膝関節の機能解剖（下肢の軸・3つの関節面・安定化機構）

🧠 全体像：膝関節 Knee joint 膝関節（Knee joint） Knee joint（膝関節） は人体で最大かつ最も複雑な関節の1つで、下肢の歩行の中心になる。先天異常congenital anomalies 先天異常（congenital anomalies）congenital anomalies（先天異常） や後天的な異常は、歩行障害gait disturbance歩行障害（gait disturbance）gait disturbance（歩行障害）や早期の変性につながる。膝は「車軸蝶番関節 hinge joint蝶番関節（hinge joint） hinge joint（蝶番関節）」（回旋もできる蝶番関節 hinge joint蝶番関節（hinge joint） hinge joint（蝶番関節））で、3つの関節面（膝蓋大腿関節patellofemoral joint膝蓋大腿関節（patellofemoral joint）patellofemoral joint（膝蓋大腿関節）、内側の大腿脛骨関節 tibiofemoral joint大腿脛骨関節（tibiofemoral joint） tibiofemoral joint（大腿脛骨関節）、外側の大腿脛骨関節 tibiofemoral joint大腿脛骨関節（tibiofemoral joint） tibiofemoral joint（大腿脛骨関節））をもち、半月板menisci半月板（menisci）menisci（半月板）が不適合を埋め、靱帯ligament 靱帯（ligament）ligament（靱帯） （受動）と筋（能動）が安定させる。下肢の軸（機械軸）が膝の中心を通ると内外側に荷重が均等にかかり、軸がずれると、片側のコンパートメント compartment コンパートメント（compartment） compartment（コンパートメント） が過負荷 overload 過負荷（overload） overload（過負荷） になって関節症 arthropathy 関節症（arthropathy） arthropathy（関節症） へ進む。診察は膝関節Knee joint 膝関節（Knee joint）Knee joint（膝関節） の診察、解剖の詳細は膝と膝窩 popliteal fossa膝窩（popliteal fossa） popliteal fossa（膝窩）を参照する。

下肢の軸

• 大腿骨femur 大腿骨（femur）femur（大腿骨） と脛骨の解剖軸は、外側に開く173°の鈍角をなす。
• 下肢の機械軸（大腿骨頭head of femur 大腿骨頭（head of femur）head of femur（大腿骨頭） の回旋中心と足関節 ankle joint 足関節（ankle joint） ankle joint（足関節） の中心を結ぶ線）は、膝関節Knee joint 膝関節（Knee joint）Knee joint（膝関節） の中心を通る。そのため内側と外側にほぼ等しく荷重がかかる。
• 大腿骨femur 大腿骨（femur）femur（大腿骨） の解剖軸は機械軸に対して5〜7°傾いており、これが膝の生理的外反 eversion 外反（eversion） eversion（外反） （5〜7°）をつくる。

⚠️ 授業資料との差（「中立が正常」とは限らない）：授業資料は機械軸が膝の中心を通る形を基準にするが、症状のない成人250人の検討では、男性の32%・女性の17%が、成長が終わった時点で自然に内反 varus / inversion 内反（varus / inversion） varus / inversion（内反） 3°以上の機械軸（体質性内反膝 genu varum内反膝（genu varum） genu varum（内反膝））をもっていた。小児期のスポーツ活動、大腿骨femur 大腿骨（femur）femur（大腿骨） の内反 varus / inversion 内反（varus / inversion） varus / inversion（内反） 弯曲、頚体角の増大が関連し、成長期の荷重で骨が形を変えるHueter-Volkmannの法則の結果かもしれない。したがって、軸のずれを一律に病的とせず、症状・関節症arthropathy 関節症（arthropathy）arthropathy（関節症） の所見・反対側との比較で矯正の必要を決める。人工膝関節 Knee joint 膝関節（Knee joint） Knee joint（膝関節） で機械軸を中立に戻すことが、これらの人ではかえって不自然になる¹。

3つの関節面（コンパートメント）

• 膝蓋大腿関節patellofemoral joint膝蓋大腿関節（patellofemoral joint）patellofemoral joint（膝蓋大腿関節）、内側の大腿脛骨関節 tibiofemoral joint大腿脛骨関節（tibiofemoral joint） tibiofemoral joint（大腿脛骨関節）、外側の大腿脛骨関節 tibiofemoral joint大腿脛骨関節（tibiofemoral joint） tibiofemoral joint（大腿脛骨関節）の3組があり、関節炎などの病変はコンパートメントcompartment コンパートメント（compartment）compartment（コンパートメント） ごとに影響が違う。
• 大腿骨femur 大腿骨（femur）femur（大腿骨） 顆の曲率curvature 曲率（curvature）curvature（曲率） が小さく、脛骨顆tibial condyle 脛骨顆（tibial condyle）tibial condyle（脛骨顆） の面はほぼ平らなので、骨どうしはほとんど接しない。半月板menisci半月板（menisci）menisci（半月板）が荷重面 weight-bearing surface 荷重面（weight-bearing surface） weight-bearing surface（荷重面） を広げ、適合を保つ。半月板menisci 半月板（menisci）menisci（半月板） は可動性があり、膝の屈曲や回旋で受動的に動く。
• 膝を曲げると、大腿骨femur 大腿骨（femur）femur（大腿骨） 顆は脛骨の関節面を滑りながら転がる。

