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人工膝関節全置換術後患者の階段降段動作では同年代健常者の遠心性膝関節伸展モーメントを再現できていない

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Academic year: 2021

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(1)理学療法学 第 47 巻第 6 号 531 ∼ 539 TKA 頁(2020 後の降段動作中の遠心性膝関節伸展モーメントの特性 年). 531. 研究論文(原著). 人工膝関節全置換術後患者の階段降段動作では同年代健常者の 遠心性膝関節伸展モーメントを再現できていない* 古 本 太 希 1)2)# 浜 田 大 輔 2) 片 山 綾 音 1) 松 井   祐 1) 川 村 由 佳 1)   友 成   健 1) 加 藤 真 介 1) 西 良 浩 一 2). 要旨 【目的】人工膝関節全置換術(以下,TKA)後患者の階段降段動作では,同年代健常者の遠心性膝関節伸展 モーメントを再現できているのかを明らかにすること。 【方法】対象は,術後 1 年以上経過し降段動作が 1 足 1 段様式で可能な TKA 群 8 例と同年代高齢者である健常群 10 例とした。降段動作解析は,三次元 動作解析装置と床反力計を用いて矢状面の関節角度,関節モーメント,関節パワーと表面筋電図にて下肢 筋活動を計測した。主要な計測項目である膝関節伸展モーメントの第 1 ピークの立脚前期(20%)と第 2 ピークの立脚後期(80%)ですべての計測データを比較した。 【結果】TKA 群の降段動作時の遠心性膝関 節伸展モーメントは,立脚前期および立脚後期のいずれも健常群よりも有意に低かった。 【結論】TKA 後 1 年経過しても階段降段動作では,同年代健常者の遠心性膝関節伸展モーメントを再現できていなかった。 キーワード 人工膝関節全置換術,階段降段動作,遠心性膝関節伸展モーメント. は,機種開発が進み両十字靭帯を温存する人工膝関節で. はじめに. ある bi-cruciate retaining(以下,BCR)型が本邦でも 4).  人工膝関節全置換術(total knee arthroplasty:以下,. 導入された. TKA)の適応疾患は,変形性膝関節症,関節リウマチ,. 有受容器が残存するため従来機種と比較して関節位置覚. 特発性大. が高い. 骨壊死症などの末期関節症である。TKA の. 。BCR 型は,両十字靭帯の温存により固. 5). 。また BCR 型は従来機種よりも下り傾斜歩行. 施行は,除痛,機能改善により日常生活動作や生活の質. 時の外部膝関節屈曲モーメントが大きく,大. も向上させ耐久性でも安定した長期成績が確立されてい. 筋活動が抑制され動作中の膝関節の安定性に寄与するこ. る. 1). 。しかし,TKA 後の患者満足度は 75 ∼ 89%であ 2). 四頭筋の. 6) とが報告されている 。. 。TKA.  健常者における階段昇降動作のバイオメカニクス研究. 後の機能的活動項目と患者満足度との関連性を検証して. では,一般に歩行と比較して階段動作はより大きな膝関. いる研究では,階段昇降動作や車の出入り動作の困難感. 節角度が要求され,昇段時で 80 ∼ 90°程度,降段時で. が増加するほど患者満足度が低下するため,膝関節中間. 90 ∼ 110°程度の膝関節屈曲角度が必要であることが示. り人工股関節全置換術よりも低い現状がある. 3). 位における関節安定性の重要性を示している 。近年で *. Descending Stairs in Patients after Total Knee Arthroplasty Fails to Reproduce Efferent Knee Joint Extension Moment in Healthy Volunteers 1)徳島大学病院リハビリテーション部 (〒 770‒8503 徳島県徳島市蔵本町 2‒50‒1) Taiki Furumoto, PT, Ayane Katayama, PT, Yu Matsui, PT, Yuka Kawamura, PT, Ken Tomonari, PT, Shinsuke Katoh, MD, PhD: Department of Rehabilitation, Tokushima University Hospital 2)徳島大学大学院医歯薬学研究部運動機能外科学分野 Taiki Furumoto, PT, Daisuke Hamada, MD, PhD, Koichi Sairyo, MD, PhD: Department of Orthopedics, Institute of Biomedical Sciences Tokushima University Graduate School # E-mail: [email protected] (受付日 2020 年 1 月 29 日/受理日 2020 年 4 月 29 日) [J-STAGE での早期公開日 2020 年 8 月 19 日]. されている. 7)8). 。また階段動作中の関節モーメントでは,. 昇段時は身体を持ち上げるために大きな求心性の内部膝 関節伸展モーメントが必要となり,降段時は体重心の落 下速度の制御をコントロールするための大きな遠心性の 内部膝関節伸展モーメントと内部足関節底屈モーメント が発揮される特徴がある. 7)8). 。降段動作は,日常生活動. 作の中でも特に膝関節負荷が強い動作項目であり,各動 作における脛骨大. 関節に生じる関節負荷は,平地歩行. で 261% Body Weight(以下,BW) ,昇段で 316% BW, 9) 降段で 346% BW であったと報告している 。健常者に. おける降段動作中の内部膝関節伸展モーメントは,降段.

