報 告
杖
を
使
用 した
段
差
昇 降
の
力
学 的
解析
一
肩 関節
と
膝 関節
の負担
の比
較
＊ 相馬 俊 雄
1） 大 西秀 明
］）伊 橋 光
二 2）百 瀬
公 人 2）大
山峰
生 4）市
江 雅 芳 5） 山本 澄
子3）曾津加 代
子5） 半 田 康 延 6） 要旨 本 研 究の 目的は，
通 常 指 導 される 「健 脚 昇 り， 患 脚 降 り」 と， その逆の 「患脚昇 り，
健 脚 降 り」での肩 関 節 と膝 関 節の関節モー
メ ン トを算出 し， 身体に負担の少ない段差昇 降 動 作を検 討 することである。 対 象 は健 常 成人 10 名で あっ た。
運動 課題 は右 下 肢を健 脚，
左 下 肢 を患 脚と想 定した昇 降 動 作であ り，
健 側上 肢で ロ フ ス トラン ド杖 （L
杖 ） を用い て患 脚に体 重の2
／3
以 下の部 分 荷 重 を 維持 し た ま ま，2
種 類の 昇 降 勦 作 を二動 作二足一
段で行っ た。 動作中の肩 関 節内転，
肘 関 節 伸 展お よ び膝 関 節 伸 展モー
メ ン トは三 次元 動 作 解 析装置と床 反 力 計を用い て算 出 し，
その ピー
ク値 を 求め た。 さ ら に等尺性 随 意最大屑関節内 転と膝 関 節 伸 展モー
メ ン トの値 を 基準に し て，
動作中 の各関節モー
メン ト を 正規 化し て 比較 し た。 その結 果 各 関 節モー
メ ン トの ピー
ク 値 を 比 較する と，
昇 り降 り動 作ともに膝 関 節 伸 展モー
メ ン トで は 「健 脚 昇 り， 患 脚 降 り」が，
肩 閲 節 内 転モー
メ ン トで は 「患 脚 昇 り，
健 脚 降 り」 が 有 意に大 き な値 を 示し た。
肘関節 伸展モー
メ ン トで は有 意 な 差は認 め られ なか っ た。
次に最 大関節モー
メ ン トに 対する相対値を 比 較 す る と，
「患 脚 昇 り， 健 脚 降 り」の 肩 関節内転モー
メ ン トが昇 り動 作では75．
2％，
降 り動 作で は90．
2％と有 意に大 き かっ た。
以 上 よ り， 「愚脚 昇 り，
健 脚 降 り」で動 作を行 うと肩 関 節 内 転モー
メ ン トの相 対 値 が 非 常に大 き く な り，
動 作の遂行が困 難になる と予 想 され る。 よっ て，
L杖 を使用 した昇 降 動 作の指 導を行 う場 合，一
般 的に指 導 されるこ とが多い 「健 脚 昇 り， 患 脚 降り」の方が身体の負担が少 ない こ と が力 学 的 解 析か らも 裏 付 けら れ た。 キー
ワー
ド ロ フ ス トラ ン ド杖，
段 差 昇 降，
関 節モー
メ ン ト ＊Kinetic Analysis for Ascending and Discending Steps with
LOfstrand Crutch：Comparison of
the Load on the Shou［der and 【he Knee Jolnt
l ） 新 潟 医 療 福 祉 大 学 医 療 技 術 学 部 理 学 療 法 学 科 （〒 950
−
3198新 潟 県 新 潟 市 島 見 町1398番 地 ）Toshio Soma
，
RPT．
MS．
Hideaki Onishi，
RPT．
PhD：Departmentof Physical Therapy
，
School of Health Sciences，
Niigata University of Health and We］fnre2）山 形県立保 健 医 療大学 保 健 医療 学 部 理 学 療 法 学 科
Kimito Momose
，
RPT．
PhD，
Koji Ihashi，
RPT、
PhD：Departmentof Physicat Therapy
，
Yamagata PrefecturaL Unlversity Schoot ofHeatth
Science
3） 国 際 医 療 福 祉 大 学 大 学 院
Sumike Yamamoto
，
Eng，
PhD：Graduate Schoo1、
InternationatUniversity of Health and Wetfare
4）メ
ー
ヨー
ク リニ ッ ク・
ロチェ ス ター
整 形 外科バ イ オ メ カニ クス研 究室Mineo Oyama
，
OTR．
PhD； Mayo Clinic Rochester，
DivisionOrthopedic Research
，
Biomechanics Laboratory 5｝ 東 北 大 学 大 学 院 医 学 系 研 究 科 運 動 機 能 再 建 学Kayoke Aidu
，
RPT．
PhD，
Masayoshi Ichie．
MD，
PhD：Departmentof Restorative Neuromuscu ］ar Surgery and Rehabilitation
．
Tohoku University，
Graduate Schoot of Medicine6） 東 北 大 学 未 来 科 学 技 術 共1司研 究セ ンタ
ー
Yasunobu Handa
．
MD．
PhD：New Industry Creation HatcheryCenter
，
Tohoku University〔受 付日 2001年10月15日 ／受理日 2002年4 月8日） は じ め に 段 差 昇 降 動作は 日常生活に おいて頻 回に繰 り返 さ れ る 動 作で あ り
，
理 学 療 法における移 動 動 作 訓 練の 中で も障 害 者お よび高 齢 者に とっ て難 度が 高い。 また， 日常 生 活 動 作の 自立に おいて も重要 な 動作の一
つで あ る。
