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ヒトや他の霊長類では、膝は太ももと脚をつなぐ関節で、大腿骨と脛骨の間の関節（脛骨大腿関節）と、大腿骨と膝蓋骨の間の関節（膝蓋大腿関節）の2つの関節から構成されています。[ 1 ]これは人体で最大の関節です。[ 2 ]膝は変形した蝶番関節で、屈曲と伸展、およびわずかな内旋と外旋が可能です。膝は損傷や変形性関節症の発症に対して脆弱です。
脛骨大腿関節と膝蓋大腿関節の構成要素を持つ複合関節と呼ばれることが多い。[ 3 ] [ 4 ]（腓骨側副靭帯は脛骨大腿関節の構成要素とみなされることが多い。）[ 5 ]
膝は変形した蝶番関節であり、滑膜関節の一種で、3つの機能的な区画から構成されています。1つ目は、膝蓋骨（「膝のお皿」）と、大腿骨前面にある膝蓋骨溝（膝蓋骨が滑る部分）からなる膝蓋大腿関節、2つ目は、大腿骨（太ももの骨）と下腿の主骨である脛骨をつなぐ内側および外側の脛骨大腿関節です。 [ 6 ]関節は、関節包と呼ばれる滑膜内に収まっている滑液に浸されています。膝の後外側角は、近年、改めて精査と研究の対象となっている領域です。[ 7 ]
膝は体の中で最も大きく、最も重要な関節の1つです。水平方向（走る、歩く）と垂直方向（ジャンプ）の両方で体重を支える動作において重要な役割を果たします。[ 8 ]
生まれたとき、膝蓋骨は軟骨からできており、3歳から5歳の間に骨化（骨に変化）します。膝蓋骨は人体で最大の種子骨であるため、骨化の過程にはかなりの時間がかかります。 [ 9 ]
大腿骨の主要な関節体は、外側顆と内側顆である。これらは遠位後方でわずかに分岐しており、外側顆は後方よりも前方が広く、内側顆はより一定の幅を持つ。[ 10 ]： 206矢状面における顆の湾曲半径は後方に向かって小さくなる。この半径の減少により、一連の内巻き中点（すなわち螺旋上に位置する）が生じる。結果として生じる一連の横軸は、膝の屈曲時に滑り運動と回転運動を可能にすると同時に、側副靭帯が十分に弛緩し、内側顆の湾曲に伴う垂直軸周りの回転を可能にする。[ 10 ]： 194-95
脛骨顆は、外側結節と内側結節からなる顆間隆起によって隔てられている[ 10 ]： 206 [ 10 ]： 202
膝蓋骨は関節体としても機能し、その後面は膝の滑車と呼ばれます。[ 11 ]膝蓋骨は関節包の薄い前壁に挿入されます。[ 10 ] : 206後面には外側関節面と内側関節面があり、[ 10 ] : 194どちらも大腿骨遠位端の前方で2つの大腿骨顆を結合する膝蓋骨面とつながっています。 [ 10 ] : 192
関節包は、脂肪沈着物によって隔てられた滑膜と線維膜から構成されています。前方では、滑膜は大腿骨と脛骨の両方の軟骨縁に付着していますが、大腿骨では、膝蓋上滑液包または陥凹と交通し、関節腔を近位方向に拡張しています。[ 10 ]： 210膝蓋上滑液包は、伸展時に膝関節筋によって挟まれるのを防いでいます。[ 12 ]後方では、滑膜は2つの大腿骨顆の縁に付着しており、膝蓋上滑液包と同様に、2つの拡張部（腓腹筋内側頭の下にある半膜様筋滑液包と腓腹筋外側頭の下にある膝窩滑液包）を形成しています。[ 13 ]これら2つの突起の間で、滑膜は関節中央の2つの十字靭帯の前を通過し、内側に向かってポケットを形成する。[ 10 ]： 210
関節包とその滑液包を覆う滑膜。滑膜は膝蓋靭帯の下にある脂肪体である膝蓋下脂肪体も覆っている。滑膜は2つのひだとして脂肪体に突き出ている。[ 13 ]
