概要
可動性関節の受動的可動域の制限と定義される関節拘縮は、筋骨格系の非炎症性疾患に分類される。 その病態は十分に理解されておらず、原因となる因子、進行、関与する病態生理、治療に対する反応の予測などについては、限られた情報しかありません。 関節拘縮の臨床的な不均一性と、関節可動性に対する関節結合組織の不均一な寄与が相まって、関節拘縮の研究には課題がある。 さらに、関節拘縮は、多くの場合、多因子性の多種多様な疾患の症状である。 長時間の不動状態が原因とされており、実験的研究と疫学的研究の両方から証拠が得られている。 関節拘縮や再固定化への反応の欠如の病態生理には、関節包が関与していることが興味深い。 関節拘縮の発生に関わる分子経路が研究されている一方で、現在の治療は理学療法が中心で、不可逆的な拘縮には効果がありません。 今後の治療法としては、早期診断と予防が考えられます。
1. はじめに 定義と診断
「関節拘縮」という用語は、最も一般的で可動性のあるタイプの関節である二関節の受動的な可動域が失われることを表すために使用されます。 関節の機能的な分類により、関節拘縮の重要性を最もよく理解できるのは、最も可動性の高い関節である二関節から、ほとんどあるいは全く動かないことを特徴とする関節である synarthroses までである。 それに比べて、両関節は椎体間の移動のようなわずかな動きしか許されず、シナールトス（頭蓋骨をつなぐ縫合糸のような不動の関節）は強固な結合組織で結ばれている。 可動性のある二関節に特徴的なのは、骨と骨の間の関節腔を取り囲み、関節腔に存在する滑液を分泌する滑液包である。 したがって、関節は可動性の観点からその機能によって分類することができる。 この分類法は、機能（すなわち、可動域）が関節拘縮を定義するために使用されるパラメータであるため、使用するのが好ましい。 関節拘縮は、動きや可動性を制限することで可動性関節の本質的な機能に影響を与え、その結果、本質的な日常活動や健康的な生活スタイルに悪影響を及ぼします。
拘縮のある関節の受動的または能動的な可動域（ROM）の測定は、関節拘縮の重要性を評価する鍵となります。 セラピストや理学療法機器などの外部の力によって、個人が積極的に努力しなくても関節を自然な範囲で動かすことで受動的なROMを測定します。 ゴニオメーターは、関節運動の角度距離を定量的に測定し、拘縮におけるROMの損失は、通常、対側の関節または規範値と比較して記録されます。 従来、関節拘縮の名称は、関係する関節と可動域不足の方向によって決められていました。 膝の場合、180°の完全伸展から約40°の完全屈曲までの自然なROMは約140°です。 膝の自然な屈曲の振幅が失われた場合は膝の伸展拘縮と呼ばれるのに対し、伸展時に膝のROMが失われた場合（すなわち、完全に伸展できない場合）は、膝の屈曲拘縮と呼ばれています。 関節拘縮は、身体のどの関節にも発生する可能性があり、その重症度にも幅があります。 影響を受ける関節と関節拘縮の重症度が、患者さんへの影響を決定します。 膝関節の屈曲拘縮は歩行に影響を与えますが、肘関節の屈曲拘縮は腕の動きの一部、つまり肘関節の屈曲を必要とする動きのみを制限します。 関節拘縮は、主に理学療法を伴う現在の治療法に対する反応が非常に悪い。 膝関節の屈曲拘縮が部分的に回復すると、歩行が改善されますが、膝関節の伸展が5°もないと足を引きずるようになり、歩行も正常ではないため、患者は歩行に介助を必要とします。 関節拘縮の慢性的な性質、治療への反応の悪さ、移動性への悪影響などから、関節可動域の制限は、痛みに次いで関節炎患者の最大の関心事の一つとなっています。
2.関節拘縮の病因
関節拘縮に至る状況は様々であり、その原因はよくわかっていません。 関節拘縮と診断された患者は、多発性の先天性拘縮、慢性疾患や外傷後の拘縮、長期間の不動状態による拘縮の3つに任意に分類される。 先天性の障害を持つ患者は、複数の手足を含む複数の関節拘縮を有し、通常は非進行性である。 このような状態は関節形成不全と呼ばれ、出生児の1/3,000人に見られます。 関節拘縮を特徴とする先天性疾患は、結合組織の発達に関与する多くの遺伝子の異常と関連している。 第2のグループでは、外傷後の拘縮には、骨折後や結合組織の損傷が含まれる。 関節の外傷後に生じる拘縮は、炎症経路が関与している可能性があり、この総説の範囲外である。 拘縮は進行性で、関節炎（関節リウマチや変形性関節症（OA））、人工膝関節全置換術（TKA）、脊髄損傷、重度の熱傷、脳損傷、脳卒中、産科での腕神経叢損傷、筋ジストロフィー、糖尿病などの慢性疾患と関連していることがある。 関節炎患者では、滑膜の増殖や線維化などの莢膜変化が報告されており、痛みでROMが制限されていることと相まって、関節炎患者によく見られる拘縮の原因となっていると考えられる。 