健 常 人 に お け る 段 差 昇 降の動 作 解 析 は，
数多く報 告 さ れてい る 1’
］1） 。 江原ら ID は，
段 差 昇 降 時の下 肢 関 節モー
メ ン トを計 測しており，
昇 段 時お よ び降 段 時ともに段 の上で支 持 してい る膝 関 節 伸 展モー
メ ン トが大 き くな る と報 告 してい る。
またAndriacchi
ら1）は，
階段 降 り動 作に必 要な膝関節 伸展モー
メ ン トは平地歩行 よ り3倍も 大 きい と報 告 し てい る。 さら に McFadyen ら 2＞は，
膝 関 節 伸 展 筋が昇 段 時には求 心 性 収 縮 を行い，
降段 時には 遠 心 性収縮 を行っ て，
階 段 昇 降に は重 要 な 役 割を 果た し てい る と報 告 してい る。 こ の ように，
階段 昇 降に おいて 膝 関 節の果たす 役 割は大 き く，
その 動 作 解 析は股関節お144 理 学 療 法 学 第29巻 第5号 よ び 足関節よりも重 要であると 思 われ る。
一
方，
杖を用い た段差昇 降の上 肢の作 用 は ほ と ん ど 明 らかになっ てい ない 。Opita
ら 12）は，
杖を使 用し て平 地歩 行を行っ た際に，
肘・
肩 関 節 と床 反 力ベ ク トル の位 置 関 係か ら，
杖 使 用 側上肢の筋の作 用に はパ ター
ンが み ら れ ると報 告し てい る が，
随 意 最 大 関 節モー
メ ン トに対 して の肘・
肩 関 節モー
メ ン トの比 較 を 行っ てい ない。
ま た，
野々垣 ら1．
3）は，T
字 杖 を 使 用 して階 段 昇 降を行わ せ 下 肢 関 節モー
メ ン ト に与 える影 響 を報 告し てい る が，
杖 を使 用 してい る 上肢の関 節モー
メ ン トの 解析や患脚の 荷 重 量の設 定 を行っ て い ない 。 臨床で は理学療 法 士が 整 形 外 科 疾 患に よ る一
側 下肢に 運動 機能 障害を有す る患 者の段 差 昇 降 訓 練 を 行 う場 合，
一
般 的に昇り は 上 段 に健 脚 か ら 上 げ，
降り は 下段に患 脚 か ら降ろす 「健 脚 昇 り，
患 脚 降 り」 （以 下，一
般 昇 降） を 指 導 する。 服 部 ら 14）は，
杖 を 使 用 した段 差 昇 降には一
般 昇降が基 本 的なパ ター
ンである と述べ て い るが，
患 脚に膝 関 節 屈 曲位で体重を支 持 する能 力がある場 合は， 「患 脚 昇 り，
健 脚 降 り」 （以下，
逆 昇 降）を指導するこ と があると述べ てい る。 し か し， その理 由につ い て明 確に 述べ ら れ てい る もの は な く，
これ らの方 法 を力 学 的に分 析， 考 察してい る報 告 もほ とん どみ ら れ ない。
関節モー
メン トは 三次元動 作 解 析 装 置 と床 反 力 計 を 用 い て測 定さ れ，
動 作 中の筋 活動 を定量 的 に知る た め に有 効 な手 段で ある。 しか し，
異 なる関 節における関 節モー
メ ン トの ピー
ク値 か ら，
その 関 節に加わ る負 担を 比較 す る こ と は で き ない。
そこで，
我々は筋 力 測 定 装 置 を用い て計 測 した各 関 節の随 意 最 大 関 節モー
メン トの値に よ り，
昇降 動 作 時の 関節モー
メ ントの ピー
ク値を相 対 値と し て表し，
異 な る 関節 間で比 較 を行っ た。 本 研 究の 目的は，
ロ フ ス ト ラン ド杖 （以 下，L
杖 ） を 使用 し 部 分 荷重 （以 下，
PWB ） 条 件で一
般 昇 降と 逆昇 降を二動 作二 足一
段で一
段の段 差 昇 降 を行い， 各 関 節モー
メ ン トの ピー
ク値お よび相 対 値を2つ の 動作で 比較 し，
身体に負担の少ない 昇 降 動 作につ い て力 学 的に考 察 を加 える ことである。 方 法 1．
対 象 対 象はイン フ ォー
ム ドコ ンセ ン トが得ら れ た， 両 上 下 肢に整 形 外 科 的 疾 患の既 往のない 健 常成 人10名 （男性6
名， 女 性4名 ）であ り，
年 齢は 22〜
31歳 （26．
7± 3．
3 歳，
平 均 値 ± 標 準 偏 差 ）で あっ た 。 身 長は156〜
177cm （167．
3± 6．
5 cm ）で あ り，
体 重 は49 〜 81kg
（63．
7
±11．
lkg
）であっ た。 2．
使 用 機 器と動 作 課題 動 作 解 析に は 三 次 元 動 作 解 析装 置 （VICON512
，Oxford
Metrics
Ltd．
，Oxford
），
サン プ リ ン グ周 波 数60Hz
のCCD
カ メ ラ 8台，
床 反 力計 （OR6 ・
6−2000
，AMTI ，
MA
）6
台，
20 cm 昇 降 台 （蹴 上 20 cm，
幅 40cm，
踏而30cm
）3
台 を用い た （図1）。 被 験 者には，
赤外線反射マー
カー
（直 径25mm
：以 下， マー
カー
） を，
両 側の肩 関 節・
肘 関 節・
手関節・
股関節・
膝 関 節・
進 行 方 向 一圄
2
2
2
1
1
1
水平 面 1：杖 使用 上肢の床反力 計 （3台 ＞ 2 ；健 脚の床 反 力 計 （3台 ） 図 1 床 反 力 計と昇 降 台配置 図 ロ フ ス トラン ド杖使用側上 下肢 を 健 側、
反 対 側下肢 を思 側 （網 線 ）と規 定し た。
1 杖 使 用側 上 肢の肩 関節内 転 お よ び 肘 関 節 伸 展モー
メ ン トを測定 する床 反力 計3枚。
2，
健 脚の膝 関 節 伸 展モー
メン トを測 定 す る 床 反 力 計3枚。 健 脚 足 部 とL
杖は同一