(2) 532. 理学療法学 第 47 巻第 6 号. 立脚前期の第 1 ピーク(∼ 1.1 Nm/kg)と立脚終期の第. 健康教室参加者である同年代高齢者 10 例とした。除外. 2 ピーク(∼ 1.4 Nm/kg)が存在し,筋の応答モーメン. 基準として,両十字靭帯機能代償型である bi-cruciate. トとして同等の大 四頭筋筋力(Quadriceps Strength:. stabilized 型 TKA を施行した者,降段動作が1足 1 段様. 以下,QS)が要求される. 10). 。したがって降段動作は,. 式で実施困難な者,降段動作に手摺りが必要である者,. 膝関節の可動性と支持性に加えて体重心の落下速度の制. 脊椎疾患を有する者,本研究におけるリスクと利益につ. 御に対する遠心性膝関節伸展モーメントが高く要求され. いての理解が困難な認知機能の低下を認める者とした。. る。TKA 後の降段動作に対する理学療法を行ううえで, 大. 四頭筋の筋力回復は重要因子となる。TKA 後の. 2.倫理的配慮. QS 回復では,術後 6 ヵ月で術前値より改善するも術後.  本研究は,徳島大学病院倫理委員会の承認(承認番. 数年が経過しても年齢を一致させた地域高齢者の筋力水. 号:第 1627 号)を得たうえで実施した。研究の実施に. 準よりも劣るため,理学療法診療ガイドライン第 1 版. は,ヘルシンキ宣言および人を対象とする医学系研究に. 2011 でも TKA 後の漸増的筋力増強運動は推奨グレー. 関する倫理指針を遵守し,対象者には実験主旨および実. ド A で強く勧められている. 11‒13). 。TKA 後患者の階段. 動作解析のシステマティックレビューでは,昇段時に求. 験方法について十分に説明し承諾を得たうえで実験を 行った。. 心性膝関節伸展モーメントが低下する動作特性を認める が,降段時では代償パターンの多様性や実験系の設定が. 3.方法. 一定しておらず,動作特性には統一された見解が得られ. 1)膝関節機能とパフォーマンス評価. ていない. 14). 。したがって TKA 後の降段動作に対する. 理学療法介入では,大.  膝関節機能評価は,膝関節可動域および多用途筋機能. 四頭筋の筋力強化が第 1 選択と. 評価運動装置(BIODEX Medical 社製,BDX-4)にて. なるが,臨床現場では筋力水準が高くても降段動作の困. 膝屈曲角度 60°の等尺性膝関節伸展筋力の最大値を体重. 難感を訴える症例が一定数存在するのが現状である。. で除した大.  一方で,前十字靭帯損傷者の動作特性として,歩行時. した。パフォーマンス評価として歩行能力は,Timed. に非受傷側と比べて損傷側の膝屈伸角度が減少し,内部. Up and Go test(以下,TUG)を計測した。階段昇降. 膝関節伸展モーメントが減少する非対称性が生じる。こ のような神経筋コントロール戦略を大. 四頭筋活動回避. 戦略(quad avoidance strategy)と呼ぶ. 15). 。この回避. 四頭筋筋力を術側と非術側でそれぞれ計測. 能力の指標には,階段昇降時間である Timed Stair Test (以下,TST)を採用した。なお計測条件は,先行研究 の計測方法に準じて. 17). ,安全性を考慮し片手摺り保持. 戦略は降段動作でも存在し,後十字靭帯損傷者では降段. は許可したうえで快適速度での階段昇降時間を計測し. 時の膝屈曲角度と外部膝関節屈曲モーメントが健常者よ. た。計測階段の環境設定は,3 段構成,蹴上 20 cm,踏. りも低下することが報告されている. 16). 。そこで本研究. 面 30 cm の 歩 行 練 習 用 階 段(OG Wellness 社 製,GH-. では,降段動作の三次元動作解析に加えて下肢筋活動を. 455)で実施した。. 計測することで,TKA 後患者の降段時の動作特性をよ. 2)筋電図測定. り詳細に分析できると考えた。.  下肢の筋活動測定には,サンプリング周波数 1 kHz.  本研究では,術後 1 年以上経過し降段動作の困難感が. の 表 面 筋 電 図 測 定 装 置(NORAXON 社 製,TeleMyo. ない両十字靭帯温存型の TKA 患者と同年代健常者にお. 2400T G2)を用いた。測定筋は,内側広筋斜走線維外. いて降段動作中の矢状面下肢運動学・運動力学データお. 側広筋,大. よび下肢筋活動を比較した。本研究の目的は,TKA 後. 作中の筋活動を計測した。各筋の電極は Delagi ら. 患者の降段動作では同年代健常者の遠心性膝関節伸展. の推奨する部位に貼付した。筋電図導出の際には,解析. モーメントを再現できているのかを検証することである。. ソフト Myo Research XP1.03.38 を使用し,筋電図波形. 対象および方法 1.対象. 二頭筋長頭および腓腹筋外側頭とし降段動 18). に平滑化(root mean square:100 msec 毎)の処理を 行った。また等尺性収縮における測定筋の最大随意収縮 (Maximal Voluntary Contraction: 以 下,MVC) を 課.  TKA 群は,2015 年 3 月∼ 2018 年 8 月に徳島大学病院. 題動作計測に先立ち測定し,この値により正規化を行っ. で変形性膝関節症と診断され,片側の両十字靭帯温存型. た。MVC は, 多 用 途 筋 機 能 評 価 運 動 装 置(BIODEX. の人工膝関節全置換術を施行し術後 1 年以上経過した患. Medical 社製,BDX-4)にて膝屈曲角度 60°での等尺性. 者 8 例(術後経過 15.0 ± 5.6 ヵ月)とした。TKA 群の使. 最大膝伸展筋力と膝屈曲筋力を発揮させることで測定し. 用機種は bi-cruciate retaining であり,非術側は膝 OA の. た。筋活動計測は,筋電計よりアナログ出力しソフト. 診断がないことを整形外科医師の診察記事より確認して. ウェア Vicon Nexus2.5 でアナログ入力を行うことで三. いる。健常群は,下肢に整形外科疾患を有さない地域の. 次元動作解析と同期させ,1 降段動作の立脚期を 100%.