前方から見ると、膝の上外側象限は、外側広筋と中間広筋への神経、坐骨神経、上外側膝神経、および総腓骨神経によって神経支配されています。下外側象限では、下外側膝神経と反回腓骨神経が優位です。上内側象限は、内側広筋と中間広筋への神経、閉鎖神経と坐骨神経、および上内側膝神経によって神経支配されています。下内側象限は、下内側膝神経と伏在神経の膝蓋下枝によって神経支配されています。[ 14 ] [ 15 ]
閉鎖神経と脛骨神経の関節枝は膝関節後部を支配し、さらに総腓骨神経と坐骨神経からも支配を受ける。脛骨神経は関節後部全体を支配し、閉鎖神経の後枝と脛骨神経は関節後部の上内側を支配し、関節後部の上外側は脛骨神経、総腓骨神経、坐骨神経によって支配される。[ 15 ] [ 16 ]
膝関節の周囲には多数の滑液包が存在する。最大の交通性滑液包は、前述の膝蓋上滑液包である。膝の裏側には、それよりもかなり小さい滑液包が4つ存在する。膝蓋骨の前方と膝蓋腱の下部には、交通性のない滑液包が2つ存在し、その他にも存在することがある。[ 10 ]： 210
軟骨は、骨を保護し、関節面が互いにスムーズに滑ることを保証する、薄くて弾力性のある組織です。軟骨は、膝の柔軟な動きを保証します。膝には、線維軟骨（半月板）と硝子軟骨の2種類の関節軟骨があります。線維軟骨は引張強度があり、圧力に耐えることができます。硝子軟骨は、関節が動く表面を覆っています。関節軟骨内のコラーゲン線維は、ベニングホフによって、軟骨下骨から放射状に発生し、いわゆるゴシックアーチを形成すると説明されています。軟骨の表面では、これらの線維は接線方向に現れ、耐摩耗性を高めます。硝子軟骨内部には血管がなく、栄養は拡散によって供給されます。滑液と軟骨下骨髄は、硝子軟骨の栄養源として機能します。少なくとも1つの供給源が不足すると、変性が誘発されます。軟骨は年月とともに摩耗します。軟骨の自己修復能力は非常に限られています。新しく形成される組織は、一般的に元の硝子軟骨よりも質の劣る線維軟骨が大部分を占めます。その結果、時間の経過とともに軟骨に新たな亀裂や断裂が生じます。[ 17 ]
膝関節の関節円板は、関節腔を部分的にしか分割しないため、半月板と呼ばれます。 [ 10 ] : 26これらの2つの円板、内側半月板と外側半月板は、軟骨様の細胞を含む広範なコラーゲン線維からなる結合組織で構成されています。強い線維は半月板に沿って一方の付着部からもう一方の付着部まで走り、弱い放射状線維は前者に絡み合っています。半月板は膝関節の中央で平らになり、外側で滑膜と融合し、脛骨表面上を移動できます。[ 10 ] : 208 [ 18 ]半月板の上下面は自由です。各半月板には前角と後角があり、脛骨の顆間領域で合流します。[ 13 ]
内側半月板は、外側半月板よりも大きく、湾曲が少なく、薄い。後角は前角（6mm）よりも厚い（14mm）。[ 13 ]
外側半月板は、内側半月板（10mm）よりも小さく、湾曲が強く（ほぼ円形）、厚みも均一です。外側半月板は、後外側面に膝窩筋腱による溝があり、半月板と関節包を隔てているため、関節包との付着が弱くなっています。膝窩筋腱は外側半月板には付着していません。[ 13 ]
膝関節を囲む靭帯は、動きを制限することで安定性を提供し、半月板やいくつかの滑液包とともに、関節包を保護します。[ 19 ]
