川崎医療福祉学会誌
原Vol. 32

No. 1

2022

77 － 82

著

視覚的フィードバックを用いた膝関節動揺の能動的制御が片脚立位姿勢制御における下肢関節作用に及ぼす影響
平田紗椰＊1

小原謙一＊2

要大坂裕＊2

黒住千春＊3約

転倒予防を目的とした運動として片脚立位の効果が知られている．本研究の目的は，視覚的フィードバックによって膝部の動揺を捉えたうえで能動的に制御することが，片脚立位中の下肢関節作用に及ぼす影響について明確にすることであった．若年健常成人女性25名（20.4±0.5歳）を対象とした．
重心動揺計と三軸加速度計を用いて，30秒間の片脚立位時の足圧中心と骨盤部，膝部の動揺を測定した．実験条件は，視覚的フィードバックを用いて膝関節を能動的に制御して片脚立位保持を行う能動的制御条件と，視覚的フィードバックを用いず片脚立位保持を行うコントロール条件の2条件とした．
能動的制御条件では，任意の身体部位からレーザーを壁面に照射することでその身体部位の位置を視覚的に捉えやすくすることができる身体部位フィードバック器を用いた．2m 離れた壁に貼付した直径10cm の円内に，膝部に装着したフィードバック器からのレーザー光を留めるように指示した．条
件間比較には Wilcoxon の符号付き順位検定を用いた（p<0.05）．骨盤部動揺（RMS，中央値（四分位範囲））では，能動的制御条件が63.3（35.5-94.5），コントロール条件が44.6（34.4-54.0）であり，能動的制御条件が有意に高値を示した．その他の測定項目に有意差は認められなかった．本結果から，片脚立位中に視覚的フィードバックを用いて膝部の動揺を能動的に制御することで，股関節戦略を賦活させ得ることが示唆された．

１．緒言

い，適切な介護サービスを受けられないといったい

日本は世界有数の長寿国として知られている．総わゆる「介護難民」が急増することが容易に予測さ務省の統計によると現在，総人口に占める高齢者のれる．そこで，超高齢社会を支える制度づくりが急

人口は3,617万人となり，65歳以上の高齢者の割合務となっている．

は28.7％，75歳以上の高齢者の割合は14.9% となっ0歳の子どもが平均してあと何年生きられるかをている．そして，数年後には2025年問題といった団示すのが平均寿命であり，健康上の問題で日常生活塊の世代を含む70歳以上の人々が75歳以上となり約が制限されることなく生活することができる期間を1）

4人に1人は後期高齢者となると予想されている ．

健康寿命という．平均寿命と健康寿命を比較したと高齢者の人口増加により，介護保険制度における要ころ，健康寿命は平均寿命より約10年も短い．この介護または要支援の認定を受ける人は増加することことから，現状では多くの高齢者が介護を必要としが予測されており，その結果として医療費や介護費ていることが示唆され，実際に要介護状態になる高の高騰，年金の給付額減少などの問題がより深刻化

齢者の増加が社会問題になっている2）．要介護状態

すると思われる．また介護が必要な「要介護者」にになる主な原因として，脳血管疾患，認知症，加齢認定されているにもかかわらず，施設に入所できなによる衰弱に続いて，転倒が挙げられる．高齢者の＊1 医療法人協和会

千里中央病院 リハビリテーション科
リハビリテーション学部 理学療法学科＊3 川崎医療福祉大学 リハビリテーション学部 作業療法学科（連絡先）小原謙一 〒701-0193 倉敷市松島288 川崎医療福祉大学
E-mail : rptkob@mw.kawasaki-m.ac.jp＊2 川崎医療福祉大学

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78

平田紗椰・小原謙一・大坂裕・黒住千春

転倒は，加齢による姿勢制御能力の低下が主な原因る．そして，股関節と足関節の間に位置する膝関節の一つであり，転倒によって骨折発生の危険性が高は，上行性および下行性の両方の運動連鎖に影響をくなる．さらに，高齢者は一度転倒を経験すると，与え，股関節，足関節の作用に何らかの影響を及ぼ

