＃5 半月板の基礎知識〜解剖から運動学的知見まで〜

半月板は、スポーツにおける損傷のほかにも変形性膝関節症などにも関連しており、膝の関節を構成する重要な組織のひとつです。
また、スポーツ現場で半月板の損傷が疑われればトレーナーは評価のひとつとしてスペシャルテストを行う必要がありますが、その際には半月板の解剖や運動を理解している必要があります。

ということで、今回は半月板の基礎知識について見ていきます。

半月板の概要：解剖学的知見

半月板meniscus(複数形menisci)は内外2つの半月板からなり、内側半月(MM; medial meniscus)はC字型、外側半月(LM; lateral meniscus)はO字型をしているとされます。

※以下の解剖学的知見について、特記していない内容については全て『グレイ』(Standring eds., 2021)を参考にしています。

内側半月板(MM)

MMは前方より後方で幅が広いC字型をしており、厚さは前後一定して5.2~6.9mm程度です(Mameri et al., 2022)。

MMの後角posterior horn、特に関節包付着部はACL損傷と同時的に断裂が生じやすく(いわゆるramp lesion)、それゆえに半月板損傷における最も一般的な損傷部位であるとされます(Ibid.)。

この領域に関する軟部組織の付着に関しては、DePhillipo et al. (2019)などで詳細にレビューされています。
ここでは、MM後角の領域には関節包のほかに①冠状靱帯coronary lig.(半月脛骨靱帯meniscotibial lig.)、②斜膝窩靱帯、③内側側副靭帯の深部線維、④半膜様筋腱などが付着していると指摘されており、それぞれの線維幅などについて明らかにされています。

このような支持組織の存在もあり、MMはLMに比べて可動性が低いとされます。

外側半月板(LM)

外側半月板(LM)はほぼO字の形をしており(円の5分の4型)、MMより大きな面積を占めています。
前根anterior rootの脛骨付着面積は報告によって様々ですが、ACLの付着部と大きく重なっていることが明らかになっています。
LMは外側側副靭帯と連結しておらず、それによってMMに比べて可動性が大きくなると指摘されています(Perelli et al., 2021)。

また、LMの後角には半月大腿靭帯meniscofemoral lig.およびさらに外側に膝窩筋腱が存在しており、これによってLMの可動性が制御されていると考えられています。

半月板のミクロ構造

組織構造

半月板の組織構造は外周とその内周で大きく異なることが明らかになっています。

上図から明らかなように、コラーゲン線維について外周ではtype Iが多いのに対して内周ではtype IIが多いことが指摘されています。
type Iは伸張や張力に抗するのに対してtype IIでは圧縮に抗するという機能的相違があるので(Ross & Pawlina, 2015)、この組織構造の差異はそのまま半月板における機能的な相違を表すことになります。
すなわち、外周は引張力に抗するのに対して、内周は圧縮に抗する機能をもつと考えられます。

血液供給と神経支配

血液供給は、出生後まもなく(〜生後18ヶ月)は半月版の全区画において見られるものの、それ以降は内周の血液供給は途絶えるとされます(Gray, 1999)。
外周3分の1では血管が密集している一方、中間3分の1から少しずつ血管分布が減少し、内周3分の1は無血管になるとされます。臨床的にはこのように区画分けされることもあり、それぞれred-red、red-white、white-white zoneとされます(Ruzbarsky et al., 2020)。

神経支配は血管の分布と非常に類似しており、外周3分の1および前角・後角で密に神経が分布しています(Gray, 1999)。

半月板における機械受容器には3つの形態があると考えられており、いずれも半月板の特に後角で密に存在しているとされます(Fox et al., 2012)。
一方、侵害受容器(サブスタンスP陽性神経線維)は前角と後角で特に密に存在しており、MMとLMでその差に有意差は認められなかったという報告もあります(Lin et al. 2019)。

半月板に関する運動学的知見とその機能

概観

機能的に、半月板は脛骨大腿関節の整合性を高めることで表面積を増大させるとともに、その円形構造によって荷重を分散させる(hoop応力に変換する)ことで軟骨の保護や関節の安定に寄与すると考えられています。

この点において特に前根・後根が重要な役割を果たしていると考えられ、特にMM後根の剥離はバイオメカニクス的には完全切除と同等の変化をもたらすとされます(Allaire et al., 2008)。