(3) TKA 後の降段動作中の遠心性膝関節伸展モーメントの特性. 533. ⾚外線カメラ MX T-20 8台. 床反⼒計 DP-400600-2000 (AMTY社製). 計測⽤PC. 40cm 20cm 40cm. 30cm. 図 1 計測環境と計測用階段 計測環境(上図),計測用階段(左下図),床反力計の位置関係(右下図)を示す.. として正規化した。また下肢筋の筋活動解析時期は,本. 径 14 mm の赤外線反射マーカーを Plug in gait の定め. 研究の主要な評価項目である内部膝関節伸展モーメント. る 35 個のマーカー位置に貼付,サンプリング周波数. の 第 1 ピ ー ク( 立 脚 期 20 %) と 第 2 ピ ー ク( 立 脚 期. 200 Hz で 計 測 用 PC を 用 い 計 測 し た。 デ ー タ 処 理 は. 80%)の下肢筋活動量を両群で比較検討した。. Nexus に搭載されている Plug in gait モデルを使用し ,. 3)動作解析. 矢状面における運動学データ(関節角度,関節角速度). (1)降段動作. および運動力学データ(床反力,関節モーメント,関節.  計測環境,計測用階段と床反力計の位置関係を示す. パワー)を算出した。さらに Vicon Polygon3.5 を使用. (図 1)。計測条件は,2 段構成の階段(蹴上 20 cm,踏. し 1 降段動作の立脚期を 100%正規化した。解析時期は,. 面 30 cm に設定)とし,1 段目下に床反力計を設置した。. 本研究の主要な評価項目である内部膝関節伸展モーメン. 課題は降段動作とし,動作様式は手摺り非使用にて 1 足. トの第 1 ピーク(立脚期 20%)と第 2 ピーク(立脚期. 1 段とした。全対象者に対して 1 歩目に計測肢を接地し ,. 80%)で下肢運動学,運動力学データを両群で比較した。. 降段時は最下面設置後も歩き続けるように共通した教示. また関節パワー(仕事率)は,正のパワーはエネルギー. を与えた。被験者は課題動作の練習を十分に行ったうえ. 生成を示し求心性収縮と関係し,一方で負のパワーはエ. で連続 5 回の計測を行った。階段昇降動作における先行. ネルギーの吸収を示し遠心性収縮と関係するとされてい. 研究の解析方法. 19). を基に床反力計の上に階段を設置し,. 降段動作の床反力を計測した。. る. 20). 。時間距離因子は,降段動作速度,立脚期割合を. 算出した。. (2)三次元動作解析  運動学および運動力学データの計測は,3 次元座標計. 4.統計解析. 測機器 VICON-MX systems(VICON 社製,LTD-UK) ,.  統計学的解析方法は,すべての解析結果には正規性の. 赤外線カメラ(MX T-20)8 台と 4 基の床反力計(ATMY. 検定として Shapiro-Wilk 検定を行い,その結果に基づ. 社製,DP400600-2000,400 × 600 mm)を使用した。直. いて以後の検定を選択し,各計測項目の群間比較を対応.

(4) 534. 理学療法学 第 47 巻第 6 号. 表 1 基本情報の比較 項目. TKA 群(8 例). 年齢(歳). 67.4 ± 6.0. 性別(男 / 女) 2 BMI(kg/m ). 69.4 ± 6.8. 術側 QS(Nm/kg) 非術側 QS(Nm/kg). p値 0.42. 3/5. 2/8. 0.46. 26.5 ± 2.8. 24.9 ± 2.0. 0.12. 0(‒5‒0). 膝伸展可動域(°) 膝屈曲可動域(°). 健常群(10 例). 0(0). 0.19. 125.0 ± 7.6. 137.5 ± 8.9. <0.01**. 1.6 ± 0.5. 2.1 ± 0.4. <0.05*. 1.8 ± 0.6. 2.1 ± 0.4. 0.06. TUG(sec). 7.9 (6.1‒8.3). 6.1(5.7‒6.5). 0.08. TST(sec). 5.5 ± 1.3. 4.1 ± 0.6. <0.05*. 立脚期(%). 65.5 ± 3.5. 64.4 ± 2.6. 0.62. 0.6 ± 0.1. 0.7 ± 0.1. 0.12. 動作速度(m/s). 平均値±標準偏差,中央値(四分位範囲),* p<0.05,** p<0.01 BMI:Body Mass Index,QS:Quadriceps Strength TUG:Timed up and go test,TST:Timed Stair test. 表 2 膝関節の運動学・運動力学データの比較 項目. TKA 群(8 例). 健常群(10 例). p値. 膝関節屈曲角度 第 1 ピーク(°). 17.3 ± 12.9. 20.1 ± 8.9. 0.35. 第 2 ピーク(°). 57.1 ± 20.7. 54.7 ± 8.9. 0.82. 