安定化機構

安定は、強い靱帯 ligament 靱帯（ligament） ligament（靱帯） のネットワーク（受動）と筋（能動）で保たれる。

⚠️ 授業資料との差（前十字靱帯anterior cruciate ligament, ACL 前十字靱帯（anterior cruciate ligament, ACL）anterior cruciate ligament, ACL（前十字靱帯） の束）：授業資料は前十字靱帯 anterior cruciate ligament, ACL 前十字靱帯（anterior cruciate ligament, ACL） anterior cruciate ligament, ACL（前十字靱帯） を「3つの束」とするが、再建の解剖では、機能から前内側（AM）束と後外側（PL）束の2束に分けて扱う。名称は脛骨側の付着部と、屈曲に伴う緊張のパターンで決まり、伸展位に近いとAM束がやや緩んでPL束が緊張し、屈曲するとAM束が緊張してPL束が緩む。前十字靱帯anterior cruciate ligament, ACL 前十字靱帯（anterior cruciate ligament, ACL）anterior cruciate ligament, ACL（前十字靱帯） は脛骨の前方移動 anterior translation 前方移動（anterior translation） anterior translation（前方移動） と内旋 medial rotation 内旋（medial rotation） medial rotation（内旋） を制動 restraint (biomechanical, e.g. ligament function)制動（restraint (biomechanical, e.g. ligament function)） restraint (biomechanical, e.g. ligament function)（制動）し、回旋の成分はPL束が担うと考えられる²。

• 回旋：意図的 intentional 意図的（intentional） intentional（意図的） な下腿の回旋は、膝を曲げて側副靱帯 collateral ligament 側副靱帯（collateral ligament） collateral ligament（側副靱帯） が緩んだ位置でだけできる。内旋medial rotation 内旋（medial rotation）medial rotation（内旋） は十字靱帯 ligament 靱帯（ligament） ligament（靱帯） が約20°で、外旋lateral rotation 外旋（lateral rotation）lateral rotation（外旋） は側副靱帯 collateral ligament 側副靱帯（collateral ligament） collateral ligament（側副靱帯） が約40°で制限される。
• 屈伸：主な動きは屈曲と伸展で、約130°。範囲は、伸展機構extensor mechanism 伸展機構（extensor mechanism）extensor mechanism（伸展機構） の張力と、膝の後方の軟部組織の量で決まる。
• 伸展：矢状面 sagittal plane 矢状面（sagittal plane） sagittal plane（矢状面） の大腿骨 femur 大腿骨（femur） femur（大腿骨） 顆の曲率半径 radius of curvature 曲率半径（radius of curvature） radius of curvature（曲率半径） は前方が大きいので、側副靱帯collateral ligament 側副靱帯（collateral ligament）collateral ligament（側副靱帯） は伸展で緊張する。伸展の終点 endpoint 終点（endpoint） endpoint（終点） は、非常に強い後方関節包 articular capsule関節包（articular capsule） articular capsule（関節包）と十字靱帯 ligament 靱帯（ligament） ligament（靱帯） の緊張で決まり、過伸展hyperextension過伸展（hyperextension）hyperextension（過伸展）を防ぐ。伸展の終わりに約10°の受動的な終末回旋（スクリューホーム）が起こる。このとき、受動的な安定化装置が緊張し、能動的な安定化装置（筋）は緩むので、立位で膝を伸展位に固定するのに、筋の大きな活動は要らない。

flowchart TD
    A["膝の安定化"] --> B["受動的な安定化<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='ligament'>靱帯</span>・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='articular capsule'>関節包</span>・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='menisci'>半月板</span>"]
    A --> C["能動的な安定化<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='quadriceps femoris'>大腿四頭筋</span>・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='Hamstrings'>ハムストリングス</span>・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='popliteus'>膝窩筋</span>"]
    B --> D["内側：<span class='jp-term jp-term-diagram' title='eversion'>外反</span>の開きを防ぐ<br>外側：<span class='jp-term jp-term-diagram' title='varus / inversion'>内反</span>の開きを防ぐ<br>中央：前後の動きと回旋を制御"]
    C --> E["屈曲位で下腿を回旋させる<br>立位では伸展位で筋の活動が少ない"]

まとめ

• 膝は車軸蝶番関節 hinge joint 蝶番関節（hinge joint） hinge joint（蝶番関節） で、3つの関節面（膝蓋大腿、内側・外側の大腿脛骨）をもち、半月板menisci 半月板（menisci）menisci（半月板） が不適合を埋める。病変はコンパートメント compartment コンパートメント（compartment） compartment（コンパートメント） ごとに違う。
• 下肢の機械軸は膝の中心を通り、解剖軸は5〜7°の生理的外反 eversion 外反（eversion） eversion（外反） をつくる。ただし男性の約3割・女性の約2割は自然な内反 varus / inversion 内反（varus / inversion） varus / inversion（内反） （3°以上）をもつので、軸のずれは症状と関節症 arthropathy 関節症（arthropathy） arthropathy（関節症） の所見で評価する。
• 安定化は、内側（内側側副靱帯medial collateral ligament, MCL 内側側副靱帯（medial collateral ligament, MCL）medial collateral ligament, MCL（内側側副靱帯） など）・外側（外側側副靱帯lateral collateral ligament, LCL外側側副靱帯（lateral collateral ligament, LCL）lateral collateral ligament, LCL（外側側副靱帯）、膝窩筋popliteus膝窩筋（popliteus）popliteus（膝窩筋）、腸脛靱帯iliotibial band腸脛靱帯（iliotibial band）iliotibial band（腸脛靱帯）、大腿二頭筋biceps femoris大腿二頭筋（biceps femoris）biceps femoris（大腿二頭筋））・中央（半月板menisci 半月板（menisci）menisci（半月板） と十字靱帯 ligament靱帯（ligament） ligament（靱帯））の3系統。伸展位では受動的な構造が緊張し、立位は筋の活動が少なくて済む。