整形外科疾患患者に対する体重免荷トレッドミル歩行
トレーニングの即時効果
Immediate Effects of the Body Weight Supported Treadmill Training for the Patient with
Orthopedics Diseases
太田 恵
1)大畑 光司
1)建内 宏重
1)西村 純
2)森 公彦
3)市橋 則明
1)MEGUMI OTA1), KOJI OHATA1), HIROSHIGE TATEUCHI1),
JUN NISHIMURA2), KIMIHIKO MORI3), NORIAKI ICHIHASHI1)
1) Graduate School of Medicine, Kyoto University: 53 Kawahara-cho, Shogoin, Sakyo-ku, Kyoto 606-8507, Japan.
TEL +81 75-751-3571
2) Kyoto University Hospital
3) Kansai Medical University Hirakata Hospital
Rigakuryoho Kagaku 23(6): 753–757, 2008. Submitted Apr. 21, 2008. Accepted Jul. 14, 2008.
ABSTRACT: [Purpose] The purpose of this study was to examine the immediate effects of treadmill training with
body weight support (BWSTT) by patients with orthopedic diseases. [Subjects] Twenty patients with gait dysfunction due to orthopedic diseases participated in this study. [Methods] Stride length and 10 m gait velocity were examined as quantitative outcome measures for gait function. The degree of difficulty, tiredness and pain during walking were estimated on a numerical rating scale. All evaluated scores after BWSTT were compared with those before BWSTT. [Results] The results showed significant improvements in 10 m gait velocity and the stride length after BWSTT. The degree of difficulty, tiredness and pain during walking, after BWSTT were significantly reduced compared with those before BWSTT. [Conclusion] The results of this study suggest that BWSTT has immediate effects for patients with orthopedic diseases.
Key words: treadmill walking, body weight support, gait training
要旨：［目的］歩行障害を有する整形外科疾患患者に対し，体重免荷トレッドミル歩行トレーニング（Body Weight Support Treadmill Training：以下 BWSTT）を施行し，その即時効果を明らかにすることを目的とした。［対象］歩行 障害を有する整形外科疾患患者 20 名を対象とした。［方法］BWSTT を施行し，その前後の平地歩行における 10 m 歩行速度，歩幅，歩行中の歩きにくさ・重だるさ・疼痛の程度を比較した。［結果］BWSTT 後では，10 m 歩行速度 の増大および歩幅の拡大がみとめられ，さらに歩行中の歩きにくさ・重だるさ・疼痛の程度はいずれの項目におい ても有意に低下していた。［結語］本研究により整形外科疾患患者を対象とした BWSTT では即時効果があることが 示唆された。 キーワード：トレッドミル歩行，体重免荷，歩行トレーニング 1) 京都大学大学院 医学研究科人間健康科学系専攻：京都府京都市左京区聖護院河原町53（〒606-8507） TEL 075-751-3571 2) 京都大学医学部附属病院 3) 関西医科大学附属 枚方病院 受付日 2008年4月21日 受理日 2008年7月14日
