内側型変形性膝関節症における歩行立脚時のバイオメカニス解析:─大腿および下腿の回旋角速度と前額面関節角度の評価─
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概要
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【はじめに】 内側型変形性膝関節症（knee osteoarthritis：以下，膝OA）は，膝関節を構成する組織の退行変性を基盤に発症する疾患であり，膝関節の前額面での変形の合併による関節面への力学的ストレスの増大が，その病態を助長するといわれている．膝OAの発症や進行因子として，歩行時のlateral thrustが挙げられ，日々繰り返される姿勢・動作の力学的ストレスが発症の一因となる事が考えられる．そこで本研究では，角速度計とハイスピードカメラを使用して，膝OA患者の歩行立脚期における大腿および下腿の回旋角速度と，前額面での身体各関節角度変化を捉えることにより，膝OA患者の歩行のバイオメカニクス特性を明らかにし，膝OAの発症・進行の予防のための運動療法に役立てる知見を得ることを目的として行った．【方法】 被験者は歩行機能に異常がなく，過去に膝関節痛の経験を有さない健常群8人（女性8人，平均年齢50.3±2.4歳），膝OAと診断された13人（女性13人，平均年齢61.0±8.9歳）であった．膝OA群の重症度の内訳はKellgren-Lawrence分類にて軽度膝OA群6人（grade 1：2人，grade 2：4人），重度膝OA群7人（grade 3：3人，grade 4：4人）であった．至適速度での自由歩行を課題動作とし，数回の練習後3回の試行を計測し，各試行の5歩目を解析対象とした．各パラメータとも，3回試行の平均値を被験者の代表値として採用した．計測肢は，健常群では右側，膝OA群は患側肢とし，両側膝OAの例ではOAの程度が重度の下肢を選択した．大腿および下腿の回旋角速度の計測は，マイクロストーン社製3軸角速度計MP-G3-01A を大腿外側部（股関節中心から膝裂隙の距離の近位57%）と下腿外側部（裂隙から外果の距離の近位57%）の2ヵ所に装着し，フットスイッチを踵，小趾球，母趾球に貼付した．左右肩峰，最下肋骨下縁，左右上前腸骨棘，左右股関節，左右膝関節，左右外果中央，左右第5中足骨頭には直径20 mmの蛍光マーカを貼付し，Casio社製ハイスピードカメラFC150を1台用いて，前額面の歩行動作を撮影し，各マーカの二次元座標を算出した．なお，角速度計とフットスイッチは100Hz，ハイスピードカメラは120frame/sでデータのサンプリングを行った．角速度は，フットスイッチの情報より立脚初期，荷重応答期，立脚期を同定した．大腿および下腿の回旋の角速度パラメータは，立脚初期後に大腿で最初に起こる外旋角速度を大腿外旋1，下腿で最初に起こる外旋角速度を下腿外旋1とし，それぞれのピーク値を算出した．その後の大腿と下腿それぞれで起こる回旋角速度を，大腿においては大腿内旋1，大腿外旋2，大腿内旋2，大腿外旋3とし，下腿では下腿内旋1，下腿外旋2，下腿内旋2，下腿外旋3とし，同様にピーク値を取得した．また，得られたマーカ座標から，立脚初期から立脚中期における身体各関節角度変化量を算出した．統計学的解析は，統計解析ソフトウェアDr.SPSSIIfor windows（エス・ピー・エス・エス社製）を用い，一元配置分散分析を行った．危険率は5%に設定した．【説明と同意】 実験に先立ち，被験者に本研究の目的と趣旨を十分に説明し，口頭および文書による同意を得て行った．なお本研究は，ヘルシンキ宣言に基づき当院倫理委員会の承認を得て行った．【結果】 身体各関節角度は，肩峰立脚側傾斜角度は，重度膝OA群が軽度膝OA群よりも有意に大きかった（p<0.01）．膝関節内反角度は，重度膝OA群が健常群と軽度膝OA群より有意に大きかった（p<0.01）．下腿外側傾斜角度は，軽度膝OA群が健常群よりも有意に大きく（p<0.05），重度膝OA群が健常群よりも有意に大きかった（p<0.01）．角速度変化では，下腿の回旋角速度において下腿外旋3は，軽度膝OA群が健常群よりも有意に小さかった（p<0.05）．【考察】 軽度膝OA群では，下腿外旋3の角速度が低下し，下腿外側傾斜角度が増大していた．このことから，膝OAの初期は荷重応答期から立脚中期に必要とされる膝関節伸展に伴うscrew home movementの適切な関節運動および大腿部に対する脛骨の適合性が低下することが考えられ，これらの運動異常から膝OAの重症度が進行するにつれ下腿外側傾斜の運動戦略へと変容し，立脚期に出現する病態運動で特徴的な膝関節内反角度が増加するlateral thrustへと繋がることが推察される．また，重度膝OA群では肩峰の立脚側傾斜角度が増加していたことから，体幹部を立脚側へ傾斜させ，膝関節内反モーメントを低減する荷重対応を図っていることが示唆された．【理学療法学研究としての意義】 本研究は，膝OAの大腿・下腿の回旋角速度と身体各関節角度変化を，膝OAの重症度の進行に伴う歩行バイオメカニクス特性として明らかにした．これにより，臨床における膝OAの治療戦略として，膝関節伸展に伴う適切な下腿の外旋運動を促し，下腿の外側傾斜に伴うlateral thrustを軽減するための運動療法が必要である．
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公益社団法人 日本理学療法士協会 | 論文
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