の床反力 計上 に乗 ら ない ように し、
20cm 台 は 中 央の床 反 力 計 上 に 横 に 並べ設 置 し た。
足 関節
・
第5
中 足趾 節問 関節 （以 下， 第5MP
関節）と， 杖 先 端 外 側 部の合 計 15箇 所に貼 り付 けた。 身 体へ のマー
カー
の貼 り付 け 位 置は，
臨 床 歩 行 分 析 研 究 会の規 定に よ るもの とし た11 ）。 被 験 者 は 右 下 肢 を 健 脚，
左 下 肢 を 患 脚 と 想 定 し，
右 上 肢で L杖 を使 用 した。 杖の長 さは 立位で杖 先 を 健 脚 小 趾 の前 外 側15cm の位 置に置 き，
グ リッ プを握っ た時に肘 関節30
度屈 曲位とな る ように設定し た。
患 脚足部に は 下 肢 部 分 荷 重 訓 練 装 置 （MP −
100，
ア ニ マ 社，
東 京） を 装 着 し，
昇 降 動 作 中は患 脚PWB を体 重の 2／3
以下 に 維持 する よう指示 し た。 昇降 動 作 中， 患 脚に2
／3PWB
以 上の負 荷が か かると警 告 音が鳴るように セッ ト し，
警 告 音が鳴っ た場 合はその動 作 を無 効と した。 また， 実 験 に先立 ち被験者に は，
上記の条 件で昇 降 動 作を繰り 返 し 十 分に練 習させ た。 昇 降 動 作は一
般 昇 降 とその 逆の逆 昇 降 を1
試 行 ずつ行 っ た。
動作は L 杖と患 脚が 同期して接地 お よ び離地する よう指 示 を し，
二動 作二足一
段となる ように した。一
般 昇 降 とは，
昇 りはL
杖 と患 脚で身体 を 支 持 して健 脚 を先 に 台へ 上 げ，
降 り は 健 脚 で身 体を支 持 し てL
杖と患脚 を 先に台か ら降ろす 動 作である （図2
上）。 逆 に，
逆昇 降 と は一
般 昇 降の逆の動 作で あ り，
昇 りは健 脚で 身体を支 持 し てL
杖と患 脚 を先に台へ 上 げ ， 降 り はL
杖 と患 脚で 身 体を支 持して健 脚を先に台か ら降ろす 動 作である （図 2下）。 また，
床 反 力 計は健 脚 側の 3台で健 脚，
L杖 接 地 側で杖の反力 を計 測し，
健 脚足部 とL
杖が 同一
の床反力 計 上 に 乗 ら ない ように し た （図1）。
昇 り 動 作 は 静 止 立 位か ら開 始 し，
台の上で静 止 した後，
降 り動 作 を行い 再 び静 止 立 位 をとり終 了 した。 動 作 速 度は被 験 者の行い や すい 速度とし規定し な かっ た。
L
杖お よ び健 脚が床に接 地し ている支 持 相の健 側の肩 関 節 内 外 転，
肘 関 節 屈 曲 伸 展，
膝 関 節 屈 曲 伸 展モー
メ ン トの ピー
ク値を以 下 の ように算出し絶対値 を求め た。 肩 関 節 内 外 転モー
メ ン トは肘 関 節・
肩 関 節・
股 関 節の 3つ のマー
カー
で規 定され る平 面に， 杖か らの床 反 力ベ ク ト ルを投 影し，
その ベ ク トル に肩 関 節か らの垂線の距 離を か けて算 出し た。 したが っ て，
外 転とは上腕を体 側よ り 三次元空間内の あら ゆ る位 置へ 挙 上 する運 動 を示し ， 内 転と は その外転位より体側へ 戻る 運動 を 示すこ と と規定 した。 肘 関 節 屈 曲 伸 展モー
メ ン ト は手 関 節・
肘 関 節・
肩 関 節の3
つ のマー
カー
で規 定 され る 平 面に，
杖 か らの床 反力ベ ク トルを投 影し，
そのベ ク トルに肘関節か らの垂 線の距 離を かけて算出 し た。 膝関 節 屈曲伸展モー
メン ト は足 関 節・
膝 関 節・
股 関 節の 3つ のマー
カー
位 置で規 定一
般 昇 降 （健 脚 昇 り・
患 脚 降 り） 逆 昇 降 （患 脚 昇 り・
健 脚 降 り） 図2 昇降 動 作 課 題 動 作 はL杖 と 患 脚 が 同 期 し て 接 地 お よ び 離 地 す る よ う 指 示 を し、
二動 作二足一
段 と な る よ う に し た。
上 の一
般 昇 降 と は、
昇 り は 健 脚 を 先 に 台へ 上 げ、
降 り はL杖 と 患 脚 を 先 に 台 か ら 降 ろ す 動 作 で あ る。
逆 に 下 の 逆 昇 降 と は一
般 昇 降 の 逆 の 動 作 で あ り、
昇 り はL杖 と 患脚 を先に台へ 上げ、
降 りは健 脚 を先に台か ら降ろす動 作である。
昇り動作は静止 立位か ら開 始し．
台の上 で静止し た後、
降 り動作 を行い再び静止立位をとり終了し た。146 理 学 療 法 学 第29巻 第5号 さ れ る平 面に
，
健 脚からの床 反 力ベ ク トル を投 影 し，
そ の ベ ク トル に膝関 節か らの垂 線の 距 離 を か けて算 出 し た。 各関 節 角 度は各マー
カー
位 置より以下の ように求め た。
肩 関 節は肘 関 節・
肩 関 節・
股 関 節のマー
カー
のな す 角度，
肘 関節は手関節・
肘関節・
肩関節のマー
カー
の な す 角 度，
膝 関 節は 足関 節・
膝 関 節・
股関 節の マー
カー
の なす 角 度 と した。 統 計 処理 には昇 降動 作 中の 肩関節 内 外 転・
肘関節 屈 曲 伸展・
膝関節屈 曲伸展モー
メ ン トの ピー
ク値を一・
般昇 降 と逆 昇 降で対 応の あるt検 定 （有 意 水 準は1％）を用い 比較した。 3．
相 対 値の算出 異な る 関節間 で 関節モー
メ ン トを 比 較 するため随 意 最 大関節モー
メ ン トを計測 し た。
相対 値は昇 降動作 時の各 関 節モー
メ ン トの ピー
ク値を随 意 最 大 関 節モー