末期のOA膝はTKAで治療されます。 手術前または手術後の膝の拘縮は、TKAの成功率の低下と関連している。 TKAを受けた5622人のコホートでは、術後の屈曲拘縮の発生率は2年後に3.6％であった。 2009～2010年にカナダで行われた22,545件の人工膝関節置換術のうち、6.2％（1400人）の患者が拘縮を修正するために再手術を課された。 第3のグループの患者では、集中治療室（ICU）で寝たきりになっている患者や施設に入所している高齢者のように、運動能力が低下すると拘縮が生じます。 2週間以上の入院をしたICU患者では、大関節に関節拘縮が生じる割合が3分の1以上であることが報告されている。 また、ICUに入院中に関節拘縮を発症した155名の患者を追跡調査したところ、退院後3.3年で死亡率が高くなることがわかった。 関節拘縮は、慢性疾患を持つ施設入所の高齢者に多く見られ、75%が膝関節の屈曲拘縮を持ち、歩行が著しく制限されていた。 また、最近の研究では、老人ホームの入居者における関節拘縮の有病率は55%と推定され、機能的・医学的に大きな影響を及ぼすとされています。 これらの3つのグループのいずれにおいても、不動性が要因となっています。 複数の先天性拘縮を引き起こす疾患は、いずれも胎内運動の低下と関連している。 場合によっては、関節の結合組織の病変が先に発症し、関節の可動性低下につながることもあります。 慢性疾患は患者に痛みを与えることが多く、それが原因で自分で決めた動きができなくなることがあります。 例えば、膝のOAが進行した患者さんは、患部の関節の使用を減らし、時間の経過とともに膝の屈曲拘縮が発生する可能性があります。
関節拘縮の病態生理は非常に不均一で、環境因子（例えば、機械的刺激）と二関節の様々な結合組織の両方が潜在的に関与しています。 長期間の無動状態が原因となっている場合、関節の健全な結合組織の力学的特性はマイナスに変化します。 関節の機能と結合組織のホメオスタシスを維持するためには、関節に機械的な刺激を与えることが必要です。
3.関節可動域を制限する組織
関節可動域を制限している組織の種類は、関節拘縮の分類に使用されています。 関節のROMの減少に関与する組織としては、筋肉、被膜、腱、靭帯、軟骨、皮膚、骨などがあります。 複数の種類の組織が複合的に関与していることが多く、ROMの制限に対する個々の関節構造の寄与を分離することは困難である。 筋原性組織（例えば、筋肉や筋膜）に起因する関節拘縮は、運動ニューロンの障害により筋痙攣を起こす神経疾患の患者に生じることがある。 デュピュイトレン病では、手の掌側筋膜の線維性索が指関節の拘縮を引き起こす。 拘縮は、火傷や強皮症の患者のROM制限の原因となる皮膚性のものもあります。 拘縮はまた、関節性のものとして識別することもできます。 骨棘（こつきょく）と呼ばれる骨の成長や、関節内骨折などの損傷が拘縮の原因となることが知られています。 結合組織の損傷、例えば離断性骨軟骨炎の軟骨や半月板の断裂などは、関節拘縮の原因となります。 不動性の関節拘縮では、関節を取り囲む被膜が、被膜短縮、接着性被膜炎、関節線維症などを介して、不可逆的なROM制限に寄与していることが確認されている。 拘縮の発生には、複数の種類の組織が関与している可能性があります。例えば、不動状態では、筋肉の萎縮と関節包の変化の両方が起こり、どちらもROMの低下につながります。
4.関節拘縮の病態生理を研究するための動物モデル
関節拘縮の動物モデルは、ROMを制限するカプセル組織の因果関係を裏付けるものである。 ラットの固定化による膝関節屈曲拘縮モデルでは、膝関節後面の筋肉を切開しても完全なROMが回復しないことから、被膜の寄与が証明され、その制限は被膜に起因するとされている。 膝関節を屈曲させると、弛緩していた後嚢は折りたたまれた状態になります。 膝を伸展させると、後嚢は開放され、完全に伸展した状態になります。 屈曲した状態では、隣り合った襞の対向する滑膜内膜が互いに滑るようになります。 屈曲した状態で固定されると、カプセルのホメオスタシスが変化し、対向する滑膜が癒着して、後嚢の滑膜内膜の長さが減少する。 後方カプセルが長く折り畳まれていると、組織学的には、襞間の接着が組織化されて融合し、後方カプセルの長さが効果的に短くなっていることがわかる。 このような後嚢の構造的再編成により、後嚢の展開が妨げられ、膝の伸展に抵抗する。 固定すると、滑膜層はさらに再編成され、滑膜細胞の増殖と滑液の量が減少します。 さらに、被膜は、コラーゲン繊維の配列の乱れ、I型コラーゲンの増加、進行性糖化最終生成物の蓄積など、滑膜下の変化を受けます。