膝関節屈曲角速度 第 1 ピーク(° /s). 16.2 ± 41.5. 35.1 ± 26.9. 0.06. 第 2 ピーク(° /s). 170.8 ± 30.5. 173.0 ± 34.9. 0.56. 第 1 ピーク(N/kg). 1.1 ± 0.2. 1.2 ± 0.2. 0.17. 第 2 ピーク(N/kg). 0.6 ± 0.2. 0.8 ± 0.1. 0.06. 第 1 ピーク(Nm/kg). 0.1 ± 0.5. 0.7 ± .0.4. <0.05*. 第 2 ピーク(Nm/kg). 0.7 ± 0.2. 1.1 ± 0.2. <0.05*. 第 1 ピーク(W/kg). 0.3 ± 0.5. ‒0.4 ± 0.4. <0.05*. 第 2 ピーク(W/kg). ‒1.5 ± 1.0. ‒3.3 ± 0.8. <0.05*. 床反力鉛直成分. 膝関節伸展モーメント. 遠心性膝関節パワー. 平均値±標準偏差,* p<0.05. のない t 検定,Mann-Whitney U 検定または χ 2 検定を. 健常群よりも有意に遅かった。. 用いて検討した。計測値は,平均値±標準偏差または中 央値(四分位範囲)で示した。なお,統計処理は解析ソ. 2.膝関節の運動学・運動力学データの比較. フト R-2.5.1 を用いて有意水準は 5%とした。.  両群の降段動作中における膝関節運動学・運動力学. 結   果. データを比較した結果を示す(表 2)。TKA 群の膝関節 伸展モーメントの第 1 ピーク,第 2 ピークは,健常群よ. 1.基本情報. りも有意に小さかった(図 2) 。膝関節パワーでも両ピー.  両群の基本情報の比較を示す(表 1)。両群において,. クともに TKA 群は健常群よりも有意に遠心性の関節パ. 年 齢, 性 別,BMI, 膝 関 節 伸 展 可 動 域, 非 術 側 QS,. ワーが小さかった(図 3)。また主要な評価項目である. TUG,降段立脚期,降段動作速度は有意差を認めなかっ. 膝関節伸展モーメントに影響を与える膝関節屈曲角度,. た。TKA 群の膝屈曲可動域および術側 QS は,健常群. 床反力鉛直成分では両群で有意差は認めなかった。. よりも有意に小さかった。TKA 群の階段昇降時間は,.

(5) TKA 後の降段動作中の遠心性膝関節伸展モーメントの特性. 535. 図 3 膝関節パワー グラフは各群の平均値を示している.. 図 2 内部膝関節屈伸モーメント グラフは各群の平均値を示している.. 表 3 股関節と足関節の運動学・運動力学データの比較 項目. TKA 群(8 例). 健常群(10 例). p値. 股関節屈曲角度 第 1 ピーク(°). 27.1 ± 8.4. 11.3 ± 11.5. <0.05*. 第 2 ピーク(°). 20.1 ± 12.5. 0.1 ± 11.0. <0.05*. 股関節伸展モーメント 第 1 ピーク(Nm/kg). 0.4 ± 0.3. ‒0.4 ± 0.4. <0.05*. 第 2 ピーク(Nm/kg). ‒0.2 ± 0.4. ‒0.9 ± 0.3. <0.05*. 第 1 ピーク(W/kg). ‒0.3 ± 0.4. ‒0.7 ± 0.4. 0.05. 第 2 ピーク(W/kg). 0.1 ± 0.2. 0.2 ± 0.2. 0.39. 第 1 ピーク(°). 12.5 ± 6.6. 16.5 ± 6.0. 0.17. 第 2 ピーク(°). 30.7 ± 7.1. 35.9 ± 4.7. 0.06. 第 1 ピーク(Nm/kg). 0.7 ± 0.2. 0.6 ± 0.2. 0.17. 第 2 ピーク(Nm/kg). 0.7 ± 0.2. 0.8 ± 0.1. 0.62. 第 1 ピーク(W/kg). ‒0.5 ± 0.7. ‒0.5 ± 0.5. 0.76. 第 2 ピーク(W/kg). 0.2 ± 0.5. 0.6 ± 0.4. 0.08. 遠心性股関節パワー. 足関節背屈角度. 足関節底屈モーメント. 遠心性足関節パワー. 平均値±標準偏差,* p<0.05. 3.股関節と足関節の運動学・運動力学データの比較. 4.下肢筋活動の比較.  両群の降段動作中における股関節と足関節の矢状面運.  両群の降段動作中における下肢筋活動を比較した結果. 動学,運動力学データを比較した結果を示す(表 3)。. を示す(表 4) 。降段動作の第 1 ピーク,第 2 ピークの. 降段動作の第 1 ピーク,第 2 ピークの股関節屈曲角度で. 大. は,TKA 群は健常群よりも有意に大きかった。股関節. 大きかった(図 4) 。降段動作中の内側広筋,外側広筋,. 伸展モーメントでも,第 1 ピークと第 2 ピークともに. 腓腹筋外側頭の筋活動は両群で有意差を認めなかった. TKA 群は健常群よりも有意に大きかった。. 二頭筋の筋活動は,TKA 群は健常群よりも有意に. (図 4)。.

