膝関節の構造を図解で解説｜痛みが起こる仕組みと対処法

「階段の上り下りで膝が痛む」「正座ができなくなった」「膝がこわばって歩きにくい」—そんな症状でお悩みではありませんか。膝の痛みを感じたとき、多くの方が「なぜ痛くなるのだろう」「どこが悪くなっているのだろう」と疑問に思われます。

膝の痛みを理解し、適切に対処するためには、まず膝関節がどのような構造になっているかを知ることが大切です。膝関節は私たちの体の中でも特に複雑な構造を持つ関節で、日常生活で大きな負担がかかる部位でもあります。

このページでわかること：

• 膝関節を構成する骨・軟骨・靭帯の役割
• なぜ膝に痛みが起こるのか、そのメカニズム
• 構造上の問題から生じる症状の特徴
• 膝関節の負担を減らすセルフケア方法
• 症状に応じた治療選択肢

膝関節の基本構造：3つの骨が作る複雑な関節

膝関節を構成する3つの骨

膝関節は、大腿骨（太ももの骨）、脛骨（すねの骨）、膝蓋骨（膝のお皿）という3つの骨で構成されています。これらの骨が組み合わさることで、歩く・しゃがむ・立ち上がるといった複雑な動きを可能にしています。

大腿骨は人体で最も長く太い骨で、膝関節では下端部分が脛骨の上端と接続しています。この接続部分は「大腿脛骨関節」と呼ばれ、膝関節の主要な部分を形成します。体重を支える重要な役割を担っているため、加齢や使いすぎによって損傷を受けやすい部位でもあります。

膝蓋骨は膝関節の前面にある小さな骨で、大腿四頭筋（太ももの前の筋肉）の腱の中に埋まっています。膝を曲げ伸ばしするときに上下に動き、筋肉の力を効率よく伝える滑車のような働きをしています。膝蓋骨と大腿骨の間は「膝蓋大腿関節」と呼ばれ、ここに問題が生じると膝前面の痛みの原因となります。

関節軟骨：骨同士の摩擦を防ぐクッション

膝関節の骨の表面は、厚さ数ミリの関節軟骨で覆われています。関節軟骨は弾力性に富んだ組織で、骨同士が直接ぶつからないようにクッションの役割を果たしています。また、表面が非常に滑らかで、関節液という潤滑液と合わせて関節の滑らかな動きを実現しています。

関節軟骨には血管や神経が通っていないため、一度損傷を受けると自然に修復することが困難です。年齢を重ねるにつれて軟骨は徐々にすり減り、これが変形性膝関節症の主な原因となります。軟骨の損傷が進むと、骨同士が直接接触するようになり、強い痛みや炎症を引き起こします。

半月板：衝撃を吸収する三日月状の軟骨

膝関節の内側と外側には、それぞれ内側半月板と外側半月板という三日月状の軟骨があります。半月板は大腿骨と脛骨の間にあって、関節にかかる衝撃を吸収し、荷重を分散させる重要な役割を担っています。

半月板は関節軟骨よりも厚く、弾力性に富んでいるため、歩行や運動時の衝撃を効率よく吸収できます。しかし、スポーツ外傷や加齢による変性によって損傷しやすい組織でもあります。半月板が損傷すると、膝の痛みや引っかかり感、ロッキング現象（膝が伸ばせなくなる）などの症状が現れます。

靭帯：関節の安定性を保つ強靭な組織

膝関節の安定性を保つために、4つの主要な靭帯があります。前十字靭帯と後十字靭帯は関節内にあって前後の安定性を、内側側副靭帯と外側側副靭帯は関節の両側にあって左右の安定性を担っています。

これらの靭帯は膝関節が正常な範囲を超えて動かないように制限する役割があります。スポーツや事故で強い力が加わると靭帯損傷を起こし、膝の不安定感や痛み、腫れなどの症状が現れます。靭帯損傷は適切な治療を受けないと、将来的に変形性膝関節症のリスクを高める可能性があります。