I. はじめに 脊髄より上位の中枢神経あるいは末梢感覚器からの 周期的な信号の入力なしに，屈筋および伸筋の周期的 放電を発生する神経機構を中枢パターン発生器（Central Pattern Generator：以下 CPG）と呼ぶ1)。歩行のような自 動性の高い運動における特有のリズムやパターンはCPG の周期的な出力によって，自動的に生成される1-5)と考 えられており，歩行機能の中枢機構を考える上で必要 不可欠な概念となっている。 それらを理論的背景として，歩行障害を有する患者 に対するCPGを利用した歩行トレーニングであるBody Weight Supported treadmill training（以下 BWSTT）が注目
されている6)。BWSTT とは，ハーネスを用いて身体を 吊り上げ，下肢への荷重量を制限した状態で，トレッ ドミル上を歩行させるという課題指向型のトレーニン グ方法である。BWSTT の利点は，このCPG を利用でき ることのほか，より早期から歩行動作の反復練習が可 能であることが挙げられる7)。さらに，BWSTT ではハー ネスを使用するため，転倒の危険性が低く，個々の患 者の能力に合わせて荷重量や歩行速度，介助量などを 容易に調節できる8)。また，健常者を対象とした研究で は，BWSTT では全荷重位と比較して酸素消費量および 無酸素性作業閾値が有意に低下したとの報告9)があり， BWSTTは心肺機能への負担を軽減させた状態での歩行 トレーニングが可能であるといえる。 先行研究では，歩行障害を有する患者に対するBWSTT の有効性および運動生理学的影響に関して数多く報告 されている。Dietz ら10)の研究では，完全な対麻痺患者 を対象とした BWS 歩行において，正常歩行のリズムと 同調した下肢の筋活動が認められたとしている。また Protas ら11)は慢性の脊髄損傷患者を対象とし BWSTT を 行い，歩行速度の増加・歩行持久力の向上・酸素消費 量の減少などの効果が得られたとしている。脳卒中に よる片麻痺患者を対象とした研究ではバランス能力や 歩行能力において効果があったという報告12,13)とそれ を否定する報告14)があるが，パーキンソン患者15)や脳 性麻痺児16)を対象とした研究では，歩行能力向上など の効果が報告されている。 一方，整形外科疾患患者を対象とした報告7,17)は他の 疾患と比較して少ない。整形外科疾患患者は，中枢か らの入力や脊髄の CPG は正常であっても，手術による 侵襲や疼痛，あるいは習慣的な不良姿勢，動作パター ンの均一化などにより，歩容の悪化や歩行能力の低下 が惹起され，悪循環に陥っている可能性がある。Hesse ら7)は，股関節全置換術を施行した患者に対し BWSTT の無作為対照試験を行った結果，10 日間のトレーニン グ終了後の時点で通常の理学療法のみを施行した群と 比較し，疼痛の軽減・歩行持久力の向上・歩容の改善・ 中殿筋の筋力の増大および筋活動の増加がみられ，さ らに3ヶ月後および12ヶ月後においても有意差がみられ たと報告している。しかし，このような変化は，長期 間のBWSTTによる筋力や持久力の改善に伴ってみられ るものなのか，即時効果により得られるものなのかに ついては明確でない。したがって，整形外科疾患に対 する BWSTT の効果発現の機序を考える場合，BWSTT 直後の変化の有無を知ることは重要であると考える。 そこで本研究では，整形外科疾患患者に対し BWSTT を 行い，それによる即時効果を明確にすることを目的と した。 II. 対象と方法 1. 対象 整形外科疾患により歩行障害を呈した患者 20 名（男 性 4 名・女性16 名，平均年齢59.6 ±11.6 歳，術後81.4 ± 104.1 日）を対象とした。被験者には本研究の説明を行 い，文書にて同意を得た。被験者は，独歩または T 字杖 を使用し，連続して 10 m 以上の平地歩行が介助なく可 能であるが，歩行時に患部あるいはその周囲になんら かの愁訴（歩きにくさ・重だるさ・疼痛など）が生じ る者を対象とした。心肺機能や精神機能に重篤な問題 がある者は除外した。 2. 方法 体 重 免 荷 に は ハ ー ネ ス 式 の 体 重 免 荷 装 置（BIODEX 社 製 ア ン ウ ェ イ シ ス テ ム：図 1）を使用した。先行研 究1,6-13,15-17)の 多 く で は，免 荷 量 は 体 重 の 15％から50％ 程度で効果がみられたと報告されており，特に整形外 科疾患患者を対象とした研究7,17)では15％～40％と報 告されていることから，本研究では20％を目標免荷量 と し，一 定 の 免 荷 量 で BWSTT を施行した。この免荷 装置では歩行に伴い荷重量が変動するため，その変動 の中心が目標値に一致するように随時調節した。トレッ ドミルの速度は，各被験者の歩行能力に合わせて最速 に 設 定 し，一 定 速 度 で 歩 行 さ せ た。歩 行 時 間 は 1 分程 度 の 練 習 後 か ら 最 大 15 分とした。もし被験者が疲労 を 訴 え た 場 合 に は，そ の 時 点 で 中 止 と し た。 BWSTT 直前および直後に，独歩または T 字杖を使用 し，平地における自由歩行を被験者に行わせた。計測
