術後急性期の人工股関節全置換術後患者に対する4 日間の大腿四頭筋への電気刺激療法の有効性

全文

(1)理学療法学第 132 47 巻第 2 号 132 ∼ 137 頁（2020 年）理学療法学第 47 巻第 2 号. 研究論文（原著）. 術後急性期の人工股関節全置換術後患者に対する 4 日間の大四頭筋への電気刺激療法の有効性＊和田治 1）# 山本洋輔 2）岡智大 1）. 要旨【目的】本研究の目的は，人工股関節全置換術（以下，THA）後急性期患者における 4 日間の大四頭筋への低周波電気刺激療法（以下，EMS）の有効性を明らかにすることとした。【方法】女性 THA 患者 52 名をコントロール群と介入群に無作為に分けた。両群とも通常のリハビリテーションに加え，1 日 2 回の端座位での膝伸展運動 20 回を行い，介入群では EMS を併用した。手術 1 ヵ月前，術後 4 日目に膝伸展筋力，歩行速度，歩行時痛を測定した。膝伸展筋力と歩行速度は術前比を，歩行時痛は術前差を算出し，2 群で比較した。【結果】介入群において膝伸展筋力と歩行速度の術前比は有意に高値を示し，歩行時痛も術前より有意に低下する結果となった。【結論】THA 後急性期の 4 日間の大四頭筋への EMS は膝伸展筋力と歩行速度の回復および歩行時痛の軽減に有効である可能性が示唆された。キーワード人工股関節全置換術，電気刺激，膝伸展筋力. THA 後の膝関節伸展筋力の回復は理学療法における動. はじめに. 作能力改善をめざすうえで重要であると考えられる。. 変形性股関節症（以下，股 OA）は加齢性の変性疾患. THA 後では術後急性期から積極的な理学療法の筋力. であり，疼痛や可動域制限，筋力低下等の機能障害を生. 8）回復の有用性が示唆されている。術後の筋力低下への. じる. 1）2）. 。変形性股関節症の治療では主として保存療法. 介入方法として EMS が挙げられる。これまで術後急性. が選択されるが，保存療法が効果不十分であった症例や，. 期の膝関節伸展筋力低下に対する大. 進行期や末期の症例には THA が施行され，その数は人. の効果が検討されており，大骨骨折術後 10）. 四頭筋への EMS 9）. や人工膝関. に対し，その有効性が示されてい. 口の高齢化を背景に年々増加の一途をたどっている。. 節全置換術後患者. THA 後には手術侵襲により股関節周囲筋だけではな. る。一方，THA 患者を対象とした研究では，Gremeaux. く，膝関節伸展筋にも筋力低下が生じる. 3‒5）. 。先行研究. ら. 11）. は低周波を用いた大. 四頭筋への電気刺激療法を. では，THA 後の膝関節伸展筋力は股関節周囲筋力と比. 週 5 回 5 週間実施し，45 日後の膝関節伸展筋力の回復に. べても回復が遅く，術後 6 週において術前値の 86% に留. 有効であったことを報告している。しかしながら，これ. 4）まることや，術後 5 ヵ月でも十分に回復していないこ. まで THA 術後急性期の膝伸展筋力低下に対するより短. 5）. とが報告されている。また健常者を対象とした研究で 6）. い期間での EMS の有効性を検討した報告は認められて. は膝関節伸展筋力は歩行速度に関連するとされており，. いない。. THA 患者を対象とした研究においても膝関節伸展筋力. そこで，本研究の目的は THA 術後急性期患者におけ. 7）はバランス能力と関連するとされていることから，. る 4 日間の大. ＊. Effectiveness of Electrostimulation of the Quadriceps for 4 days in the Acute Phase after Total Hip Arthroplasty 1）あんしん病院（〒 650‒0047 兵庫県神戸市中央区港島南町 1‒4‒12） Osamu Wada, PT, MSc, Tomohiro Oka, PT, MSc: Anshin-Hospital 2）あんしんクリニック Yousuke Yamamoto, PT: Anshin-Clinic ＃ E-mail: [email protected] （受付日 2019 年 7 月 16 日／受理日 2019 年 11 月 14 日）［J-STAGE での早期公開日 2020 年 2 月 10 日］. 四頭筋への電気刺激療法の有効性を明ら. かにすることとした。対象および方法 1．対象研究デザインはランダム化比較試験とした。対象は 2017 年 3 ∼ 7 月までに変形性股関節症を原疾患とし，当院にて前方アプローチ（Direct Anterior Approach）.