メ ン トの 値で除し て鈴：出した。 随 意 最 大 関 節モー
メ ン トは以下 の 方 法で計測 し た。
肩 関 節 内 転 筋 およ び膝 関 節 仲 展 筋の随 意 最 大 関 節モー
メ ン トは，
筋 力 測 定 機 器 （KIN−COM ，
Chattanooga，
TN
）を用い て 測定し た。
被 験側 は杖使用側 とな る右上 下肢と し た。 測定 角度は昇 降動 作時に得ら れ た関節モー
メ ン ト の ピー
ク値が発 揮さ れ た関 節 角 度に近 似した値を 設 定し た。 随 意 最 大 肩 関 節 内 転モー
メ ン トは，一
般 昇 降 お よ び逆 昇降 で ピー
ク値が発 揮さ れ た肩関節30度 外 転 位 で 測 定 し た。
測 定 肢 位 は 椅 子 座 位 で 肩 関 節 を30度 外 転，
軽 度 内旋 位で保 持 する た め 上腕 部をベル トで 固 定し，
肘関節は90
度屈曲位 と した。 随 意 最 大 膝関節 伸展モー
メ ン トは， 逆昇 降で ピー
ク値が発 揮さ れ た膝 関 節30
度 屈 曲 位お よ び一
般 昇 降でピー
ク値が発 揮さ れ た60度 屈 曲 位で測 定 した。測 定 肢 位は椅 子 座 位で両上肢 を組 ませ，
膝 関 節 を 屈 曲位で保 持 する た め大 腿 近 位 と下腿 遠 位 をベ ル トで 固定し た。
また，
測定 中の体 幹お よ び骨 盤の動 き を防 ぐた め，
背 もた れ に体 幹お よ び骨 盤をベ ル トで十 分 に固 定 した。 測 定 手 川頁は各 運 動 課 題 を 施 行 する前に中 等 度の努 力で ウ ォー
ム ア ッ プを 行い，3
分 間の休 息 後5
秒 間 の随 意 最 大 等尺性 収 縮 を 行っ た。
測 定は各運動 課題を 2回ずつ 行い，
疲 労の影響 を 避 け る た めに各施 行 間に 3 分間の休 息を 入 れ た。
筋 力測定 機 器によ り得ら れ た 随 意 最 大 肩 関 節 内 転 およ び膝 関 節 伸 展モー
メ ン トの ピー
ク値 は，
運 動 開 始 後 1秒 以 降の 最 も 大 き な 値 （Nm
）と し た。
ま た，
各運動 課題の そ れ ぞ れ2施 行の うち，
ピー
ク値が 大 きい方を解 析 対 象と し た。 結 果 1．
昇 り動 作時にお ける肩関節 内外転・
肘 関 節 屈 曲伸 展・
膝 関 節 屈 曲伸 展モー
メ ン ト と関 節 角 度の変 化 代 表 例 として被 験 者1
名の昇 り動 作 時における，一
般 昇 降 と 逆 昇 降の 肩 関 節内外 転・
肘 関 節 屈 曲伸展・
膝関節 屈 曲 伸 展モー
メ ン トと関 節 角 度の変 化 を 図3
に示 す。一
般 昇 降で は，
健脚 が台の上 に接地 し た時 （FC
）に，
肩 関 節 内 転モー
メ ン トはピー
ク に達 した。 こ の 時，
肩 関 節 角度の 変動は少な かっ た。
その後，L
杖 と患 脚が床か ら 離地 し た （杖OFF
）後 に 膝 関 節 伸 展モー
メ ン ト が ピー
ク に達 した。 こ の 時，
膝 関 節は伸 展 を続 けて いた。 これ らの傾 向はすべ て の被 験 者にみ られ た。一
方，
逆昇降で は，L
杖 と患 脚が台の一
ヒに接 地 し た （杖ON
） 後に，
膝 関 節 伸 展モー
メ ン トは ピー
ク に 達 し た。 その後，
健 脚が床か ら離 地し た （TO ） 後に，
肩 関 節 内 転・
肘関節 伸展モー
メン トは ピー
ク に達し た。 こ の 時，
肩 関 節 は内転 を，
肘 関 節 は伸展 を 続 けて い た。
こ れ らの傾 向はすべ ての被 験 者に みられ た。 2，
降 り動 作 時に おける 肩 関 節 内 外 転・
肘 関 節 屈 曲 伸 展・
膝 関 節 屈 曲伸 展モー
メ ン トと関 節 角 度の変 化 代 表例 と して被 験 者 1名の 降 り動 作 時 に お け る，
一
般 昇 降と逆 昇 降の肩 関 節 内 外 転・
肘 関 節 屈 曲伸 展・
膝 関 節 屈 曲 仲 展モー
メ ン トと関 節 角 度の変 化 を 図4に示 す。一
般昇 降で は，L
杖と患 脚が床に接 地 する （杖ON
）前に， 膝関節伸展モー
メン ト はピー
ク に達し た。
この時，
膝 関 節は屈 曲し続 けて いた。 こ れらの傾向はすべ て の被験者 に み ら れた。一
方，
逆 昇 降で は，
健 脚が床に接 地 する （FC
） 前に，
肩 関 節 内 転モー
メ ン ト はピー
ク に 達 し た。
こ の時，
肩 関 節は外 転を，
肘 関 節は屈 曲を続 けて い た。 その後，
L杖 と患 脚が 台か ら離 地した （杖OFF
） 時に，
膝関節 伸 展 モー
メ ン トは ピー
ク に 達 し た。
これ らの傾向はすべ て の 被 験 者に み ら れ た。3，
昇 降 動 作 時に おける肩 関 節 内 転・
肘 関 節 伸 展・
膝 関 節 伸展モー
メ ン トの ピー
ク値 すべ て の被 験 者の昇 降 動 作 時に おける，
肩 関 節 内 転・
肘 関 節 伸 展・
膝 関節 伸 展モー
メ ン トピー
クの平 均 値 を表 1に示 す、
各関節モー
メ ントの ピー
ク値 をみ る と，
昇 り 動 作に おい て肩関節 内 転モー
メン ト で は一
般 昇 降が 9．
8 ±6．
4Nm （平均値±標準偏 差），
逆昇降 が 35．
1± 15．
8 Nm と なり逆昇 降の方が有意に大 きい値を示し た （p＜O．
Ol
）。 膝 関 節 伸 展モー
メ ン トで は一
般 昇 降 が109，
8
±24．
7Nm ，
逆 昇 降 が31．
9
±9，
5Nm
と な り一