(6) 536. 理学療法学 第 47 巻第 6 号. 表 4 下肢筋活動の比較 項目. TKA 群(8 例). 健常群(10 例). p値. 第 1 ピーク(%MVC). 25.5 ± 12.3. 23.4 ± 18.5. 0.52. 第 2 ピーク(%MVC). 37.5 ± 16.4. 40.0 ± 23.9. 0.89. 第 1 ピーク(%MVC). 30.1 ± 12.6. 21.9 ± 11.3. 0.07. 第 2 ピーク(%MVC). 30.7 ± 7.1. 35.9 ± 4.7. 0.77. 第 1 ピーク(%MVC). 41.6 ± 29.0. 19.8 ± 10.9. <0.05*. 第 2 ピーク(%MVC). 16.2 ± 8.2. 10.1 ± 6.2. <0.05*. 第 1 ピーク(%MVC). 35.9 ± 24.6. 32.9 ± 42.1. 0.27. 第 2 ピーク(%MVC). 15.4 ± 7.9. 10.9 ± 6.9. 0.35. 内側広筋. 外側広筋. 大. 二頭筋. 腓腹筋外側頭. 平均値±標準偏差,* p<0.05,MVC:Maximal Voluntary Contraction. 図 4 下肢筋活動 内側広筋(左上),外側広筋(右上),大 二頭筋(左下),腓腹筋外側頭(右下) グラフは各群の平均値を示している.. 力発揮時における随意的な筋活性化の報告でも術後数年. 考   察 1.大. でも大. 四頭筋筋力と階段昇降時間. 四頭筋の筋活性化は同年代健常者よりも低いこ. とが示されている. 22‒24). 。 両 群 に お け る 筋 力 差 に は,.  本研究において術後 1 年以上経過した TKA 群の QS. TKA 後患者の大. は,同年代健常者よりも有意に低かった。TKA 後患者. 的な低下が影響したと考える。. における QS 回復の研究では,術前値から 10 ∼ 20%改.  本研究において TKA 群の階段昇降時間は健常群より. 善するが健常者あるいは非術側の筋力値までは回復しな. も有意に遅かった。TKA 後 1 年時の階段昇降時間に関. いとの報告がある. 21). 。さらに TKA 後の大. 四頭筋筋. 四頭筋の随意的な筋活性化の中長期. 連する膝関節機能を検証した研究では,術側および非術.