(2) 人工股関節全置換術後患者に対する電気刺激療法. 133. 図 1 電気刺激介入時の状態 ①；電気 off 時 ②；電気 on 時 ③；電極貼付位置. もしくは前外側アプローチ（Anterior lateral supine approach）にて THA を施行予定の女性患者 75 名とし. を用い，10 分間の大. 四頭筋に対する電気刺激療法. （on/off：7/23 秒，80 Hz）を実施した。電気刺激療法の 9）. を参考にし，電極貼付位置は外側広. た。除外基準は 80 歳以上の者，神経学的疾患および心. 設定は先行研究. 2 疾患を有する者，BMI が 35 kg/m 以上の者，体重. 筋のモーターポイントとした。肢位は端座位，膝関節. 40 kg 以下の低体重の患者とした。乱数表を用いたブ. 90°屈曲（下垂）位とし，電気 off の時間帯には筋弛緩さ. ロックランダム化法により対象者を無作為に振りわけ，. せ，電気 on の時間帯には膝関節を伸展させるように患. 介入群とコントロール群とした。すべての対象者に本研. 者に指示した（図 1）。刺激強度は患者が耐え得る，十. 究の趣旨と内容，データの利用に関する説明を行い，書. 分な筋収縮が得られる最大強度とした。なお，コント. 面にて同意を得た。本研究はヘルシンキ宣言に基づいて. ロール群では電気刺激がない状態での自動膝関節伸展運. 計画され，あんしん病院倫理委員会にて承認を得た. 動を術後翌日の午前から 4 日目の午前のリハビリテー. （No.75）。. ション時まで介入群が実施する回数と同回数となるように 20 回とし，膝伸展位保持時間も 7 秒間とした。. 2．プロトコル両群とも手術 2 ヵ月前より術前リハビリテーションを. 4．運動機能評価. 2 週に 1 回の頻度で行った。その内容は疼痛増悪のない. 運動機能評価は手術 1 ヵ月前と術後 4 日目の午後（退. 範囲での関節可動域練習や筋力エクササイズ，また術後. 院日前日）に行った。. オリエンテーションを含めた患者教育とした。手術は 2 群とも前方アプローチもしくは前外側アプローチにて行. 1）膝関節伸展筋力. い，疼痛コントロールには術中カクテル療法を用い，硬. 徒手筋力計（アニマ株式会社，ミュータス F1）を用. 膜外麻酔は行わなかった。入院中のリハビリテーション. い，端座位にて最大等尺性での膝関節伸展筋力を測定し. は術後翌日より午前・午後の 1 日 2 回実施した。リハビ. た。測定時の姿勢は，体幹直立位，股関節および膝関節. リテーション内容は，理学療法士による徒手療法に加. は屈曲 90°とした。筋力発揮時には体幹および大. え，炎症・疼痛抑制のための寒冷療法，股関節内外旋運. 定のため座っているベッドを把持させ，体幹の過度な後. 動，開排運動，内外転運動，おしりあげ運動，内転筋等. 傾やベッドからの殿部の浮上がないように指示した。測. 尺性運動，骨盤前後傾および側屈運動，歩行練習，階段. 定時には再現性を高めるため固定用のベルトを用い. 動作や床上動作を含めた日常生活動作練習とし，理学療. た. 法施行時間中に理学療法士指導下にて実施した。術後翌. あてたセンサー部中央までとしてメジャーを用いて計測. 日に歩行器歩行練習，術後 2 日目より杖歩行練習を開始. し，アーム長（m）と体重（kg）を用いてトルク体重比. し，術後 3 日目での杖歩行自立，術後 5 日目に杖歩行で. （Nm/kg）を算出した。測定は 2 回行い，その最大値を. の固. 12）13）. 。アーム長の測定は膝関節裂隙から測定位置に. の退院を目標とした。. 採用した。. 3．介入内容. 2）歩行能力. 介入群では通常のリハビリテーションに加え，術後翌. 開始地点から終了地点までの 16 m の自由歩行とし，. 日の午前から術後 4 日目の午前のリハビリテーション時. その中央の 10 m の歩行時間をストップウォッチを用い. まで，低周波治療器（伊藤超短波株式会社製，ES-360）. て 2 回計測し，平均値を採用した。術前，術後とも通常.

