4自主研究HiAT Report 2012

高齢者を対象にした足漕ぎ電動アシスト４輪車の評価
Evaluation of pedaling electric assistance four-wheelvehicle for elderly people
李 虎奎
赤澤康史
原 良昭
北川博巳
LEE Hokyoo, AKAZAWA Yasushi, HARA Yoshiaki, KITAKAWA Hiroshi

キーワード：
パーソナル・モビリティー、移動支援、下肢、運動障害、身体負担、運動療法
Keywords:
Personal Mobility, Transportation Support, Lower-limb, Motor impairment, physical load, Exercise therapy
Abstract:
In order to cope with the unprecedented aging
society, elderly persons need to support themselves and maintain their health. Although there
are many electric vehicles such as electric wheelchairs or senior cars, few of them maintain thehealth of elderly person. They sometimes restrict
elderly person sphere of activity of daily living.
From such a background, we suggest a four-wheel
type electric power-assistant personal mobility forcare prevention. In order to check the performance of mobile support equipment, we have experimented for twenty healthy elderly people (male 8and female12) subjects using this equipment. The
purpose of this experimental is to evaluate thephysical load of user by the oxygen uptake valueswhile they are running a flat road course and an
8% slope course respectively. Our conviction thatthe new personal mobility is useful for persons ofadvanced age was confirmed on the basis of utility
evaluation and measurement of load in operating
the new personal mobility. These results can beused for the development of mobility support
equipment and evaluation methods.

１

はじめに加齢や障害のために下肢機能が低下し、歩行が困難あるいはできなくなった人は、生じた体の機能の障害を回復させるためのアプローチや残った機能の活用や補助具を活用し、できるだけ支障なく日常生活を送れるように技術的手段が講じられることが必要不可欠である。
下肢機能が低下した人たちの日常的な移動を支援する機器としては、杖、歩行器、車いすなどがあり、下肢機能の程度や生活条件に合わせて選択して使用する。
杖や歩行器は、歩行を補助する用具であり、比較的長い距離移動する場合は、身体的負担が大きいこともある。また、場合によっては、転倒のリスクがある。
車いすは、歩行がかなり困難あるいは不可能になった人が使う歩行代替用具といえる。ところで、車いすは、基本的には下肢を動かすことなく移動する機器である。下肢機能が少しでも残っているのであれば、日常生活の中で下肢を動かすことは、下肢機能維持および健康維持のためにも重要であるので、外出支援機器として車いすを選択することが必
ずしも最適とはいえない１）。
近年、足で駆動して走行する車いすがいくつか開発され、片麻痺者の移動支援機器として、また機能維持機器として有効であるということが報告されている２）。しかし、これらはいずれも屋内使用を想定したデザインであり、坂道なども存在する街への外出に適しているとは必ずしも言えない。
本研究では、歩行機能が低下した高齢者等の外出を支援するために、下肢を動かしながら、安全・安心かつ身体的負担の小さい４輪型電動アシスト式移動支援機器を用い、前期・後期高齢者を対象に平坦道路および勾配が８％のスロープを走行する際、身体的負担を計測する。身体負担を評価する酸素摂取
福祉のまちづくり研究所報告集121

量は、老若男女の体力や健康に関する重要な体力指標として位置づけられる３）。身体活動量が増加すると、動作を成立させる筋収縮のエネルギーを生成するために、血管伝導性が上昇する４）。エネルギーの生成には酸素が必要となることから、身体への酸素の取り込み量が増加する。運動強度の増加に伴い、酸素摂取量は比例的に増加することから生理的な負担度を評価することが可能である。
本実験では、乗員の身体的負担（酸素摂取量）変化を調べ、運動療法で推奨している身体負担との関係および乗員が呈示したタスクを安全に走行可能か否かについて検討し、高齢者の移動支援機器としての評価を行った。

２システムの概要

本実験に用いた 足漕ぎ電動アシスト４輪車を図１に示す。この装置は加齢により、筋力が衰えて歩行能力の低下したり運動感覚機能や瞬発力などが低下したりした高齢者が安全で楽に移動・外出できるように支援するため開発した機器である。通常の自転車のように足を使って駆動しながら走行する方式にしている。 本機は従来の２輪型自転車と異なり、ゆっくり発進・走行してもふらつくことがなく、停止しても転倒リスクが少ない上、乗車のまま休憩可能という特徴を持つ。

図１ ４輪型電動アシストパーソナル・モビリティ
Fig. 1 Four-wheel electric power-assisted
personal mobility

