Japanese Physical Therapy Association
NII-Electronic Library Service
Japanese Physioal Therapy Assooiation理学
療
法 学第
38
巻 第8
号637
一
638
頁 （2011
年 ）運 動 器 理
学療法研
究
部
会
メ
カ
ニカ
ル ス
ト
レ ス
と
変 形 性膝 関節 症
の
理 学 療
法
＊一
関 節
軟骨
研
究
の
視点
か ら
の
提 言
一
黒
木 裕 士
＊ ＊変 形 性 膝 関 節 症
の原 因
変 形 性 膝 関 節 症 （以 下，
膝OA
） は 関節 軟 骨の変 性・
破 壊 を き た し，
痛み と 関 節機 能の 障 害 に よっ て身体 活 動レベ ル低下を も た ら す 疾 患 で あ る。
加 齢因子や遺 伝的因子，
性 的 因 子 （女 性 に多い ），
体 重 因 子，
膝関節 外 傷の既往 因 子な ど，
種々 の因 子 が 膝OA
発 症 に 関 与 す る。
な か でも関節 軟 骨に加 わるメカニ カ ル ス ト レスは 重要な因 子で あ る と考
えられ てい る。
膝
OA
進
行 と 理 学 療 法 膝OA
の進 行 をX
線 写 真で診 断 する方法の ひ とつ にKellgren
．
Lawreuce
分類 （KI
、
分 類 ）がある 1）。
こ の分 類で は膝 関 節 裂 隙狭 小 化や骨 棘 形 成，
骨 硬 化像 な ど をgrade
O
（正 常 ）〜
grade
IV
（高 度に膝OA
進 行 ）に 分けて い るD
。
Grade
I
で は医療 機 関を受 診し ない 場 合 も 多い が．
grade
H
に な る と膝 痛等
の症 状が顕著
に な る。
その た めこ のgrade
に対し て は投 薬，
装 具療
法，
ヒ ア ルロ ン酸 関節
注射
な ど が行わ れ る ことが多
い。
さ ら にgrade
III
に進行 す
ると単顆
型人 工膝 関節置
換術
や高位脛
骨 骨切術な ど が，
ま た膝
OA
病 巣
が大きくなく 限 局し た領域 であれ ば骨 軟 骨 移 植 術 （モザイ ク プラ ス テ ィ）な ど が行わ れ る。
Grade
IV
まで進 行し た症 例で は人．
工膝 関 節全置 換 術な ど の適 応となる。
た だ し現 状で は，
grade
ll
であっ て も医療 機 関 を受 診せず，
grade
III
やIV
になっ て歩 行や 目常生活 動作に制 限が生 じる ほど重 症 化 して から外 来 を訪 れる症 例 が 多い。
またgrade
III
やIV
の症 例でも手 術 せ ずに保 存 療 法 を選 択 する症 例 も 多いn した がっ て膝OA
に対 する理 学療 法 を実 施 する際に は 画一
的対応 で は な く，
症例 がgradc
II
の保 存療 法 例 なのか，
乎 術例 なのか，
grade
III
やIV
の保 存 療法 例 なのか等を 区 別 した う えで，
症 例 に応じ た 個 別 的 対 応 が 必 要 と な る。
膝OA
へ の理 学 療 法と し て は 運 動療法
物 理療 法，
装 具療 法，
日常生活 動 作 指導
な ど が実 施さ れてい る が，
こ れ ら にメカニ カル ス トレ ス と いう視点
を加 える こ と が重 要である と考 える。
＊
Mcchan
工ca ］Stress
andPhysic
：alTherapy
f
〔）rKnee
Osteoarthritis
：Proposul from thc Aspecτof
Rescarch
onArticular
Ca
エtilagc ＊ ＊京 都 大 学 大 学 院 医 学 研 究科 運 動 機 能解析学分野
（〒
606
−
8507 京 都市 左 京 区 聖 護 院 河 原 町53
）
Hiroshi
K
しLreki．
PT，
PhD
：MoLor FunctionAna
且ysis．
GraduaLe
Sehoel
of Nled工crne，
KyoLoUniversity
キ
ー
ワー
ド：変形 性 膝 関 節症，
メカニ
カル ス トレ ス，
関 節軟 骨 メカニカル ス トレ スが 関節 軟 骨 と軟 骨細胞
