健康支援
第18巻2号

37‑41，2016

人工膝関節置換術施行患者の術後 1 年における歩行周期時間変動
飛山

義憲１、和田治２、中北智士２、浅井剛３

Stride time variability in patients after total knee arthroplasty
at 1 year postoperatively
Yoshinori HIYAMA １），Osamu WADA ２），
Satoshi NAKAKITA ２），Tsuyoshi ASAI ３）
Abstract
Total knee arthroplasty（TKA）effectively alleviates pain and improves walking ability. Stride time variability（STV）
is a marker of a safe gait pattern, however, the STV at 1 year after TKA surgery is unclear. The present study
aimed to compare the STV between patients following TKA at 1 year postoperatively and healthy elderly adults andto determine gait stability in patients following TKA at 1 year postoperatively.
This prospective cohort study comprised 20 patients undergoing TKA and 20 healthy elderly adults. Patients
undergoing TKA were evaluated at 1 month before surgery and at 1 year after surgery. The primary outcome wasSTV, and secondary outcomes were knee range of motion（ROM）, quadriceps strength, gait speed, and pain duringwalking.
STV in the TKA group at 1 year postoperatively was significantly lower than that at preoperatively. However, STV
in the TKA group at 1 year postoperatively was significantly higher than that in normal, slow, and very slow speeds
in healthy elderly adults. Additionally, knee ROM of flexion, quadriceps strength, and gait speed in the TKA group at
1 year postoperatively were significantly worse than those in healthy elderly adults.
We concluded that the gait stability in patients following TKA at 1 year postoperatively declined compared tohealthy elderly adults. Additionally, patients following TKA at 1 year postoperatively demonstrated the decline inphysical function including quadriceps strength compared to healthy elderly adults. Therefore, patients following
TKA at 1 year may have an elevated fall risk.
total knee arthroplasty, gait stability, stride time variability, quadriceps weakness

１．東京工科大学医療保健学部理学療法学科
飛山義憲〒144-8535

東京都大田区西蒲田5-23-22

Email: yoshinori.hiyama@gmail.com

２．あんしん病院リハビリテーション科
３．神戸学院大学総合リハビリテーション学部理学療法学科

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緒言

準は 60 歳以上 80 歳未満で日常的に独歩での外出を行っ

要支援および要介護認定者数が年々増加する中，関節ている者とし，下肢に筋骨格系疾患を有する者，神経学疾患は高齢者が要支援および要介護に至る要因の上位を的疾患など歩行能力に影響を及ぼす疾患を有する者，既１）占めており ，その代表的な疾患である変形性膝関節症に人工関節置換術を施行している者は除外した。なお，

２）の罹患者数は約 2 , 500 万人にのぼる 。変形性膝関節症

年齢，性別，Body mass index に関して TKA 群との個者では疼痛や筋力低下により移動能力が低下することか別マッチングを行った。本研究は倫理委員会の承認を得

ら３），要支援および要介護に至る状態を予防し，健康的た後，対象者には本研究の趣旨と内容，データの利用にな生活を送るためには疼痛や運動機能の改善が必要であ関する説明を行い，書面にて同意を得た。

る。
変形性膝関節症の治療にはまず運動療法など保存的治２．方法療が選択されるが，末期変形性膝関節症に対しては人工本研究では歩行周期時間の変動係数，歩行速度，歩行膝関節置換術が選択されることが多い。わが国では年間時の疼痛（歩行時痛），膝関節可動域および膝伸展筋力の４）８万件の人工膝関節置換術が施行され ，疼痛や運動機評価を行った。術後の運動機能の回復が６ヶ月程度でプ能の改善に有効であることが広く知られている５，６）。健ラトーに達する６‑８）ことから TKA 群は手術１ヶ月前お康寿命を延伸させるためには運動機能の維持が不可欠でよび１年後に計測を実施した。なお，全例とも後十字靭あることから，人工膝関節置換術は変形性膝関節症者の帯置換型の人工関節を用い，術式は medial parapatellar

