[0696] 歩隔の変化が歩行・階段昇降時の外部膝関節内反モーメントに及ぼす影響
Keywords:歩行分析, 歩隔, 内反モーメント
【はじめに，目的】
内側型変形性膝関節症（以下,膝OA）の発症や進行には膝関節内側にかかる力学的負荷が関わるとされ,その指標として,外部膝関節内反モーメント（以下,KAM）が用いられる。歩行や階段昇降動作は日常生活で頻繁に用いられ,これらの動作時にKAMを減少させることは,膝OAの発症や進行を予防することにつながると考えられる。歩行に関しては,先行研究においてKAMを減少させる様々な方法が提案されているのに対し,階段昇降動作において同様の比較を行った研究は少ない。本研究では,簡易的に変化させることのできる歩隔に注目した。膝OA患者では,変形や疼痛など様々な要素が動作に影響する。そのため,まず基礎的研究として,本研究は健常者を対象とし,歩行・階段昇降時の歩隔の変化が,KAMに与える影響を明らかにすることを目的とした。
【方法】
対象は,測定側の下肢に整形外科的疾患及び手術歴のない若年健常者15名（男性7名，女性8名，年齢；22.0±1.0歳）とし,利き足（ボールを蹴る側の下肢）を対象として計測を行った。
測定課題は,歩行と階段昇段・降段の3課題とした。歩行は,中央に床反力計が埋め込まれた6mの歩行路を用いた。階段昇降は,蹴上げ20cm，踏み幅30cmとなるように設定した2段の階段を床反力計上に作成し,1段目に利き足が乗るように動作を行わせた。
各課題で,歩隔を1）normal,2）narrow,3）wideの3条件に変化させた。歩隔は,それぞれの課題の前に自然な動作を行わせて測定し,normal条件として用いた。narrow,wideはそれぞれnormal条件の歩隔±10cmの条件とした。各条件の歩隔は,歩行路・階段に貼付したテープにより規定した。歩行速度は3条件で同じになるよう,光電管を使用し自然歩行の速度に統一した。階段昇降の動作速度は,メトロノームを用いて全ての条件で1段/秒に統一した。歩隔や動作速度が規定から著しく外れた試行は棄却し,各条件3回ずつ計測を行った。
動作解析には三次元動作解析装置VICON NEXUS（VICON社製）および床反力計（KISTLER社製）を使用し,サンプリング周波数はカメラ200Hz,床反力計1000Hzにて計測を行った。反射マーカーは被験者の全身27ヶ所に貼付した。解析区間は,歩行では左右ともに別々の床反力計上に乗った1ストライド,階段昇降では1段目の接地から離地までとした。Plug-in-gait fullbody modelを用いた解析より,KAMを算出し,2峰性を示す立脚期のKAMの前半の最大値（以下,P1）と後半の最大値（以下,P2）を求めた。得られた値は,被験者の身長・体重で除することにより,標準化した（Nm/kgm）。
P1とP2について,条件ごとに3回の試行における平均値を算出し,解析に用いた。歩行,階段昇段・降段それぞれについて,normalに対するnarrowとwide両条件の比較を,対応のあるt検定およびBonferroni補正により行った。有意水準は5％とした。
【倫理的配慮，説明と同意】
被験者には本研究の主旨について十分に説明の上,同意を得た。
【結果】
歩行では,normal（P1；0.38（平均値,単位；Nm/kgm），P2；0.29）と比較し,narrowでP1（0.37）が有意に減少,P2（0.33）が有意に増加し,wideでP1（0.36）が有意に減少した。階段昇段ではnormal（P1；0.35,P2；0.25）と比較し,narrowでP2（0.30）が有意に増加した。wideではP1（0.33）が減少傾向にあった（p＝0.051）が,有意差は認められなかった。降段では,normal（P1；0.27,P2；0.23）と比較し,narrowでP1（0.29），P2（0.27）ともに有意に増加し,wideでP1（0.24）が有意に減少した。
【考察】
本研究の結果,narrowでは,歩行でP1の有意な減少がみられたものの,P2で有意に増加しており,階段昇降ではP1,P2ともに,減少することはなかった。一方で,wideでは歩行・階段昇降の全ての課題においてP1が減少傾向にあり,KAMが有意に増加する項目はみられなかった。このことより,KAMを減少させるには,歩行,昇段,降段全てにおいて,歩隔を広くすることが有効であると考えられた。歩隔を広くすると通常よりも足部が外側に接地するため,床反力ベクトルが膝関節中心に近づき,KAMのモーメントアームが減少するためと考えられる。
一般に,P1はP2と比較して大きいとされ,臨床上,より重要であると考えられる。本研究では,wide条件において歩行,階段昇段・降段におけるP1の減少がみられ,膝OA患者の動的負荷軽減に関する重要な示唆を与えると考えられた。本研究は健常者を対象とした基礎的な研究であるため,今後は,膝OA患者を対象として歩隔の変化が膝関節への負荷に与える影響を明らかにしていく必要がある。
【理学療法学研究としての意義】
本研究の結果より,歩隔を広くすることにより,歩行・階段昇降時のKAMを減少させられることが示唆された。これは,膝OAの進行を予防する動作戦略の解明に寄与する知見となりうる。