に及 ぼ す影 響
関節 軟 骨に加わ る メ カニ カ ルス ト レ ス に は 圧縮ス ト レ ス
，
伸
長ス トレ スおよび剪 断 力ス トレ スな ど がある が2〕，
ヒ トの屍体
膝や動 物の膝 を用いた基 礎研 究では 圧縮ス トレ スを加
えて実 験 する こ とが 多い。
圧 縮ス トレ ス の単 位と してはMPa
（メガ・
パ ス カ ル）が よく用い られる。
MPa
はN
〔二 z一
トン）〆mm2 として も表さ れる、
、
歩
行
i．
1
［の膝 関
節 軟 骨へ の 生 琿 学 的 荷 重は0
．
8
〜
6
．
3N
／ 皿2
（
08
〜
63MPa
）
で あ る3）。
こ れ は，
1N
は100
gf
な の で，
関 節 軟骨1
平 方ミリメー
トルあた り80gf
か ら630
gf
の ス トレ ス が加わっ た状 態で ある。
圧縮と関 連して，
歪みを表 すstrain （ス トレイン） も用い ら れ る。
た とえ ば10
％ strain は メ カニ カ ル ス トレ ス に よっ て元 の状 態か ら10
％歪ん で変 形し た状 態の こ とである。
ヒ ト では 膝へ の生 埋学
的 荷 重時
の関節軟 骨
の変 形は10
％以内
であると報告
さ れ てい る3）。
し た がっ て 正常な 状態で は，
圧 縮 ス ト レ ス は0
．
8
一・
6
．
3MPa
．
歪み は10
％strain 以内
が生理的メカニ カル ス トレ スと考
え ること ができ る。
こ の メカニ カ ル ス トレ スが過 度になると関 節 軟 骨や軟 骨 細 胞 は どのよう な影 響 を 受 ける のか，
興 味 深い 実 験がある、
，
たと え ば，
5
，
8MPa
を超 えるス1
・
レ ス で は 関節
軟 骨のコ ラー
ゲン線 維の配 向性が変 化し，
30MPa
のス ト レスを加
えると軟骨
骨折
が生じ て構 造 的 破 綻を き た し た という報
告が あ る4〕。
6MPa
，
10MPa
，
20
MPa
の3
種
類の圧縮
ス ト レスをウ シの関節 軟
骨に 加え4
日後に軟
骨 細胞
の細 胞死 を調べ る と，
10MPa
と20
MPa
に おい て細胞死 が有 意に増 加し た とい う研 究がある b 丿．
とくに20MPa
では4
口 以前に，
すで に1
日後お よ び2
日後に は細 胞 死 が増 加して いた というo ノ。
0
．
5sec
，
30
％ strain を加 えるとヒ トの軟 骨 細 胞では細 胞 死 が増 えたという報
告がある6
）。
これ ら 以 外にも，
繰 り返 され る過 度の荷 重は軟 骨細胞の細胞
死 を導
く とい う報 告7
〕や，
5MPa
であっ ても1Hz
で4
時
間の圧 に曝さ れる とヒ トOA
か ら採 取 した 軟 骨 細 胞は 細胞死 を起こす とい う 報 告8
｝な どがある。
し た がっ て過 度な メ カニ カル ス トレ スは 関 節 軟 骨や軟 骨 組 胞に悪 影 響 を及 ぼ し てい ること が わ か る。
・
方，
適 度 なメ カニ カ ル ス トレ ス の場A
は どうで あ ろ う か，
，
た と え ば，
ヒ トOA
（58
歳 男 性，
59
歳．
男性，
65
歳 男 姓，
68
歳 女 性，
70
歳 女性，
70
歳 男 性 ）の軟 骨 細 胞 を1
日4
時間で4
日 間，
N工 工一
Eleotronio LibraryJapanese Physical Therapy Association
NII-Electronic Library Service
Japanese Physioal Therapy Assooiation638
理 学 療 法 学第
38
巻第
8
号
10MPa
，
l
Hz
で刺 激 する と タイプ2
コ ラー
ゲンの遺 伝 子 発現 が 増 加 した とい う報 告 が ある9
，n こ の刺 激は前 述したヒ トの生t．
tt
理的メ カニ カ ル ス ト レス0
．
8
〜
6
．
3MPa
“
’
を 超 え てい る 点，
ウ シの実 験で軟 骨細胞死 が 増えた刺 激強 度5〕と同 等で あ る点に 留 意す る 必 要 は あ る が，