その後の転倒恐怖感により日常生活活動能力の低下すことが考えられる．大きな重心移動が伴わない片や社会への参加制限によって，生活活動量や健康関

脚立位姿勢保持という課題では，膝関節の動揺を制連 quality of life に大きな影響を与えることが指摘

御することで特に足関節の作用に大きな影響を及ぼ3）されている ．したがって，要介護状態の高齢者のすことが予測される．

増加を防ぐことを目的とした転倒予防対策は，医療

そこで本研究では，加速度計と重心動揺計を用い費，介護費といった経済面および身体機能面の両側て，視覚によって膝部の動揺を捉えながら膝関節を面から急務であると言える．

能動的に制御する片脚立位姿勢制御練習中に起きて転倒予防を目的とした姿勢制御練習としてダイいる下肢関節の作用について明確にすることを目的

ナミックフラミンゴ運動の有効性が報告されていとした．そして，「視覚的フィードバックを用いて4）る ．この運動は，片脚立位姿勢を1分間保持する膝関節を能動的に制御することで足関節戦略が賦活ことで股関節周囲筋群の筋力強化や立位姿勢制御能された結果，足圧中心動揺が増大する」との仮説を力の向上による転倒予防効果に加えて，自身の体重立案し，その点について検証した．

をメカニカルストレスとして片脚立位時の支持側大腿骨頭に加え，骨密度を骨折閾値以上に改善させる

２．方法

ことで大腿骨頸部骨折を予防することを図る簡便な

２．１

対象運動である．そして，このダイナミックフラミンゴ

普段から週1回以上のクラブ活動等の運動習慣が運動の発展型と言える運動について廣田ら5）から報なく，整形外科的及び神経学的疾患の既往のない健告されている．廣田らは，レーザーポインターで身常成人女子学生25名（年齢20.4±0.5歳，身長157.0

体の動揺を視覚的に捉えることを可能にした身体部±4.5cm，体重51.8±7.2kg）を対象とした．女性は位フィードバック器を用いて，膝関節の動きを能動男性と比較して筋力が少なく，片脚立位姿勢制御中的に制限した片脚立位での姿勢制御練習の効果を検の下肢関節の運動戦略、作用を検討することに適し証している．この片脚立位での姿勢制御練習を2週ているため，女子学生を対象とした．

間継続した後であれば，膝関節の能動的な制御を行

２．２

測定方法

わない状態でも片脚立位時の足圧中心動揺が有意に本研究では，任意の身体部位の動揺を視覚的に認減少したと報告されている．このことから，視覚的識しやすくするために，廣田ら5）の先行研究で使用

フィードバックを用いて膝関節を能動的に制御したされていたものと同様の身体部位フィードバック器

うえでの片脚姿勢制御練習は，姿勢制御能力を向上を用いた（図1）．このフィードバック器は，任意のさせるのに効果的であると示唆される．

身体部位に伸縮ベルトを巻き，マジックテープにヒトが姿勢制御をするにあたって主に用いられる

よってレーザー照射部を貼付するように装着するも運動戦略は3つある．足関節の運動によって重心をのである．装着した身体部位からレーザーを壁面に支持基底面内に留める足関節戦略，股関節の運動に照射するため，照射部のわずかな向きの変化がレー