膝は一対の十字靭帯によって安定化されています。これらの靭帯は両方とも滑膜外、関節包内靭帯です。[ 20 ]前十字靭帯（ACL）は、大腿骨の外側顆から前顆間領域まで伸びています。[ 13 ] ACLは、脛骨が大腿骨に対して前方に押し出されすぎるのを防ぎます。[ 13 ]これは、膝をねじったり曲げたりする際に断裂することがよくあります。[ 21 ]後十字靭帯（PCL）は、大腿骨の内側顆から後顆間領域まで伸びています。この靭帯は、脛骨が大腿骨に対して後方にずれるのを防ぎます。[ 13 ]この靭帯の損傷はまれですが、靭帯への強制的な外傷の直接の結果として発生する可能性があります。
横靭帯は外側半月板から内側半月板まで伸びています。半月板の前を通ります。10%の症例では、いくつかの帯状に分かれています。[ 10 ] : 208 2つの半月板は、靭帯によって前方で互いに付着しています。[ 22 ]後部（Wrisbergの）および前部（Humphreyの）半月大腿靭帯は、外側半月板の後角から内側大腿顆まで伸びています。それぞれ後十字靭帯の前方および後方を通ります。[ 13 ] [ 10 ] : 208半月脛骨靭帯（または「冠状」）は、半月板の下縁から脛骨高原の周辺まで伸びています。
膝蓋靭帯は膝蓋骨と脛骨粗面を繋いでいます。膝蓋骨を囲む大腿四頭筋腱と膝蓋骨と脛骨を繋ぐ部分との間に明確な境界がないため、膝蓋腱と呼ばれることもあります。 [ 23 ]この非常に強固な靭帯は、膝蓋骨に機械的なてこの原理を与えるのに役立ち[ 24 ]、大腿骨顆のキャップとしても機能します。膝蓋靭帯の外側と内側には、外側支持帯と内側支持帯があり、それぞれ外側広筋と内側広筋の線維を脛骨に繋いでいます。腸脛靭帯からの線維の一部は外側支持帯に放射状に伸び、内側支持帯は内側大腿骨上顆から発生する横方向の線維の一部を受け取ります。[ 10 ] : 206
内側側副靭帯（MCL、別名「脛骨側副靭帯」）は、大腿骨内側上顆から脛骨内側顆まで伸びています。3つの線維群から構成され、1つは2つの骨の間を走り、残りの2つは内側半月板と融合しています。MCLは鵞足に部分的に覆われており、半膜様筋腱がその下を通っています。[ 10 ]： 206 MCLは、膝の外側にかかるストレス（外反力）によって膝の内側が外側に曲がるのを防ぎます。[ 10 ]： 206
外側側副靭帯（LCL、別名「腓骨靭帯」）は、大腿骨の外側上顆から腓骨頭まで伸びています。関節包と外側半月板の両方から分離しています。[ 10 ]： 206外側を内側に曲げる力（内反力）から保護します。前外側靭帯（ALL）はLCLの前方に位置しています。[ 25 ]
最後に、膝の背側には2つの靭帯があります。斜膝窩靭帯は、内側の半膜様筋腱から放射状に伸び、そこから外側および近位に向かって直接伸びています。弓状膝窩靭帯は、腓骨頭の先端から始まり、近位に向かって伸び、膝窩筋腱を横切り、関節包に入ります。[ 10 ]： 206
膝関節の動きを担う筋肉のほとんどは、大腿部の前方、内側、または後方のいずれかの区画に属しています。伸筋は一般的に前方の区画に、屈筋は後方の区画に属します。ただし、内側の区画に属する屈筋である薄筋と、前方の区画に属する屈筋である縫工筋の2つの例外があります。さらに、下腿の一部の筋肉、特に腓腹筋は、足の動きという本来の機能に加えて、弱い膝の屈曲も担っています。
後区画
内側区画：
大腿動脈と膝窩動脈は、膝関節を取り囲む動脈網または動脈叢を形成するのに役立ちます。主な枝は 6 つあります。上膝動脈2 本、下膝動脈2 本、下行膝動脈、前脛骨動脈の反回枝です。[ 28 ]
内側膝動脈は膝関節に侵入する。
