指の関節はなぜポキッと鳴るのか？

あの音

指を引っぱったり反らしたりすると、関節がポキッと鋭い音を立てます。4人に1人から半数近くの人がわざとこれをしていて、科学者たちは1940年代から、この音がどこから出るのかを議論してきました。2015年、カナダの研究チームは男性の指をMRI装置に入れてケーブルで引っぱり、関節が鳴る瞬間の内部を撮影しました。そこで見えたものは多くの教科書の説明と食い違い、3年後には一連の方程式がそれに反論しました。

子どもの頃に聞いたかもしれない「関節炎になるよ」という警告は、50年間片手の指の関節だけを鳴らし続けた医師が検証しました。

指の関節の中

多くの人が鳴らすのは、指が手のひらとつながる関節です。それぞれの関節では、手の骨の丸い先端が、指の付け根にある浅いくぼみに収まっています。どちらの面もなめらかな軟骨に覆われ、関節全体は袋のような膜の中に密閉されています。その袋の中には、関節を動きやすくするぬるぬるした液体、滑液の薄い層があります。

この液体には気体も溶けていて、密閉された炭酸飲料の缶に二酸化炭素が溶けているのと似ています。2本の骨を引き離すと、袋の中の空間は広がるしかありません。液体は伸びてその空間を埋めることができないので、圧力が下がります。圧力が十分に下がると、缶を開けたときに泡が出るように、液体から気体が出てきます。

ここまではほぼすべての研究者の意見が一致しています。関節の中に気体のポケットができるのです。議論になっているのは、どの瞬間に音が出るのかです。

X線の答え

この問いに初めて丁寧に答えようとしたのは1947年でした。ロストンとウィーラー・ヘインズという2人の研究者は、指を引っぱりながら、関節が開く間にX線写真を連続で撮りました。2人は、音が鳴るまでに毎回同じ順序で出来事が起こると記録しました。最初は関節の面同士がくっついたままで、軽く引いてもほとんど動きません。

引く力が強くなると、面は抵抗し、さらに抵抗し、やがて突然パッと離れます。その離れる瞬間に音が聞こえます。その後のX線写真では関節の中にはっきりした隙間が写り、2人はそれを気体のポケットだと考えました。続いてわかったのは、指の関節を鳴らす人なら誰でも知っていることでした。

同じ関節はすぐにはもう一度鳴りません。待ち時間はおよそ20分でした。ロストンとウィーラー・ヘインズは、音は気体のポケットができる瞬間に出ると結論づけました。この説明は24年間支持されました。

はじける泡

1971年、アンズワース、ダウソン、ライトがX線の実験をやり直しました。同じ順序を確認しましたが、結論は違いました。音は泡ができるときではなく、泡がつぶれるときに出るのだと彼らは主張しました。この考えには、物理学の裏付けがたくさんありました。

レイリー卿は1917年に、液体の中で泡がつぶれると急激にエネルギーが放出されることを説明していました。1960年代後半には、その泡の崩壊が船のスクリューの金属まで削り取ることを技術者たちが突き止めつつありました。技術者は、液体の中で泡ができてはつぶれるこの現象をキャビテーションと呼びます。指の関節の音がその小さな版だというのは、筋が通っているように思えました。

1971年のチームは、関節内の気体のおよそ80パーセントが二酸化炭素であることも見つけました。しかもこの考えなら20分待つ理由も説明できます。気体が液体に溶け戻るのに時間がかかるのです。40年以上にわたって、泡の崩壊が教科書の答えでした。

しかし、鳴っている関節の中で泡がつぶれるところを直接見た人はいませんでした。X線は遅すぎてぼやけていて、音が出た瞬間に泡がどうなったのかを映せませんでした。

関節の中を撮影

2015年、アルバータ大学のグレッグ・カウチャックは別のカメラを試しました。共著者でカイロプラクターのジェローム・フライヤーは、思いどおりに指の関節を鳴らすことができました。フライヤーはMRI装置に横たわり、指を1本チューブに入れてケーブルにつなぎました。磁石の反対側で、誰かが関節が鳴るまでゆっくりケーブルを引きました。

装置は1秒に約3枚の画像を撮り、関節の内部を大まかな動画にするには十分でした。これを10か所の異なる関節で行いました。見えたのはこういう光景です。最初は、ケーブルが引いている間も2本の骨の先端はくっついたままです。

それから3分の1秒以内に骨がパッと離れ、その間に暗い空間が現れます。その暗い空間が気体です。そしてここが大事なところです。音が鳴ったあとも、暗い空間は消えませんでした。

指を引っぱっている間は、ポケットはそのまま残っていました。手を離して骨が元に戻ると、ようやく画像から消えました。チームにとって、音のあとも残っているポケットは、崩壊説に反する証拠でした。そこでカウチャックのチームは、1947年にロストンとウィーラー・ヘインズが言ったとおり、音はポケットができるときに出ると主張しました。