区間を 10 m とし，その区間の歩行速度および歩数を測 定した。歩幅は，計測区間をその区間の歩数で除して 算出した。さらに，平地歩行中の歩きにくさ・重だる さ・疼痛の程度をそれぞれ測定した。歩きにくさ・重 だるさ・疼痛についての指標はNumeric Rating Scale18)（以
下 NRS）を用い，全く感じない場合を0 点とし，最も強 く感じる場合を 10 点として，0 ～ 10 点の11 段階で測定 した。 まず，BWSTT 前後の平地歩行の各評価項目について 比較するため，歩行速度および歩幅については t 検定， 歩きにくさ・重だるさ・疼痛についてはウィルコクソ ン符号付順位検定をそれぞれ行った。有意水準はいず れも 5％とした。 次に，障害部位によって股関節疾患患者群 11 名（男 性 2 名・女性 9 名，平均年齢 55.6 ± 10.4 歳，平均術後日 数 65.2 ± 58.8 日）と膝関節疾患患者群 9 名（男性 2 名・ 女性 7 名，平均年齢64.3 ±11.8 歳，平均術後日数101.1 ± 143.5 日）の 2 群に分けた。変形性股関節症（9 名），大 腿骨頸部骨折（1 名），臼蓋形成不全（1 名）を股関節疾 患患者群，変形性膝関節症（5 名），膝関節半月板損傷 （2 名），膝関節靱帯損傷（1 名）を膝関節疾患患者群に 分類した。大腿骨骨幹部骨折（1 名）は膝関節への影響 が大きいと考え，本研究では膝関節疾患患者群に分類 した。歩行速度および歩幅については，BWSTT 前後の 結果の差を BWSTT 前の結果で除して変化率を算出し， t 検定を用いて群間比較した。歩きにくさ・重だるさ・ 疼痛については改善の有無によってカイ二乗検定を用 いて群間比較した。有意水準はいずれも 5％とした。さ らに，術後の経過日数によって，術後 1ヶ月未満患者群 9 名（男性 1 名・女性 8 名，平均年齢 59.7 ± 10.1 歳，平均 術後日数 23.2 ±4.7）と術後1ヶ月後患者群11 名（男性3 名・女性 8 名，平均年齢 59.5 ± 13.2 歳，平均術後日数 128.9 ± 122.6）の 2 群に分け，同様に群間比較した。 III. 結 果 BWSTT は平均 13.7 ± 2.3 分間施行した。 BWSTT 前後では，歩行速度の平均値は 0.90 ± 0.21 m/sec から 1.03 ± 0.24 m/sec，歩幅は51.1 ±7.7 cm から56.5 ± 7.8 cm と有意に増加した（p<0.01）。歩きにくさの中央 値は 3.5（範囲2-8）から 2（範囲0-8），重だるさは4（範 囲 0-8）から2（範囲0-8），疼痛は2（範囲0-8）から1（範 囲 0-8）と有意に減少した（p<0.05）（表1）。 次に，股関節疾患患者群と膝関節疾患患者群の群間 では，歩行速度・歩幅の変化率，歩きにくさ・重だる さ・疼痛の改善の有無のいずれも有意差はなかった（表 2，3）。術後1ヶ月未満患者群と術後1ヶ月以降患者群の 群間では，歩行速度の変化率，歩きにくさ・重だるさ・ 疼痛の改善の有無に有意差はなかった。しかし，歩幅 の変化率については術後1ヶ月未満患者群が8.4 ±4.5％ であったのに対し，術後1ヶ月以降患者群では13.0 ±4.6 ％と有意に高い値を示した（p<0.05）（表4，5）。 IV. 考 察 本研究により，股関節，膝関節疾患に関わらず，歩 行速度の増加および歩幅の拡大といった客観的効果に 表1 BWSTT前後の平地歩行の変化 歩きにくさ 重だるさ 疼痛 中央値 最大値 最小値 中央値 最大値 最小値 中央値 最大値 最小値 BWSTT 前 3.5 8 2 4 8 0 2 8 0 BWSTT 前 2 8 0 2 8 0 1 8 0 図1 ハーネス式の体重免荷装置