運動機能を改善し，健康寿命を延伸させる非常に重要なapproach であった。術後のリハビリテーションは疼痛手段であるといえる。

や炎症，腫脹の軽減，可動域や筋力の改善を目的として術後早期には手術侵襲や炎症等により一時的に運動機術翌日から術後５日目の退院日まで実施し，退院後は週能が低下するものの，術後数ヶ月で大幅に回復し，６ヶに一度の外来リハビリテーションを３ヶ月間継続した。

月程度でプラトーに達する

６‑８）。しかし同年代の健常者

１）歩行周期時間の変動係数に比べると膝伸展筋力や歩行速度は１年が経過しても低ワイヤレス型３軸加速度計（マイクロストーン株式会

９, 10）。このような運動機社，MVP-RF 8 -HC）を用い，TKA 群は術側下肢の踵，能の低下は高齢者における転倒の要因として重要である

健常群は右下肢の踵に装着 15），固定した。計測には同一下しているという課題を有するが11 , 12），運動機能の低下が直接転倒を引き起こすのでは種類の靴を使用し，歩行補助具は用いなかった。

なく，歩行不安定性を引き起こすことで転倒が発生する助走路と減速路を含む 16 m の歩行を指示し，中央

13）と考えられている 。転倒は高齢者の生活の質を阻害す10 m の歩行速度を求めた。歩行周期時間の変動係数はる大きな要因の一つであり，運動機能が低下する術後に歩行速度に依存するが 15），TKA 群の歩行速度は健常群は転倒を引き起こす要因となる歩行不安定性を評価するに比べ低下する９）ことが予測されたため，同速度での比ことが不可欠である。しかし，転倒を予測する歩行周期

較を行うために TKA 群は快適速度のみ，健常群は快適時間の変動係数 13）などを用いて術後の歩行安定性を検速度だけでなく，対象者の主観で「遅い」
条件（遅歩），「さ討した報告は見あたらない。そこで本研究では人工膝関らに遅い」
条件（最大遅歩）の３条件での歩行を指示した。

節置換術後１年の歩行周期時間の変動係数を健常者と比測定は各条件十分な練習を行った後に２回の計測を行較し，歩行安定性を検討することを目的とした。

い，２回の歩行速度の平均値を代表値とした 16）。

対象と方法

MATLAB）を用いてカットオフ周波数 20 Hz のローパス

１． 対象

フィルタにて処理後，歩行開始と終了の２歩を除き歩行加 速 度 デ ー タ は 数 値 解 析 ソ フ ト（MathWorks 社，

対象は人工膝関節置換術を施行する女性 20 名（TKA

周期時間を求めた。連続する歩行周期時間の平均，標準群）とし，取り込み基準は原疾患が grade４14）の変形性偏差から変動係数（CV ＝標準偏差／平均値× 100（％））

膝関節症，初回の人工膝関節置換術，60 歳以上 80 歳未を算出し 17 , 18），２回の計測の平均を求めた。CV は値が満で独歩が可能な者とし，除外基準は原疾患が関節リウ大きいほど歩行周期時間のばらつきが大きく，歩行が不マチ，非術側の膝関節および下肢の他関節に既に人工関安定であることを示す。

節置換術を施行している，神経学的疾患など歩行能力にTKA 群 に お い て は 歩 行 直 後 に Numeric Rating

影響を及ぼす疾患を有する者とした。さらに，要支援，Scale 19）を用いて歩行時痛を評価した。数値が大きいほ

要介護状態にない，定期的な運動習慣を持たない地域在ど疼痛が強く表現されるよう０から 10 の 11 段階で聴取住の高齢女性 20 名（健常群）を対象とした。取り込み基した。
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は対応のある t 検定を，TKA 群と健常群の基本属性の比２）膝関節可動域対象者を背臥位とし，日本整形外科学会および日本リ較，および TKA 群術後１年と健常群の各項目の比較にハビリテーション医学会が推奨する測定方法に準じ，ゴは student の t 検定を用いた。有意水準は５％とし，検定