実 験 条 件 が 異 な るの で単 純に 比較 する こ と は 困 難 で あ る。
少 な くと も20MPa
や30
MPa
よりは小さ い この ス ト レスは，
ヒト に おい て関 節 軟 骨 を保 護 する作 用 を有 する可 能 性を示 唆 してい る，
、
メ カニ カル ス トレ ス を欠 如 させ る実 験モデルも ある、
、
関 節 を 固定して不 動 化さ せ る と1
週 間 後に は 関節 軟骨 に変 性が 生 じ る ⊥1，〕。
ビー
グル犬の片 膝 を11
週 間免 荷し た 実 験 で は，
閧 節 軟 骨の成分 で あ るglycosaminog
！yc
．
an （GAG
）は48
％ ま で 減 少 し，
荷 重が 少 し増え た対側の膝で はGAG
は25
〜
35
％増 加し た 11〕。
この研 究は メカニ カル ス トレ スが減 少 しす ぎる と関 節 軟 骨に は悪い 影 響 が あ り，
適 度 な範 囲の メカニ カル ス トレ ス増 加は よい影 響があっ て 関節 軟 骨に対 する保 護 作 用 が ある こ とを 示 峻して い る。
メカ
ニカ
ル ス トレ スの視 点
から理 学 療 法 を 実 施 す
る重
要 性
関節 水 腫が み ら れ，
膝 痛が強い 時に は炎症が起 きてい る。 こ の時に は関節 軟 骨 を破 壊 に 向かわ せ る ように働 く酵 素 （炎 症 性 サ イ トカイン） が 多 く産 生 されてお り，
運 動 を 行 う と炎 症 が さ ら に悪化する，
1 し た がっ て炎 症 を 抑 制す ること が 重要で あ り，
無理 な 理学 療 法 介入を 行わずに安 静につ とめ る 必要がある。
た だ し炎 症 状 態で あっ て も，
関節 軟 骨へ の栄 養 （関 節液が 関節 軟 骨に 浸透す ること）
を 考慮し て適 度な 関節運 動 と 荷 重の指 導は 必 妛で あ る。
無血管 組 織である関 節軟
骨で は，
軟 骨 細胞
の 代謝
は関 節 液（
滑 液 ）に よっ て行わ れ る。 関節へ の荷 重と，
荷 重か ら解 放 （す なわち抜 重 ）の繰 り返し に よっ て関節 液 が 関節 軟 骨 内にIH
人りするtt し た がっ てメ カニ カ ル ス トレ スが ないと関 節 軟骨内へ の 関節 液の出 人 り が なくなっ て しまい 軟 骨 細 胞の代 謝 に は 悪影 響が 及ぶと考え ら れ る。
リ ヒ ト で は膝へ の 牛 理 学 的荷 電は0
．
8
〜
6
．
3N
／mmb （〔｝．
8
・
−
6
．
3MPa
）
で あ る3）こと は前
述 し た が，
これ は関 節 軟 骨の面 積 が 正常である こ と を前
提と し てい る。
ヒ トOA
で は関節軟
骨が 摩 耗 して ほ と ん ど残っ て い ないケー
スや，
痛
み等
の症状は 顕著 だが残 存 する関 節 軟 骨の面 積は 正常に近いケー
スな ど，
症 例に よっ て異 な るv 症 例によっ て関 節 軟 骨の面 積が 異な れ ば．
メ カ ニ カル ス ト レス の量 も ま た異な る，
、
し た がっ て個々 の症 例に応 じ，
メカニ カル ス トレ スが過 度にならない よう な対 応，
た とえ ば装 具 療 法や 日常生活 動作 指 導 などの理 学 療 法 介 入 を 再 認 識 す る必要が あ るc
変 形 性 膝 関 節 症の原 因はメカニ カ ル ス トレ スだ けで はない が，
過 度であれ ば 関 節 軟 骨 破 壊に．
適 度であれ ば 関節
軟 骨 修 復 に作 用 するこの メカニ カル ス ト レスに着眼す
る と理学療法
は 現 在 以．
ヒに変 形 性 膝 関 節 症の治 療に貢 献できる 可能性
がある と考
え る。
文
献
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JH
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JS
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