よって重心を支持基底面内に留める股関節戦略，片ザーの照射先である壁面にて大きく反映し，身体部脚を踏み出す運動で支持基底面を広げるステッピン

位の動揺がより詳細に検知可能となる（特許出願中，グ戦略である．ヒトは，運動の難易度によって足関

特開2019-051059，出願人：川崎学園，発明者：小節から股関節，そしてステッピングへと運動戦略を原謙一）．

変更し姿勢制御を行う ．しかしながら，廣田らの片脚立位姿勢制御中の股関節及び膝関節の作用

この研究では，片脚立位姿勢制御練習中の股関節やの指標として，第2仙椎棘突起部と支持脚の腓骨膝関節，そして足関節がどのように作用しているの頭部に貼付した三軸加速度計（共和電業社製 AA-か，つまり下肢関節の運動戦略をどのように使用し5TG）を用いて骨盤部と膝部の動揺時の加速度を測て片脚立位姿勢を制御しているのかが明らかになっ定した（サンプリング周波数：100Hz）．三軸加速ていない．下肢における運動連鎖については，骨盤度計から得られた鉛直，前後，左右方向の加速度値から遠位へと下行性に波及する運動連鎖と，足部（m/s2）を三平方の定理を用いて合成した．このから近位へと上行性に波及する運動連鎖の2つがあ値から Root Mean Square（以下，RMS）を算出しる7）．このことから，片脚立位を保持するために，た．RMS は信号波形の二乗平方根であり，加速度それぞれの下肢関節が補い合っていると考えられの RMS は加速度信号の平均振幅を示すことから，

6）膝関節能動的制御が片脚立位時の下肢関節作用に及ぼす影響

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図１ 身体部位フィードバック機器
Ａ．
機器の構成パーツ，Ｂ．装着イメージ．
ａ．
レーザー照射部（プリズムレンズで照射方向調節可能），ｂ．
レーザー機器本体，ｃ．電源ボックス

図２ 測定風景（能動的制御条件）
ａ．
身体部位フィードバック機器，ｂ．バランスパッド，ｃ．重心動揺計，ｄ．的2m 前方の壁面に貼付した直径10cm の的の範囲内に膝部から照射されたレーザーを留めるように指示
その際の足圧中心動揺と，骨盤部，膝部の加速度を測定
本研究では骨盤部及び膝関節の動揺を示す指標と対象者が健常者であるため安定面であると容易に立した．RMS は，値が大きいほど動揺が大きいこと

位姿勢保持が可能である．したがって，姿勢制御課を意味するものである．さらに，足関節の作用の題の難易度を上げる目的で不安定面としてバラン指標として，重心動揺計（アニマ社製グラビコーダスパッドを用いた．足部の位置は，足部が壁面に対GP-7）を用いて足圧中心動揺を測定し，矩形面積して直角になるように設定した．曽我部らは8），視（cm2）と総軌跡長（cm）を検討項目として採用した．

覚的フィードバックを用いた片脚立位姿勢制御練測定肢位は，バランスパッド（There band 社製

習の際は膝部の動揺を視覚的に捉えることが最も効スタビリティートレーナー，ソフトタイプ）上での率が良い練習方法であると報告している．したがっ

片脚立位とし，裸足で上肢による姿勢制御を防止すて，膝蓋骨中央部に上述のフィードバック器を装るために両上肢は胸の前で交差するよう指示した．

着して，視覚的フィードバックにて膝関節を能動的80

平田紗椰・小原謙一・大坂裕・黒住千春に制御した片脚立位姿勢を保持する能動的制御条件

意差は認められなかった．と，視覚的フィードバックを用いず片脚立位姿勢を保持するコントロール条件の2条件を実験条件とし４．考察た．片脚立位姿勢保持中の足圧中心動揺を測定する

本研究では，視覚的フィードバックを用いて膝部ために，バランスパッドの下に重心動揺計を設置しの動揺を能動的に制御することが，片脚立位姿勢制た．片脚立位を40秒間保持させ，開始から10秒後に御中の下肢関節作用に与える影響について明確にす

足圧中心動揺と骨盤および膝部の加速度の測定を始ることを目的として実験を行った．本研究結果より，

め，30秒間測定した．2m 離れた壁に直径10cm 円

足圧中心動揺の指標である矩形面積，総軌跡長と，の描かれた紙を貼り，その円内をターゲットとして膝部動揺で有意差は認められなかった．しかしながフィードバック器からのレーザー光を留めるようにら，股関節作用の指標としての骨盤部動揺は膝関節することで能動的に膝関節を制限することとした．の能動的制御によって有意に高値を示していた．こ

