大腿四頭筋の筋力が膝軟骨に及ぼす影響

はじめに

最適な大腿四頭筋の筋力は、日常生活で膝の機能を良好に保つために不可欠である。大腿四頭筋は重要なスタビライザーであり、ショックアブソーバーであるため、膝の関節面にかかる負荷を分散させる働きがある。これは、特に高齢化社会と肥満者の増加に照らして、非常に重要なことである。変形性膝関節症（OA）の本当の治療法は今のところないため、OAへの進行を遅らせるか、可能であれば発症を予防することが極めて重要である。そのため、膝関節OAの第一選択治療として筋力強化が提唱されてきた。これまで、大腿四頭筋の筋力が膝軟骨に与える影響について、確固たる結論を導き出すことはできなかった。そこでこの研究の出番となる。

方法

この多施設共同前向きコホート研究では、1338人の参加者から1505膝のデータが提供された。 1年後の追跡調査では、1225人が参加し、1366膝のデータが得られた。人口統計学的データに加え、膝関節OAのX線学的重症度は、Kellgren-Lawrenceスケールを用いて0～4（なし～重症）で記録された。

膝の強さは、有効で信頼性の高い測定法として報告されている「グッドストレングスチェア」を用いて測定した。ここで参加者は、大腿と骨盤を固定し、膝を60°屈曲させた状態で正座した。最初の試技の後、3回の随意的な最大等尺性努力を行った。最も高い試行回数が分析に用いられた。

MRIデータもベースライン時とフォローアップ時に収集された。軟骨の損傷は、内側と外側の脛骨大腿複合体（MTFとLTF）、内側と外側の膝蓋大腿関節（MFとLPF）で評価された。ダメージは以下のように評価された： 0=正常、1=小（損傷面積10%未満）、2=中（損傷面積10～75%）および3=大（損傷面積75%以上）。 MTF、LTF、MPF、LPF関節の累積スコアが算出された。 MTFとLTFの累積得点は0～15点、MPFとLPFの累積得点は0～6点であった。次に、骨髄病変（BML）を0～3で評価した： 0=正常、1=小（損傷面積33%未満）、2=中（損傷面積33～66%）、3=大（損傷面積66%以上）。ここでも累積得点が計算された。

滲出液-滑膜炎は、滑膜腔の推定最大膨張量の観点から、以下のように0から3まで等級付けされた： 0＝正常、1＝小（最大膨張率33％未満）、2＝中（最大膨張率33～66％）、3＝大（最大膨張率66％以上）。ホッファ滑膜炎の程度を評価する際にも同じ分類を用い、膝蓋下脂肪パッド内の推定高強度変化面積で評価した。

結果

その結果、ベースライン時の男性の膝軟骨損傷を考慮すると、大腿四頭筋の筋力はLTFおよびLPF区画の軟骨損傷に影響があった。しかし、1年後の軟骨損傷に有意な変化は認められなかった。ベースライン時では、男性に見られたように、MPFとLPFの軟骨スコアは大腿四頭筋の筋力と有意に関連していた。 1年後、女性では大腿四頭筋の筋力と軟骨損傷の悪化との間に有意な負の関連が観察された。

大腿四頭筋の筋力が膝軟骨に及ぼす影響 — からだ： Gong and Li et al, BMC Musculoskelet Disord (2022).

BMLを考慮すると、ベースライン時、男性ではLTFコンパートメント、女性ではMPFおよびLPFコンパートメントにおいて、大腿四頭筋の筋力とBMLとの間に関連が認められた。 1年間では、女性のLPFコンパートメントにおいてのみ、有意な負の相関が観察された。

滑膜炎スコアの結果、女性ではベースライン時、大腿四頭筋の筋力はHoffa-滑膜炎と関連していた。 1年間の追跡調査の結果、ベースラインの大腿四頭筋の筋力は、胸水-滑膜炎と関連していたようである。