(3) 134. 理学療法学第 47 巻第 2 号. 図 2 対象者の流れ. 使用している歩行補助具を使用した。歩行直後に歩行時. 膝関節伸展筋力および歩行速度は術後の値を術前の値. 痛を Numerical Rating Scale（NRS）を用い数値が大き. で除すことで術前比を算出し（術前％），歩行時痛は，. いほど疼痛が強く表現されるよう 0 ∼ 10（0：まったく. 術後値から術前値を引くことで術前差を求めた。. 痛みなし∼ 10：最大の痛み）の 11 段階で聴取した。ま. Shapiro-Wilk 検定によりデータの正規性を確認した結. た，術後に杖歩行自立に要した日数も併せて記録した。. 果，膝関節伸展筋力および歩行時痛の術前差は正規分布. なお杖自立の基準は杖を使用し安定した 30 m の連続歩. していないことが明らかとなった。したがって，2 群間. 行が可能であることとした。. の膝関節伸展筋力および歩行時痛の術前差には MannWhitney 検定を，歩行速度の術前比および杖歩行自立. 5．統計学的解析. 日には対応のない t 検定を用い 2 群間で比較した。有意. Effect size を大（0.8），α エラーを 0.05，統計学的パ. 水準は 5％とした。. ワーを 0.8 と見積もると，必要なサンプルサイズは各群 26 名必要となった。術後の貧血や気分不良等により術. 結果. 後翌日からの介入が難しい場合を想定し，計 75 名を対. 対象者の流れを図 2 に示す。除外基準を除いた対象者. 象とした。. 71 名のうち，貧血や気分不良を理由に，端座位膝伸展.

(4) 人工股関節全置換術後患者に対する電気刺激療法. 135. 表 1 対象者の基本属性コントロール群. 介入群. n = 26. n = 26. 年齢（歳）. 66.0 (9.9). 64.4 (8.9). 体重（kg）. 55.9 (7.5). 52.8 (5.5). 身長（cm）. 153.7 (6.3). 153.6 (6.9). 23.6 (2.8). 22.5 (3.0). 1/ 25. 2 / 24. 評価項目. 2 BMI（kg/m ）. 術前股関節変形重症度（Grade 3/ Grade 4）術式，（前方 / 前外側）手術時間（分）. 15 / 11. 10 / 16. 74.7 (11.6). 73.7 (6.4). 平均値（標準偏差）. 表 2 術前後の評価結果 p value. 効果量. 0.014. 0.34 (r). 0.009. 0.78 (d). ‒ 1.9 (2.5). 0.027. 0.31 (r). 3.2 (0.4). 0.074. 0.44 (d). コントロール群. 介入群. 術前（Nm/kg）. 0.95 (0.27). 0.98 (0.30). 術後（Nm/kg）. 0.72 (0.27). 0.86 (0.26). 術前 %. 76.7 (21.5). 88.9 (18.9). 術前. 1.06 (0.19). 1.04 (0.23). 術後. 0.79 (0.14). 0.91 (0.22). 術前 %. 76.2 (16.1). 89.0 (16.7). 術前. 2.3 (2.1). 3.1 (2.4). 術後. 1.7 (1.7). 1.2 (1.8). ‒ 0.5 (2.6) 3.4 (0.5). 評価項目膝関節伸展筋力. 歩行速度（m/ 秒）. 歩行時痛（NRS 0-10）. 術前差杖自立日平均値（標準偏差）. 運動の介入が行えなかったコントロール群 8 名と介入群. 術後 4 日目の膝関節伸展筋力はコントロール群，介入. 11 名を除き，コントロール群（66.0 ± 9.9 歳）および介. 群ともに術前よりも低下しており，これは先行研究と同. 入群（64.4 ± 8.9 歳）それぞれ 26 名のデータを用いて. 様の結果になった. 解析を行った（表 1）。両群ともに高位脱臼症例は含ま. 術による筋や関節の侵襲や腫脹による二次的な神経系の. れていなかった。. 抑制反応が影響することが報告されている. 介入群においてコントロール群と比較し，膝関節伸展. 対象者は全例が前方侵入または前外側侵入での THA を. 筋力および（p = 0.014，効果量 r = 0.34），歩行速度の. 施行されており，大. 術前比（p = 0.009，効果量 d = 0.78）は有意に改善して. ないものの，大. いた。歩行時痛も有意に低下する結果となったが（p =. 関節への置換などの手術侵襲は生じている。一方で，腫. 0.027，効果量 r = 0.31），杖歩行自立日には有意な差は. 脹と膝関節伸展筋力の関連では，Holm ら. 認められなかった（p = 0.074，効果量 d = 0.44）（表 2）。. 術後 2 日目の患者を対象とし，膝伸展筋力低下と大. 3‒5）. 。術後急性期の筋力低下には，手 14）. 。今回の. 四頭筋に直接の侵襲は加わってい. 筋膜の切開や前方関節包の処理，人工 15）. は THA 部. および膝関節の腫脹の関連性を検討し，有意な関連性は. 考察. 認められなかったことを報告している。これらより，. 本研究において EMS 介入群では術後 4 日目の膝関節. THA 術後の膝関節伸展筋力低下には腫脹よりも手術侵. 伸展筋力，歩行速度の回復が高値を示すとともに，歩行. 襲による神経系の抑制が関連していると推察される。. 時痛も低下する結果となり，術後急性期からの大. EMS は神経系の抑制から生じる筋力低下に対して有効. 四頭. 16）. ，本研究においてもコントロー. 筋への 4 日間の電気刺激は手術侵襲による筋出量低下と. であるとされており. 歩行能力の改善に有効である可能性が示唆された。. ル群で行った単純な膝関節伸展運動よりも，介入群で.