この際の円の高さは，レーザーを床面に対して平行れは，「膝関節動揺を能動的に制御することで足関に照射できるように，対象者のフィードバック器か節戦略が賦活された結果，足圧中心動揺が増大する」

ら足底までの長さとバランスパッド，および重心動という仮説に反する結果であった．さらに，股関節揺計の厚さの和とした．測定順序はくじを用いて無の作用は，下行性運動連鎖により足関節の作用へ影作為とし，学習効果を除くために一方の条件の測定響を与えることから7），能動的制御条件で骨盤部動後に1週間以上空けて，もう一方の条件を測定した

揺が高値を示したのと同様に足圧中心動揺も能動的（図2）．

制御条件で高値を示すと推測していた．しかしなが２．
３ら，このことについても推測に反する結果となった．

統計学的解析

正規性の確認のために Shapiro-Wilk 検定を行っ膝関節の能動的制御によって骨盤部動揺が有意にた．その結果，全ての項目で正規性が認められな増大したことについて，バランスパッド上での片脚かったため，Wilcoxon の符号付き順位検定によっ立位保持という課題に加えて，膝部から照射されたて2条件間の比較を行った．危険率は5％未満をもっレーザーを直径10cm のターゲット内に留めるといて有意とした（p<0.05）．なお，解析ソフトウェア

う課題の遂行が指示されたことよって膝関節が能動は IBM SPSS Statistic 24（IBM 社製）を使用した．

的に制御されたことで，足関節のみでの対応では片脚立位姿勢を保持しきれなかったと考える．そのた

３．結果

め，股関節での対応，いわゆる股関節戦略を足関節表1に，骨盤部および膝部動揺と足圧中心動揺の結果を示す．

戦略と併用せざるを得ない状況となったと考える．
竹内9）は，3次元解析装置を用いて静止立位中の頭股関節作用の視標である骨盤部動揺は，能動的制部，胸郭部，骨盤部の重心位置を算出し，床反力計

御条件がコントロール条件と比較して有意に高値をを用いて足圧中心を測定したところ，骨盤の動揺と示していた（p<0.05）．膝関節作用の視標である膝足圧中心動揺間での相互相関関数のピーク値に差部動揺については，有意差は認められなかった．足異が認められたことから，骨盤部の動揺は足圧中心関節作用の視標としての足圧中心動揺の測定項目で動揺に直接的な関与しないと述べている．さらに，ある矩形面積，総軌跡長については，2条件間で有股関節を主に用いた姿勢制御では，骨盤と上半身を

表１

骨盤部および膝部動揺と足圧中心動揺測定値

Q ⬟ືⓗไᚚ᮲௳䝁䞁䝖䝻䞊䝹᮲௳㼜್㦵┙㒊ືᦂ䠄㻾㻹㻿 䠅㻢㻟㻚㻟㻌㻔㻟㻡㻚㻡㻙㻥㻠㻚㻡㻕㻠㻠㻚㻢㻌㻔㻟㻠㻚㻠㻙㻡㻠㻚㻜㻕㻜㻚㻜㻠㻤㻖⭸㒊ືᦂ䠄㻾㻹㻿 䠅㻡㻡㻚㻢㻌㻔㻠㻢㻚㻡㻙㻤㻜㻚㻥㻕㻢㻞㻚㻥㻌㻔㻠㻜㻚㻡㻙㻤㻞㻚㻟㻕㻜㻚㻟㻡㻟▴ᙧ㠃✚䠄㼏㼙㻞䠅㻝㻣㻚㻠㻌㻔㻝㻝㻚㻤㻙㻞㻝㻚㻣㻕㻝㻡㻚㻞㻌㻔㻝㻟㻚㻜㻙㻞㻝㻚㻜㻕㻜㻚㻢㻡㻣⥲㌶㊧㛗䠄㼏㼙䠅㻝㻞㻤㻚㻞㻌㻔㻝㻝㻞㻚㻤㻙㻝㻡㻝㻚㻜㻕㻝㻝㻢㻚㻞㻌㻔㻝㻜㻞㻚㻥㻙㻝㻟㻟㻚㻜㻕㻜㻚㻞㻣㻢