加え，歩きにくさ・重だるさ・疼痛の軽減といった主 観的効果があることが認められた。 これまでの健常者を対象に BWSTT を行った研究で は，BWS 歩行中の立脚期，特に両脚支持期が減少した と報告されている6,19,20)。その理由として，歩行の両脚 支持期は最も重心位置が低下するため，ハーネスの張 力は強くなり，両脚支持期の短縮，単脚支持期の延長 が生じるためと説明されている20)。また，患側下肢は 支持性の低下により重心位置が低下しやすいが，BWS 歩行においては，重心の低下に伴いハーネスの発生す る張力が強くなるため，結果的に患側に対する免荷が 大きくなり，歩容の対称性が向上すると述べられてい る20)。さらにハーネスにより上方から牽引することで 免荷されるだけでなく接地時の衝撃が緩衝されるため， 疼痛が軽減し，対称性が向上すると推測する。本研究 では，BWSTT によって歩容が改善し歩行周期に変化が 生じたため，より速い歩行速度，より大きな歩幅での 歩行を反復して学習できたのではないかと考える。 Hesse ら7)が股関節全置換術を施行した患者に対して 行った実験では，BWSTT を行った群は通常の理学療法 のみを行った群より，平地歩行中の中殿筋の筋活動が 有意に増加し，疼痛の軽減・歩容の改善といった効果 がみられたという報告がされている。本研究において も，そのような歩行時の筋活動の変化が生じている可 能性がある。歩行速度の増加および歩幅の拡大といっ た客観的効果や歩きにくさ・重だるさ・疼痛の軽減と いった主観的効果は，前述の非対称性の改善や接地時 の衝撃の緩衝に加えて筋活動の変化に起因するのでは 表3 股関節疾患患者群と膝関節疾患患者群におけるBWSTT前後の歩きにくさ・重だるさ・疼痛の改善 の有無 歩きにくさ（人） 重だるさ（人） 疼痛（人） 改善あり 改善なし 改善あり 改善なし 改善あり 改善なし 股関節疾患患者群（11 人） 8 3 4 7 4 7 膝関節疾患患者群（9 人） 7 2 6 3 5 4 表4 術後1ヶ月未満患者群と術後1ヶ月以降患者群におけるBWSTT前後 の歩行速度および歩幅の変化率 歩行速度（％） 歩幅（％）* 術後 1ヶ月未満患者群（9 人） 13.3 ± 4.9 8.4 ± 4.5 術後 1ヶ月以降患者群（11 人） 15.9 ± 11.4 13.0 ± 4.6 *：p<0.05 表5 術後1ヶ月未満患者群と術後1ヶ月以降患者群におけるBWSTT前後の歩きにくさ・重だるさ・疼 痛の改善の有無 歩きにくさ（人） 重だるさ（人） 疼痛（人） 改善あり 改善なし 改善あり 改善なし 改善あり 改善なし 術後 1ヶ月未満患者群（9 人） 7 2 5 4 5 4 術後 1ヶ月以降患者群（11 人） 9 2 5 6 4 7 表2 股関節疾患患者群と膝関節疾患患者群におけるBWSTT前後の歩行 速度および歩幅の変化率の平均 歩行速度（％） 歩幅（％） 股関節疾患患者群（11 人） 16.3 ± 11.1 10.1 ± 5.1 膝関節疾患患者群（9 人） 12.8 ± 5.2 12.0 ± 5.1
ないかと考えられた。 さらに，股関節疾患患者群と膝関節疾患患者群にお いて，BWSTT 前後の各評価項目についてそれぞれ群間 比較を行ったが，いずれも有意差はみられなかった。 これは股関節，膝関節疾患の特性に関わらず，BWSTT が歩行に対して効果的となる可能性があることを示唆 している。同様に，術後 1ヶ月未満患者群と術後 1ヶ月 以降患者群においても群間比較を行ったところ，歩行 速度の変化率および歩きにくさ・重だるさ・疼痛の改 善の有無においては有意差がみられなかったが，歩幅 の変化率では術後 1ヶ月未満患者群より術後1ヶ月以降 患者群の方が有意に大きかった。術後 1ヶ月未満患者群 では術後 1ヶ月以降患者群と比較して，術後の関節可動 域制限の影響があったと推測する。 本研究によりBWSTT直後の平地歩行において即時効 果が認められたが，短期間での改善効果の可能性があ り，それがどの程度持続するのか明らかでない。今後， 長期間での改善効果の有無についても明らかにする必 要がある。また即時効果の詳細を把握するためには， 筋活動や関節運動など運動学的な要素についても検討 しなければならない。さらに障害部位や術後の経過日 数による特徴を明確にするため，運動学的変化などを 詳細に調べる必要があると考える。 引用文献 1) 中澤公孝，赤居正美：ヒト脊髄歩行パターン発生器と脊髄損 傷者の歩行．リハビリテーション医学，2003，40：68-75． 2) Shumway-Cook A，Woollacott MH：モーターコントロール第 2版．田中 繁，高橋 明（監訳），医歯薬出版，東京，2004，p39． 3) 丹治 順：脳と運動．共立出版，東京，1999，pp89-92． 4) 松波謙一，内藤栄一：最新運動と脳．サイエンス社，東京， 2000，pp22-23 5) 西野仁雄，柳原 大：運動と神経科学．ナップ，東京，2000， pp166-167．
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