般 昇 降の 方が 有 意に大き な値を示 し た （p ＜0．
Ol）。 降 り動 作に お い て肩 関 節 内 転モー
メ ン トでは一
般 昇 降が11．
8± 5．
6Nm，
逆昇降が40．
3
±15．
3Nm
となり逆 昇 降の方が有 意に大 き な値を示し た （p〈0．
01
）。
膝関節 伸展モー
メン トで は一・
般 昇 降が99，
6± 18．
3Nm，
逆昇 降が 46，
1± 10．
6 Nm と な り一
般 昇 降の 方 が 有 意に大 き な 値 を 示 し た （p＜一
般 昇 降
逆 昇 降
相 持 支 脚 患ロ
杖 ← 礁 201 0。
パ 十 爆 宏）
遡 収 温 誣 瞑 EZ”
（
十 瀞 ｛）
⊥ 八 丶 − 申 堤 蹕 腱一
20201 0゜
パ 十 租 曝）
遡 収 撮 蹕 叢 ∈ Z…
（
＋ 嗤 岳〒
）
亠 ＾ 丶 − 屮 温 趣 逓6
パ 十 穏 頤）
展 収 温 矗 憧 EZ…
（
＋ 曖 冊｝
）
亠 A 帆 − 甲 塩 蹕 憧一
20120 0 健 脚 支 持 相 ぐ一
FC 杖OFF 杖ON TO 】00％ FC 杖OFF 杖ON TQ 100 正20 杖・
患 脚 支 持 相 健 脚支 持相 〈一『一一一
〉 0 杖OFF−
20 ← 杖ON TO FC一
20 FC 杖OFF 杖ON TO lOO 関 節モー
メン ト 120 0・
20 120 0・
20 且0匸》％ 杖ON TO FC 杖OFF 11〕1〕 杖ON TO FC 杖OFF lo〔⊃1 関節角度 TO：足 指離地 FC：足部 接地 杖OFF：杖・
患脚離 地 杖ON ：杖・
患脚 接地 図3 昇 り動 作 時にお ける肩 関 節 内 外 転・
肘 関 節 屈 曲 伸 展・
膝 関節 屈 曲伸 展モー
メン ト と関 節 角 度の変化 O．
Ol）。 肘 関 節 伸 展モー
メ ン トの ピー
ク値は一
般昇降 お よ び逆 昇 降ともに有 意な 差 はみ ら れず （p ＞ 0，
1＞，
2動 作に おいて変 化が み られ な かっ た。 以 上の結 果 よ り，
昇 りで は先に台に昇る側，
降 りで は 台に残る 側の 肩 関節 内 転お よ び膝関節 伸展モー
メ ン トが 大 きい こと が わ かっ た。
4，
随 意 最 大 肩 関 節 内 転・
膝 関 節 伸 展モー
メ ン ト値 と昇 降 動 作 時における肩 関節 内転・
膝 関 節 伸 展モー
メ ン トの 相 対値 筋 力 測 定 機 器より得 られ た，
すべ て の被 験 者の随 意 最 大 肩 関 節 内 転 お よ び 膝 関節 伸展モー
メ ン ト値 を 表2に示 す。 随意 最大肩 関 節 内転モー
メン ト値は，
肩関節30
度 外 転 位では46．
3± 15．
9Nm で あっ た。
随 意 最 大 膝関節 伸 展モー
メ ン ト値は，
膝 関 節30度 屈 曲 位で 111．
6± 26．
7Nm ，60
度屈曲位で195，
6
±51．
5
Nm であっ た。 各 被 験 者 につ い て 関 節モー
メ ン ト の相 対 値を糞出した 後， 平 均した値 を表3
に示 す。 昇 り動 作におい て ピー
ク 値の大 きかっ た一
般 昇 降の膝 関 節 伸 展モー
メ ン トと，
逆 昇 降の肩 関 節内転モー
メン トの相 対 値 を比較 すると，
前ユ48 理 学 療 法 学 第29巻 第5号
一 般 昇 降
逆 昇 降
201 0゜
n
（
十 嬶 遺）
遡 賦 塩 靆 健 日 Z”
（
十 瀞 ｛）
亠 AXI 申 温 蹕 瞑・
20201 0゜
冂
〔
十 相 嚶）
憾 収 温 誣 叢 巳 Z“
（
十 嗤 忸 じ 亠 ハ 丶 − 申 愚 誣 甚一
20120 0。
バ 十 用 嗔）
遡 収 揖 誣 釐 ∈ Z冂
〔
十 囲 冊 ご 亠 ハ 丶 − 甲 塩 誣 釐一
2e 杖・
患 脚 支 持 相 健 脚 支 持 相 ÷一一一一
〉 杖ON ← TO FC 杖OFF 100％ 杖ON TO FC 杖OFF 100％ 杖ON TO FC 杖OFF 100 関 節モー
メン ト 杖・
患 脚 支 持 相 120 0一
20120 0一
20120 0一
20 健 脚 支 持 相 ぐ一
FC 杖OFF 杖ON TO 10⊂）％ FC 杖OFF 杖ON TO lOO FC 杖OFF
杖ON TO 且00％ 関 節 角 度 TO ：足 指離地 FC；足部接地 杖OFF：杖・
患 脚 離 地 杖ON ：杖・
患 脚 接 地 図4 降 り動 作 時にお け る肩 関 節 内外 転・
肘 関 節 屈 曲伸 展・
膝 関 節 屈 曲 伸 展モー
メ ン トと関 節 角 度の変 化 者は58．
O
± 13．
0
％， 後者 は75．
2
± 17．
2
％ で あ り， 逆昇 降の肩 関 節 内 転モー
メ ン トの相 対 値が有 意に大 きな値を 示 した （p＜0．
01
）。 ま た，
降 り動 作におい ても一
般 昇 降の 膝関節 伸 展モー
メ ン トと逆 昇 降の肩関節 内 転モー
メ ン トの 相 対 値 を 比 較 す る と，
前 者 は 53，
1± 13．
6％，
後 者は90．
2
±26．
7％ であ り逆 昇 降の 肩 関 節 内 転モー
メ ン トの相 対 値が有 意に大 きな 値を示し た （p＜ 0．
Ol）。 以 上の結 果より，
逆 昇 降で動 作を行 うと肩 関 節 内 転モー
メ ン トの相 対 値が非 常に大 きな 値 を 示 してお り，
肩 関 節に 大 き な負 担が か かっ てい ること が わ かっ た。
考 察1．
昇 降 動 作 時に おける肩 関 節 内 外 転・
肘 関 節 屈 曲 伸 展・
膝関節 屈 曲伸展モー
メ ン トと関節 角 度の 変 化 昇 り動 作 に おい て，一
