屈曲/伸展

脛骨が固定された状態で大腿骨が屈曲する場合(閉鎖性運動連鎖)、脛骨顆上を大腿骨顆部が後方に回転します。しかし、大腿骨顆部の後方回転のみが生じた場合、膝関節後部においてインピンジメントが発生するか、もしくは大腿骨の後方脱臼が起こってしまいます。大腿骨の後方脱臼が起こることなく膝関節が屈曲するためには、大腿骨顆の前方への滑り運動が不可欠となります(図2a)。屈曲の初動時には、大腿骨顆ではほぼ後方回転のみが発生していますが、その後、前方滑りの運動比率が高まっていくことで、大腿骨顆の前方への動きはほとんどなくなり、その場でスピンをしている状態になります。伸展では全く逆の運動が起こります(図2b)。伸展の初動時には、主に大腿骨顆の前方回転が発生しますが、伸展がさらに進むと後方滑りが起こり始めます。その後、大腿骨顆の後方への動きはなくなり、屈曲と同様、スピンをしている状態になります。以上は脛骨が固定された状態での関節の運動ですが、逆に大腿骨が固定され脛骨側が運動を起こす場合(開放性運動連鎖)、以下のようになります。大腿脛骨関節の屈曲に伴い、脛骨は大腿骨顆上を後方回転、後方滑りしています(図3a)。伸展では、脛骨は大腿骨顆上を前方回転、前方滑りしています(図3b)。

内旋/外旋

膝関節では屈曲/伸展に伴い、軸回旋運動も生じています。この時の運動軸は、脛骨の内側顆間結節近辺であると考えられています。¹従って、脛骨内側顆を中心にして脛骨外側顆が大腿骨顆上で弧を描くように運動することになります(図4)。膝関節が屈曲する時、脛骨内側顆ではわずかな前方滑りが生じています。それと同時に、脛骨外側顆では、前方への回旋が生じています。また、膝関節が伸展する時は、脛骨では全く反対方向への運動が生じます(表1)。

このように脛骨内側顆が運動軸となるのは、脛骨内側顆は外側顆に比べ、関節面の隆起領域の面積が大きいことに起因しています。そのため、脛骨内側顆を中心に弧を描くように脛骨外側顆が運動する。

内反/外反

膝関節が完全伸展位の時、脛骨には約8°の内反/外反の可動域があります。また、膝関節が20°の時、この値は約13°になります。²この可動域の制限要素は、十字靭帯と側副靱帯です。また膝関節を交差している筋肉も内反/外反の制限要素になります(図5)。³

スクリューホームメカニズム

膝関節の伸展に伴い、脛骨では外旋が発生します。この脛骨の外旋運動は、伸展の最後の30°で発生するため終末強制回旋運動とも呼ばれています。伸展の最終30°において、脛骨外側顆が後方へと回旋していきます。ある程度まで後方回旋すると、止まりますが、これは脛骨内側顆よりも先に起こります。脛骨外側顆が止まった後、内側顆の前方滑りが起こり始め、完全伸展位においてこの運動も止まります(図6)。以上は膝関節が非荷重位(開放性運動連鎖)の時のメカニズムですが、荷重位の時は大腿骨の内旋が起こります。

膝関節完全伸展位から屈曲が起こる時、脛骨の内旋が自動的に発生します。この時、脛骨内側顆では後方滑りが生じています。後方滑りが終了直後、脛骨外側顆の前方回旋が開始され、さらに脛骨の内旋が継続します。

参考文献

1. Iwaki H, Pinskerova V, Freeman MA: Tibiofemoral movement 1: The shapes and relative movements of the femur and tibia in the unloaded cadaver knee.. J Bone and joint Surg Br 82:1189-1195,2000
2. Markolf KL, Bargar WL, Shoemaker SC, et al.: The role of joint load in knee stability.. J Bone Joint Surg Am 63:570-585,1981
3. Zhang LQ, Xu D, Wang G, et al.: Muscle strengh in knee varus and valgus.. Med Sci Sports Exerc 33:1194-1199,2001