膝関節の機能解剖

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膝関節の静的安定化機構

膝関節の基本構造

  • 膝関節の4つの構造について理解する必要がある

 

  1. 骨性構造
  2. 靭帯構造
  3. 半月の構造
  4. 関節包

 

骨性構造
  • 膝関節は、大腿骨、脛骨、膝蓋骨の3つの骨組織からなる

 

  • 内側・外側大腿脛骨関節と膝蓋大腿関節の3つの関節から構成されている

 

  • 大腿骨下部は大腿骨頚部との間に約18°の内捻角を形成する

 

  • よって、大腿骨遠位で約18°の大腿骨内捻を認める

 

  • 大腿骨遠位部での両下部は非対称である

 

  • 大腿骨下部と脛骨下部の軸は外側へお互いに約5°開いた形状をなしているため、脛骨は大腿骨に対して約5°外旋する構造になっている

 

靭帯性構造
  • 膝関節は靭帯支持機構により、安定性と運動性が相反する機構をなしている

 

  • 前十字靭帯と後十字靭帯が膝関節の中心軸を支持する役割を担っている

 

  • 矢状面では相対的な変位の制御、前額面では膝の安定性、そして水平面では内旋の制御に関わる構造をなしている

 

半月の構造
  • 脛骨の関節面にC字状の内側半月と、環状に近い形状の外側半月がある

 

  • 両半月とも脛骨の課間隆起に付着部があり、前角は横靭帯に結合している

 

  • 内側半月は、外周縁が冠状靱帯により脛骨外縁部に固定されているため、膝関節の屈曲伸展時の可動性は少ない

 

  • 一方、外側半月は、中節から後節にかけて脛骨外周縁に固定されていないため可動性が大きく、1cm程前後に移動できるようになっている

 

関節包
  • 関節包は膝関節の全周囲を覆っている

 

  • 内、外側前方1/3は内・外側支帯、内側中央1/3は内側側副靭帯の深層前縦走部、内側後方1/3は後縦走靭帯、外側中央1/3は外側側副靭帯、外側後方1/3は弓状靭帯が主な構成要素である

 

  • 関節包は、そのものを靭帯とみなした関節包靭帯とも言われ、他の軟部組織とともに膝関節の安定化に携わっている

 

膝関節のアライメント

  • 日本人の下肢アライメントの計測結果は、大腿骨軸傾斜角81°、脛骨軸傾斜角85°、下肢機能軸傾斜角86°、大腿骨脛骨角176°、下肢機能軸通過点59%となっている

 

  • 以上の結果から、一般的な下肢機能靭帯は膝関節の内側を通過し、荷重は内側によりかかること、正常ではややX脚を示すこと、下腿は立位時に地面に対して約5°外側に傾斜していることが解明された

 

  • これが膝の生理的外反と呼ばれるものである

 

安定化機構 局所解剖と役割

内側部
  • 内側側副靭帯が最も大きく寄与する

 

  • この靭帯は内側部のほぼ中央の浅層に位置し、一部は内側半月と結合している

 

  • 内側側副靭帯は膝関節屈曲約25°の位置において外反に対する制御が78%と最大となる

 

  • 残りの制御は、前十字靭帯や後十字靭帯に加え、内側の深層にある前内側関節包靭帯、中央部関節包靭帯、後斜走靭帯などが担っている

 

外側部
  • 外側側副靭帯と腸脛靭帯が安定性に寄与する

 

  • 外側側副靭帯は膝関節屈曲約25°の位置において内反に対する制御が69%と最大となる

 

  • 残りの制御は、前十字靭帯や後十字靭帯、関節包靭帯が担っている

 

膝窩部
  • 膝窩筋、弓状靭帯、斜膝窩靭帯など後方の安定性を制御する組織が存在する

 

  • これらの組織は、膝後内側と後外側の回旋不安定性に対する安定化機構としても作用している

 

内部
  • 内・外側半月、前十字靭帯、後十字靭帯がある

 

  • 半月の役割として、近年は膝関節自体の安定化機構が追加されている

 

  • とくに前額面での半月の関節適合の静的役割は大きく、立位や歩行などの荷重下ではさらに増大する

 

  • 前十字靭帯のうち前内側線維束と後外側線維束が重要な働きを有する

 

  • 膝伸展位では前十字靭帯は垂直化して顆間窩の頂点と接触し、両線維束とも緊張する

 

  • 膝関節の過度の屈曲位でも両線維束が緊張を増していく

 

  • 下腿内旋位でも前十字靭帯自体が捻じれるため緊張が高まる

 

  • 後十字靭帯は下腿回旋運動において線維自体が回転するため、緊張はほとんど一定である

 

  • こうして、前十字靭帯と後十字靭帯は互いの機構で膝関節の中心軸を構成し、水平面内での軸回旋運動に寄与する

 

膝関節の運動生理学

屈曲・伸展
  • 屈曲・伸展運動は滑り(グライディング)と転がり(ローリング)という2種類の運動を伴っている

 

  • 転がりの単独運動では大腿骨の脛骨に対する後方脱臼は生じないが、脛骨関節面後方と大腿こち後面との間で機械的な制御が働いて屈曲角度が制限される

 

  • 滑りの単独運動では、屈曲運動は十分になされるものの、脛骨に対する大腿骨の後方亜脱臼が誘起される

 

  • よって、この2種類の運動が互いに効率良く機能することで、安定した大きな屈曲角度を可能としている

 

軸回旋運動
  • 軸回旋運動は、直線的な運動と回転運動が組み合わさったものである

 

  • 膝約30°屈曲での膝関節回旋運動の自由度は、徒手的に30°近くといわれている

 

  • 膝屈曲位から伸展していくと最終伸展位では下腿は大腿に対して約15°外旋する

 

  • これはスクリューホームムーブメントと呼ばれる

 

  • 大腿骨と脛骨関節面の性状、靭帯支持機構、膝関節周囲筋の共同運動によって生じ、歩行様式にとって重要な機構となっている

 

参考文献

膝関節の機能解剖学的理解のポイント (理学療法 29巻2号 2012年2月 松本尚)