膝に痛みが起こる原因とメカニズム

軟骨の摩耗による変形性膝関節症

膝の痛みで最も多い原因が変形性膝関節症です。長年にわたる使用や加齢により関節軟骨が徐々にすり減り、骨同士が接触することで痛みや炎症が生じます。軟骨の摩耗は40代頃から始まることが多く、60代以降で症状が顕著になる傾向があります。

軟骨がすり減る過程で、関節内には軟骨の破片や炎症物質が放出されます。これらが関節滑膜を刺激することで炎症反応が起こり、痛みや腫れ、こわばりなどの症状が現れます。炎症が続くと滑膜から過剰な関節液が分泌され、膝に水が溜まる状態（関節水症）を引き起こすこともあります。

変形性膝関節症では、軟骨の損傷だけでなく、骨自体にも変化が起こります。軟骨の下にある軟骨下骨が硬くなったり、骨棘（こつきょく）と呼ばれる骨の突起が形成されたりすることで、関節の変形が進行していきます。

半月板損傷による痛みのメカニズム

半月板損傷は、外傷性と変性によるものに大別されます。スポーツ外傷による急性損傷では、膝をひねったときに半月板が断裂し、急激な痛みとともに膝が動かしにくくなります。一方、加齢による変性では、日常生活の動作でも少しずつ半月板にひび割れや断裂が生じます。

損傷した半月板は本来の形状を保てなくなり、クッション機能が低下します。これにより関節軟骨にかかる負荷が増大し、軟骨の摩耗が加速する可能性があります。また、断裂した半月板の一部が関節内で引っかかることで、膝の屈伸時に痛みや引っかかり感が生じます。

半月板損傷の特徴的な症状として、膝を完全に伸ばしたり曲げたりできなくなるロッキング現象があります。これは断裂した半月板片が関節の隙間に挟まることで起こる現象で、強い痛みとともに膝の動きが制限されます。

関節液の異常と炎症反応

正常な膝関節内には少量の関節液（滑液）があり、軟骨に栄養を供給し、関節の滑らかな動きを助けています。しかし、軟骨損傷や炎症が起こると、関節液の成分が変化し、量も異常に増加します。

炎症が起こると、関節滑膜から炎症性サイトカインやタンパク質分解酵素が放出されます。これらの物質は軟骨の分解を促進し、痛みを引き起こす神経を刺激します。また、炎症反応により血管透過性が亢進し、関節内に水分が貯留して膝の腫れや熱感を引き起こします。

関節液が過剰に溜まると、関節包が引き伸ばされて痛みが生じるとともに、膝の動きが制限されます。また、増加した関節液は質的にも変化し、本来の潤滑作用が低下することで、関節の動きがぎこちなくなります。

膝の構造的問題から生じる症状の特徴

部位別の痛みの特徴

膝関節の構造的問題は、損傷を受けた部位によって異なる症状を示します。内側の痛みは内側半月板や内側側副靭帯の問題、膝蓋骨周辺の痛みは膝蓋大腿関節の問題を示唆することが多くあります。

膝の内側に痛みが生じる場合、変形性膝関節症の初期症状である可能性が高くなります。内側の関節軟骨は外側より負荷がかかりやすく、先に摩耗が進行する傾向があるためです。歩行時や階段昇降時に痛みが強くなり、安静時には軽減することが特徴的です。

膝蓋骨の周囲や下方に痛みがある場合は、膝蓋大腿関節症や膝蓋腱炎の可能性があります。特に階段の下りや立ち上がり動作で痛みが強くなることが多く、膝前面に不快感や重だるさを感じることもあります。

動作時の症状パターン

膝関節の構造的問題では、特定の動作で症状が悪化するパターンがあります。変形性膝関節症では動作開始時の痛み（スタートペイン）が特徴的で、座った状態から立ち上がるときや歩き始めに痛みが強く現れます。

半月板損傷では、膝をひねる動作や深く曲げる動作で痛みが増強します。正座やしゃがみ込み動作が困難になることが多く、膝を曲げる際にクリック音や引っかかり感を感じることもあります。

関節の炎症が強い時期には、夜間痛や安静時痛も出現します。横になっても膝がずきずきと痛み、睡眠が妨げられることがあります。これは炎症によって痛みを感じる神経が過敏になっているためです。