(7) TKA 後の降段動作中の遠心性膝関節伸展モーメントの特性. 側 QS が高いほど階段昇降時間が速かったと報告してい 25). 537. 3.降段動作の遠心性膝関節伸展モーメントの第 2 ピーク. 。TKA 群の膝関節屈曲可動域は 125.0 ± 7.6°であ.  降段動作時における内部膝関節伸展モーメントの第 2. り,降段時に必要な膝関節屈曲角度 90 ∼ 110°までは回. ピークは,健常者よりも TKA 後患者の方が有意に低. る. 復していた. 7)8). 。したがって,両群の階段昇降時間の違. かった。降段動作中の膝関節伸展モーメントの第 2 ピー 10). ,本. いには,膝関節屈曲可動域よりも TKA 群の術側と非術. クは 1.4 Nm/kg 程度の筋力発揮が要求されるが. 側 QS が低いことが階段昇降時間の遅延に影響したと考. 研究の TKA 後患者の QS は 1.6 ± 0.5 Nm/kg であり,. える。ただし,階段昇降時間に関連する因子のシステマ. 筋力水準は満たしていた。しかし大. ティックレビューによると変形性膝関節症では高い下肢. 時は等尺性収縮様式での最大膝伸展筋力,降段動作解析. 筋力,疼痛が少ないことが階段昇降時間を速く行うため. は遠心性収縮様式での膝関節伸展モーメントの発揮とな. に必要であるが,TKA 後患者では研究数が少なく一定. り各測定条件で収縮様式が異なるため TKA 後 1 年時の. 17). 筋力回復が良好な症例でも健常者と類似した膝関節伸展. の結論が得られていない. 。このため TKA 後の階段. 昇降能力の改善には,術後早期からの大. 四頭筋の筋力. 四頭筋の筋力計測. モーメントの発揮が困難であったと考える。. 強化が重要な因子となると考える。しかしながら,TKA.  降段動作時における遠心性膝関節パワーの第 2 ピーク. 後患者が階段昇降を困難感なく遂行するための筋力カッ. は,健常者よりも TKA 後患者の方が有意に低かった。. トオフ値が不明であり,今後さらなるデータの蓄積と検. 関節パワーは,関節角速度と関節モーメントの積により. 討が必要である。. 算出される. 20). 。本研究では,両群の膝関節屈曲角速度. の第 2 ピーク値には有意差はなかった。ただし膝関節伸 2.降段動作の遠心性膝関節伸展モーメントの第 1 ピーク. 展モーメントの第 2 ピーク値は TKA 群が健常群よりも.  降段動作中の機能的役割は体重の降下速度の制御であ. 低いため,本研究では関節モーメントの違いが遠心性膝. り最大の役割は膝関節が担っている. 26). 。健常者における. 関節パワーの低下に影響したと考える。降段動作時の下. 降段動作中の膝関節伸展モーメントの第 1 ピーク(∼. 肢筋活動の報告によると降段の立脚後期では大. 1.1 Nm/kg)と第 2 ピーク(∼ 1.4 Nm/kg)では,膝関. 外側広筋,内側広筋の中等度の活動(10 ∼ 20% MMT). 節では安定性と衝撃の吸収が要求されるため遠心性収縮. とハムストリングスが同時収縮する. 