(5) 136. 理学療法学第 47 巻第 2 号. 行った EMS を併用した膝関節伸展運動の方がより筋力トレーニングとして有効であり，介入群では膝関節伸展筋力の回復が促進されたと考えられる。先行研究では歩行速度は膝関節伸展筋力と関連するこ 6）とが報告されており，本研究においても，介入群では. 膝関節伸展筋力の向上が歩行速度の改善にもつながったと予想される。また，介入群ではコントロール群と比較し，術前よりも歩行時痛が軽減する結果となった。これまで THA 患者において，大. 四頭筋筋力と歩行時の疼. 痛の関連性を検討した報告は我々が知りうる限り認められないが，介入群における歩行時痛の低下が，歩行速度の改善につながったのかもしれない。一方で，杖歩行自立日には 2 群間で差は認められなかった。この理由として，両群とも比較的早期に自立歩行という目的に達したために差が生じなかったのかもしれない。本研究の限界として 3 点挙げられる。1 つ目は，運動機能評価は評価時点の担当理学療法士が行っており，評価者の厳密なブラインド化がなされていない点である。しかしながら，今回測定したアウトカムは本研究の目的とは別に臨床評価の一環として行っており，評価者の主観によるバイアスの影響は少ないと考える。2 つ目は，対象者の性別を女性に限定しているため，本研究の結果を男性に一般化するには注意が必要であることである。 3 つ目は，対象者の術式が前方および前外側アプローチに限られている点である。前方または前外側アプローチでは，後方アプローチと比較すると，膝関節伸展筋力への手術侵襲の影響が高い可能性がある。本邦では後方アプローチが主流でありにおいても大. 17）. ，今後は後方アプローチ患者. 四頭筋に対する電気刺激療法の有用性を. 明らかにする必要がある。また，本研究では先行研究. 9）. に基づき，電極貼付位置を外側広筋としたが，前方または前外側アプローチにおいて鈍的展開により侵襲を受ける大. 直筋に電気刺激を行うことで，本研究とは異なる. 効果が得られる可能性もある。結論本研究では THA 術後急性期の人工股関節全置換術後患者に対する 4 日間の大. 四頭筋への電気刺激療法の有. 効性を検討した。その結果，術後急性期からの 4 日間の大. 四頭筋への電気刺激は，膝関節伸展筋力と歩行速度. の回復，さらに歩行時痛の軽減に有効である可能性が示唆された。利益相反開示すべき利益相反はない。. 文献 1）Steultjens MP DJ, van Baar ME, et al.: Range of joint motion and disability in patients with osteoarthritis of the knee or hip. Rheumatology (Oxford). 2000; 39: 955‒961. 2）Steultjens MP, Dekker J, et al.: Muscle strength, pain and disability in patients with osteoarthritis. Clin Rehabil. 2001; 15: 331‒341. 3）Judd DL, Dennis DA, et al.: Muscle strength and functional recovery during the first year after THA. Clinical Orthop Relat Res. 2014; 472: 654‒664. 4）塚越累，建内宏重，他：人工股関節全置換術後における股関節・膝関節周囲筋の筋力推移の比較─膝関節伸展筋力の回復は遅延する─．理学療法学．2009; 36: 41‒48. 5）Reardon K, Galea M, et al.: Quadriceps muscle wasting persists 5 months after total hip arthroplasty for osteoarthritis of the hip: a pilot study. Intern Med J. 2001; 31: 7‒14. 6）Bohannon RW: Comfortable and maximum walking speed of adults aged 20-79 years: reference values and determinants. Age Ageing. 1997; 26: 15‒19. 7）Trudelle-Jackson E, Emerson R, et al.: Outcomes of total hip arthroplasty: a study of patients one year postsurgery. J Orthop Sports Phys Ther. 2002; 32: 260‒267. 8）Bandholm T, Kehlet H: Physiotherapy exercise after fast-track total hip and knee arthroplasty: time for reconsideration? Arch Phys Med Rehabil. 2012; 93: 1292‒ 1294. 9）Braid V, Barber M, et al.: Randomised controlled trial of electrical stimulation of the quadriceps after proximal femoral fracture. Aging Clin Exp Res. 2008; 20: 62‒66. 10）和田治，飛山義憲，他：電気刺激を併用した大四頭筋トレーニングが TKA 術後早期の膝伸展筋力と歩行能力に与える影響．理学療法ジャーナル．2018; 52: 264‒270. 11）Gremeaux V, Renault J, et al.: Low-frequency electric muscle stimulation combined with physical therapy after total hip arthroplasty for hip osteoarthritis in elderly patients: a randomized controlled trial. Arch Phys Med Rehabil. 2008; 89: 2265‒2273. 12）Katoh M, Isozaki K: Reliability of isometric knee extension muscle strength measurements of healthy elderly subjects made with a hand-held dynamometer and a belt. J Phys Ther Sci. 2014; 26: 1855‒1859. 