関節可動域の制限と機能障害

膝関節の構造的問題が進行すると、関節可動域（動かせる範囲）の制限が生じます。正常な膝関節では伸展0度から屈曲約140度まで動かすことができますが、軟骨損傷や関節の変形により、この可動域が狭くなります。

屈曲制限（膝が十分に曲がらない）が生じると、正座や階段昇降、しゃがみ込み動作が困難になります。一方、伸展制限（膝が十分に伸びない）があると、歩行時の歩幅が狭くなり、歩行効率が低下します。

関節可動域の制限は、周囲の筋肉の萎縮や関節包の拘縮を引き起こし、さらに機能低下を悪化させる悪循環を生みます。特に大腿四頭筋（太ももの前の筋肉）の筋力低下は膝関節の安定性を損ない、痛みや症状の増悪因子となります。

膝関節の負担を軽減するセルフケア

適切な運動と筋力強化

膝関節の安定性を高めるためには、大腿四頭筋とハムストリングス（太ももの後ろの筋肉）の筋力強化が重要です。これらの筋肉が膝関節をしっかりと支えることで、関節にかかる負荷を軽減し、痛みの改善が期待できます。

大腿四頭筋の強化には、椅子に座った状態で膝を伸ばして5秒間保持する運動（クアドセッティング）が効果的です。1日に20〜30回、3セットを目安に行います。痛みのない範囲で行い、徐々に回数や保持時間を増やしていくことが大切です。

水中ウォーキングは膝関節への負荷を軽減しながら筋力強化ができる理想的な運動です。水の浮力により体重の負荷が軽減され、水の抵抗により適度な筋力トレーニング効果が得られます。週2〜3回、30分程度を目安に続けることをおすすめします。

体重管理と栄養バランス

体重の増加は膝関節への負荷を直接的に増大させるため、適正体重の維持が重要です。体重が1kg増加すると、歩行時に膝関節にかかる負荷は約3〜4倍になると報告されています。BMI（体重÷身長²）が25を超えている場合は、段階的な減量を検討しましょう。

軟骨の健康を維持するためには、適切な栄養摂取も大切です。コンドロイチンやグルコサミン、コラーゲンなどの軟骨成分に加え、抗炎症作用のあるオメガ3脂肪酸（青魚、亜麻仁油など）を積極的に摂取することが推奨されます。

ビタミンDとカルシウムは骨の健康維持に不可欠です。日光浴によるビタミンDの生成促進と、乳製品や小魚からのカルシウム摂取を心がけましょう。また、抗酸化作用のあるビタミンCやビタミンEも、関節の炎症抑制に有効とされています。

日常生活での工夫と環境調整

日常生活での動作を工夫することで、膝関節への負荷を大幅に軽減できます。階段の昇降では手すりを活用し、できるだけエレベーターやエスカレーターを利用することを検討しましょう。どうしても階段を使用する場合は、上りは健側から、下りは患側からゆっくりと一段ずつ昇降します。

床からの立ち上がりや正座は膝に大きな負荷をかけるため、椅子やソファの生活に切り替えることが有効です。床に座る必要がある場合は、正座ではなく横座りや足を投げ出した座り方を選択しましょう。また、靴は クッション性の高いものを選び、ヒールの高い靴は避けることが大切です。

膝サポーターの使用は関節の安定性を高め、痛みの軽減に効果的です。ただし、常時装着すると筋力低下を招く可能性があるため、痛みの強い時期や長時間歩行する際の補助的使用にとどめることが重要です。

温熱療法と冷却療法の使い分け

急性期の炎症や腫れが強い場合は、氷嚢や冷却パックを用いた冷却療法が効果的です。15〜20分間の冷却を1日数回行うことで、炎症の拡大を抑制し、痛みの軽減が期待できます。ただし、直接皮膚に当てると凍傷の危険があるため、必ずタオルなどで包んで使用しましょう。

慢性期の痛みやこわばりには温熱療法が有効です。入浴や温湿布、カイロなどで膝周囲を温めることで血流が改善され、筋肉の緊張が緩和されます。お風呂では湯船にゆっくりと浸かり、膝の曲げ伸ばし運動を行うとより効果的です。

