膝蓋大腿関節にかかるストレスは膝関節屈曲30度で最も小さくなることを解明！

膝蓋大腿関節にかかるストレスは膝関節屈曲30度で最も小さくなることを解明！

－数学モデルによるシミュレーション研究－

 

研究内容の概要：

現在，年齢男女問わずランニングの人気が高まっています，その一方でランニング障害の発生率も増加しています．ランニング障害のなかでも，膝前面痛が主症状である膝蓋大腿関節症（しつがいだいたいかんせつしょう）は，ランニング障害全体の25%を占めています．この膝蓋大腿関節症は，ランニング競技のアスリートだけではなく，一般的に趣味としてランニングを楽しむランナーにも頻発します．

膝蓋大腿関節症の危険因子として，膝蓋大腿関節（PFJ）にかかるストレス（PFJS）の増加が関与することがわかっています．これまでPFJSを減少させるにはランニング時に前足部で接地すること，あるいはステップ長を短くする戦略があると報告されていました．これらの戦略は，膝関節角度と膝関節モーメントを変化させ，結果的に関節角度とモーメントがPFJSを変化させます．しかし，膝関節角度とモーメントがどのような組み合わせでPFJSを最も減少させているかが明らかになっていません．そこで，本研究では8676通りのシミュレーションにより膝関節角度とモーメントの変化がPFJSに与える影響について検証し，最もPFJSが増加，あるいは減少できる角度とモーメントの組合せを検証しました．その結果， PFJSは膝屈曲角度が約10°で最も増加し，30度で最も減少することを明らかにしました．

 

研究者からのコメント：

本研究結果より，PFJSは膝屈曲角度が約10°で最も増加し，30度で最も減少することがわかりました．PFJSの増加は膝蓋大腿関節症の発生要因であり，かつ膝関節の痛みにも関連しています．本研究は膝蓋大腿関節症による膝の痛みに苦しむランナーにとって，有益な基礎情報になり得ると考えています．

 

本研究成果のポイント：

①膝蓋大腿関節モデルを用いてPFJSを計算した点．

 

②数学モデルを用いて，シミュレーションによりPFJSが最も減少する角度とモーメントの組合せを明らかにした点．

 

③どのモーメントの値をとっても膝関節屈曲30度でPFJS最も減少することを明らかにした点．

 

原著論文情報：

Takabayashi T, Edama M, Inai T, Tokunaga Y, Kubo M. A mathematical modelling study investigating the influence of knee joint flexion angle and extension moment on patellofemoral joint reaction force and stress. Knee. 2019.