膝蓋骨脱臼の治療と手術方法
(内側膝蓋大腿靭帯再建術)について

1.膝蓋骨脱臼とは

 膝蓋骨脱臼とは膝関節からお皿(膝蓋骨)が外れることにより生じます.そのほとんどが外側に外れる(脱臼)とされています.

 膝蓋骨脱臼が生じるには様々なパターンがあります.正常な膝関節に外からの外力が加わって生じることは少ないとされており,ほとんどの症例ではすでに外れやすい状態であった膝蓋骨に軽度な力が加わって脱臼することが多いです.または先天的に骨や軟部組織の形態異常があり,常に抜けやすい場合もあります.

 

 

膝蓋骨脱臼は大きく分けて以下のように分類されます.

①恒久性膝蓋骨脱臼:膝の曲げ伸ばしに関わらず常に膝蓋骨が脱臼している状態.

②習慣性膝蓋骨脱臼:外傷はなく膝を伸ばしたままでは脱臼しないが,曲げると脱臼する状態.

③反復性膝蓋骨脱臼:脱臼素因がもともとあり外傷を契機に繰り返し脱臼する状態.

④外傷性膝蓋骨脱臼:脱臼素因がなく,コンタクトスポーツなどの直達外力による外傷により脱臼した状態.

⑤膝蓋骨亜脱臼:脱臼する素因は持っているが,脱臼歴はなく脱臼しかかっている状態

 

 当院で多く見られるものは主に ③の反復性膝蓋骨脱臼になります.このHPでは主に反復性膝蓋骨脱臼について記載いたします.

 ④の外傷性膝蓋骨脱臼は外来診療において膝外傷の3%程度の割合で見られるとされています.この頻度は年間で10万人たり約6人,中高生の年代に限定すると10万人当たり約30人と若い人に多く見られる疾患です.また女性に多く発生するとも言われています.主にスポーツ活動中に発生し,ダンスなど捻じる動作やコンタクトスポーツなどでは注意が必要です.

 

2.膝蓋骨脱臼の症状について

 膝蓋骨脱臼の症状として運動時など膝を捻じったときに痛みを生じたり,膝が”ガクッ”となり力が入りにくいといった症状がみられます.

 明らかに膝蓋骨が脱臼した場合には,視覚的にもお皿が外れているのがわかります.多くの場合は脱臼は自然に戻ることが多いため,そのまま放置されることも多いです.このような症状があった場合には脱臼の原因を把握しておくためにも一度受診をすることをおすすめします.

 

 外傷性の膝蓋骨脱臼では内側膝蓋大腿靭帯などの断裂があるため,膝の腫れや痛みが生じ歩行が困難になることもあります.

 

3.膝蓋骨脱臼の原因について

 膝蓋骨脱臼の原因として正常な膝関節に外力が加わって脱臼することは少ないとされ,そのほとんどは脱臼の原因をもっており脱臼になりやすい状態になっていると言われています.

 脱臼の原因として代表的なものは①靭帯や関節包などの軟部組織の異常,②骨の形態・位置の異常などがあります.

 

①軟部組織の異常

 1)全身の関節が緩い

 2)膝蓋骨が異常に動く

 3)膝蓋骨外側の靭帯や関節包の硬さ

 4)膝蓋骨内側の靭帯や関節包の緩さ

 5)内側広筋(太ももの内側の筋肉)の機能低下

 6)膝蓋腱付着部の外方変位(下記の脛骨粗面の外方変位と関連がある)

 

②骨の形態・位置の異常

 1)大腿骨の捻じれ(内捻),脛骨の捻じれ(外捻)

 2)大腿骨内顆の形成不全

 3)大腿骨膝蓋面のくぼみ減少

 4)X脚(外反膝)

 5)膝蓋骨の位置が高い

 6)膝蓋骨の形態異常

 7)脛骨粗面の外側変位

 全身の関節が緩いということは靭帯や関節包などの制動も緩いため膝蓋骨が異常に動いたり,大腿骨と脛骨の間でのアライメント不良を起こしやすくなります.特にX脚(外反膝)は脱臼を起こしやすい不良アライメントとされており,膝蓋骨が外側に変位しやすくなります.

