第19回 半月板のバイオメカニクス | カイロジャーナル

  第19回 半月板のバイオメカニクス

カイロプラクティック、オステオパシー、手技療法の最新情報、セミナー案内、関連書籍・DVDの販売

カイロジャーナル TEL.03-3434-4236 〒105-0013 東京都港区浜松町1-2-13江口ビル別館

スポーツ・カイロプラクティック 第19回 半月板のバイオメカニクス2015.08.09

sakakibara22

半月板のバイオメカニクス
カイロジャーナル76号(2013.2.20発行)より

解剖

半月板は大腿脛骨関節の外側と内側にあり、それぞれ外側半月板、内側半月板と呼ばれます(図1)。解剖学的には、半月板は脛骨顆の延長構造と捉えることができます。5.7.9半月板は膝関節の機能にとって重要な構造であり、半月板の機能が損なわれることにより、様々な問題が生じてきます(機能の項参照)。半月板を安定化させている靱帯には、内側側副靭帯、膝横靱帯、半月大腿靱帯、前角と後角にある靱帯があります(図2)。19半月大腿靱帯はHumphery靱帯、Wrsiberg靱帯とも呼ばれており、外側半月板後角と大腿骨内側顆(後十字靭帯の付着部位近辺)を連結しています。これら両方の靱帯を持つ人の割合は46%ですが、どちらか一方は100%の人に存在しています。3半月板は共にくさび型をしていますが、外側半月板は大きさ、形、厚み、運動幅等が内側半月と比較して個体差があります。13

内側半月板と癒合している軟部組織は、浅層部から深層部にかけて三層に分類されます。第1層は最浅層部のことであり、内側広筋腱と縫工筋腱があります。第2層には、内側側副靭帯浅部があり、最深層部の第3層には、膝関節の関節包、内側側副靭帯深部、膝冠状靱帯(半月脛骨靱帯)があります。第2層と第3層は、内側側副靭帯浅部の斜線維束により膝関節の後側(関節包と内側半月板後内側)で癒合しています。関節包後内側は、半膜様筋腱の腱鞘と癒合しています。また内側半月板は内側側副靭帯深部と強く癒合しており、さらに膝冠状靱帯(半月脛骨靱帯)により脛骨に付着しています。一方、外側半月板は外側側副靭帯と癒合していません。また、膝冠状靱帯による脛骨の付着も内側半月板ほど強固ではありません。外側半月板と外側側副靭帯の間には、膝窩筋腱が走行しています。

図1

図2

胎児期から出生直後までは、半月板には十分な神経・血管が発達していますが、その後、次第に退化していきます。10歳の頃になると、半月板の10%から30%程度のみに存在しており、成人ではこの割合が10%から25%まで低下します。22また神経・血管の発達領域により、半月板の外側(red-red領域)と内側(white-white領域)、さらにそれらの中間領域(red-white領域)に分類することができます(図3)。半月板損傷(断裂)の予後は、血液供給の程度により変化し、white-white領域において最も改善率が低くなります。14

図3

機能

半月板の機能には様々なものが提唱されています。それらは全て膝関節の正常な運動にとって重要なものです。その一つに負荷の分散と伝達があります。これは、大腿脛骨関節に圧迫力が加わっている時(荷重位)に作用しています。4.16.18.22.25.31この時、半月板は形状を変化させ、より効率的な負荷の分散と伝達を行っています。6.8.30また緩衝(衝撃吸収)作用411、膝関節の安定化1-3.20.2412、潤滑作用21、固有受容感覚などもあります。これらの機能は、半月板が損傷することにより膝関節の変性が進行することからも裏付けられます。10.15.17.21.26.27

半月板には膝関節全体にかかる負荷の40%から70%がかかっていると考えられています。膝関節の屈曲、伸展に伴い半月板に運動が発生しますが、それによって関節面への負荷を最小限にする役割があります。また、負荷の伝達、関節の安定性の確保、関節の滑らかな運動にも影響します。