半月板の運動学

前述したように、MMに対してLMでは可動域が大きくなることが示されています。
一方、後角に対する前角の偏位の大きさの比率はMMの方が大きく(すなわちMMの前角は後角に比べて偏位が大きい)、これがMMで損傷が生じやすい要因のひとつになっているとも指摘されています(Thompson et al., 1991)。

Yamamotoらは半月板の運動に関してMRIを用いて、膝完全屈曲位までの運動と半月板の偏位の関連性を調べており、半月板の運動が大腿骨顆の運動と類似していることを明らかにしました(Yamamoto et al., 2021)。

半月板と前十字靭帯の協働作用

前十字靭帯(ACL)は膝の前後方向への動揺を制動する主要な構成要素ですが、MMとLMもまた脛骨の前方変位および回旋を抑制する二次的な制御機構であることが指摘されています(Grassi et al., 2021)。

この点からは特にLMが重要な役割を果たしている可能性があり、LMの後角3分の1を部分的に切除することで、ACLは無損傷にもかかわらず脛骨内側の有意な偏位が生じたとする研究もあります(Novaretti et al., 2020)。

また、ACL欠損/再建後の膝における膝の動揺制動についてはMM・LMともに重要な役割を果たす可能性があり、Grassi et al. (2019)ではACL再建後でもMMの部分切除がなされていると膝90°屈曲位における脛骨前方変位がMM無損傷時に比べて有意に大きくなることが示されています。

まとめ

少し細かい内容になってしまいましたが、特に細かい運動については評価としてのスペシャルテストの意義を理解する上でも重要になると思われます。

気が向けば今後スペシャルテストに関してもまとめてみようと思います。

参考文献

• Allaire R, Muriuki M, Gilbertson L, Harner CD. Biomechanical consequences of a tear of the posterior root of the medial meniscus. Similar to total meniscectomy. J Bone Joint Surg Am. 2008;90(9):1922-1931. doi:10.2106/JBJS.G.00748
• Deckey DG, Tummala S, Verhey JT, et al. Prevalence, Biomechanics, and Pathologies of the Meniscofemoral Ligaments: A Systematic Review. Arthrosc Sports Med Rehabil. 2021;3(6):e2093-e2101. Published 2021 Nov 26. doi:10.1016/j.asmr.2021.09.006
• DePhillipo NN, Moatshe G, Chahla J, et al. Quantitative and Qualitative Assessment of the Posterior Medial Meniscus Anatomy: Defining Meniscal Ramp Lesions. Am J Sports Med. 2019;47(2):372-378. doi:10.1177/0363546518814258
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• Lin Y, Zhang K, Li Q, Li J, Xu B. Innervation of nociceptors in intact human menisci along the longitudinal axis: semi-quantitative histological evaluation and clinical implications. BMC Musculoskelet Disord. 2019;20(1). doi:10.1186/s12891-019-2706-x
• Mameri ES, Dasari SP, Fortier LM, et al. Review of Meniscus Anatomy and Biomechanics. Curr Rev Musculoskelet Med. 2022;15(5):323-335. doi:10.1007/s12178-022-09768-1
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• PePerelli S, Morales Avalos R, Masferrer-Pino A, Monllau JC. Anatomy of lateral meniscus. Annals of Joint. 2022;7:16-16. doi:10.21037/aoj-20-118
• Ross MH, Pawlina W. Histology: A text and Atlas. 7th ed. Wolters Kluwer;2015
• Ruzbarsky JJ, Maak TG, Rode SA. Meniscal Injuries. In. Miller MD, Thompson SR, eds. Delee, Drez, & Miller’s Orthopaedic sports medicine: Principles and Practice. Elsevier;2020
• Standring S, eds. Gray’s anatomy: the anatomical basis of clinical practice. 42nd ed. Elsevier;2021
• Thompson WO, Thaete FL, Fu FH, Dye SF. Tibial meniscal dynamics using three-dimensional reconstruction of magnetic resonance images. Am J Sports Med. 1991;19(3):210-216. doi:10.1177/036354659101900302
• Yamamoto T, Taneichi H, Seo Y, Yoshikawa K. MRI-based kinematics of the menisci through full knee range of motion. J Orthop Surg (Hong Kong). 2021;29(2):23094990211017349. doi:10.1177/23094990211017349