内側型変形性膝関節症（以下,膝OA）の発症や進行には膝関節内側にかかる力学的負荷が関わるとされ,その指標として,外部膝関節内反モーメント（以下,KAM）が用いられる。歩行や階段昇降動作は日常生活で頻繁に用いられ,これらの動作時にKAMを減少させることは,膝OAの発症や進行を予防することにつながると考えられる。歩行に関しては,先行研究においてKAMを減少させる様々な方法が提案されているのに対し,階段昇降動作において同様の比較を行った研究は少ない。本研究では,簡易的に変化させることのできる歩隔に注目した。膝OA患者では,変形や疼痛など様々な要素が動作に影響する。そのため,まず基礎的研究として,本研究は健常者を対象とし,歩行・階段昇降時の歩隔の変化が,KAMに与える影響を明らかにすることを目的とした。
【方法】
対象は,測定側の下肢に整形外科的疾患及び手術歴のない若年健常者15名（男性7名，女性8名，年齢；22.0±1.0歳）とし,利き足（ボールを蹴る側の下肢）を対象として計測を行った。
測定課題は,歩行と階段昇段・降段の3課題とした。歩行は,中央に床反力計が埋め込まれた6mの歩行路を用いた。階段昇降は,蹴上げ20cm，踏み幅30cmとなるように設定した2段の階段を床反力計上に作成し,1段目に利き足が乗るように動作を行わせた。
各課題で,歩隔を1）normal,2）narrow,3）wideの3条件に変化させた。歩隔は,それぞれの課題の前に自然な動作を行わせて測定し,normal条件として用いた。narrow,wideはそれぞれnormal条件の歩隔±10cmの条件とした。各条件の歩隔は,歩行路・階段に貼付したテープにより規定した。歩行速度は3条件で同じになるよう,光電管を使用し自然歩行の速度に統一した。階段昇降の動作速度は,メトロノームを用いて全ての条件で1段/秒に統一した。歩隔や動作速度が規定から著しく外れた試行は棄却し,各条件3回ずつ計測を行った。
動作解析には三次元動作解析装置VICON NEXUS（VICON社製）および床反力計（KISTLER社製）を使用し,サンプリング周波数はカメラ200Hz,床反力計1000Hzにて計測を行った。反射マーカーは被験者の全身27ヶ所に貼付した。解析区間は,歩行では左右ともに別々の床反力計上に乗った1ストライド,階段昇降では1段目の接地から離地までとした。Plug-in-gait fullbody modelを用いた解析より,KAMを算出し,2峰性を示す立脚期のKAMの前半の最大値（以下,P1）と後半の最大値（以下,P2）を求めた。得られた値は,被験者の身長・体重で除することにより,標準化した（Nm/kgm）。
P1とP2について,条件ごとに3回の試行における平均値を算出し,解析に用いた。歩行,階段昇段・降段それぞれについて,normalに対するnarrowとwide両条件の比較を,対応のあるt検定およびBonferroni補正により行った。有意水準は5％とした。
【倫理的配慮，説明と同意】
被験者には本研究の主旨について十分に説明の上,同意を得た。
【結果】
歩行では,normal（P1；0.38（平均値,単位；Nm/kgm），P2；0.29）と比較し,narrowでP1（0.37）が有意に減少,P2（0.33）が有意に増加し,wideでP1（0.36）が有意に減少した。階段昇段ではnormal（P1；0.35,P2；0.25）と比較し,narrowでP2（0.30）が有意に増加した。wideではP1（0.33）が減少傾向にあった（p＝0.051）が,有意差は認められなかった。降段では,normal（P1；0.27,P2；0.23）と比較し,narrowでP1（0.29），P2（0.27）ともに有意に増加し,wideでP1（0.24）が有意に減少した。
【考察】
本研究の結果,narrowでは,歩行でP1の有意な減少がみられたものの,P2で有意に増加しており,階段昇降ではP1,P2ともに,減少することはなかった。一方で,wideでは歩行・階段昇降の全ての課題においてP1が減少傾向にあり,KAMが有意に増加する項目はみられなかった。このことより,KAMを減少させるには,歩行,昇段,降段全てにおいて,歩隔を広くすることが有効であると考えられた。歩隔を広くすると通常よりも足部が外側に接地するため,床反力ベクトルが膝関節中心に近づき,KAMのモーメントアームが減少するためと考えられる。
一般に,P1はP2と比較して大きいとされ,臨床上,より重要であると考えられる。本研究では,wide条件において歩行,階段昇段・降段におけるP1の減少がみられ,膝OA患者の動的負荷軽減に関する重要な示唆を与えると考えられた。本研究は健常者を対象とした基礎的な研究であるため,今後は,膝OA患者を対象として歩隔の変化が膝関節への負荷に与える影響を明らかにしていく必要がある。
【理学療法学研究としての意義】
本研究の結果より,歩隔を広くすることにより,歩行・階段昇降時のKAMを減少させられることが示唆された。これは,膝OAの進行を予防する動作戦略の解明に寄与する知見となりうる。