝関節の靭帯要素の急性断裂の検査に最も有効な方法です。

十字靭帯断裂の早期発見（受傷後2週間以内）は、靭帯要素の外科的縫合を可能にします。この場合、良好な治療結果が期待できます。しかし、受傷から3週間以上経過している場合は、コラーゲン繊維の短縮と不可逆的な無血管性変化が生じるため、十字靭帯の縫合は不適切です。

受傷後数日後に行われる診断的関節鏡検査では、関節内の血液を徹底的に洗い流す必要があります。これにより、変形性膝関節症の進行を防ぐことができます。さらに、これにより関節内の同時病変をより正確に評価できるようになります。

以前は、十字靭帯、特にACLの部分断裂を非常に重視していました。この病態を特定するための様々な診断基準を開発し、その中には部分断裂の関節鏡所見も含まれていました。しかしその後、代償過程の可能性を考慮し、十字靭帯損傷（特に部分断裂）の場合、関節鏡検査データのみに頼るのは不適切であるという結論に至りました。なぜなら、解剖学的基質の損傷が膝関節の不安定性につながるわけではないからです。

そのため、当院では現在、膝関節の外科的固定術の直前に診断的関節鏡検査を実施しています。その目的は、関節内の複合病変を特定し、その後に外科的矯正を行うことです。

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膝関節のMRI

膝関節MRI検査では、骨と軟部組織の両方を検査できるだけでなく、関節および隣接組織で起こっているすべてのプロセスを客観的に評価できます。これにより、例えば半月板断裂や靭帯損傷など、さまざまな病変を早期に特定できます。MRI検査は無害で、禁忌もほとんどありません（妊娠、過体重、体内のペースメーカーの存在など）。磁気共鳴画像法は、関節の術前検査だけでなく、リハビリテーション期間中にも非常に重要です。膝関節MRI検査は、半月板断裂、靭帯損傷、さまざまな損傷、感染症、腫瘍、関節および関節周囲組織の腫れや痛みがある場合に推奨されます。

ACLは通常、膝のMRIでは低信号強度の暗い帯として現れます。大腿骨外側顆の後内側部にある大腿骨付着部から、ACLは前方下方および内側に伸びています。脛骨付着部は前外側の顆間隆起の結節上に位置しています。

ACLは、脛骨を伸展および15～20°外旋させた矢状断面で明瞭に観察されます。外旋によりアーチファクトが減少し、矢状面におけるACLが直線化されます。

ACL は PCL よりも明るく、これが ACL 断裂の誤診につながる可能性があるため重要です。

十字靭帯の肉眼的解剖も異なります。PCLが平行繊維で表されている場合、ACLは捻挫しています。ACL断裂を示唆するデータは、ACLの視認性の欠如、靭帯繊維の連続性の欠如、または残存繊維の異常な配向です。

ACL の完全断裂は、脛骨の前方移動、PCL の過度な後方傾斜、部分的または完全な断裂を伴う ACL の波状輪郭などの間接的なデータに基づいて診断されます。

PCL断裂の診断ははるかに容易です。脚を伸展させた状態では、PCLは矢状面内でわずかに後傾します。

多くの場合、PCL付近に線維性の帯が見られ、外側半月板後角と大腿骨顆を繋いでいます。これが半月板大腿靭帯（リスバーグ靭帯またはハンフリー靭帯）です。

PCLの完全断裂は、膝関節MRI検査で明確に診断できます。PCLは骨付着部からの分離、または実質の中央部に欠損が生じることで診断されます。PCLの部分断裂の場合は、PCLの信号強度の上昇と局所的な肥厚が認められます。

BCS が損傷している場合、大腿骨または脛骨に近い極の信号強度が低いことが判定されます。

MCLの厚みは、出血や浮腫により増加します。通常、MCL断裂は靭帯深部に限定され、半月板に対して末梢で、滑液を伴う局所的な半月板包の境界が観察され、靭帯深部を通過する細い帯状に限られます。

MCL の損傷でも同様の様相が見られますが、唯一の違いは、膝窩筋腱と弓状複合体の構造要素が、このプロセスにしばしば関与していることです。

膝関節のX線写真

膝関節のX線写真では、膝関節を構成する骨の関節面が明瞭に観察されます。膝蓋骨は大腿骨の遠位骨端線に重なり、X線写真では関節間隙が広く、中央部が湾曲しています。

膝靭帯損傷の患者を診察する際には、X線検査が最も簡便です。X線検査データはその後の治療計画に影響を与えます。もちろん、臨床検査の結果とも相関関係があります。

X線撮影は2つの標準投影法で行われます。さらに、機能的X線写真も撮影されます。画像を評価する際には、膝蓋骨の位置、脛骨大腿骨角、関節軟骨の厚さを考慮します。骨の関係と形状、すなわち脛骨外側プラトーの凸状度、内側プラトーの凹状度、脛骨に対する腓骨の背側位置を評価します。

脛骨と膝蓋骨の関係を正しく評価するためには、45°屈曲位で側面X線写真を撮影する必要があります。脛骨の回旋を客観的に評価するには、脛骨の外側顆と内側顆を重ね合わせる必要があります。通常、大腿骨内側顆は外側顆よりも遠位に突出します。膝蓋骨の高さも評価します。

必要であれば、四肢の軸を決定するために、長いカセットを使用して直接投影で立った状態で追加のレントゲン写真を撮影します。これは、変形性膝関節症の場合、正常範囲から大幅に逸脱する可能性があるためです。

膝蓋大腿関節の状態に関する追加情報を得るために、膝蓋骨の軸方向画像を撮影し、外側および内側の面にある関節軟骨の状態を分析することができます。

大腿骨に対する脛骨の前後方向および内外方向の変位の程度を決定するために、以前は荷重をかけた状態で機能的レントゲン撮影を行っていましたが、現在ではこの情報は超音波によって提供されています。

軟部組織の石灰化、骨片の破裂、そして大腿骨大腿骨骨頭付着部の骨化には極めて注意が必要です。T. Fairbank (1948) は、半月板除去後期に観察されるいくつかのX線画像上の症状について報告しています。脛骨縁に沿った隆起や骨棘の形成、大腿骨顆の平坦化、関節裂隙の狭小化など、これらは時間の経過とともに進行します。

膝関節の慢性前方不安定症の特徴として、顆間窩の減少、関節スペースの狭小化、脛骨および膝蓋骨の上部極と下部極の末梢骨棘の存在、大腿骨の外側顆の前方半月板溝の深化、顆間隆起の結節の肥大および鋭化など、多くの放射線学的徴候が確認されています。

変形性関節症の重症度を判断する際には、N・S・コシンスカヤ（1961）が記載した放射線学的所見を参考にします。変形性膝関節症の重症度と膝の不安定性の程度、医療機関を受診した時期、膝関節損傷患者における過去の外科的介入の回数との間には、直接的な相関関係が認められます。