質問と感想

重要なことは、この集団の参加者のほとんどがBMI29.4±4.7kg/m2の過体重であったことである。所見はBMIで調整されているが、残念ながらその詳細は示されていない。また、研究期間中のBMIの変化に関する情報は提供されなかった。大腿四頭筋の強さがそうであるように、修正可能なパラメーターなのだから。この研究では、一般に公開されているデータベースであるOsteoarthritis Initiativeのデータを使用した。筆者には、著者が参加者と直接接触していないように思える。そのことが、例えばスポーツ参加に関する追加情報の欠如を説明しているのかもしれない。

それに加えて、追跡調査時の軟骨のスコアも知ることができれば、さらに価値があっただろう。ベースラインの得点は表で示されたが、追跡調査時の得点の推移を見ることはできない。私たちは、胸水貯留や軟骨・BMLの損傷をもたらす可能性のある傷害の影響について、まったく手がかりがない。また、力の出力は痛みに影響される可能性もあるが、この情報も入手できなかった。残念ながら、私たちは多くの貴重な情報を見逃しているようだ。私たちが知っているのは、1年後の軟骨損傷、BML、胸水の変化だけである。しかし、調査期間中に何がこのような変化を引き起こしたのか、推測することはできない。登録に基づく研究は非常に洞察に富んでいるが、しばしば貴重な臨床情報を欠いている。

女性では、1年後、膝蓋大腿外側軟骨とBMLの変化は、ベースラインの大腿四頭筋力と有意に関連していた。このことと、女性は一般的に男性よりも筋力が弱く、また男性よりも膝蓋大腿骨外側に大きな力がかかりやすいという形態的素因があることを知れば、膝を守るために女性の大腿四頭筋の筋力を向上させることの重要性がよくわかる。そのため、適応可能な姿勢アライメントとマルトラッキングの問題を修正し、大腿四頭筋の力を向上させるようにする！

オタクな話をしよう

この研究で得られた知見のなかには、横断的に分析されたものもある。つまり、ある特定の時点で評価されたものである。例えば、ベースライン時の男性では、大腿四頭筋の筋力と外側脛骨大腿関節および外側膝蓋大腿関節の軟骨損傷との間に関連が認められた。縦断的解析では、軟骨損傷に変化は見られなかった。横断分析では、ある特定の時点のデータについての情報しか得られないことを忘れてはならない。したがって、このような分析結果を用いて因果関係を立証することはできない。さらに、タイミングも調査結果に大きな影響を与えるかもしれない。仮に、これらの参加者のうちの重要な一人が、この研究のベースライン測定前に長距離走のイベントに参加していたとすると、このことがベースライン時に捉えられたように、彼らの軟骨に運動後の一過性の変化を引き起こした可能性がある。断面調査の結果をあまり当てにしない方がいい理由を説明するための一例である。特に、ベースライン時に有意であった所見が、研究期間の経過とともに必ずしも有意に変化したわけではないことがわかるからである。

著者らは、ベースライン時の年齢、BMI、人種、Kellgren-Lawrenceグレード、傷害、手術、構造異常について補正した。このように、ベースライン時の評価前に行っていた活動や、例えばスポーツへの参加に関する情報は得られなかった。そのため、クロスセクション解析の結果に影響を与える可能性のある因子に関する情報は得られていない。最後になったが、著者らは分析を性別で層別化したが、これは女性が男性より体力が低い傾向があるため、良い選択肢である。

持ち帰りメッセージ

要約すると、大腿四頭筋の筋力が軟骨損傷に及ぼす影響を調べたのである。ベースラインで測定された大腿四頭筋の筋力は、女性では軟骨損傷の変化、膝の骨髄病変（BML）の変化、胸水-滑膜炎の変化と有意かつ負の関連を示した。女性の膝蓋大腿関節外側では、軟骨損傷の変化もBMLの変化も顕著であった。つまり、ベースライン時の大腿四頭筋筋力が高いほど、軟骨損傷とBMLの変化が少なかったということである。ベースライン時の大腿四頭筋の強度が低ければ低いほど、軟骨と骨髄への損傷がより多く観察された。この短期間であっても、大腿四頭筋の力が弱い被験者では、軟骨と軟骨下骨のパラメーターの著しい悪化が観察される。このことからも、大腿四頭筋の保護的な役割が確認できる。