 

 X脚は大腿骨が内側に捻じれ,脛骨は外側に捻じれる特徴をもち,また外側広筋や腸脛靭帯など外側の筋肉を過度に使用するため膝蓋骨が外側に変位するのを助長します.反対に内側広筋は活動性が下がるため膝蓋骨を内側に制動する機能が低下します.そのため膝蓋骨の外側支帯などの靭帯は硬くなり,反対の内側支帯や内側膝蓋大腿靭帯(MPFL)などの靭帯は伸ばされて脱臼が起こりやすい状態になります.

 

 外側広筋などの外側筋肉の過活動が状態が続くと大腿四頭筋の腱付着部は膝蓋骨の下の脛骨粗面に付着しているため脛骨粗面や膝蓋腱が外側に変位したりしてきます.

 

 しかし,X脚に変形しているからと言って必ず脱臼するわけではなく膝蓋骨や大腿骨滑車の形態異常などが強く関与していると言われています.

 

 その中でも膝蓋骨の外側への脱臼を制動している靭帯が内側膝蓋大腿靭帯(MPFL)であると言われています.そのためこの靭帯の機能不全は膝蓋骨脱臼を引き起こす重要な因子の一つになります.

 

 MPFLは大腿骨内側顆と内転筋結節間から膝蓋骨内側縁に付着する靭帯です.線維は斜走繊維と横行線維の2つの線維層に分けられます.血液の供給は大腿動脈から分岐した下行膝動脈から供給されます.長さは約55mm,幅約25mm,厚さ約0.4mm,破断強度約200Nと言われています.

​内側膝蓋大腿靭帯(MPFL):青色

 膝蓋骨の内側制動を担っている靭帯はMPFLの他に内側膝蓋支帯,内側膝蓋脛骨靭帯,内側膝蓋半月靭帯などがあり,これらを順に切断した研究では,MPFLの切断前後で最も膝蓋骨の外側変位量が増加したと報告しています.

 

 またその他の研究でもMPFLの膝蓋骨への貢献度を研究した報告では,膝関節伸展0°においてMPFLは72%の外側変位を制動しており,内側広筋よりも貢献度が高いとされています.(90°では52%)

 

 このようにMPFLは静的制動要素(靭帯など)として最重要な靭帯とされています.

 

 動的制動要素(筋・腱など)では特に内側広筋(Vastus medialis:VM)が重要だと言われています.内側広筋は大腿四頭筋の中で内側に位置する筋肉で内側から斜めに膝蓋骨に付着しています.その角度は約50°程度とされ,内側広筋斜走線維(vastus medialis obliquus:VMO)とも呼ばれています.

 VMは前述のVMOとVML(内側広筋縦走線維:vastus medialis longus)の2つに線維群で構成されています.名前から分かるようにVMLの角度は約15°とやや縦方向に走行している筋肉になります.VMOは膝関節90°屈曲位では膝関節伸展の役割を果たしませんが,最終伸展域の15~0度において膝蓋骨を正中に誘導する役割を持っているとされています.

 

 大腿四頭筋全体に対するVMの貢献度は10%程度とされVMOのみでは膝関節は伸展することができません.その為VMOの役割は膝蓋骨を中央に保持し,膝関節を安定させる役割を担っているとされています.

 脱臼膝では内側広筋が膝蓋骨に付着する範囲が少ないことが報告されており,正常では膝蓋骨の長さに対して付着範囲は約45%程度されていますが,脱臼膝では25%以下とあったと報告されています.これは脱臼膝ではVMOの発達が乏しいことが原因である可能性があります.(下図参照)

 VMOの機能低下は,膝蓋骨の外側変位及び脛骨の外側変位,外旋変位量が増加し,脱臼要因の一つにあり得ることがあります.

 

 これらのことからMPFLは脱臼を防ぐためにも重要な組織の一つであり,手術をする場合には脱臼時に損傷したMPFLを再建することが第一選択になります.またリハビリテーションでは内側広筋の機能改善が重要なポイントになってきます.

正常はAC/ABが45%とされます.

​脱臼膝では25%と低くVMの付着範囲が低いためVMOの機能不全に陥りやすいとされます.

Outerbridge RE, Dunlop JA. The problem of chondromalacia patellae. Clin Orthop Relat Res. 1975 Jul-Aug;(110):177-96. 

 

4.膝蓋骨脱臼の診断について

 脱臼している状態で来院された場合は容易に診断が可能ですが,多くの場合は自然に脱臼が整復されることがほとんどです.そのため問診や症状から現在の状態を確認し,単純X線写真にて膝蓋骨や大腿骨の形状,亜脱臼の状態を確認します.

