[0697] 歩行中の膝関節内転モーメントと片脚立位移行動作における下肢体幹の運動学的挙動の関連性
Keywords:片脚立位, 表面筋電図, 関節モーメント
【はじめに，目的】
外的膝関節内転モーメント（knee adduction moment：以下,KAM）は,変形性膝関節症（以下,膝OA）の発症と進行に関連することが知られている。その保存療法においてはKAMの減少が目的とされることが多いが,効果的な介入方法に関しては明確でない。一方,両脚立位から片脚立位への移行動作課題は,姿勢制御に関する研究で用いられる。健常者の姿勢制御における骨盤の動きの重要性や,高齢者における股関節および体幹の運動学的挙動および筋活動の変化が報告されており,体幹・骨盤の姿勢制御への関与が重要視されている。姿勢制御課題における体幹・骨盤の運動学的挙動は,歩行動作と関連することが予想されるが,姿勢制御および歩行における動作解析を同一被験者で実施し,その関連性を検討した報告は少ない。我々は,立位から片脚立位への移行動作と歩行中の下肢・体幹の運動学的挙動とが関連することを報告してきたが,筋電図学的な検討が課題であった。よって,本研究の目的は,膝OAに対する効果的な介入方法を検討する一助とするために,歩行時のKAMと関連する片脚立位移行動作時の運動学的特徴を筋電図も含めて検討することとした。
【方法】
対象は,整形外科的および神経学的な疾患の既往のない健常成人9名（24.6±4.3歳,168.2±9.4cm,59.5±5.5kg）とした。動作課題は自然歩行と片脚立位への移行動作（以下,移行動作）の2課題とした。赤外線カメラ6台（Motion Analysis，200Hz）と床反力計2枚（Kistler，1000Hz）,および表面筋電図（日本光電，1000Hz）を同期させ記録した。マーカーセットはHelen Hayes Setを用い,電極は両側中殿筋に貼付した。移行動作は,音刺激後に出来るだけ速く,両脚立位から片脚立位になるように指示し,その後,片脚立位姿勢を約3秒間保持させた。足底の離地は,床反力垂直成分が10N以下になった時点と定義した。解析ソフトOrthoTrak（Motion Analysis）を使用し,歩行立脚期のKAM第一ピーク値（以下,KAM_ peak）,および移行動作における拳上側の足底離地時（以下,移行点）でのKAM（以下,KAM_tran）,体幹側方傾斜角度,骨盤傾斜角度,股関節内・外転角度を算出した。なお,角度データは安静立位時からの変化量として算出した。また,表面筋電図は,20-500Hzにてbandpass filter処理し,全波整流後に50Hzのlow pass filterにてスムージングを行った。得られた波形から移行動作時における支持側および拳上側中殿筋の活動開始点（以下,onset）を同定し,足底離地との時間差（以下,onset潜時）を算出した。onsetの定義は,音刺激前50ms間の平均+3SD以上の活動が50ms以上継続した最初の時点とした。統計学的検討は,KAM_peakと移行動作時の各算出データとの相関をPearsonの相関係数を用いて検討し,有意水準は5％未満とした。
【倫理的配慮，説明と同意】
対象者には事前に研究について十分な説明を行い,理解と同意を得られた者のみ同意書に著名し実験に参加した。また,本研究は本学保健科学研究院の倫理委員会に申請し,承認を得た。
【結果】
onset潜時に関しては,支持側中殿筋が－250.40±61.13ms,拳上側中殿筋が－440.70±66.48msであり,全例で足底離地に先行した。また全例で拳上側中殿筋のonsetが支持側中殿筋のonsetに先行した。KAM_peakとの相関に関しては,移行動作における支持側中殿筋のonset潜時（r=－0.79,p＜0.05）および拳上側への体幹傾斜角度（r=0.69,p＜0.05）との間に有意な相関を認めた。移行動作課題における他の検討項目とKAM_peakとの間に有意な相関は認めなかった。
【考察】
本研究結果は,健常成人においても,姿勢制御戦略（動作パターン）に個人差がある可能性,さらに歩行中のKAMが,より単純な動作課題である移行動作の姿勢制御戦略と関連することが示唆された。移行動作における筋活動開始のタイミング,および体幹傾斜角度と相関を認めたことは,筋力の強化に着目した介入だけではなく神経筋制御に対するアプローチがKAMを変化させる可能性があることを示唆したものと思われる。今後は,健常高齢者および変形性膝関節症患者での検討が課題である。
【理学療法学研究としての意義】