般 昇 降 お よ び 逆 昇 降 と も 先 に 台 へ昇る膝 関 節，
あるい は杖を持つ肩 関 節が 大 き な関節モー
メ ン トを発生 して い る 。 さ らに，
これ らの 関 節は膝 関 節 伸 展，肩 関 節 内転を しなが らそれぞれ伸 展モー
メ ン ト，
内 転モー
メ ントを発 生 してい る こ とがわかっ た。 これ は 膝 関 節 伸 展筋お よ び 肩 関 節内転筋が，
身 体を 上方へ 持 ち表1 昇降 動作時にお ける肩 関 節 内 転
・
肘 関 節 伸 展・
膝 関 節 伸 展 モー
メン トの ピー
ク値 肩 関 節内転 肘 関節 伸展 膝関節 伸 展 昇リ モー
メ ン ト モー
メ ン ト モー
メ ン ト ［単位：Nm ］；
般羃
、：
：
1
：
、：
：
コ
…
、：
：
1
：
1
：
1
］
謂鬘
21：
1
］
…
表3 昇 降 動 作 時に おける肩 関 節 内 転・
膝関節 伸展モー
メ ン ト の相 対 値 昇 り 肩 関 節 内 転 モー
メ ン ト 膝 関 節 伸 展 モー
メン ト ［単 位；96］一
般 昇 降 逆 昇降 24．
9士17．
8 75，
2±17．
2 58，
0ヨヒ13．
1 29．
1± 8．
8 平均値ま標準偏 差， n＝
10，韓
；pく0．
OL 平 均 値±標 準偏 差，
n＝
・
10．
肩関節内 転 肘 関 節 伸 展 膝 関 節 伸 展 降り モー
メ ン ト モー
メ ン ト モー
メ ン ト ［単位 Nm ］ 降 り逗
蠍
ll
：
：
：
、：
：
1
］
一
12．
1t：5．
511，
1±5，
1Sn］
99．
6土18．
346 ユ± 10，
6］
肩 関 節 内 転 モー
メント 膝関節 伸 展 モー
メ ン ト ［単 位：％〕一
般 昇 降 逆 昇 降 27，
4± 14．
2 90．
2士26．
7 53．
1± 13．
6 43，
6± 14．
9 平均値±標準 偏差，
n＝
10，辱
”
pく0，
01．
平均 値 ±標準偏 差，
n＝
10．
表2 筋力測定 機器に よ る随 意 最 大 肩 関 節 内 転 と膝 関節 伸 展 モー
メ ン トの ピー
ク値 30度 60度 ［単位：Nm ］ 肩 関 節 内 転 46，
3土15，
9 膝閲節 伸展 111．
6±26．
7 195．
6±51，
5 平 均 値±標 準 偏 差，
n＝
10．
上 げ る た め に求 心 性 収 縮 をし てい ること を 示 している。 ま た，
降 り動 作 時に おい て，一
般 昇 降 お よ び 逆 昇 降と も台の上で 身 体を 支 持 し てい る 膝 関 節，
あ るい は杖を持 つ 肩 閧 節 が 大 き な 関 節モー
メ ン トを発生 してい る。 さ ら に，
これ らの関節は膝 関 節 屈 曲，
肩 関 節 外 転 を しなが ら そ れ ぞ れ伸 展モー
メ ン ト， 内転モー
メ ン トを発生 して い るこ と が わ かっ た。
これ は 膝 関 節 伸 展 筋 お よ び肩関節 内 転 筋が，
身体を前 下 方へ 降ろす 動き を 制動 する た め に 遠 心性 収 縮 をしてい るこ とを 示 してい る。 2．
昇 降 動 作 時における肘 関 節 伸 展モー
メ ン トの ピー
ク 値 表 1よ り 昇 降 動作時 に お け る肘関節 伸展モー
メ ン トの ピー
ク値は，
ど ち らの動作に おい てもほ ぼ 同 じ値 を示し て い た。 こ の理 由はL 杖の前腕 部の カブ，
グ リップ，
杖 先で作ら れて い る角 度が一
定であ る た め，
杖 をつ い た 時 床 反 力ベ クトル の作 用 線は肘 関 節に対 し常に一
定の距 離 を 保っ てい た た め と考 えら れ た。 江 原ら 】5） は，
L杖の 特 徴と し て歩 行な どの通常の使い 方で は杖の床 反 力 を 手 関 節で コ ン トロー
ルする 必要が ない た め，
手関節モー
メ ン トが必 要で な くな り，
大 きな力を かけた場合で も 容 易 に床反力ベ ク トル の方 向 を肘 と肩に通 すように操る こ と がで き る と 述べ て い る。
また大 きな力 をかける場 合は，
杖と肘と肩 が一
直 線上に並ぶ のが合 理 的である と 述べて い る。 したがっ て，
L
杖 使 用 時には床 反 力ベ ク トル の作 用線が 肘 関節中心 近 くを 通る た め肘 関 節 伸 展モー
メ ン ト は 小 さ く な り，
その結 果必然 的に肩 関 節 内 転モー
メ ン ト が大 き くなると考 え られ た。 3．
昇 降 動 作 時にお け る 肩 関節 内 転・
膝関節 伸 展モー
メ ン トの ピー
ク値と相 対 値 今回 の結果 より，
関節モー
メ ン トの ピー
ク値は一
般 昇 降の膝 関 節伸 展モー
メ ン トお よ び 逆 昇 降の 肩 関節 内 転モー
メ ン トで有 意に大 き な 値 を示 した。 これ は どちらも身 体を上方お よび下方へ 移 動 してい る時 期であ る た め，
大 きな 値 を示してい る と考え ら れ た。
表ユよ り， その 時 期 の肩 関節 内 転お よ び膝 関 節 伸 展モー
メン トの ピー
ク値 を 比較 する と，一
般 昇 降の膝 関 節 伸 展モー
メ ン トの方が大 き な値 を示し た。 昇 降 動 作 中の関 節モー
メ ン トの ピー
ク 値は，
その動 作で最 低限必 要 な 関 節モー
メ ン トの大 き さ を表 すと考え ら れ た。
し か し，
異 な る 関節問 で は随 意 最 大関節モー
メ ン トの ピー
ク値が異な る た め，
三 次 元 動 作 解 析 装 置 よ り求 め た 昇降 動 作 中の 関 節モー