Fig. 2122

図２ アシスト力の制御方法
Control method of power assistance

福祉のまちづくり研究所報告集

走行速度制御はペダルを踏む力とアシスト力の比率（アシスト比）で決定するシステム方式である。
制御システムは電動車いすの規格を参考にして、アシスト比を調整するようにした。すなわち、発進から速度４㎞/hに達するまでは、ペダルを漕ぐ力１に対して最大で２の力をアシストすることができる。４㎞/hを超えるとアシスト力が徐々に減少し、６㎞/hではアシスト力が０になるように調整している（図２）。
アシスト力比は３種類の走行モードを設定し、ユーザの内的条件（運動機能・能力）や外的環境に応じて選択することが可能である。例えば、運動機能が低下したユーザがアシスト力を強く設定した場合は、入力（ペダルを漕ぐ力）が弱くてもアシスト力が強いため急坂の登坂時や強風時などの環境でも走行が楽になる。また走行モードを変えることによりエルゴメーターを用いたトレーニングマシンのように使用することも可能である。

３

走行実験

3.1

実験方法

装置のサドル高がペダリング運動時の被験者の生体に及ぼす神経・生理学的な影響や関節に及ぼす力学的な影響について考慮すべきである。サドル高を低くすると、膝関節がより屈曲した状態でペダリング運動を行うことになり、膝関節への負担を増大させることが予想される。実験中の障害を未然に防ぐため、各被験者の体型や姿勢に違和感がないようにサドル高の調整を行った。すなわち、サドルの高さは、被験者の膝関節が60°以上になるよう調整を行った（図３と表１）。
被験者に、走行距離1.22㎞の平坦路を時速６㎞で、走行距離120ｍの勾配８％のスロープを時速４㎞で走行してもらう。平坦路の走行時間は12分30秒であり、スロープは１分50秒である。走行時には一定速度を維持するようペダリング運動を行うように口頭で指示した。この条件のもとで、ペダル回転力に対して２倍アシスト力を付加するモード（アシスト力ありモード：以下Ａモード）とアシスト力なしモード（以下Ｎモード）の２種類について実験を行った。
また、体幹角度が一定になるようにハンドルの位置を調節し、被験者が実験中どの条件時でもハンドルの同じ位置を握れるようにした。
平坦路走行実験は、兵庫県立総合リハビリテーションセンターの身体障害者自動車運転訓練場で行った。走行実験は、横断勾配の影響が小さい運転HiAT Report 20123.2

被験者

本実験を遂行するため当研究所の倫理審査会の承認を得た。また参加された被験者には実験内容を十分に説明し、事前同意を得た。
被験者は病歴がない高齢男性８名、女性12名（平均年齢73.6±6.3歳、平均体重56.4±10.4㎏、平均身長155.7±8.7㎝）である。
Fig. 3

図３ 足漕ぎする時の膝の角度
The angle of a knee when rowing a pedal

表１ 被験者が乗車した時の膝の角度
Table 1 The angle of knees joint in the subjects
seating position

図６ スロープコースの仕様
Fig. 6 Profile of slope course

Fig.4

図４ 自動車訓練コース
Car training course imitative chart⒜ Car training course
Fig.7

Fig.5

図５ スロープコース
Overview image of slope course

訓練外周コース（図４）で行った。１周の距離は245ｍである。
スロープ走行実験は、兵庫県立総合リハビリテーションセンターのスポーツ交流間（体育館）に設置された縦断勾配８%の避難路（図５、図６）を使って行った。
いずれの走行実験においても、走行速度を一定とす る た め に、 ハ ン ド ル 型 電 動 車 い す（SUZUKI
LT4F）を先導させ、先導車に追走するよう被験者に口頭で指示した（図７）。

3.3⒝ Slope course

図７ 実験の様子
Overview image of experiment

酸素摂取量計測

本実験で、酸素摂取量の計測は携帯型呼吸代謝測定装置（MedGraphics® VO2000）を用いた。酸素分析計の計測精度±0.01％以内で、10秒毎の平均酸素摂取量を計測した。酸素摂取量は、各実験とも、走行実験前後５分間の安静時のデータも収集した。

４

実験結果

本実験に参加した被験者20名に対して呈示したタ
スクを安全・安心に走行可能か否かについて検討し、結果を表２に示す。平坦路のＡモード、Ｎモードともに被験者全員が遂行できた。
福祉のまちづくり研究所報告集123