ニオメーターを用い膝関節の屈曲および伸展可動域を他には統計解析ソフト（SPSS 22 . 0 J, IBM, Japan）を用いた。

動にて測定した。

結果

３）膝伸展筋力
徒手筋力計 Hand-Held Dynamometer（アニマ株式会TKA 群は対象者すべてが術後１年の計測に参加し，社，ミュータス F- 1）を使用し，膝伸展の最大等尺性筋

TKA 群 20 名，健常群 20 名での解析を行った（表１）。

力を測定した。測定肢位は座位にて膝関節 90 度屈曲位

TKA 群術後１年の CV，歩行速度，歩行時痛，膝関節伸とし，筋出力を受けるセンサー部の位置は下腿遠位部前展可動域，膝伸展筋力は術前に比べ有意に改善を認めた面とした。TKA 群は術側，非術側の順に，健常群は右が（ < 0 . 001），膝関節屈曲可動域は術前に比べ有意な差下肢の計測を行った。２回の計測のうち最大値を採用を認めなかった（ = 0 . 52）（表２，３）。健常群との比較で20）（Ｎ）× アー
し ，トルク体重比（Nm/kg；センサー部の力は術後１年の CV はいずれの歩行条件と比較しても有意ム長（ｍ）／体重（kg））を算出した。に大きく（ < 0 . 001），健常群の快適速度と比較した歩行速度は有意に小さな値を示した（ = 0 . 01）。膝関節屈曲可動域，膝伸展筋力は健常群に比べ術後１年で有意な低３．統計学的解析
まず Shapiro-Wilk 検定によりデータの正規性を確認

下を示したが（ < 0 . 001），膝関節伸展可動域は有意差をし，TKA 群における術前および術後の各項目の比較に表1両群の属性⾲認めなかった（ = 0 . 38）。

 ୧⩌ࡢᒓᛶTKA ⩌㸦 n=20㸧 ೺ ᖖ ⩌ 㸦 n=20㸧

p ್ᖺ㱋㸦ṓ㸧63.1 ± 6.7

63.5 ± 3.80.84

B o d y m a s s i n d e x㸦 k g / m 2 㸧

23.1 ± 3.6

22.9 ± 2.90.76

㠀 ⾡ ഃ 㔜 ⑕ ᗘ㸦 ே ᩘ 㸪% 㸧

表2Grade02 (10.0)

Grade18 (40.0)

Grade26 (30.0)

Grade32 (10.0)

Grade42 (10.0)

歩行周期時間変動および歩行速度 ⾲  Ṍ⾜࿘ᮇ᫬㛫ኚື࠾ࡼࡧṌ⾜㏿ᗘ
TKA ⩌㸦n=20㸧

೺ᖖ⩌㸦n=20㸧p್⾡๓⾡ᚋ 1 ᖺp್ᛌ㐺㏿ᗘ㐜Ṍ᭱኱㐜Ṍ

Ṍ⾜࿘ᮇ᫬㛫ኚື㸦%㸧

8.1 ± 5.4

3.4 ± 3.2

< 0.001

1.3 ± 0.3

2.0 ± 0.6

2.1 ± 0.5

< 0.0011

Ṍ⾜㏿ᗘ㸦m/⛊㸧

1.05 ± 0.17

1.19 ± 0.34

< 0.0011.30 ± 0.25

1.20 ± 0.24

0.90 ± 0.300.012

Ṍ⾜᫬③

3.7 ± 2.0

1.0 ± 3.1

< 0.001

1 TKA ⩌⾡ᚋ 1 ᖺ࡜೺ᖖ⩌࡟࠾ࡅࡿᛌ㐺㏿ᗘ㸪㐜Ṍ㸪᭱኱㐜Ṍ᮲௳ࡑࢀࡒࢀ࡜ࡢẚ㍑
2 TKA ⩌⾡ᚋ 1 ᖺ࡜೺ᖖ⩌࡟࠾ࡅࡿᛌ㐺㏿ᗘ࡜ࡢẚ㍑

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表3膝関節可動域および膝伸展筋力⾲  ⭸㛵⠇ྍືᇦ࠾ࡼࡧ⭸ఙᒎ➽ຊ
TKA ⩌㸦n=20㸧⾡๓⾡ᚋ 1 ᖺp್ ⾡ഃࡲࡓࡣྑୗ⫥125.2s14.2