メ ン トの ピー
ク値を単 純に 比 較で き ない。 そこ で，
昇 降 動 作 中の関 節 モー
メ ン トの ピー
ク値を その関 節の随 意 最 大関節モー
メ ン トの ピー
ク値で除し た相 対 値で表し た。
つ ま り 相 対 値 が 大 きい とい うことは， その関 節で 関 節モー
メ ン トを発 揮さ せ るた めに大き な負担が か か るもの と考 えた。 表3
よ り昇 り降 り動 作ともに一
般 昇 降の膝 関 節 伸 展モー
メ ン トの相 対 値より，
逆 昇 降の肩蘭
節
内転モー
メ ン トの方が 大 き な値 を示した。 肩 関 節 内 転モー
メ ン トの相 対値が膝 関節伸展モー
メン ト より大 き くなった 理 由として，
表2 に示 すように随 意 最 大関節モー
メ ン トは膝 関 節 伸 展の方 が，
肩 関 節 内 転の 2〜
4倍の値 を し め し てい るこ と があ げ られる。 なぜな ら，
筋 力 測 定 機 器より得ら れ た関節モー
メ ン トは筋の断 面 積に比 例 する 16−
18）と報 告さ れてお り，
膝 関 節 伸 展 筋と肩 関節内 転 筋で は明らか に膝 関節 伸 展 筋の 方が断 面 積は大 き く，
発揮さ れ る 関節モー
メ ン ト も 大きい 。 また逆 昇 降で動 作を行 うと，
通常一
般 昇 降で 膝 関 節が 担っ てい る負 担 を， 肩 関 節が代 償 してい るた め と 考 え ら れ た。
Dul ら］9）や
Morton20
） は，
等尺性 収 縮下に お い て，
筋 張 力が増 加 する につ れ， 耐 久 時 間は指 数 関 数 的に減 少150 理 学 療 法 学 第29巻 第5号 すると報 告し てい る
。
筋の疲労は耐 久 時 間の逆 数で表さ れ る た め，
筋 張 力が増 加 する と疲 労は指 数 関 数 的に増 加 する とい える。 本 研 究で得 られ た逆 昇 降にお ける肩 関 節 内 転モー
メ ン トの 相 対 値は 昇 りで 75．
2％，
降 りで 90．
2％と大 きな 値 を示 して お り，
これらの結 果から逆 昇 降では 肩 関 節に非 常に大 き な 負 担 が か かっ てい るもの と 考 え ら れ る。
以 上の こ と か ら，
逆 昇 降で動 作を行 うと肩 関 節 内 転モー
メ ン トの相 対 値が大 き くな り，
動 作の遂 行が困 難にな ると予想さ れ る。
よっ て， 整 形 外科疾 患に よ る一
側 下肢 に 運動機 能障 害を有する患者に対し てL
杖を使用 し た段 差昇降 訓 練 を行 う場合，
肩関 節内転筋の負担 を軽 減 する 意 味で，
随 意 最 大 閼 節モー
メ ン トが 大 きい膝 関 節 周 囲 筋 を主に 用い る一
般 昇 降 を指 導 する方が臨 床 場 面に おい て 身 体の負 担が少 な く有 効である と考え ら れ た。 4．
今 後の課 題 関節モー
メン トは，
動作中の筋活動を定量 的 に把 握で きる方 法と言わ れて い る ］1）。 今回 は各 条 件で の関 節モー
メ ン トの ピー
ク値のみを比 較したが， 身体に加わ る負 担は 関節モー
メ ン トの ピー
ク値の み で なく，
そ の持 続 時 間に も影 響を 受 けて い る と考え ら れ た。 さ らに関 節モー
メ ントに は以 下の問 題 が ある。 1つ 目は主 動 作 筋 と逆の作用を持つ 拮 抗 筋が活 動して い る場合 に は，
関 節モー
メ ン ト は2つ の 筋での関 節モー
メン トの差で表現さ れ る Ll）。
し た が っ て，
主動 作 筋と 拮 抗 筋が同 時に収縮 を して い る場 合には関 節モー
メ ン ト はほぼゼロになっ て し まい， 身 体の負 担 を表 すこと がで きない。 この こ とか ら， 実 際の筋 活 動 量は 関節モー
メ ン トの ピー
ク 値 だ け で は 正 確 に 判 断 が で き ない と 考 え ら れ た。
今後より詳 細な分 析を行うた め に は，
動 作 中の筋 電 図の解 析が 必要で あると思われ た。 2つ 目は，
今回計 測し た三 次 元 動 作 解 析 装 置と床反力 計 に よる動 作 中の 関 節モー
メ ン ト は closedkinetic
chain で あ る が，
筋 力 測定 機器 に よ る 随 意 最 大関 節モー
メ ン トはopen kinetic chain の運 動であ る。 した がっ て，
得 られ た相 対 値だけで肩 関 節 内 転 筋 お よ び膝 関 節 伸 展 筋 の負 担を表 すこ とは問 題である。 なぜ な ら closed kinet
−
ic
chain で は，
膝関節 伸展作用 を持た ない大 腿二頭筋・
半 腱 様 筋・
半 膜 様 筋・
大 殿 筋・
下 腿 三頭 筋が膝関節 伸展 作用 を持つ と報 告さ れ てい る2］） 。 同 様に肩 閧 節 内 転に は，
前 腕の筋 群・一
ヒ腕三頭 筋・
上腕二 頭 筋が肩 関節 内 転 作 用を持つ と考 えら れ た。 ゆえに相 対 値 をよ り明 確にす る には，
補 助 的に働 く筋 群の筋 容 積や筋 張 力 な どの影 響 を 加 えて示 す 必 要があると考えら れ た。 本 稿の要 旨は第35
回 日本 理 学 療 法 士 学 会，
第16
回 東 海 北 陸ブロ ック理学 療 法士学 会に おいて発表し た もので ある。 文 献1）Andriacchi TP
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(Abstract>
Kinetic
Analysisfor