 新鮮膝蓋骨脱臼では関節血腫をきたすことが多いため,膝蓋跳動が強く陽性になら関節穿刺を行い血腫を排出します.

 必要に応じてMRIを用いて膝蓋骨の軟骨の状態や内側膝蓋大腿靭帯(MPFL)の状態を確認します.X線写真では骨形態を評価する方法として様々なものがありますが,以下に代表的なものを記載します.

 

①膝蓋骨形態:Wiberg-Baumgartl分類

 

 

TypeⅠ:内側と外側の関節面の大きさがほぼ同じ大きさのもの

TypeⅡ:内側関節面が大きいもの(内側関節面>外側関節面)

TypeⅢ:内側関節面がさらに大きいもの(内側関節面>>外側関節面)

TypeⅣ:膝蓋骨稜が著しく内側にあり,内側関節面の傾斜が強い.膝蓋骨脱臼・亜脱臼例が多いとされる.

 

TypeⅢ,Ⅳが膝蓋大腿関節不安定症などの膝蓋大腿関節障害が多いとされます.

typeⅠ

typeⅡ

typeⅢ

typeⅣ

②Q角

 Q角は重要な解剖学的要因であるため必ず計測します.Q角は大腿四頭筋の長軸(上前腸骨棘~膝蓋骨中心:オレンジ線)と膝蓋腱の長軸(膝蓋骨中心~膝蓋腱:青線)で計測します.平均約15°とされ,それ以上超えるものは解剖学的要因ありと判断する.Q角が大きいほど膝蓋骨を外側に脱臼させる力が強くなるためです.膝蓋骨が大腿骨との適合が悪く亜脱臼している場合はQ角が小さくなるので注意が必要になります.

Q角の図

③sulcus angle(大腿骨滑車溝角度) 

 大腿骨滑車面(大腿骨の凹み)の最も深い部分から大腿骨内側顆と外側顆の最も高い点を結んだ線のなす角度とされ,大腿骨滑車面の深さを表しています.正常は140°で大きいほど浅くなり大腿骨滑車の低形成となり脱臼のリスクが高まります.膝蓋骨脱臼の9割以上に見られるとも言われています.

 

④Tilting angle

 内側顆と外側顆の最も高い点を結んだ線と膝蓋骨の両端を結んだん線のなす角度で,正常は約10°で外側に傾くと大きくなり,大きくなると膝蓋骨内側支持機構の機能不全を示します.

⑤Lateral shift ratio

 内側顆・外側顆の最も高い線を引き,その線の外側顆から垂線(90°)を引く.次に膝蓋骨の両側端を線で結ぶ,その両者の線の交点をCとすると,膝蓋骨外側端(Lp)からCまでの距離と膝蓋骨両端(MpLp)の距離を割った比率を評価する.(LpC/LpMp*100)正常は10%で膝蓋骨が外側に変位するとその割合は大きくなる.

sulcus angle

​正常は140°で浅くなると大きくなる

Tilting angle

​正常は10°で外側に傾くと大きくなる

Lateral shift ratio

​膝蓋骨が外側変位するとLpCの長さが長くなる

⑥Congruence angle

 大腿骨滑車部最深部と膝蓋骨中央隆起を結ぶ線とsulcus angleの二等分線の線がなす角度で,二等分線より外側に傾くと(+)となる.正常は-10°とされる.

⑦Insall-Salvatio(IS) ratio

 膝蓋靭帯の最長距離を膝蓋骨の最長距離で割った値(LT/LP)で正常は約1とされ,膝蓋大腿不安定症では膝蓋骨高位(IS比1.2以上)が多いとされる.

⑧skyline像での膝蓋骨の形態(30°,45°,60°)

 軽度の不安定症では膝関節屈曲をするにつれて整復する可能性もあるため,様々な角度で左右差も含め膝蓋骨の外方不安定性を評価します.

内側

外側

sulcus angleの二等分線より内側だと-,外側だと+.正常は-10°

Congruence angle

膝蓋骨の長さLp

膝蓋腱の長さLt

Lt/Lpが1.2以上で

​膝蓋骨は高位となる

Insall-Salvatio(IS) ratio

5.膝蓋骨脱臼の治療方法

​①膝蓋骨脱臼の保存療法

 初回の膝蓋骨脱臼後,膝への痛みや膝が抜ける感じ,膝蓋骨が外れそうな感じなど種々の不安感を生じることがあります.そのような場合には膝蓋骨は亜脱臼位になっていることが多く,脱臼しやすい状態にあります.