安定した関節内骨折と固定期間を伴う外傷後の膝関節拘縮のウサギモデルも、関節拘縮に対する被膜の寄与を支持しています。 関節包では、平滑筋アクチンのα型を発現している線維芽細胞と呼ばれる筋線維芽細胞と、肥満細胞の数が増加している。 関節包は動的な組織であり、関節の動きや機械的な刺激の結果として伸縮し、関節包の弾力性を維持するためには不可欠であると考えられる。 関節拘縮の細胞と分子の発達
関節拘縮は、関節への直接的な損傷（断裂、骨折など）による炎症反応と関連することがありますが、古典的な炎症の徴候を伴わない関節拘縮も発生します。 400以上の異なる疾患が、出生時に複数の関節拘縮があるとされる多関節性先天性関節炎に分類されています。 一般的に、関節症の原因は胎児の動きの低下（胎児性運動障害）であり、発症時期が早いほど拘縮は重度になります。 胎児性運動障害は、関節周囲の結合組織の蓄積、廃用による筋肉の萎縮、または関節面の異常と関連しています。 神経筋疾患や、筋肉や神経の形成異常は、筋力低下や胎児の動きの低下を引き起こし、拘縮の原因となります。 特定の遺伝子の変異は、先天性多関節症と関連しています。
動物モデルにおける関節拘縮形成時の遺伝子変化についても研究されています。 関節を直接傷つけない、固定化による膝関節の屈曲拘縮の確立されたラットモデルでは、関節軟骨の軟骨細胞における遺伝子発現の変化が確認されています。 固定化された軟骨では、プロトロンビンの発現、キチナーゼライク-3のmRNAレベル、骨髄性細胞白血病-1の転写が増加していた。 シクロオキシゲナーゼ（PGHS-1およびPGHS-2）のタンパク質レベルは、関節軟骨で増加し、固定化された関節の滑膜で減少した。
固定化による関節拘縮の発生の病理については、何十年にもわたって研究され、多くの分かれた結果が出ている。
関節内組織の増殖や関節軟骨への滑膜の癒着、それに続く分解などが記述されている。 これらの知見は、パンヌスの増殖も軟骨への接着もないとする他の報告とは不一致である。 これらの異なる結果は、動物種、関節、固定方法が異なることに起因すると考えられる。
関節を動かさないことで起こる関節拘縮には、筋原性と関節原性の両方の要素がありますが、ラットモデルでは、固定化によって滑膜内膜の長さが減少することから、パンヌスの増殖よりも滑膜内膜の癒着が起こることが示唆されました。 ラットモデルでは、2週間以下の固定では、ほとんどが筋肉の制限による拘縮が起こり、拘縮は自然に再固定することで元に戻る。 4週間以上の固定では、関節構造がROMの制限に大きく寄与し、その結果生じる拘縮は不可逆的であった。 関節可動域を制限する主な関節要素は後嚢である。 後方被膜は、二関節性滑膜関節の周囲にスリーブを形成しており、高密度の繊維組織でできていて、ほとんどがコラーゲンタンパクで構成されています。 複数のグループが、関節拘縮とコラーゲンの合成、組織化、および翻訳後修飾の障害とを関連付けている。 1966年には、ラットとイヌを使った研究で、固定後に関節内のコラーゲン合成量が増加するという証拠が得られている。 ラットモデルでは、実験の結果、偽手術をした脚に比べて、固定した脚のカプセル細胞ではI型コラーゲンの量が多く、III型コラーゲンの量が少ないことが示され、拘縮は線維化によって引き起こされることが示唆された。 別のラットモデルでは、進行性糖化最終生成物（AGEs）の形でコラーゲンの減少した架橋が有意に増加していた。 これらの翻訳後修飾は結合組織の硬さを増加させることが知られている。 AGEsの役割は、糖尿病患者にいくつかのリウマチ性疾患が多く見られることからも明らかであり、その原因はグルコースの増加によるAGEsの過剰摂取である。 固定化された関節では、非固定化関節に比べて後嚢のコラーゲン繊維が乱れ、グリコサミノグリカンが減少していることも報告されている。 グリコサミノグリカンは水分を保持する長鎖の多糖類であり、その減少はコラーゲンの架橋を促進すると考えられる。 後嚢のその他の変化としては、増殖する滑膜細胞の減少と滑膜内膜の長さの減少が挙げられる。 TKAを受けたOA患者から得られたヒト後嚢サンプルは、非拘縮群に比べて拘縮群ではコラーゲン組織の増加と滑膜組織の減少が見られた。 これらの結果は統計的には有意ではなかったが、線維化の増加、滑膜細胞の増殖の減少、滑膜長の短縮というこれまでの結果と一致している。 後嚢の短縮と線維化が相まって、不可逆的な膝関節屈曲拘縮の原因となっている可能性がある。 また、固定化された膝関節の後嚢における遺伝子発現の変化も研究されている。 OAと拘縮を持つ患者の後嚢のゲノムワイド遺伝子発現解析では、カゼインmRNAが減少し、コンドロードヘリン、血管新生誘導因子CYR61、SRY-box 9の4つの遺伝子が増加しており、組織の線維化と関連していることがわかった.