様式で大. 直筋,外側広筋,内側広筋が活動する. 10)27). 。. 直筋,. 28). 。本研究では,. 下肢筋活動の降段動作の第 2 ピーク値で,TKA 患者の. 本研究では,TKA 後患者の降段立脚初期である第 1 ピー. 大. クにおいて遠心性膝関節伸展モーメントは同年代健常者. TKA 後患者における降段動作の第 2 ピークでも,大. よりも有意に低下していた。動作中の膝関節伸展モーメ. 四頭筋回避戦略に対する相対的なハムストリングス活動. ントは,床反力鉛直成分,前後成分,床反力作用点,膝. 促通戦略. 関節中心の位置により規定される. 28). 。本研究の降段動作. 二頭筋の筋活動は健常者よりも強く収縮していた。. 15). を用いることで遠心性膝関節伸展モーメン. トを代償していたと考える。. の第 1 ピークにおける膝関節屈曲角度,床反力鉛直成分 では両群間で有意差がないものの TKA 後患者の股関節. 4.本研究の限界. 屈曲角度,股関節伸展モーメントが健常者よりも有意に.  本研究の対象は,厳格な取り込み基準にて健常者の膝. 高かった。このため体幹前傾による体重心の前方化にて. 関節機能を再現できている可能性が高い症例を選択して. 床反力ベクトルが膝関節中心に近づくことでレバーアー. おり,解析対象者数が少ないのが問題である。人工膝関. 29). ,降段動作中の遠心性膝関節伸展モー. 節では,膝関節機能の再建に加えて長期の耐久性もまた. メントの第 1 ピークが低下したと考える。しかし,降段. 重要な目標となる。先行研究では,TKA 後の耐久性の. 動作の荷重応答期における床反力鉛直成分(1.56 WB). 指標には膝関節内反角度と内反モーメントなどの前額面. は,階段昇段(1.12 WB)や平地歩行(1.19 WB)よりも. 因子が関与することが報告されている. ムの短縮が生じ. 30). 31). 。本研究では. 。本研究でも TKA 後患者の降段動作の第 1 ピー. 事前検証として降段動作解析方法の日間信頼性を算出し. クにおける床反力鉛直成分は,健常者と同程度であり膝. たが矢状面での再現性が高いものの前額面では再現性が. 関節での衝撃吸収を他関節の筋機能で代償する必要があ. 低く本研究の計測方法での限界であった。. 高い. る。本研究の TKA 後患者では,降段動作中の第 1 ピー クで股関節伸筋群である大. 二頭筋の筋活動が健常者よ. 結   語. りも高く股関節伸展モーメントが増加していることから,.  TKA 後の降段動作では,両十字靭帯を温存し大. 大. 頭筋筋力が比較的充足していても,正常な遠心性膝関節. 四頭筋回避戦略に対する相対的なハムストリングス. 活動促通戦略 と考える。. 15). が降段立脚初期の衝撃吸収を代償した. 四. 伸展モーメント発揮による体重心の落下速度の制御は再 現できていなかった。TKA 後患者では,降段動作中の 膝関節機能の低下に対して,ハムストリングスを強く収.

