加齢による二重課題バランス能力低下と
転倒及び認知機能との関連について
Dual-Task Balance Test: Aging and the Relationship of Falls and
Cognitive Impairment in Institutionalized Elderly
島 浩人
1)池添 冬芽
2)HIROTO SHIMA, RPT1), TOME IKEZOE, RPT2)
1) Department of Rehabilitation, Uji Takeda Hospital: 36–26 Satojiri, Uji, Uji City, Kyoto 611-0021, Japan.
TEL +81 774-25-2785
2) Department of Human Health Sciences, Graduate School of Medicine, Kyoto University
Rigakuryoho Kagaku 24(6): 841–845, 2009. Submitted May 12, 2009. Accepted Jun. 30, 2009.
ABSTRACT: [Purpose] In this study, we investigated voluntary step behavior and postural sway under single- and
dual-task conditions, and compared them between young subjects and older adult subjects, and between with and without a history of falls for the older adult subjects. Furthermore, we investigated the relationship between balance ability and cognitive function in the elderly. [Methods] Subjects performed the rapid voluntary stepping test in a standing position to measured dynamic balance ability, and postural sway with the eyes open was measured as static balance ability. An arithmetic task was used as the secondary cognitive task. [Results] In elderly subjects, there were significant differences between the single- and dual-task conditions in both stepping ability and postural sway. There was no significant difference in postural sway between fallers and non-fallers under both the single- and dual-task conditions. However, the stepping ability of non-fallers was significantly higher than that of fallers under both the single- and dual-task conditions. [Conclusion] These findings suggest that simple stepping ability as a dynamic balance test as well as dual task conditions, may be closely related to the incidence of falls in the elderly people.
Key words: dual task, balance, fall
要旨：〔目的〕本研究の目的はバランス課題（安静立位重心動揺およびステッピング能力）に認知課題を加えた二 重課題能力の若年者と高齢者との違い，高齢者の二重課題バランス能力と転倒および認知機能との関連について明 らかにすることである。〔方法〕単純課題の静的バランス能力として安静立位時の重心動揺面積，動的バランス能 力として立位でのステッピングテストを実施した。二重課題能力の評価は引き算を行いながら，これらのバランス 課題を実施した。〔結果〕高齢者においては重心動揺面積，ステッピングともに単純課題と二重課題との間に有意 差がみられた。また，高齢対象者を転倒群と非転倒群とに分類して比較した結果，重心動揺面積は単純課題・二重 課題ともに2 群間に有意差はみられなかったが，ステッピングは単純課題・二重課題ともに非転倒群より転倒群で 有意な低下が認められた。〔結語〕ステッピングのような動的バランス課題では二重課題だけでなく，単純課題で も転倒との関連が強いことが示唆された。 キーワード：二重課題，バランス，転倒 1) 宇治武田病院 リハビリテーション科：京都府宇治市宇治里尻36-26（〒611-0021） TEL 0774-25-2785 2) 京都大学大学院 医学系研究科人間健康科学系専攻 受付日 2009年5月12日 受理日 2009年6月30日
