がっこうの かいだんを のぼる ところを 思いうかべて ください。あるく とき、かたほうの あしに たいじゅうが かかる しゅんかんが あります。

その とき ひざの ほねと ほねの あいだに かかる 力を、コンピューターで 計算した 研究が あります。ふつうに あるくとき、いちばん 大きい ところで たいじゅうの 3ばいぐらい。かいだんを のぼる ときは、5ばいぐらいでした［5］。

つまり、じぶんの たいじゅうの 3ばいぐらいの 力が、ひざの 中で いちばん 大きく なる 計算です。ただし これは 一歩の 中の いちばん 大きい 時の 数字で、ずっと この 力が かかる わけでは ありません。

そんなに 大きな 力を うけて、ひざは だいじょうぶなのでしょうか。まず、ひざが どんな 動きを する ところなのかを 見て みましょう。

学校の階段をのぼる場面を思い浮かべてください。歩くとき、片足に体重がかかる瞬間があります。

そのとき、すねの骨と太ももの骨のあいだにかかる力を、コンピューター上の筋骨格モデルで計算した研究があります。歩くとき、いちばん大きい瞬間の力は、平均で体重の約3.1倍。階段をのぼるときは平均で約5.4倍で、1人だけを見ると最大6.2倍という値も出ています［5］。

たとえば体重30kgの人なら、体重の3.1倍の力は体重換算で約93kg重、5.4倍は約162kg重に相当します。ただしこれは、一歩の中のいちばん大きい瞬間の推定値です。歩いているあいだ、ずっとこの力がかかるわけではありません。

整形外科の教科書的な資料には、お皿と太ももの骨のあいだの力として、階段で体重の約3倍、深くしゃがむ動きで7〜8倍になりうるという記述もあります［4］。測っている場所と方法がちがうので、この数字と上の数字は並べて比べられません。

これほどの力を受けながら、ひざは毎日動いています。まず、ひざがどんな動きをするところなのかを見てみましょう。

歩くときのひざの骨のあいだの力を推定した研究がある。筋骨格モデルで脛骨と大腿骨のあいだの合力を計算したところ、歩行中の最大値は平均で体重の約3.1倍、階段の昇りでは平均5.4倍、1人では最大6.2倍に達した［5］。体重30kgなら、体重換算で約93kg重、約162kg重の力に相当する計算である。

この数字を読むときは、2つの条件に注意が要る。1つ目は、これが測定器で直接測った値ではなく、モデルによる推定だということ。2つ目は、一歩の中で力が最大になる瞬間の値であり、歩行中ずっとかかる力ではないことだ。「ひざは常に体重の3倍に耐えている」と読むのは正しくない。

別の整形外科の教科書的資料は、膝蓋骨と大腿骨のあいだの関節反力について、階段で体重の約3倍、深くしゃがむ動きでは7〜8倍になりうると述べる［4］。階段の数字が前者の5.4倍と食いちがって見えるのは、測っている部位（脛骨と大腿骨か、膝蓋骨と大腿骨か）と方法がちがうためで、並べて1つの倍率にはできない。

では、これほどの力を受けるひざは、どんな構造で動いているのか。分類上の姿から見ていく。

ひざは、ドアの ちょうつがいに にた 動きを します。まげたり、のばしたり する 動きが 中心です［1］。

ところが ドアの ちょうつがいは、よこから おすと ガタガタ ゆれます。ひざは、よこから おされても、かんたんには ぐらつきません。

ひざの りょうがわと うしろには、5ほんの じんたいが あって、ひざを つつむ ふくろを ささえて います［1］。ひざの 中にも、まえと うしろの じんたいが あって、ひざを おちつかせる 助けに なります［2］。