13）Katoh M, Yamasaki H: Comparison of reliability of isometric leg muscle strength measurements made using a hand-held dynamometer with and without a restraining belt. J Phys Ther Sci. 2009; 21: 37‒42. 14）Kittelson AJ, Stackhouse SK, et al.: Neuromuscular electrical stimulation after total joint arthroplasty: a critical review of recent controlled studies. Eur J Phys Rehabil Med. 2013; 49: 909‒920. 15）Holm B, Kristensen MT, et al.: Thigh and knee circumference, knee-extension strength, and functional performance after fast-track total hip arthroplasty. PM & R. 2011; 3: 117‒124. 16）Hortobagyi T, Maffiuletti NA: Neural adaptations to electrical stimulation strength training. Eur J Appl Physiol. 2011; 111: 2439‒2449. 17）THA レジストリー統計─日本人工関節学会．http://jsra. info/pdf/THA20180331.pdf（2019 年 7 月 10 日引用）.

(6) 人工股関節全置換術後患者に対する電気刺激療法. 〈Abstract〉. Effectiveness of Electrostimulation of the Quadriceps for 4 days in the Acute Phase after Total Hip Arthroplasty. Osamu WADA, PT, MSc, Tomohiro OKA, PT, MSc Anshin-Hospital Yousuke YAMAMOTO, PT Anshin-Clinic. Purpose: This study aimed to investigate the effectiveness of electrostimulation of the quadriceps for 4 days in the acute phase after total hip arthroplasty (THA). Methods: In total, 52 women with hip osteoarthritis participated in this study. They were randomized to the control and intervention groups. The intervention group (n = 26; age 64.4 ± 8.9 years) underwent electrostimulation of the quadriceps twice a day during knee extension exercises for 4 days. The control group (n = 26; age 66.0 ± 9.9 years) performed knee extension exercises twice a day without electric muscle stimulation for 4 days. Additionally, both groups received the standard protocol in our hospital. Quadriceps strength, gait speed, and pain during gait in both groups were assessed 1 month before surgery and on Day 4 after surgery. Changes in quadriceps strength and gait speed were quantified as relative (percent) changes from the preoperative values (Δquadriceps strength and Δgait speed). Changes in pain during gait were quantified as relative (difference) changes from the preoperative values (Δpain during gait). The Mann‒Whitney U test and unpaired t-test were used to compare these values between the groups. Significance was set at P < 0.05. Results: Compared with the control group, the intervention group showed greater Δquadriceps strength (P = 0.014), Δgait speed (P = 0.009), and Δpain during gait (P = 0.027). Conclusions: Electrostimulation of the quadriceps for 4 days in the acute phase after THA improves knee extensor strength and gait speed, and reduces pain during gait. Key Words: Total hip arthroplasty, Electrostimulation, Knee extensor strength. 137.

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