I. はじめに 我々は日常生活を送る上で，歩行，立ち上がりなど 単独の動作だけでなく，「人と会話をしながら歩く」な ど，複合した課題を遂行している。このような様々な 環境下でも必要な情報に注意を向け，スムーズに動作 や作業を実施するためには，前頭前野を中心とした「ワー キングメモリ」と呼ばれる機能が重要である1)。ワーキ ングメモリとはさまざまな行動場面での情報処理の一 時的な保持を担うことにより，情報の処理と保持の並 列処理を支え，目標の達成に向かって行動を維持する のに重要な役割を果たす機能であり，Baddely1)は加齢 や脳障害によりその機能が低下すると報告している。 このワーキングメモリの機能が低下した高齢者におい ては，複合課題能力が低下するといわれている。例え ば，簡単な暗算や文字の読み取りをさせながらのバラ ンス能力，筋力，敏捷能力などの運動能力の変化を観 察すると，高齢者では大きく運動能力が低下すること が報告されている2-5)。 Woollacott ら6)は，「人と話しながら歩く」といった二 つの課題を同時に行う場合，両者の課題に対する情報 処理能力が低い場合，一方，あるいは両方の行動が低 下するとしている。例えば，歩行中に話しかけると立 ち止まってしまう“Stop Walking When Talking”，（SWWT） と呼ばれる現象の有無は，転倒リスクを簡便に判別す るのに有用であることが報告されている7-9)。このよう に，近年では二重課題への対応能力の低下が，高齢者 の転倒発生と関連するとの報告が散見される。しかし ながら，転倒の危険性を予測するためには，どのよう な二重課題が有効であるかについては，まだ明確な指 標がないのが現状である。特に高齢者の転倒にはバラ ンス機能が密接に関連するとされているが，バランス 能力を静的バランス能力と動的バランス能力とに分け て，詳細に二重課題バランス能力と転倒との関連につ いて調べた報告はみられない。 本研究ではバランス能力に着目し，高齢者と若年者 を対象に静的バランス能力および動的バランス能力， さらにこれらのバランス課題に認知課題を加えた二重 課題能力を評価して，加齢による二重課題バランス能 力の変化について検討した。また高齢者についてこれ らのバランス能力と転倒及び認知機能との関連につい て検討を行った。 II. 対象と方法 1. 対象 養護老人ホームに入所している高齢者26 名（平均年 齢83.8 ±7.3 歳），及び若年者10 名（平均年齢22.3 ±4.0） を対象とした。高齢対象者については，杖なしでの歩 行，あるいは杖を用いての歩行が自立している者を対 象とした。また，バランス機能測定に支障をきたすほ どの身体機能障害を有する者や重度の認知症の者は対 象から除外した。また，高齢者の過去2 年間の転倒経験 の有無について調査し，転倒群と非転倒群とに対象者 を分類した。 なお，すべての対象者に対して本研究についての十 分な説明を行い，同意を得た。 2. 方法 単純課題の静的バランス能力の評価として，重心動 揺計（アニマ社製グラビコーダG-5000）を用いて開眼 閉脚での静止立位を20秒間保持した際の重心動揺面積 （Root Mean Square area，以下，単純RMS）を測定した。 単純課題の動的バランス能力の評価には立位でのス テッピングテストを実施した（以下，単純ステッピン グ）。ステッピングテストは肩幅程度に両足を開き，ス テッピング測定器（竹井機器工業社製）のセンサーマッ ト上に両足底を接地した姿勢を開始肢位として，全速 力で5 秒間足踏みを行わせた回数を測定した。なお，非 支持脚の足底は完全にセンサーマットから離した状態 で交互にステッピングできた回数を測定した。測定は 2 回行い，その最大値を採用した。 二重課題能力の評価として，上記の重心動揺計測お よび立位ステッピングテストをそれぞれ暗算での引き 算（100 から7 を順に引いていく）をする課題と同時に 行った（以下，二重RMS，二重ステッピング）。 また，高齢対象者のみ認知機能の評価を実施した。 簡易知能検査として，Mini-Mental State Examination（以
下，MMSE）10)および改訂長谷川式簡易知能スケール
（以下，HDS-R）11)，視覚認知・構成能力評価としてKOHS
立方体テスト（以下，KOHS）12)，前頭前野機能評価と
してFrontal assessment battery（以下，FAB）13)を用いた。 統計学的検定については，単純課題と二重課題の比 較を対応のあるt- 検定，転倒群と非転倒群の比較を対 応のないt- 検定にて行った。単純課題に対する二重課 題の相対的変化率を求めて，若年者と高齢者の変化率， 及び転倒群と非転倒群の変化率の比較をMann-Whitney 検定を用いて行った。さらに，高齢者における二重課