炎症の有無を判断する目安として、膝を触って熱感があり、腫れや赤みが見られる場合は冷却を、慢性的なこわばりや鈍い痛みがある場合は温熱を選択します。判断に迷う場合は医療機関で相談することをおすすめします。

症状に応じた受診と治療選択肢

受診のタイミングと診療科の選択

膝の痛みで受診を検討すべきタイミングとして、日常生活に支障をきたす痛みが2週間以上続く場合、安静にしていても痛みが改善しない場合、膝の腫れや熱感が持続する場合が挙げられます。また、膝が完全に曲がらない・伸びない、歩行が困難になった場合は早急な受診が必要です。

膝関節の問題は主に整形外科で診療されます。総合病院の整形外科では、X線撮影やMRI検査などの詳細な画像診断が可能で、必要に応じて専門的な治療を受けることができます。関節専門外来や膝関節専門医がいる施設では、より専門的な診断と治療を期待できます。

初診時には症状の詳細（いつから、どのような痛み、どんな動作で悪化するかなど）を整理して伝えることが大切です。また、過去の外傷歴や現在服用している薬剤、他の関節の症状なども診断の参考になるため、事前にメモしておくことをおすすめします。

保存療法：手術以外の治療選択肢

膝関節症の初期から中期段階では、手術を行わない保存療法が治療の中心となります。薬物療法では、NSAIDs（非ステロイド性抗炎症薬）の内服や外用により痛みと炎症を抑制します。胃腸障害のリスクがある場合は、湿布や塗り薬などの外用薬が優先されます。

ヒアルロン酸注射は、関節内に直接注入することで関節液の粘弾性を改善し、軟骨の保護効果が期待できます。週1回、合計5回の注射を1クールとして行うことが一般的で、効果は3〜6ヶ月程度持続します。副作用は比較的少なく、外来で気軽に受けられる治療です。

理学療法では、専門的な運動指導や物理療法により、筋力強化、関節可動域の改善、痛みの軽減を図ります。理学療法士による個別の評価に基づいたプログラムにより、効果的かつ安全にリハビリテーションを進めることができます。

新しい治療選択肢：再生医療

近年、変形性膝関節症に対する新しい治療として、自身の血液や脂肪由来の成分を用いた再生医療が注目されています。PRP（多血小板血漿）療法では、患者自身の血液から濃縮した血小板を関節内に注入し、成長因子により軟骨や組織の修復促進を図ります。

幹細胞治療では、脂肪組織から採取した間葉系幹細胞を培養・加工して関節内に投与します。幹細胞の分化能力により軟骨の再生が期待され、従来の治療で効果が不十分な症例でも改善の可能性があります。

これらの再生医療は保険適用外の自由診療となりますが、手術に比べて体への負担が少なく、入院の必要がないことがメリットです。ただし、すべての症例に有効というわけではないため、適応については専門医との十分な相談が必要です。

手術療法の適応と種類

保存療法を十分に行っても症状の改善が得られず、日常生活に著しい支障をきたす場合には手術療法が検討されます。関節鏡手術は比較的侵襲が少なく、半月板損傷や軟骨の部分的損傷に対して行われます。関節内の清掃や半月板の部分切除により症状の改善を図ります。

高位脛骨骨切り術（HTO）は、比較的若い患者で内側の軟骨損傷が進行している場合に選択されます。脛骨を切って角度を調整することで、荷重線を外側に移動させ、内側の軟骨にかかる負荷を軽減します。自分の関節を温存できることが最大のメリットです。

変形性膝関節症の終末期では人工膝関節置換術が適応となります。損傷した関節面を人工関節に置き換えることで、痛みの除去と機能改善を図ります。手術成績は良好ですが、人工関節の耐用年数や感染リスクなどを考慮して適応を決定します。

このように、膝関節の構造を理解することで、なぜ痛みが生じるのか、どのような治療が有効なのかが見えてきます。症状が軽いうちからの適切なセルフケアが、将来的な膝の健康維持に大きく影響します。

しかし、セルフケアを継続しても思うような改善が見られない場合は、一人で悩まずに専門医に相談することが大切です。適切な診断のもと、個々の症状に最適な治療法を選択することで、より良い結果が期待できます。