(8) 538. 理学療法学 第 47 巻第 6 号. 縮し股関節伸展モーメントを増加させる代償動作戦略を 認めた。TKA 後の降段動作の再建には,従来よりの大 四頭筋筋力の増強に加えて,膝関節屈曲角度の獲得, 遠心性収縮パターンの再教育および他関節との協調運動 が重要になることが示唆された。 利益相反  本論文作成にあたり,開示すべき利益相反関係にある 企業,組織,団体は存在しない。 文  献 1)Shan L, Shan B, et al.: Intermediate and long-term quality of life after total knee replacement: a systematic review and meta-analysis. J Bone Joint Surg Am. 2015; 97: 156‒168. 2)Noble PC, Conditt MA, et al.: Patient expectations affect satisfaction with total knee arthroplasty. Clin Orthop Relat Res. 2006; 452: 35‒43. 3)Nakahara H, Okazaki K, et al.: Correlations between patient satisfaction and ability to perform daily activities after total knee arthroplasty:why aren’t patients satisfied? J Orthop Sci. 2015; 20: 87‒92. 4)山田英司,井野拓実:人工膝関節全置換術の理学療法.文 光堂,東京,2018,pp. 15‒16. 5)Baumann F, Bahadin O, et al.: Proprioception after bicruciate-retaining total knee arthroplasty is comparable to unicompartmental knee arthroplasty. 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(9) TKA 後の降段動作中の遠心性膝関節伸展モーメントの特性. 〈Abstract〉. Descending Stairs in Patients after Total Knee Arthroplasty Fails to Reproduce Efferent Knee Joint Extension Moment in Healthy Volunteers. Taiki FURUMOTO, PT, Ayane KATAYAMA, PT, Yu MATSUI, PT, Yuka KAWAMURA, PT, Ken TOMONARI, PT, Shinsuke KATOH, MD, PhD Department of Rehabilitation, Tokushima University Hospital Taiki FURUMOTO, PT, Daisuke HAMADA, MD, PhD, Koichi SAIRYO, MD, PhD Department of Orthopedics, Institute of Biomedical Sciences Tokushima University Graduate School. Purpose: To clarify whether a patient can reproduce the elongation moment of the efferent knee joint in patient of the same age while descending stairs after total knee arthroplasty (TKA). Methods: The subjects were 8 patients in the TKA group who were able to perform step-down movements in one step and 1 step 1 year after undergoing TKA, and 10 healthy volunteers of the same age. In the descending motion analysis, lower limb muscle activity was measured using a threedimensional motion analyzer and ground reaction force meter by measuring the joint angle, joint moment, joint power, and surface electromyogram of the sagittal plane. All measured data were compared for the main measurement item, first peak of knee extension moment (20%), and second peak of knee extension moment (80%). Results: In the TKA group, the elongating moment of the efferent knee joint during the lowering movement was significantly lower in both the early stance phase and late stance phase than that in the healthy group. Conclusion: One year after the TKA, the efferent knee joint extension moment of healthy individuals of the same age cannot be reproduced while descending stairs. Key Words: Total knee arthroplasty, Descending stairs, Efferent knee joint extension moment. 539.

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参照

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