題バランス能力と認知機能との関連について，ピアソ ンの相関係数を算出して，有意性の検定を行った。 なお，有意水準は5％未満とした III. 結 果 単純課題と二重課題を比較すると，静的バランス能 力については，若年者では単純RMS と二重RMS との間 に有意差が認められなかったが，高齢者では単純RMS より二重RMS は有意に大きい値を示した（表1）。動的 バランス能力については，若年者，高齢者ともに二重 ステッピングは単純ステッピングと比較して有意な低 下が認められた（表1）。また，単純課題に対する二重 課題の相対的変化率をみると，RMS 変化率，ステッピ ング変化率ともに若年者より高齢者の方が有意に大き かった（表2）。 高齢者における転倒群と非転倒群との比較では，RMS については単純課題，二重課題ともに転倒群と非転倒 群との間に有意差はなかった（表3）。また，単純課題 に対する二重課題の変化率についても2 群間で有意差 はなかった（表3）。ステッピングテストについては， 単純課題，二重課題ともに転倒群は非転倒群と比較し て有意な低下が認められたが，その変化率は2 群間で 有意差はなかった（表4）。なお，MMSE，HDS-R，KOHS， FAB のいずれの認知機能も，転倒群と非転倒群との間 に有意差はみられなかった。 高齢者における認知機能の平均値は，MMSE が 17.9 ±5.7 点，HDS-R が 16.8 ± 7.4 点，KOHS が 9.3 ± 6.2 点， FAB が 9.2 ± 4.3 点であった。二重課題バランス能力と 認知機能との関連についてみると，二重RMS では各々 の認知機能テストとの間に有意な相関は認められなかっ たが，二重ステッピングでは，MMSE，HDS-R，FAB と 有意な相関が認められた（表5）。 IV. 考 察 本研究において，重心動揺面積のRMS 値は，若年者 では単純課題と二重課題との間に有意な差はなかった 表1 若年者と高齢者における単純課題と二重課題の比較 若年者 高齢者 単純課題 二重課題 単純課題 二重課題 RMS（cm2） 0.95 ± 0.42 1.05 ± 0.74 2.1 ± 2.3 2.9 ± 3.0** ステッピング（回） 51.5 ± 8.1 48.3 ± 8.4* 22.3 ± 7.9 18.2 ± 7.1** *：p<0.05 **：p<0.01 にて単純課題と二重課題との間に有意差があったことを示す． 表2 若年者と高齢者の単純課題に対する二重課題の変化率 若年者 高齢者 RMS –5.1 ± 46.2 –52.3 ± 65.4* ステッピング 6.2 ± 7.3 17.3 ± 17.0* 変化率（％）＝’( 単純課題 ) － ( 二重課題 )）/（単純課題）×100 *：p<0.05 にて若年者と高齢者との間に有意差があったこと を示す． 表3 転倒群と非転倒群におけるRMSの比較 転倒群 非転倒群 単純RMS（cm2） 2.7 ± 3.0 1.6 ± 1.1 二重RMS（cm2） 3.5 ± 3.9 2.3 ± 1.8 変化率（％） –50.2 ± 78.0 –54.4 ± 53.1 変化率（％）＝（( 単純課題 ) － ( 二重課題 )）/（単純課題）×100 *：p<0.05 にて転倒群と非転倒群との間に有意差があったこ とを示す． 表4 転倒群と非転倒群におけるステッピングの比較 転倒群 非転倒群 単純ステッピング（回） 18.8 ± 6.2 25.8 ± 8.1** 二重ステッピング（回） 15.1 ± 5.2 21.2 ± 7.5** 変化率（％） 17.2 ± 20.8 17.6 ± 12.9 変化率（％）＝（( 単純課題 ) － ( 二重課題 )）/（単純課題）×100 **：p<0.01 にて転倒群と非転倒群との間に有意差があった ことを示す． 表5 二重課題バランス能力と認知機能との相関係数 二重RMS 二重ステッピング MMSE –0.23 0.43* HDS–R 0.22 0.46* KOHS –0.08 0.42 FAB –0.21 0.55* *：p<0.05
が，高齢者は単純課題よりも二重課題の方が有意に大 きい値を示し，また立位ステッピングの回数について は，若年者，高齢者ともに二重課題の方が有意に低い 値を示した。このことから，二重課題下で若年者は重 心動揺といった静的なバランス能力は低下しないが， 立位ステッピングといった動的なバランス能力は低下 し，高齢者においては動的バランスだけでなく静的バ ランスにおいてもその対応能力が低下すると考えられ た。 また，単純課題に対する二重課題の相対的変化率を みると，RMS のみならずステッピングにおいても高齢 者では若年者と比較して変化率が有意に大きく，高齢 になると著明に二重課題への対応能力が低下すること が示唆された。