じんたいは、ひもの ような ものです。ただし ほんとうは、ゴムひもでは なくて、とても じょうぶな からだの 一部です。

では、ほねと ほねの あいだの 大きな 力は、だれが うけとめて いるのでしょう。

ひざは、分類上は「蝶番関節」の仲間で、ドアのちょうつがいのように、曲げることと伸ばすことが動きの中心です［1］。

ところが本物のドアのちょうつがいは、横から押されるとガタガタ揺れます。ひざは、横から力を受けても簡単にはぐらつきません。

ひざの両側と後ろ側には、5つの靭帯があり、関節を包む袋（関節包）を補強して安定性を高めています［1］。関節の内側には、前十字靭帯と後十字靭帯があり、こちらも安定化に役立つといわれます［2］。

靭帯は、ひざの骨どうしがずれないようにつなぎとめる、丈夫な組織です。ひざはただのちょうつがいではなく、周りを何本もの靭帯で押さえられた関節だといえます。

次の疑問は、骨と骨のあいだにかかる大きな力を、誰が受け止めているのかということです。

MSDマニュアルは、膝や手足の指の関節を、屈曲と伸展を中心とする蝶番関節として説明する［1］。単純な蝶番とは異なり、ひざは靭帯などで安定性を保っている。では、ひざが横に折れないのはなぜか。

同じ資料によれば、膝関節の両側面と後ろ側には5つの靭帯があり、関節包を補強して安定性を高めている［1］。専門家向けの解説は、関節の内部にも前十字靭帯と後十字靭帯があり、関節の安定化に役立つと述べる［2］。外側の靭帯と内側の靭帯が関節を包み、十字靭帯が内部でも骨の位置を保つ。「蝶番」という分類は、動きの中心を表す言葉であって、ほかの動きを完全に止めるという意味ではない。

ここまでは、ひざを「ずれないようにする」仕組みである。では、骨と骨が直接ぶつかる面に、大きな力はどう伝わっているのか。

ひざの 中には、はんげつばんと いう、三日月の かたちを した やわらかい なんこつが あります。ふとももの ほねと、すねの ほねの あいだに はさまって いる ものです［2］。

はんげつばんの いちばん 大きな しごとは、ぶつかった ときの しょうげきを うけとめる ことだと いわれて います［2］。ひざの ぐらつきを ふせぐ のも、少し たすけます。

もう ひとつ、力を ひろい ところに ちらす、という 考え方も あります［6］。ゆきの 上で はく かんじきは、足の うらの ひろさを 広げて、ずぶずぶ しずむのを ふせぎます。それに にた はたらきです。ただし はんげつばんは、くつの ように 外から つけるのではなく、ひざの 中に あります。

では、ほねの うえには、どんな 部品が のって いるのでしょう。ひざの まえに ある、あの まるい ほねを 見て みましょう。

ひざの関節の中には、「半月板」と呼ばれる三日月形の軟骨の板が、内側と外側に1つずつあります。太ももの骨とすねの骨のあいだにはさまっています。

半月板の主な役目は、衝撃を吸収することです。関節を安定させることにも、いくらか役立っています［2］。

もう1つ、整形外科の総説には、半月板が骨のあいだのすきまを埋めて、かかる力を広い面積に分けるという説明があります［6］。同じ力でも、面積が広ければ1か所あたりの負担は小さくなります。雪の上で履くかんじきが、足の裏の面積を広げて沈みにくくするのに似た考え方です。

ただし、半月板は靴のように外から付けるものではなく、関節の中にある組織です。ほかの部分と一緒に働いているため、半月板だけで力を受け止めているわけではありません。

骨の上に半月板がのっているとして、ひざの前側にある丸い骨は、何のためにあるのでしょうか。

膝関節の内側と外側にある半月板は、関節内の軟骨性の構造物である。MSDマニュアルの専門家向け解説は、主な働きを衝撃の吸収とし、安定化にも「いくらか」寄与するとまとめている［2］。

もう1つの役割は、荷重の分散である。ある整形外科の総説は、半月板が関節のすきまを埋め、荷重を広い面積に伝えると述べ、膝を通る荷重の半分以上に関わるとする。同じ総説は、内側の半月板を切除すると接触面積が減るとする研究にも触れている［6］。接触面積が減れば、同じ力が狭い面にかかる。圧力は力を面積で割った値なので、面積が小さくなれば圧力は上がる。