122.4s7.00.52

 㠀⾡ഃ

135.2±11.0

134.6±10.90.91

 ⾡ഃࡲࡓࡣྑୗ⫥-8.6±6.1-2.1±3.2< 0.001 㠀⾡ഃ

-4.0±4.2-4.3±3.80.73

 ⾡ഃࡲࡓࡣྑୗ⫥0.94 ± 0.36

1.25 ± 0.56

< 0.001 㠀⾡ഃ

1.18±0.42

1.20±0.510.70

೺ᖖ⩌㸦n=20㸧

p್150s9.4< 0.0011-0.4±0.3

0.381

1.61 ± 0.41

< 0.0011⭸㛵⠇ᒅ᭤ྍືᇦ㸦r㸧⭸㛵⠇ఙᒎྍືᇦ㸦r㸧⭸ఙᒎ➽ຊ㸦Nm/kg㸧

1 TKA ⩌⾡ᚋ 1 ᖺ࡜೺ᖖ⩌࡜ࡢẚ㍑

考察に達するため６‑８），本研究の術後１年の評価は運動機能
13 , 18）

歩行周期時間の変動係数はの回復を十分反映していると考えるが，長期的な検討を術前に比べ術後１年で有意に小さな値を示し，術前に比行うことで術後の歩行周期時間変動の変化を明らかにすべ転倒リスクが軽減し歩行の安定性が向上していることることができると考える。

転倒リスクを反映するが示唆された。歩行周期時間の変動係数は歩行速度 13）や結語下肢の可動域，筋力 21）に依存し，術後１年には歩行速度や膝関節伸展可動域，膝伸展筋力が術前に比べ改善した

本研究では人工膝関節置換術後１年の歩行周期時間変ことにより歩行周期時間変動が改善したと考えられる。

動が術前に比べ小さくなるものの，健常者に比べると歩しかし，術後１年における歩行周期時間の変動係数は行は不安定であり，膝伸展筋力など運動機能の低下が観健常群に比べて有意に大きく，健常者に比べ転倒リスク察された。そのため，転倒に繋がるリスクの上昇が示唆が高いと考えられた。本研究では先行研究９, 10）と同様に，された。

術後１年の歩行速度や膝伸展筋力は健常群に比べ有意な引用文献低下を認めた。歩行速度や膝伸展筋力は歩行周期時間変動に影響を及ぼすが13 , 21），術後１年の歩行速度と同程度

１）厚生労働省ホームページ．平成 22 年国民生活基礎調査．2011の歩行速度である健常群の遅歩条件に比べても TKA 群の歩行周期時間の変動係数は大きく，TKA 群の歩行周

２）Yoshimura N, Muraki S, Oka H et al.: Prevalence

期時間変動には，特に膝伸展筋力が影響している可能性

of knee osteoarthritis, lumbar spondylosis, andが考えられる。今後は膝伸展筋力と歩行周期変動の関連

osteoporosis in Japanese men and women: the性を明らかにし，歩行安定性を向上させる取り組みが必

research on osteoarthritis/osteoporosis against

要である。

disability study. J Bone Miner Metab, 2009 ; 27 :本研究の限界として，非術側の変形性膝関節症が挙げ

620 - 628 .

られる。本研究では TKA 群の半数に変形性膝関節症を

３）Wilkie R, Peat G, Thomas E, Croft P: Factors

認め，20 % は Grade３および４であったことから，術後associated with restricted mobility outside theの歩行周期時間変動に影響を与えた可能性が考えられhome in community-dwelling adults ages fifty

る。また，本研究では１年以降の長期的な検討を行ってyears and older with knee pain: an example of use

いない。術後の運動機能の回復は６ヶ月程度でプラトーof the International Classification of Functioning
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