池添ら14)は20 秒間の坐位でのステッピ ングテストと本研究と同じ認知課題を加えた二重課題 坐位ステッピングを若年者と高齢者で比較した結果， 坐位ステッピングにおいても本研究と同様に単純課題， 二重課題ともに若年者よりも高齢者の方が低い値を示 すこと，若年者では単純課題と二重課題との間に差は みられないが，高齢者では二重課題下で有意に低い値 を示すことを報告している。このことからも，ステッ ピング能力は坐位，立位ともに高齢になると低下し， さらに認知課題を加えた二重課題になると高齢者はそ の対応能力が著明に低下すると考えられた。ステッピ ングは坐位よりも立位で行う方が，支持基底面が狭く， かつ変化しやすいため，注意といった意図的処理がよ り必要となり，二重課題下ではさらに同時に与えられ た認知課題を処理しなければならない。このため，今 回の立位ステッピング課題においては，若年者におい ても二重課題下で注意分配の十分な処理を行うことが できなかったのではないかと考えられた。このように， 重心動揺などの静的バランスや坐位でのステッピング よりも，難易度の高い立位ステッピングでは若年者に おいても二重課題への対応能力が低下することが示唆 された。 山田ら15)は地域在住高齢者を対象に10 m歩行時間と 転倒との関連を調べた結果，何も課題を与えない単純 課題での歩行時間では転倒群と非転倒群に差は認めら れなかったが，簡単な計算を行いながらの二重課題下 での歩行時間は転倒群が延長しており，二重課題での 歩行時間が38.8％減速すると6か月以内に転倒する確率 が84.8％になると報告している。このように二重課題 と転倒の関連については歩行能力に着目した研究が多 く7-9)，バランス能力については詳細に二重課題能力と 転倒との関連を調べた研究は少ない。今回，我々は重 心動揺面積と立位ステッピング回数とで転倒の関連性 を調べたが，単純課題，二重課題のRMS は転倒群と非 転倒群との間に有意差はなかったが，立位ステッピン グ回数については単純課題，二重課題ともに2 群間で 有意な差が認められた。このことから，重心動揺のよ うに立位で静止保持するといった静的なバランスより も，立位でのステッピングのような急激な支持基底面 の変化に対して機敏に重心を移動させるといった動的 なバランスの方が転倒との関連性が強いことが示唆さ れ，このような動的バランスの課題においては，二重 課題でなくても単純課題で十分に転倒予測が可能であ ると考えられた。しかし，20 秒間の坐位ステッピング を用いて高齢者における二重課題と転倒の関連性を分 析した過去の我々の研究16)において，単純課題では転 倒群と非転倒群とで坐位ステッピングの回数に有意差 はなく，二重課題では転倒群は非転倒群に比べて，ス テッピングの回数に減少傾向がみられたことから，坐 位のステッピングテストでは，二重課題下で転倒の危 険性を予測する指標になることを報告した。本研究で は，坐位ではなく立位でステッピングテストを行った ことで，単純課題でもより動的なバランス能力が要求 されたために転倒との関連性がみられたことが考えら れる。 高齢者における二重課題下のバランス能力と認知機 能 と の 関連 を み る と，RMS では認知機能と相関はな かったが，立位ステッピングについては MMSE，HDS-R，FAB との間に有意な相関がみられ，特にFAB との相 関係数は0.55 と最も高かった。このことから，動的な バランス能力・姿勢制御には認知機能，特にFAB に反 映される前頭前野機能との関連が強いことが示唆され た。池添ら14)もFAB と坐位ステッピングにおける単純 課題に対する二重課題の相対的低下率との間に有意な 相関があると報告している。このように認知機能，特 に前頭前野機能は二重課題下での動的バランス能力に 影響を及ぼすことが示唆された。 Silsupadolら17)は高齢者のバランスコントロールには 認知機能を含めた神経システムが関与しており，単純 課題より二重課題トレーニングの方が高齢者のバラン ス機能を向上させるとしている。Erickson ら18)は認知課 題の遂行能力の向上に伴い，前頭連合野の活動量の減 少を示したことで，脳の可塑的変化が生じるため，二 重課題下での訓練が前頭連合野を活性化しワーキング メモリを向上させるとしている。また山田ら19)も二重 課題下でのバランス訓練を行うことで二重課題歩行の 体幹動揺を減少させ，しかも比較的短期間で効果があ
らわれたことを報告している。このように高齢者の転 倒予防対策としてはバランス機能単独の練習を行うこ とよりも前頭前野機能を中心とした認知課題を加えて バランス練習を行うことが重要であると考えられる。 しかしながら，本研究の結果から，立位ステッピング 能力は，認知課題を加えた二重課題だけでなく単純課 題でも転倒との関連性が強いことが示され，転倒ハイ リスクの高齢者のスクリーニングとしては二重課題に しなくても単純課題の立位ステッピングテストで転倒 予測が可能であることが推察された。 引用文献
1) Baddely AD: Working memory: looking back and looking for-ward. Nat Rev Neurosci, 2003, 4: 829-839.