0HGLDQ ,QWHUTXDWLOHUDQJH:LOFR[RQUDQNWHVW S膝関節能動的制御が片脚立位時の下肢関節作用に及ぼす影響

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逆方向に動かすように重心位置を制御するために足ことで，姿勢の安定性や筋活動の効率を高められる

圧中心の動揺は小さくなることが推察される．した可能性があることが示される．以上のことから，若がって，本研究で行った視覚的フィードバックを用

年者では課題に対する習熟度に応じて，姿勢制御戦いた膝関節の能動的制御下での片脚立位保持という略が変化することが示唆される．したがって，姿勢課題では，主に股関節戦略での姿勢制御を行ってい制御練習を一定期間継続することで，重心の動揺にるため，足圧中心動揺は変化しなかったと考えられ対する身体適応が容易となり，股関節戦略から足関る．

節戦略へ移行する，あるいは，股関節戦略がより習本研究では1回の片脚立位姿勢保持中における下熟して効率の良いもの変化していくのではないかと肢関節の作用を検討している．それに対して，廣田考えられるが，本研究ではその検証に至っていない．

ら5）の先行研究では，本研究と同様の姿勢制御練習

以上の理由から，視覚的フィードバックを用いた膝を2週間という期間に継続的に行い，その効果を検関節の能動的制御下での姿勢制御練習が高齢者の転証している．その結果，視覚にて膝部の動揺を捉え倒予防に有効か否かについて検証が必要である．

ながら膝関節を能動的に制御する片脚立位姿勢制御

本研究結果から，片脚立位姿勢保持の際に対象者練習によって足圧中心動揺は有意に減少したと報告

自身の膝関節の動きを視覚的に捉えて，その動きをしている．Bernstein10）の運動制御システム理論で能動的に制御することは，3つの姿勢制御のうち股は，若年者の安定した運動成績は，多様性の中から関節戦略を賦活させる可能性があることが示唆され統制された運動制御によりなされるものであると述た．本研究の限界として，本研究では一定期間の継べている．加えて Lin & Liao は，高齢者に比べ若続した姿勢制御練習による下肢関節作用の変化につ

年者はより多様な運動戦略を持っていることを報告

いて検討していない．そのため，継続的な姿勢制御12）している．さらに大畑ら は，リーチ課題での手関練習による各関節における作用の変化について検節，膝関節，股関節の移動距離と重心動揺面積と重討することが今後の課題である．また，Kasahara

心移動距離の変化を検討している．その結果，股関ら13）は，若年者と高齢者は姿勢制御戦略が異なると節の移動距離については，初回試行と比べ最終試行述べている．本研究の対象者は若年健常成人女性でではリーチ方向と反対方向への移動距離の減少がみあるため，本研究結果を転倒予防への対策が必要なられた．そして，重心動揺面積は課題の反復に伴っ高齢者にそのまま適応することは難しい．よって，て減少し，重心移動距離は最終試行で有意な増加を高齢者を対象とした姿勢制御機能としての下肢運動示したと報告している．これらの結果から，同一課戦略の経時的変化についての検証が今後の課題とし題の反復により姿勢制御の足関節戦略は変更されるて残される．

11）

倫理的配慮
本研究を開始するにあたり，対象者には倫理的配慮として研究の目的および方法，個人情報の保護に関して十分に説明し同意を得た．なお，本研究は川崎医療福祉大学倫理委員会の承認後に実施した（承認番号：20-112）．
文献1）総務省統計局：高齢者の人口，統計からみた我が国の高齢者―「敬老の日」にちなんで―（2020年9月15日現在推計）．http://www.stat.go.jp/data/topics/topi1261.html，2020．
（2022.1.27確認）

2）内 閣府：高齢期の暮らしの動向，高齢化の状況，令和3年版高齢者社会白書（概要版）https://www8.cao.
go.jp/kourei/whitepaper/w-2021/html/gaiyou/s1_2.html，2022．
（2022.4.14確認）