 初回に脱臼した場合には装具などを用いて膝蓋骨を安定化させてMPFLが過度に伸張しないようにする必要があります.またリハビリテーションなどで内側広筋などの筋力強化や外側の筋肉の緊張緩和などを行い,膝蓋骨が外側に変位しないようにしていく必要があります.

 脱臼が自然に整復されたからといってそのまま放置するのではなく,早期に適切な処置を行うことが重要なので早めの受診をおすすめします.

まずは保存療法にて経過を見ますが,再脱臼が頻回に出現する場合などは基本的には手術が必要になります.

②膝蓋骨脱臼の手術療法

 膝蓋骨脱臼に対する主な手術としては内側膝蓋大腿靭帯再建術(medial patellofemoral ligament reconstruction:MPFLR)が用いられます.これは人工靭帯を利用して膝蓋骨,大腿骨に穴を開け,緩んだMPFLを再構築する手術になります.

 その他には外側膝蓋支帯解離術や脛骨粗面移行術などを必要に応じて実施します.

 

 外側膝蓋支帯解離術は膝蓋骨が外側に強く引っ張られることにより緊張し硬くなった外側支帯を切離することで外側への靭帯の緊張を緩和させる手術になります.この手術単独だと内側の靭帯は緩んだままなのでMPFL再建術と併用する必要があります.

 

 脛骨粗面移行術はQ角を改善させて大腿四頭筋の外側へのベクトルを緩和させることが目的になります.脛骨粗面が外側に変位することで大腿外側の筋肉を過剰に使用することになり膝蓋骨が脱臼しやすい要因になります.

③内側膝蓋大腿靭帯再建術の入院期間について

 治療経過にもよりますが4週~5週を目途に退院になります.術後1週から部分荷重が開始となり,3週目に全荷重になります.その後,歩行や階段昇降の安全性が得られたら退院の運びになります.また膝関節屈曲の可動域は退院時に120°獲得することも退院の目標にもなります.

 

緩んだMPFL

再建したMPFL

MPFL再建術の参考動画

 

6.MPFL再建術後のリハビリテーションについて 

MPFL再建術後のリハビリテーションの要点は以下の通りです.

1.炎症症状コントロール:再建部分を中心に術後から熱感や腫脹,痛みなどの炎症症状が出現するため,これらをすみやかに沈静化させます.長期の炎症は組織の癒着リスクが高まるので積極的にアイシングなどを行います.

2.術部とその周囲の組織の癒着防止,滑走改善を行います.

3.膝屈曲可動域の獲得(パテラのトラッキング異常に注意):再建靭帯部分に注意しながら膝関節屈曲可動域を獲得していきます.

4.Quad(VMO)収縮改善:MPFLの再建により膝蓋骨が正中位に修正されているので,膝関節安定のために機能不全に陥っていたVMOを中心に筋肉の活動性を向上させ,再教育をしていきます.

5.下肢アライメント異常の改善:股関節の内旋や脛骨の外旋,膝蓋骨の動きを修正していきます.

【荷重】

術後1w~1/3荷重開始

術後2w~2/3荷重開始

術後3w~全荷重開始

【ROM】翌日~リハビリ中のみROMex開始します.膝屈曲0~60°付近まではMPFLの長さは変化は少ないとされます.60°においてMPFLは直線的になり最も緊張が高いとされます.60°を超える可動域では術部靭帯へのストレスが少ないとされているため60°までは慎重に可動域訓練を行います.


 

【筋力】術後3ヵ月間は膝蓋骨骨孔位置が適切であっても過度の負荷をかけると膝蓋骨骨折のリスクがあるため,術後約3ヵ月間は強度の高い大腿四頭筋の筋力トレーニングは控えるようにします.まずはVMOの機能を正常に回復させたのち,大腿四頭筋の積極的なトレーニングに移行していきます.

 VMOは,大腿骨長軸に対し約50°~55°内側に斜走し膝関節の側方安定性に寄与するため,選択的に筋力増強を行う必要があります.その他股関節・足関節などの患部外トレーニングも実施します.特に,大腿骨内旋に伴う膝外反を抑制するために股関節外旋筋の筋力強化などを行っていきます.