膝関節は、仮想的な横軸を中心とした屈曲と伸展に加え、屈曲位で下腿軸を中心としたわずかな内旋と外旋を可能にする。膝関節は、回転時に大腿骨と外側半月板が脛骨上を動き[ 29 ] : 399、伸展・屈曲時に大腿骨が両半月板上を転がり滑り動くため、 「可動性」と呼ばれる[ 10 ] : 212–213
伸展/屈曲運動の横軸の中心は、両側の側副靭帯と両側の十字靭帯が交差する位置にあります。この中心は屈曲時に上方および後方に移動し、中心と大腿骨の関節面との距離は、大腿骨顆の湾曲の減少に伴って動的に変化します。可動域全体は、軟部組織の制約、能動不全、ハムストリングの緊張など、いくつかのパラメータに依存します。[ 29 ]： 398
膝を伸展させた状態では、外側側副靭帯と内側側副靭帯、および前十字靭帯の前部が緊張しています。伸展中、大腿骨顆は滑動し、脛骨側副靭帯が完全に展開する位置に移動します。伸展の最後の10°の間に、膝が内側に5°回転する必須の最終回転が引き起こされます。最終回転は、非荷重脚では脛骨の外旋、荷重脚では大腿骨の内旋によって生じます。この最終回転は、内側大腿骨顆の形状によって可能になり、膝窩筋と腸脛靭帯の収縮によって促進され、前十字靭帯の伸展によって引き起こされます。両十字靭帯はわずかに緩み、両外側靭帯は緊張する。[ 10 ]： 212
屈曲位では、側副靭帯は弛緩し、十字靭帯は緊張している。回転はねじれた十字靭帯によって制御される。脛骨の内旋時には2つの靭帯が互いにねじれ、回転可能な量を減少させる一方、脛骨の外旋時にはねじれが解ける。十字靭帯は斜めに位置しているため、少なくとも一方の靭帯の一部は常に緊張しており、側副靭帯が弛緩している間、これらの靭帯が関節を制御する。さらに、脛骨側副靭帯の背側線維は極端な内旋時に緊張し、靭帯は外旋も45～60°に制限する。[ 10 ]： 212
膝の痛みは、外傷、アライメントのずれ、変性、および関節炎を引き起こす状態によって引き起こされます。[ 30 ]最も一般的な膝の疾患は、一般的に膝蓋大腿症候群として知られています。[ 30 ]軽度の膝の痛みのほとんどは、自宅で安静とアイシングで治療できますが、より深刻な損傷には外科的治療が必要です。[ 30 ]
膝蓋大腿症候群の一形態は、膝蓋骨と滑車の間に組織的な問題が生じ、膝に圧力と刺激が生じる（膝蓋骨圧迫症候群）ことで痛みが生じる。膝の障害のもう1つの主要な分類は、断裂、ずれ、または脱臼によって膝の構造的なバランス機能が損なわれる（膝蓋大腿不安定症候群）ことである。膝蓋大腿不安定症候群は、痛み、バランス感覚の悪化、またはその両方を引き起こす可能性がある。[ 30 ]
膝蓋前滑液包炎は、家政婦膝とも呼ばれ、膝蓋前滑液包（膝の前側にある滑液包）の痛みを伴う炎症で、屋根工事などの職業活動によって引き起こされることが多い。
年齢も膝の障害の一因となります。特に高齢者では、膝の痛みは変形性関節症が原因で起こることがよくあります。さらに、膝周辺の組織の弱化も問題の一因となる可能性があります。[ 31 ]膝蓋大腿関節不安定症は、股関節の異常や周囲の靭帯の緊張に関連している可能性があります。[ 30 ]
軟骨損傷は以下のような原因で発生する可能性があります。
膝に大きな負担がかかるような作業は、軟骨に悪影響を及ぼす可能性があります。特に、頻繁に歩いたり、物を持ち上げたり、しゃがんだりする職業では、その傾向が顕著です。その他にも、膝への過度の負担や摩耗に加え、筋力低下や肥満なども痛みの原因となることがあります。
よくある苦情：