バイオメカニクス

膝関節(大腿脛骨関節)の屈曲/伸展では、脛骨(または大腿骨)の回転と滑り運動が生じています。特に回転運動は屈曲の初期に発生しています。さらに屈曲を行うと、脛骨が大腿骨に対し前方へ滑り運動を起こします。この滑り運動に制限がある場合、膝関節の屈曲に伴い大腿骨と脛骨の後部でインピンジメントが生じるため、完全屈曲は不可能となります。回転と滑り運動の発生比率は、内側で約1:1、外側で1:4となっています。23従って、膝関節の外側は内側に比べより大きな滑り運動が生じていることになります。半月板の運動は、屈曲と伸展に伴う滑り運動が生じているときに発生します。一般的に外側半月板は内側半月板に比べ、より大きな運動が生じます。また半月板の前角は後角よりも運動幅が大きくなっています。これは、半月板後角に様々な軟部組織が癒合しているためだと考えられています(特に内側半月板後角)。このように、内側半月板後角は比較的運動幅が狭いため、断裂の好発部位にもなっています。また前角が後角に比べより大きな運動が起こることで、関節面を理想的な形状を維持しています。

これらのことを裏付けるものにThompsonらの行った研究28 があります。それによると、膝関節の屈曲に伴い、内側半月板は5.1±0.96mmの運動が生じ、一方で外側半月板は11.2±3.27mmの運動が生じたと報告されています。28内側、外側の半月板の後角は、ともに前角に比べ運動の幅が狭くなっており、後角と前角の運動幅の比は、内側半月板で1:2.4±0.8、外側半月板で1:1.13±0.23でした(表1)。28外側半月板には、関節包と膝冠状靱帯が癒合しているため、内側半月に比べ外側半月の運動幅が小さくなっていると思われます。

全体(mm) 前角(mm) 後角(mm) 後角:前角
内側半月板 5.1 7.0 3.2 1:2.4
外側半月板 11.2 12.8 9.5 1:1.13

またVediらは、膝関節の屈曲に伴い半月板が後方へ変位することを報告しています。29同時に半月板に外方への変位があることも示唆しています。荷重位と非荷重位においての比較では、外側半月板前角が荷重位において、より大きな運動があったと報告されています(図4)。