Table 2

表２ 被験者の実験結果
Experimental result of subjects

図８ 平坦路とスロープコースの走行速度
Fig. 8 Running velocity of level and slope

Fig. 9

スロープのＡモードは19名の被験者が走行可能であったが、被験者Ｈは60ｍを走行した後、身体的な違和感があるとのことで実験を中断した。Ｎモード
では、被験者ＨはＡモードときに中断したため走行しなかった。被験者Ｅは８ｍを走行した後に実験中断、被験者Ｉは90ｍを走行した後に中断したが、それ以外の被験者17名はアシスト力がなくても走行が可能であった。
走行動作負担を客観的に評価するために、走行速度、VO2データの分析を行った。本論文では、走行速度、VO2については、１名分の代表的データを示した。
被験者が自動車運転訓練場で、６㎞/hで先導するハンドル型電動車いすを追走した時に計測された速度および勾配８%の避難スロープを４㎞/hの速度で走行した際の速度を図８に示す。両方ともに先導する車いすとほぼ同じ速度が計測された。
平 坦 路 を 走 行 し た 時 の 酸 素 摂 取 量（Oxygenuptake以下VO2）の経時的変化を図９に示す。Ａモードを図９⒜に、Ｎモードを図⒝に示す。安静時のア
シスト力の有・無モードによる被験者の身体的負荷を示すVO2はおよそ0.3（㎖/10sec）を示しており、走行をし始めた同時に0.8（㎖/10sec）上昇し、走124

福祉のまちづくり研究所報告集

図９ 平坦路の酸素接収量
Oxygen uptake on level course

図10 スロープの酸素接収量
Fig. 10 Oxygen uptake on slope course

行が終わるまでほぼ一定のVO2を示した。走行後から 安 静 時 のVO2に 戻 る と き の 時 間 も ほ ぼ 同 じ である。
図10に勾配が約８%のスロープを４㎞/hで走行した時のVO2を示す。Ａモードを図10⒜に、Ｂモードを図⒝に示す。
Ａモードは、走行開始とともにVO2が漸増し約40HiAT Report 2012

秒後（走行距離約45ｍ）に安静時のVO2の２倍程度になったが、平坦路を走行した際とほぼ同じ程度まで増大することが見られた。安静時のVO2に戻るのに要する時間は平坦路を走行した時とほぼ同じである。
ＮモードのVO2は走行開始時から直線的かつ急激に増加し、120mを完走するまで増大し続けた。完走した時のVO2は安静時のVO2の３倍を超えるほど増大した。安静時のVO2に戻る時間はＡモードのほぼ２倍になった。
被験者17名分の平坦路およびスロープ走行実験におけるVO2の平均値と標準偏差の計算結果を表３に示し、それをグラフ化したものが図13である。
表３に示した安静時のVO2平均値・標準偏差が1.37±0.4（1/min）である。平坦路をＡモードで６㎞/hで走行したときのVO2は2.96±0.7（1/min）、ＢモードのときのVO2は3.25±0.6（1/min）であり、平均値はＮモードのほうがわずかに大きい値になった。
スロープ走行の場合は、ＮモードのVO2が有意に増大することが明らかである。VO2は1.6倍に増大している。
表３ 被験者17名の酸素摂取量
Table 3 Subjects' oxygen uptake (n=17)

図11 安静時、平坦路、スロープの酸素接収量
Fig. 11 Oxygen uptake on rest, level course andslope course