身体的な健康状態は、膝の問題の発生と密接に関係しています。階段を上るなどの同じ活動でも、身体的に不健康な人では膝蓋大腿関節の圧迫による痛みを引き起こす可能性がありますが、そうでない人（あるいは同じ人でも別の時期には）では痛みを起こさない可能性があります。肥満も膝の痛みの大きな原因の一つです。例えば、18歳で3回の妊娠前に体重が120ポンド（54kg ）だった30歳の女性は、現在285ポンド（129kg ）ですが、 1歩ごとに膝蓋大腿関節に660ポンド（300kg）の力が加わっています。 [ 32 ]
膝に大きな圧力がかかるスポーツ、特にねじれ力が加わるスポーツでは、1つまたは複数の靭帯や軟骨が断裂することがよくあります。最も一般的な膝の怪我のいくつかは、内側の怪我です。内側膝の怪我。[ 33 ]
前十字靭帯は、膝の靭帯の中で最も損傷しやすい靭帯です。スポーツ中によく発生します。膝をひねると、前十字靭帯が過度に伸展したり断裂したりする原因となります。前十字靭帯が損傷すると、パキッという音が聞こえたり、突然足が崩れたりすることがあります。腫れや痛みに加えて、歩行時に痛みを感じたり、膝が不安定に感じたりすることがあります。前十字靭帯の軽度の断裂は時間とともに治癒することがありますが、前十字靭帯の断裂には手術が必要です。手術後は回復に時間がかかり、関節を強化するために低負荷の運動が推奨されます。[ 34 ]
半月板は衝撃吸収材として機能し、膝関節の骨の両端を隔てています。膝には内側半月板と外側半月板の2つの半月板があります。軟骨が断裂すると、半月板が損傷したことになります。半月板損傷は、膝をひねったスポーツ中に起こることがよくあります。半月板損傷は無害な場合もあり、断裂後も歩けることがありますが、すぐに腫れと痛みが現れます。曲げると膝がロックすることもあります。しゃがむと痛みが生じることがよくあります。小さな半月板損傷は保存的に治療されますが、大きな損傷のほとんどは手術が必要です。[ 35 ]
膝の骨折はまれですが、特に交通事故の結果として発生します。膝の骨折には、膝蓋骨骨折と、セゴンド骨折と呼ばれる剥離骨折の一種が含まれます。[ 36 ]通常、すぐに痛みと腫れがあり、脚に体重をかけることが困難または不可能になります。筋肉が痙攣し、わずかな動きでも痛みを伴います。X線検査で簡単に損傷を確認でき、手術は転位の程度と骨折の種類によって異なります。[ 37 ]
腱は通常、筋肉と骨をつなぐ役割を果たします。膝では、大腿四頭筋腱と膝蓋腱が断裂することがあります。これらの腱の損傷は、膝が強く収縮した際に発生します。腱が完全に断裂すると、脚を曲げたり伸ばしたりすることができなくなります。腱が完全に断裂した場合は手術が必要ですが、部分的に断裂した場合は、脚の固定とそれに続く理学療法で治療できます。
膝の使いすぎによる怪我には、腱炎、滑液包炎、筋肉の緊張、腸脛靭帯症候群などがあります。これらの怪我は、数週間から数か月かけてゆっくりと進行することがよくあります。痛みを引き起こす活動は、通常、治癒を遅らせます。ほとんどの場合、安静、冷却、圧迫が役立ちます。腫れが引いたら、温熱パックで血流を増やし、治癒を促進することができます。ほとんどの使いすぎによる怪我は時間とともに治まりますが、活動をすぐに再開すると再発する可能性があります。[ 38 ]個人は、運動前にウォーミングアップをし、高衝撃の活動を制限し、体重を管理することで、使いすぎによる怪我の可能性を減らすことができます。
膝関節レベルの冠状面における異常な角度に関連する疾患は2つあります。