Ascending and Descending Steps with Lofstrand Crutch
-Comparison
of theLoad
on theShoulder
and the Knee Joint`
Toshio
SOMA,
RPT,
MS,
Hideaki
ONISHL
RPT,
PhD
Department of Physical Therap),.IViigataUhiversityof Hbalth and
WelfLzre
Kimito MOMOSE,
RPT,
PhD,
Koji
IHASHL
RPT,
PhD
Department
ofPdysical Theralry, Ybmagata Prefecturat UniversitySchool of HlealthScience
Sumiko
YAMAMOTO,
Eng,
PhD
Graduate
School,
International
University
ofHbalth
andWlelfare
Mineo
OYAMA,
OTR.
PhD
Mdyo
Clinic
Rochester,
Division
Orthopedic
Research,
Biomechanics
Laboratory
Kayoko
AIDU,
RPT,
PhD,
Masayoshi
ICHIE,
MD,
PhD
Dqpartment of RestorativeNeuromuscalar
Surgei),
andRehabilitation,
7bhohuUniversity
Graduate
School
of MedicineYasunobu HANDA, MD,
PhD
IVlew
IndustryCreation
Hateher:yCenter,7bhoku U)ziversityFor ascending and
descending
steps with a Lofstrand crutch itisrecommended to raise thesound
limb
first
during
ascending and totower
the affectedlimb
first
during
clescending,
whichwe called `the ordinary order'. We called the reverse motion, such as to raise the affected
limb
first
during
ascending and tolower
the sound limbfirst
duringdescending,
`theinverse
orderlThe purpose of thi$stucly was to compare the movements in these two orders with a motion
analysis technique. The
joint
moments of the upper and thelower
extremities were measured andcompared.
Ten
healthy
adults participatedinthis study. One leg of each subject was assumed tobe
an affectedlimb.
They
were toldnot toload
more than two thirdof theirbody
weight on the affectedlimb during the movement, which was checked with a
load
sensor wornby
the subject. In thiscondition they ascended and descended steps using a Lofstrand crutch
in
`theordinary order' and
'the
inverse
order'.The
movement was measured with a3D
motion analysis system(VICON512)
and
force
plates{AMTI).
The
joint
moment of the upper and the lower extremities were calculatedusing a linksegment model,
The
joint
momentduring
theisometric
maximum voluntary contraction
{MVC}
was also measured foreachjoint
of the subjects.The
peak value of thejoint
momentduring
movement was normalized
by
theMVC
value toobtain the r'etative load foreachjoint.
As
a result the peakjoint
moment of theknee
joint
during
`the ordinary order' and the shoulderjolnt
during `the inverse order' showed large values.The
elbowjoint
moment showed asmall value and therewas no significant
difference
between
the two orders, However, thenormatizedvalue of the shou]der
joint
momentduring
movement in`the inverse order' showed a significantlylargevalue, 75%