５

考察収集したVO2データをもとに、65～87歳の男・女性健常高齢者が、移動支援機器を用いて、平坦路や勾配８%のスロープを走行するときの身体的な負担について検討した。
表３に示した17名の安静時のVO2平均値・標準偏差が1.37±0.4（1/min）であったが、Ａモードで平坦路を６㎞/hで走行したときのVO2は2.96±0.7（1/min）であり、ＮモードのときのVO2は3.25±0.6（1/min）であった。平坦路では、ＡモードとＮモードとでVO2の平均値についてはわずかな差があるものの有意差（危険率５%）はない。
勾配８%の均一なスロープを時速４㎞/hで走行する実験は、運動強度が一定である実験条件を設定することによって、VO2に関するより正確な定量的データが収集できる５）。
勾配８％のスロープ走行実験においては、Ａモードは、走行開始から約45ｍ走行までVO2は漸増し、安静時の約２倍になり、その後は緩やかに増大する傾向を示した（図10 ⒜）。単位距離あたりのペダル回転数は平坦路を６㎞/hで走行したときの66％であることを考慮すれば、VO2の増大は、身体の内部的な仕事によるものより外部的な負荷による影響６）に起因したと考えられる。運動強度が一定で、均一速度で走行することは一定負荷になり、安定域に達するまではVO2が連続かつ直線的な増加傾向７）を示したと考えられる。
一方、Ｎモードは、走行距離120mを完走するまでVO2は直線的に増加し続け（図10 ⒝）、最終的に、VO2は安静時の３倍にまで増大した。勾配８％（約4.5°）程度のスロープを移動支援機器で走行するとき、アシスト力がないと、身体的な負荷が非常にハードなレベルまで到達すると考えられ、高齢者や心血管系疾患を有する人の場合は、安全性の面から考えると好ましくない３）と考えなければならない。
電動アシスト力でのスロープ走行は、平坦路を走行するのと同程度の負担であることから、低強度の有酸素運動になると推測することができる８）。有酸素運動トレーニングは、健康維持・増進または心血管系疾患や脳血管障害者の歩行能力を向上させるという強い根拠があり９）、また有酸素性能力を向上させる有益な訓練法である10）。
高齢者や心血管系疾患を有する人の身体運動とトレーニングの運動処方では、生理学的根拠に基づいて個人に適した運動の種類、運動強度、頻度、持続時間を決定する必要がある11）。運動強度は危険因子の保有者、心血管系疾患の疑いのある者、身体性の低い者、虚弱な高齢者などの運動の危険度の高い者に対しては、VO2および心拍数を用いた身体負担の40％程度の低強度の運動負荷が適切であるといわれている８）。
本研究で提案した移動支援機器は、勾配８％のスロープにおいても利用者の身体的負担が少なく円滑な走行が可能であることが走行実験によって客観的福祉のまちづくり研究所報告集125に示された。さらに、歩行機能が低下した高齢者、脳血管障害等による運動機能障害を有する人たちの日常的な外出支援機器として有効であると思われる。また、外出することにより足腰の適度な運動になり、身体機能の維持・向上に寄与することが期待できる。

６

おわりに

３）Ministry of Health. Labour and Welfare of Japan:
Exercise and Physical Activity Guide for Health
Promotion 2006, Exercise Guide 2006.
４）Sheriff, D.D., Rowell, L.B. and Scher, A.M.: Is Rapid
Rise in Vascular Conductance at Onset of Dynamic
Exercise Due to Muscle Pump?, Am J. Physiol. 265-4,
pp. 1227-1234, 1993.
５）Myers, J., Buchanan, N., Walsh, D., Kraemer, M.,
McAuley, P., Hamilton-Wessler M. and Froelicher, V.F.:

本研究では、足腰を動かすことができるものの、運動機能の低下によって歩行が困難になった高齢者や運動機能障害を有する人たちの外出を支援するため、前・後期高齢者を対象に平坦路と勾配８％のスロープを走行するときの身体的負担の評価尺度となる酸素摂取量を計測し分析した。得られた結果を以下にまとめる。
１）本実験で呈示した平坦路走行は被験者全員が安全に遂行できたが、勾配８％のスロープでは３名の被験者が身体的違和感により実験を中断した。
２）平坦路を６㎞/hで、走行距離1.2㎞を12分30秒間走行するときのVO2は、Ａモード・Ｎモードで有意差はなかった。
３）提案した移動支援機器は、アシスト力を使った場合は、勾配８％スロープにおいても利用者の身体的負担が少なく円滑な走行が可能であることが走行実験によって客観的に示された。
４）本機のような移動支援機器は、歩行機能が低下した高齢者、脳血管障害等による運動機能障害を有する人たちの日常的な外出支援機器として有効である。また、外出することにより足腰の適度な運動になり、身体機能の維持・向上に寄与することが期待できる。

謝辞

本研究を推進する際、ご協力頂きました被験者の皆様、また実験装置にご協力頂きました株式会社カワムラサイクルに深く謝意を表す。

参考文献
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T., Fujie M. and Asakatsu G.: Proposition ofDevelopment Concept of Mobility Aids Based on
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福祉のまちづくり研究所報告集

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９）Saunders, D.H., Greig, C.A., Young, A. and Mead, G.E.:
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Aerobic Capacity in Individuals with Stroke：a metaanalysis, Clin Rehabil, 20-2, pp. 97-111, 2006.
11）Yun, J.Y.: Exercise Testing and Prescription, Hanyang
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