筋肉の痙攣や萎縮は治療できますが、廃用すると関節構造に不可逆的な変化が生じます。
筋肉の痙攣や萎縮は治療することができますが、廃用は不可逆的な関節構造の変化を引き起こします。カプセルによって引き起こされる不可逆的な拘縮は、受動的な可動域を測定したときに「固い終点」によって検出することができますが、「スポンジ状の終点」は理学療法の治療に効果的に反応する拘縮を識別することができます。 現在の治療法のほとんどは理学療法ですが、ほとんどの拘縮は慢性化してリハビリに反応しなくなって初めて診断されます。 慢性的な関節拘縮に対しては、理学療法によるリハビリテーションが最も一般的な治療法で、ストレッチ、運動、静的・動的装具などがあります。 これらの治療では、皮膚の破れ、出血、潰瘍形成、関節の脱臼、痛みなどの合併症が発生する可能性があります。 また、ストレッチは、脳卒中、脊髄、脳損傷、脳性麻痺などの神経症状を持つ人にはほとんど効果がありません。 拘縮がひどく、従来の治療法では効果が得られない場合は、関節包開放手術を行うことができます。 手術は効果的ですが、技術的に難しく、関節を不安定にしたり、重要な神経血管系を損傷する危険性があります。 一般的に、現在の治療法は有効ではなく、この病気は個人の身体機能を永続的に損ないます。 関節拘縮の可動域を広げる可能性のある薬理学的治療法はいくつかあります。 現在、デュピュイトレン手指拘縮およびペイロニー陰茎拘縮の治療に承認されている精製コラゲナーゼ酵素は、後嚢の線維化の増大を標的とする可能性があります。 ウサギのモデルでは、デコリンを関節内に注射することで、線維化遺伝子の発現が変化することが示されており、関節拘縮の重症度を下げることができるかもしれない。 肩の癒着性被膜炎の患者に対して、ヒアルロン酸を関節内に注入して膨らませると、痛みと可動域が改善される。
6.結論
関節拘縮の発生を予防することは最善の方法であるが、拘縮は慢性的で不可逆的な場合に診断されることが多い。 拘縮は時間をかけてゆっくりと進行するため、前段階での特定は困難です . 早期に診断し、標準的な理学療法に反応しない患者を見極めることが、効果的かつ効率的な治療の鍵となります。 人工膝関節置換術を受けたOA患者では、術前の手術による膝の屈曲度の低下と対側の膝の伸展度の低下が拘縮と関連していました。 対側の膝に関節拘縮が生じることは、ウサギの膝関節屈曲拘縮モデルにおいても同様であり、手術をしていないウサギと比較して可動域の著しい減少が認められた。 患者さんでは、両側の膝のROMが減少しているのを観察することで、早期に介入することができます。 予防のためには、関節拘縮を起こしやすい患者を特定し、負荷をかけたり、可動域を広げる運動をして関節に刺激を与えることが有効です。 予防ができない場合は、理学療法によく反応する患者と反応しない患者を特定することで、資源を効率的に利用することができます（軟性エンドフィールと硬性エンドフィールの比較）。 従来の治療に反応しない拘縮のある患者は、他の治療法（手術や薬理学的介入）を検討したり、重症度に応じて、拘縮があっても自立した生活ができるような技術を教えたりすることができます。 重症度の低い拘縮に対するリハビリテーションは、より効率的で管理しやすいプロセスであるため、関節拘縮が出現している患者の早期診断を優先した予防を重視すべきである。
利益相反
著者らは、この論文の発表に関して利益相反がないことを宣言する。