図4A:膝関節荷重位における膝関節屈曲に伴う半月板の運動

図4B:膝関節非荷重位における膝関節屈曲に伴う半月板の運動
参考文献
  1. Markolf K, Mensch JS, Amstutz HC: Stiffness and laxity of the knee: The contributions of the supporting structures.. J Bone Joint Surg 58:583-593,1976
  2. Markolf KL, Bargar WL, Shoemaker SC: The role of the joint load in knee stability.. J Bone Joint Surg 63:570-585,1981
  3. Arnoczky SP, Warren RF: Microvasculature of the human meniscus.. Am J Sports Med ;10:90e5.,1982
  4. Arnoczky SP, Adams ME, Mow V: The meniscus, in Buckwalter JA, Woo S-Y (eds): The Injury and Repair of Musculoskeletal Soft Tissue.. Park Ridge, IL, American Academy of Orthopaedic Surgeons, pp 487-537,1988
  5. Arnoczky SP: Gross and vascular anatomy of the meniscus and its role in meniscal healing, regeneration, and remodeling, in Mow Vc, Arnoczky SP, Jackson DW, (eds). Knee Meniscus: Basic and Clinical Foundations. New York, NY, Raven, pp 1-14,1992
  6. Brantigan OC, Voshell AF: The mechanics of the ligaments and menisci of the knee joint.. J Bone Joint Surg ;23:44-66,1941
  7. Bullough PG, Vosburgh F, Arnoczky SP: The menisci of the knee, in Insall IN (ed). Surgery of the Knee. New York, NY, Churchill Livingstone, pp 135-146,1984
  8. Bylski-Austrow DI, Ciarelli MJ, Kayner DC, Matthews LS, Goldstein SA: Displacements of the menisci under joint load: an in-vitro study in human knees.. J Biomech ;27:421-31,1994
  9. Clark CR, Ogden JA.: Development of the menisci of the human knee joint. Morphological changes and their potential role in childhood meniscal injury.. J Bone Joint Surg Am ;65:538e47,1983
  10. COX JS, Nye CE, Schaefer WW: The degenerative effects of partial and total medial meniscectomy in dog knees.. Clin Orthop 109:178-183,1975
  11. Fithian DC, Kelly MA, Mow VC: Material properties and structurefunction relationships in the menisci.. Clin Orthop 252:19-31,1990
  12. Fukubayashi T, Torzilli PA, Sherman MF: An in vitro bio’rnechanical evaluation of anterior-posterior motion of the knee: Tibial displacement, rotation and torque.. J Bone Joint Surg 64:258-264,1982
  13. Greis PE, Bardana DD, Holmstrom MC, Burks RT.: Meniscal injury: I. Basic science and evaluation.. J Am Acad Orthop Surg ;10:168e76.,2002
  14. Huckell J: Is meniscectomy a benign procedure?. Can J Surg 8:254-260,1965
  15. Jackson JP: Degenerative changes in the knee after meniscectomy.. Br Med J 2:525-527,1968
  16. King 0: The function of semilunar cartilages.. J Bone Joint Surg 18:1069-1076,1936
  17. Krause WR, Pope MH, Johnson RJ: Mechanical changes in the knee after meniscectomy.. J Bone Joint Surg 58:599-604,1976
  18. Kurosawa H, Fukubayashi T, Nakajima H: Load-bearing mode of the knee joint: Physical behavior of the knee joint with or without menisci.. Clin Orthop 149:283-290,1980
  19. Kusayama T, Harner CD, Carlin GJ, Xerogeanes JW, Smith BA.: Anatomical and biomechanical characteristics of human meniscofemoral ligaments.. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc ;2:234e7,1994
  20. Levy 1M, Torzilli PA, Warren RF: The effect of medial meniscectomy on anterior-posterior motion of the knee.. J Bone Joint Surg 64:883-888,1982
  21. MacConaill MA: The function of intra-articular fibrocartilages, with special reference to the knee and inferior radioulnar joints.. J Anat 66:210-227,1931
  22. Seedholm BB, Hargeaves OJ: Transmission of the load in the knee joint with special reference to the role of the menisci.. Engl J Med 8:220-228,1979
  23. Shapeero LG, Dye SF, Lipton MI: Functional dynamics of the knee joint by ultrafast cine CT.. Invest RadioI23:118-123,1988
  24. Shoemaker SC, Markolf KL: The role of the meniscus in the anterior-posterior stability of the loaded anterior cruciate deficient knee.. J Bone Joint Surg 68:71-79,1986
  25. Shrive NG, O’Connor JJ, Goodfellow JW: oad-bearing in the knee joint.. L Clin Orthop 131: 279-287,1978
  26. Smilie IS: Injuries of the Knee Joint (ed 4).. Edinburgh, Scotland, Churchill Livingstone, p68,1970
  27. Tapper EM, Hoover NW: Late results after meniscectomy.. J Bone Joint Surg 51:517-526,1969
  28. Thompson WO, Thaete FL, Fu FH: Tibial meniscal dynamics using three-dimensional reconstruction of magnetic resonance images.. Am J Sports Med 19:210-216,1991
  29. Vedi V, Williams A, Tennant SJ, Spouse E, Hunt DM, Gedroyc WM.: Meniscal movement. An in-vivo study using dynamic MRI.. J Bone Joint Surg Br ;81:37e41.,1999
  30. Walker PS, Hajek JV.: The load-bearing area in the knee joint.. J Biomech ;5:581-9,1972
  31. Walker PS, Erkman MJ: The role of the menisci in force transmission across the knee.. Clin Orthop 109:184-192,1975

榊原直樹, DC, DACBSP®, ICSSD, CSCS
Cleveland Chiropractic College卒

スポーツ医学&カイロプラクティック研究所

ブログ:スポーツドクターSのざっくばらん
スポーツ・カイロプラクティック学位(DACBSP)
facebook公式ページへのリンク

長期連載中の記事

過去の連載記事