①入院リハビリテーション

術後翌日:回復室から病室まで状態を確認しながら移動をします.車いすまたは松葉杖を使用します.午後からは状態が安定していればリハビリ室にてリハビリテーションを行います.超音波や低周波などを用いて疼痛の緩和や組織の改善を行っていきます.膝関節は装具で保護しているため腫脹改善させるアプローチや股関節・足関節などの患部外トレーニングなどを行います.膝関節はまだ動かせないのでそれ以外の部分を動かしていきます.

癒着を起こしやすいポイントとして

1.術創部の皮下組織や内側支帯

2.膝蓋下脂肪体 など

が挙げられるためそれらの組織の滑走性を改善していきます.これらは安定した膝関節機能を獲得するために基本継続していきます.

術後7日まで:上記に加え膝関節を動かさない大腿四頭筋のトレーニングとセラピストの実施によるROMexを追加していきます.ここでは慎重に再建靭帯に負担をかけないようにして行います.

 

大腿四頭筋の筋力トレーニング開始(等尺性):SLR運動・Quad setting etc.

 

術後1週間後:体重の1/3から部分荷重を行います.固定の膝装具から可動性のある膝装具へ変更します.CPMの機械による可動域訓練を行います.

 腫脹や疼痛が緩和してきたら膝蓋骨のモビライゼーションも開始しトラッキング異常の予防を行っていきます.再建したMPFLに負担をかけないように上下方向のモビライゼーションを行います.

 先行研究では術後6週間で膝関節屈曲90°を獲得することで,術後の屈曲制限を予防するとの報告もあります.

術後​2週間後:体重の2/3での部分荷重歩行へ移行します.片松葉杖になります.

術後3週間後:全荷重歩行が開始になります.松葉杖がなくなりますが,状態に応じて片松葉杖を使用することもあります.膝の屈曲可動域が120°獲得できていれば階段昇降訓練を開始します.低負荷でのスクワットやエルゴメーター,踵上げのトレーニングなども行っていきます.

術後4-5週間後:歩行が安定し,膝関節屈曲可動域が120°獲得できれば退院の運びとなります.術後経過により膝可動域の獲得が遅れる場合もあります.退院時には歩行が正常には戻っておらず,膝の筋力,可動域なども不十分であるため外来リハビリテーションへ移行していきます.

ここからは外来リハビリテーションになります.

外来リハビリテーションでは術創部の癒着の改善や膝蓋骨のアライメント改善,膝関節の筋力,可動域の改善を目的にリハビリテーションを実施していきます.

MPFL再建の場合,もとよりVMOの機能低下があるため大腿四頭筋の筋力低下を認めることが多いです.

 そのため術後は3ヶ月から月に1回膝の筋力評価を専用の評価機器を用いて継続的に評価行っていきます.まずは術前の筋力を目標にトレーニングを行い,そこから理想とされる筋力目標に向けてリハビリテーションを行います.

 可動域では術前の可動域まで改善を目指し,術前から可動域が問題があった場合にはさらなる改善に向けてリハビリテーションを行います.術前に正座ができている場合は正座獲得を目標にして行っていきます.

​スポーツ復帰は術後4~6ヵ月を目途に可能ですが,個人により膝の改善状態が異なるため主治医や担当理学療法士と相談の上,段階的にスポーツ活動を再開していきます.

②外来リハビリテーションの頻度

 目安として3ヶ月までは週1~2回、以後6ヶ月までは状態に合わせて頻度を調整しています。機能回復の程度やゴール設定には個人差があるため、各患者さんに合わせたリハビリテーションを進めていきます。

 通院期間は、4,5カ月までを1つの目安としています。日常生活を普通に暮らす場合には異常歩行がなくなり,膝関節の可動域の改善,大腿四頭筋の収縮が十分に得られるようになると終了になります.スポーツ復帰を希望されている方は,各種動作が安定して不安感なく行えるようになるまで行います.

​ 内側膝蓋大腿靭帯再建術後のリハビリテーションは術部の癒着や滑走不全により筋機能や可動域に制限をきたします.これらに対し十分に対応をしないと拘縮や硬さが残り,歩容の悪さや膝の可動域や筋力低下などの機能不全を生じる可能性があるため,しっかりと外来リハビリテーションを行うことをおすすめします.