濡れた2つの面がくっつき合い、あまりに突然離れるため、間の液体が裂けて空洞ができるというのです。ニュースは謎が解けたと報じました。

方程式の反論

でも、完全にではありませんでした。ポケットがただ開くだけでは、音があれほど大きい理由を説明できなかったのです。2018年、スタンフォード大学のチャンドラン・スジャとパリ近郊の研究所のバラカットという2人の技術者が、物理法則から音を計算しようとしました。彼らは、指の関節が開く様子と、その中の液体にある泡について方程式を立てました。

さらに3人の協力者の実際の音を、関節から1センチもない距離にマイクを置いて録音しました。彼らのモデルでは、圧力の変化はほぼすべて100分の1秒以内に起こります。方程式は、圧力が下がって泡ができた直後から始まります。そのあと圧力が再び上がり始めて泡を押しつぶし、泡がつぶれ始めます。

その崩壊によって、1センチの距離で約83デシベル、主な音の高さが約130ヘルツの音が生まれました。これは以前の測定値に近く、主なパルスの形も彼ら自身の録音に似ていました。ところがモデルでは、泡は最後までつぶれませんでした。一部だけ縮んで、より小さな泡が残ったのです。

その残った泡が、MRIで音のあとも見え続けていた暗い空間かもしれません。つまり2018年の論文は、泡が部分的につぶれることが音の原因になりうると主張しています。MRIは1秒に約3枚しか撮れず、泡のそうした速い変化を見るには遅すぎました。論文によれば、少なくとも1秒に1,200枚は必要で、そのMRIの数百倍の速さです。

鳴らした直後

音が鳴ったあとに何が起こるかは、もっと確かめやすい問題です。2017年、ロバート・ブーティン率いるチームは、成人40人の指の関節400か所を超音波で調べました。そのうち30人は毎日指の関節を鳴らしていました。関節が鳴ると、画面上の関節の中に明るい点が突然現れました。

鳴った直後に検査者がその関節を動かすと、全体の可動域が約8度広くなっていました。腫れた関節は、鳴らす前も後も一つもありませんでした。つまり鳴らした直後は関節がよく動きましたが、それだけでは長期的な害については何も言えません。

あの警告

ここで、あの警告の話です。カリフォルニアの医師ドナルド・アンガーは、子どもの頃に母親や何人ものおばから、のちには義母からもそれを聞かされました。そこで彼は自分の体で実験をしました。50年間、左手の指は1日に少なくとも2回鳴らし、右手の指は比較のためにまれにしか鳴らしませんでした。

彼の計算では、片方の手だけで少なくとも36,500回鳴らしたことになります。1998年、彼はその結果を学術誌「Arthritis & Rheumatism」への投書で報告しました。どちらの手にも関節炎はなく、両手の間に違いは見つかりませんでした。2009年、その投書で彼はイグ・ノーベル医学賞を受けました。

人を笑わせ、そして考えさせる研究に贈られる賞です。もちろん、1人の男性の両手だけでは証明になりません。でも、もっと大きな研究もたいてい同じ結果になります。1975年の高齢の患者の調査では、指の関節を鳴らすこととその関節のすり減りに関係は見つかりませんでした。

2011年の研究では、50歳から89歳の215人について、手のX線写真と指の関節を鳴らす習慣を比べました。関節炎は、指の関節を鳴らす人の約18パーセント、鳴らさない人の22パーセントに見られ、統計的に意味があるとは言えないほど小さな差でした。何十年もよく鳴らしてきた人でも、リスクは高くなっていませんでした。懸念を示した研究も一つありました。

1990年、45歳以上の患者300人の調査では関節炎は増えていませんでしたが、指の関節を鳴らす人は手が腫れていたり握力が弱かったりすることが多かったのです。その後の研究では、腫れや握力について同じ問題は見つかりませんでした。2017年の超音波研究では、鳴らす人と鳴らさない人で握力に差はなく、腫れもまったくありませんでした。同じ2017年の別の研究は、習慣的に鳴らす35人と鳴らさない35人を比べ、握力は同じくらいでしたが、鳴らす人の関節の軟骨のほうが厚いことがわかりました。

その厚い軟骨が何を意味するのか、そもそも意味があるのかは、まだわかっていません。1999年には、指の関節を鳴らすことに関連したけが2件の報告もあります。

結局、あの音は何？

では、あの音の正体は何なのでしょうか。2つの面が離れるとき、関節の液体の中に気体のポケットができることはわかっています。あの音は、ポケットが開くときに出るのか、それともポケットが部分的にまた閉じるときに出るのか、まだ議論が続いています。関節炎については、これまでの研究で指の関節を鳴らすこととの関係は見つかっていません。

この動画を見ながら指の関節を鳴らしたなら、同じ関節がもう一度鳴るまで、たぶん20分ほど待つことになります。