2) Hauer K, Pfisterer M, Weber C, et al.: Cognitive impairment decreases postural control during dual tasks in geriatric patients with a history of severe falls. J Am Geriatr Soc, 2003, 51(11): 1638-1644.
3) Condron JE, Hill KD: Reliability and validity of a dual-task force platform assessment of balance performance: effect of age, bal-ance impairment, and cognitive task. J Am Geriatr Soc, 2002,
50(1): 157-162.
4) Hauer K, Marburger C, Oster P: Motor performance deteriorates with simultaneously performed cognitive tasks in geriatric patients. Arch Phys Med Rehabil, 2002, 83(2): 217-223. 5) Melzer I, Oddsson LI: The effect of a cognitive task on voluntary
step execution in healthy elderly and young individuals. J Am Geriatr Soc, 2004, 52(8): 1255-1262.
6) Woollacott M, Shumway-Cook A: Attention and the control of posture and gait: A review of an emerging area of research. Gait Posture, 2002, 16: 1-14.
7) Lundin-Olsson L, Nyberg L, Gustafson Y: “Stop walking when
talking” as a predictor of fall in elderly people. Lancent, 1997,
349: 617.
8) de Hoon EW, Allum JH, Carpenter MG, et al.: Quantitative assessment of the stops walking while talking test in the elderly. Arch Phys Med Rehabil, 2003, 84(6): 838-842.
9) Hyndman D, Ashburn A: Stops walking when talking as a predic-tor of falls in people with stroke living in the co mmunity. J Neurol Neurosurg Psychiatry, 2004, 75(7): 994-997.
10) Folstein MF, Folstein SE, McHugh PR: “Mini-mental state“. A practical method for grading the cognitive state of patients for the clinician. J Psychiatr Res, 1975, 12(3): 189-198.
11) 加藤伸司，下垣 光，小野寺敦志・他：改訂長谷川式簡易知 能スケール（HDS-R）の作成．老年精神医学雑誌，1991, 2: 1339-1347.
12) Kohs SC：コース立方体組み合わせテスト使用手引き．大脇 義一（編），三京房，東京，1989, pp1-7.
13) Dubois B, Slachevsky A, Litvan I, et al.: The FAB: a frontal assessment battery at bedside. Neurology, 2000, 55(11): 1621-1626. 14) 池添冬芽，浅川康吉，島 浩人・他：高齢者の二重課題（dual task）能力低下と関連する因子について．理学療法学，2007, 34(2): 633. 15) 山田 実，上原稔章：二重課題条件下での歩行時間は転倒の 予測因子となりうる─地域在住高齢者を対象とした前向き 研究─．理学療法科学，2007, 22(4): 505-509. 16) 島 浩人，池添冬芽：施設入所高齢者の二重課題能力と転倒 との関連．理学療法学，2007, 34(2): 187.
17) Silsupadol P, Siu KC, Shumway-Cook A, et al.: Training of bal-ance under single- and dual-task conditions in older adults with balance impairment. Phys Ther, 2006, 86(2): 269-281.
18) Erckson KI, Colcombe SJ, Wadhwa R, et al.: Training-induced functional activation changes in dual-task procedding:an fMRI study. Cereb Cortex, 2007, 17: 192-204.
19) 山田 実，古川裕之，東野江里・他：二重課題バランス訓練 による歩容変化．総合リハ，2007, 35(11): 1353-1358.