3）中越竜馬，武政誠一，中山宏之，森勇介：整形外科に通院している地域在住高齢者の転倒の有無と生活活動量および健康関連 QOL との関係．理学療法科学，31，189-193，2016．
4）Sakamoto K, Sugimoto F, Sato Y, Fujimaki E and Tashiro Y：Dynamic flamingo therapy for prevention offemoral neck osteoporosis and fractures-Part 1: Theoretical background-. The Showa University Journal of

Medical Sciences ，11，247-254，1999．
5）廣田真由，種谷茉晶，大坂裕，小原謙一：視覚フィードバックが不安定面で片脚立位に及ぼす影響．川崎医療福祉学会誌，28，433-439，2019．
6）中村隆一，斎藤宏，長崎浩：基礎運動学．第6版補訂，医歯薬出版，東京，2003．
7）市橋則明編：運動療法学―障害別アプローチの理論と実際―第2版．文光堂，東京，2014．
8）曽我部莉帆，小原謙一，大坂裕：視覚情報フィードバックを用いた片脚立位練習の効果的な視標としての身体部位の検討．川崎医療福祉学会誌，30，513-518，2021．

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平田紗椰・小原謙一・大坂裕・黒住千春

9）竹内弥彦：足圧中心と動揺の相互相関解析に基づく高齢者の静止立位制御特性．理学療法科学，30，99-103，2015．
10）Bernstein NA：The co-ordination and regulation of movements. Pergamon Press, Oxford, 1967．
11）Lin SI and Liao CF：Age-related changes in the performance of forward reach. Gait & Posture ，33，18-22，2011．
12）大畑光司，市橋則明，建内宏重，秋本善英，元村直靖：リーチ課題の反復による姿勢制御の変化．理学療法学，
30，1-7，2003．
13）Kasahara S, Saito H, Anjiki T and Osanai H：The effect of aging on vertical postural control during the forward
and backward shift of the center of pressure. Gait & Posture ，42，448-454，2015．
（2022年4月18日受理）

Effect of Active Control of Knee Joint Sway Using Visual Feedback
on Lower Extremity Joints Action on One-leg Standing Posture Control
Saya HIRATA, Kenichi KOBARA, Hiroshi OSAKA and Chiharu KUROZUMI（Accepted Apr. 18，2022）
Key words : posture control，
visual feedback，lower extremity joints action
Abstract
It is known that one-leg standing exercise is effective in preventing falls. The purpose of this study was toinvestigate the effect of active control of knee joint sway using visual feedback on lower extremity joints action onone-leg standing posture control. Participants were 25 young adult healthy females (20.4±0.5 years). During one-leg
standing for 30 seconds, the center of foot pressure sway was measured by a stabilometer, and concurrently, thepelvis and knee joint sway were measured by two triaxle accelerometers. Two experimental conditions were tested
in the active control of the knee joint using visual feedback and without visual feedback as the control condition.
A body parts position feedback device was used in the visual feedback condition. Participants were instructed tokeep a laser beam from the feedback device attached to the knee within a circle with a diameter of 10 cm which
was attached to a wall 2 meters away. The Wilcoxon rank test was used to compare the two conditions. Regarding
the pelvis sway (root mean square), the median values (interquartile range) were 63.3 (35.5 - 94.5) and 44.6 (34.4 - 54.0)
in the visual feedback and the control condition, respectively. There were significant differences between the twoconditions (p<0.05). This result suggested that the hip joint action as a postural control strategy may be activated by
active control of the knee joint using visual feedback while standing on one-leg exercise.
Correspondence to : Kenichi KOBARA

Department of Physical Therapist
Faculty of Rehabilitation
Kawasaki University of Medical Welfare
288 Matsushima，Kurashiki，701-0193，Japan
E-mail ：rptkob@mw.kawasaki-m.ac.jp（Kawasaki Medical Welfare Journal Vol.32，No.1，2022 77－82）