内反または外反変形の程度は、股関節-膝関節-足関節角によって定量化できます。[ 39 ]これは、大腿骨の機械軸と足関節の中心との間の角度です。[ 40 ]成人では通常、1.0°から1.5°の内反です。[ 41 ]小児では正常範囲が異なります。[ 42 ]
膝の変形性関節症は世界中で痛みと障害の主な原因であり、有病率は人口の4%と推定され、特に高齢者に多く見られます。[ 43 ]特定の膝神経の高周波アブレーションは、慢性関節炎の痛みを軽減するための外来処置です。 [ 14 ] [ 15 ] [ 43 ]標的となる膝関節神経に配置された小さな電極を介して高周波エネルギーを照射することで、関節包の部分的な感覚神経遮断が達成されます。[ 43 ]膝の神経支配は広範囲に及んでいますが、特に上外側膝関節神経、上内側膝関節神経、下内側膝関節神経を標的とすることは、慢性膝痛を軽減するための効果的なアブレーション方法であることが証明されています。[ 43 ]臨床研究では、このような治療により、処置後最大2年間、膝痛が約50%減少することが示されています。[ 43 ]
関節鏡検査や関節鏡手術が登場する以前は、前十字靭帯断裂の手術を受けた患者は、術後数週間ギプスを装着した後、少なくとも9ヶ月のリハビリテーションが必要でした。しかし、現在の技術では、そのような患者は2週間で松葉杖なしで歩けるようになり、数か月後にはスポーツを再開できる場合もあります。
新しい手術法の開発に加え、現在進行中の研究では、アスリートが重度の膝の怪我を負う可能性を高める根本的な問題についても調査が進められています。これらの研究結果は、特に比較的軽微な外傷でも前十字靭帯断裂を起こしやすい女性アスリートにとって、効果的な予防策につながる可能性があります。
関節軟骨修復治療：
前十字靭帯（ACL）と後十字靭帯（PCL）はどちらも、MRIのT1強調画像とT2強調画像の両方で低信号を示します。しかし、ACLの遠位部には高信号の縞模様がよく見られるため、MRIスキャンではACLの方がPCLよりも信号強度が高くなります。[ 20 ]
人間の場合、「膝」という用語は、脚にある大腿骨、脛骨、膝蓋骨の間の関節を指します。
犬、馬、ネズミなどの四足動物では、後肢の大腿骨、脛骨、膝蓋骨の間の相同関節は、膝関節として知られています。また、四足動物、特に馬、有蹄類、象では、一般的に「膝」という言葉は、前肢の前方に向いた関節である手根関節を指すこともあり、これは人間の手首に相同です。
鳥類において、「膝」とは大腿骨と脛骨の間の関節、および（存在する場合）膝蓋骨のことです。一般的に「膝」という言葉は、（羽毛に覆われていないため、より下方にあり、しばしばより目立つ）脛骨と中足骨の間の関節を指す場合もあり、これは人間の足首に相当します。
昆虫やその他の動物では、「膝」という用語は、蝶番関節全般を指すことが多い。
{{cite journal}}: CS1 maint: 非推奨のアーカイブ サービス (リンク)再掲載: Kulowski, J (2007). "膝の屈曲拘縮: 筋拘縮の力学とターンバックル キャスト法による治療; 55 症例のレビュー。1932" . Clinical Orthopaedics and Related Research . 464 : 4– 10. doi : 10.1097/BLO.0b013e31815760ca . PMID 17975372 . S2CID 9932906 . 
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