つまり半月板は、衝撃をやわらげるクッションであると同時に、力を広げる板でもある。安定化の寄与が「いくらか」にとどまる点とあわせて、役割の主従を読みちがえないことが大切だ。

骨と骨のあいだは、軟骨と半月板で埋められている。次に、ひざの前側にある、触って確かめられる骨に目を向ける。

ひざの まえに ある まるい ほねは、おさらと よばれます。ほんとうの 名前は しつがいこつです［3］。

この ほねは、ふとももの まえの きんにくの けんの 中に できた、小さな ほねです［3］。ひざを のばす とき、きんにくが ひく 力は、この おさらを とおって すねに つたわります。

おさらが あると、けんが ひざの まんなかから 少し はなれます。ながい スパナの ほうが ネジを まわしやすい のと にた しくみで、のばす 力が 強く なると いわれて います［4］。ただし スパナは かたい ぼう ですが、けんは やわらかい ひもの ような ものです。

おさらは、ひざを まげた とき、ひざの 中を ぶつかりから まもる やくめも あります［3］。

では、ほねの はしは、どう なって いるのでしょう。すべって 動く ひみつを 見て みましょう。

ひざの前にある丸い骨は「お皿」と呼ばれ、正式には膝蓋骨といいます。膝を伸ばす太ももの筋肉（大腿四頭筋）の腱の中にできた「種子骨」、つまり腱に織り込まれた小さな骨片です［3］。

筋肉が縮むと、腱が引っぱられて膝が伸びます。お皿は、その腱が関節の軸から離れるように押し出す支点になります。軸から離れるほど「てこの腕」が長くなり、同じ筋力でも、膝を伸ばす力は強くなります［4］。長いスパナのほうがネジを回しやすいのと似ています。ただし、スパナは固い棒で、腱はやわらかいひもに近いものです。

どれだけ強くなるかは、膝の曲げ具合で変わるとされます。ある資料には、腕が3割ほど長くなる角度があるという記述があります［4］。力そのものが3割増えると言い切れる数字ではありません。

お皿には、膝を曲げたときに関節を外からの力から守るという役目もあります［3］。

お皿の下では、骨の先が何かでおおわれています。次は、その表面を見てみましょう。

膝蓋骨は、膝を伸ばす大腿四頭筋の腱の中にできた種子骨で、腱や靭帯に織り込まれて他の骨の上にのる小骨片と説明される［3］。独立した骨というより、腱の一部が骨になったものである。

働きの中心は、てこの支点としての役割である。膝蓋骨は、膝を伸ばす筋の腱が関節の軸から離れるように押し出す。腱が軸から離れれば、モーメントアーム（力の作用線と関節の軸の距離）が増え、同じ筋力でも伸ばす力（トルク）が大きくなる［4］。

強まる割合は角度で変わる。Wheeless' Textbook of Orthopaedicsは、膝を45度ほど曲げた位置で、膝蓋骨がてこの腕を約30%長くすると述べる［4］。ここで言う30%は腕の長さの増加であり、力が30%増えるという意味ではない。腕が長くなったぶん、同じ筋力でも関節を回す力が大きくなる、という意味に読むのが妥当である。

もう1つの役割として、膝を曲げたときに関節を外からの力から守る働きがあるとされる［3］。

骨を動かす力はお皿で強められるとして、骨どうしが擦れない理由は、骨の端そのものにある。

ひざの ほねの はしは、軟骨なんこつという つるつるした ものに おおわれて います［1］。

なんこつは、水を ふくんでいて、ほどよく やわらかい ものです。ほねの はしを まもって、ほねどうしが こすれる のを ふせぎます［1］。

なんこつの まわりには、ひざの 中の えきたいが あります。この えきたいが なんこつに えいようを 運び、すべりを よくして くれます［1］。

ひざは、じんたいが ぐらつきを ふせぎ、はんげつばんが 力を うけとめ、おさらが 力を 強め、なんこつが すべりを よくします。みんなで 力を 分けあって いる、と 考えられます。