本研究は,より単純な姿勢制御課題での姿勢制御戦略が,膝OAの発症・進行のリスクとされるKAMに影響する可能性を示唆した。臨床における評価・治療の一助になると思われる。
外的膝関節内転モーメント（knee adduction moment：以下,KAM）は,変形性膝関節症（以下,膝OA）の発症と進行に関連することが知られている。その保存療法においてはKAMの減少が目的とされることが多いが,効果的な介入方法に関しては明確でない。一方,両脚立位から片脚立位への移行動作課題は,姿勢制御に関する研究で用いられる。健常者の姿勢制御における骨盤の動きの重要性や,高齢者における股関節および体幹の運動学的挙動および筋活動の変化が報告されており,体幹・骨盤の姿勢制御への関与が重要視されている。姿勢制御課題における体幹・骨盤の運動学的挙動は,歩行動作と関連することが予想されるが,姿勢制御および歩行における動作解析を同一被験者で実施し,その関連性を検討した報告は少ない。我々は,立位から片脚立位への移行動作と歩行中の下肢・体幹の運動学的挙動とが関連することを報告してきたが,筋電図学的な検討が課題であった。よって,本研究の目的は,膝OAに対する効果的な介入方法を検討する一助とするために,歩行時のKAMと関連する片脚立位移行動作時の運動学的特徴を筋電図も含めて検討することとした。
【方法】
対象は,整形外科的および神経学的な疾患の既往のない健常成人9名（24.6±4.3歳,168.2±9.4cm,59.5±5.5kg）とした。動作課題は自然歩行と片脚立位への移行動作（以下,移行動作）の2課題とした。赤外線カメラ6台（Motion Analysis，200Hz）と床反力計2枚（Kistler，1000Hz）,および表面筋電図（日本光電，1000Hz）を同期させ記録した。マーカーセットはHelen Hayes Setを用い,電極は両側中殿筋に貼付した。移行動作は,音刺激後に出来るだけ速く,両脚立位から片脚立位になるように指示し,その後,片脚立位姿勢を約3秒間保持させた。足底の離地は,床反力垂直成分が10N以下になった時点と定義した。解析ソフトOrthoTrak（Motion Analysis）を使用し,歩行立脚期のKAM第一ピーク値（以下,KAM_ peak）,および移行動作における拳上側の足底離地時（以下,移行点）でのKAM（以下,KAM_tran）,体幹側方傾斜角度,骨盤傾斜角度,股関節内・外転角度を算出した。なお,角度データは安静立位時からの変化量として算出した。また,表面筋電図は,20-500Hzにてbandpass filter処理し,全波整流後に50Hzのlow pass filterにてスムージングを行った。得られた波形から移行動作時における支持側および拳上側中殿筋の活動開始点（以下,onset）を同定し,足底離地との時間差（以下,onset潜時）を算出した。onsetの定義は,音刺激前50ms間の平均+3SD以上の活動が50ms以上継続した最初の時点とした。統計学的検討は,KAM_peakと移行動作時の各算出データとの相関をPearsonの相関係数を用いて検討し,有意水準は5％未満とした。
【倫理的配慮，説明と同意】
対象者には事前に研究について十分な説明を行い,理解と同意を得られた者のみ同意書に著名し実験に参加した。また,本研究は本学保健科学研究院の倫理委員会に申請し,承認を得た。
【結果】
onset潜時に関しては,支持側中殿筋が－250.40±61.13ms,拳上側中殿筋が－440.70±66.48msであり,全例で足底離地に先行した。また全例で拳上側中殿筋のonsetが支持側中殿筋のonsetに先行した。KAM_peakとの相関に関しては,移行動作における支持側中殿筋のonset潜時（r=－0.79,p＜0.05）および拳上側への体幹傾斜角度（r=0.69,p＜0.05）との間に有意な相関を認めた。移行動作課題における他の検討項目とKAM_peakとの間に有意な相関は認めなかった。
【考察】
本研究結果は,健常成人においても,姿勢制御戦略（動作パターン）に個人差がある可能性,さらに歩行中のKAMが,より単純な動作課題である移行動作の姿勢制御戦略と関連することが示唆された。移行動作における筋活動開始のタイミング,および体幹傾斜角度と相関を認めたことは,筋力の強化に着目した介入だけではなく神経筋制御に対するアプローチがKAMを変化させる可能性があることを示唆したものと思われる。今後は,健常高齢者および変形性膝関節症患者での検討が課題である。
【理学療法学研究としての意義】
本研究は,より単純な姿勢制御課題での姿勢制御戦略が,膝OAの発症・進行のリスクとされるKAMに影響する可能性を示唆した。臨床における評価・治療の一助になると思われる。