骨の先は、軟骨でおおわれています。軟骨は、コラーゲンと水とプロテオグリカンでできた、なめらかで弾力のある丈夫な組織です［1］。

関節の中の液（滑液）は、この軟骨に栄養を届けながら、骨どうしがこすれるのをやわらげています［1］。滑液については、別の記事でくわしく書いています。

ここまでの分担をまとめると、靭帯がぐらつきを抑え、半月板が衝撃を受けて力を広げ、お皿が筋肉の力を強め、軟骨がすべりを受け持つ、という4つの役割が見えてきます。ひざは、ただの蝶番というより、いくつもの部品が分担して成り立つ関節だと考えられます。

関節軟骨は、コラーゲン・水・プロテオグリカンで構成される、なめらかで弾力のある丈夫な保護組織である［1］。骨の先端を覆うこの層が、骨どうしの直接の接触を避ける。滑液は軟骨に栄養を与え、摩擦を減らす［1］。

ここまでの4つの部品を、受け持つ問題ごとに並べると次のようになる。靭帯は関節包を補強し、安定性を保つ。半月板は衝撃を吸収し、荷重を広い面積に分ける。膝蓋骨は腱の軸からの距離を稼ぎ、伸ばす力を強める。軟骨は、骨の端を保護し、すべりをよくする。いずれも、MSDマニュアル・整形外科の教科書的資料・総説・百科事典が個別に述べている働きを、並べて読んだ結果である。

これらは1つの部品が全部を担うのではなく、役目が別々に割り当てられている。前半に出てきた「体重の約3倍」という数字も、1つの部品だけで受けているのではなく、複数の組織を通して伝わる力の合計として読むのが筋だ。ただし、各部品がそれぞれ何割を受け持つのかは、ここで使った資料からは言えない。

いすに すわって、かたほうの ひざの おさらに、そっと 指を のせます。そのまま あしを ゆっくり のばしたり、まげたり して みましょう。

おさらが ひざの 上で 動くのが、指に つたわって きます。むりに おさえたり、つよく ひねったり しないで ください。いたい ときは すぐ やめて ください。

椅子に座り、片方の膝のお皿に軽く指をのせます。足をゆっくり伸ばしたり曲げたりすると、お皿が膝の上で動くのが分かります。痛みがあるときは、すぐにやめてください。

もう1つ、計算もできます。自分の体重に3.1をかけると、歩くときの最大値の目安が出ます。これは筋骨格モデルによる平均的な推定で、一人ひとりの実際の値ではありません［5］。

出典のうち、MSDマニュアルの家庭版とプロ版は、同じ関節を一般向けと専門家向けの言葉で説明しています。読み比べると、同じ半月板でも説明の詳しさがちがうことが分かります。

確かめる方法は2つある。1つ目は、椅子に座って膝を曲げ伸ばししながら、お皿に指をのせて動きを感じること。2つ目は、自分の体重に3.1を掛けて、歩行中の最大値の目安を計算してみることだ。ただし後者は平均の推定値で、本人の値ではない。痛みがあるときは行わない。

読む順番としては、まずMSDマニュアル家庭版の「関節」の項で、軟骨と靭帯の基本を押さえる［1］。次に、専門家向けの膝関節捻挫および半月板損傷の項で、同じ構造が別の言葉でどう説明されるかを見る［2］。数字の出どころ（歩行と階段の荷重）は、自分の体重に3.1を掛ける計算で、論文の「3.1倍」がどんな大きさか実感できる［5］。

この記事で触れなかった、膝を完全に伸ばしきるときにすねの骨がわずかにねじれるという説明や、子どもの膝のお皿が成長の中でいつ骨になるかといった話題は、別の資料で調べる価値がある。