平成 28 年度研究助成報告書

リバース型人工肩関節置換術の理学療法指針の検討と介入のための運動解析である。
方1）
2）

3）

4）

4）

4）

5）

小林 章（PT） ，村田健児（PT） ，五十嵐郁弥（PT） ，穣（PT） ，鶴岡祐治（PT） ，亀田光宏（PT） ，島村

5）

澤雄作（PT）

1

法

1．「リバース型人工肩関節置換術のリハビリテーション
プロトコルの文献レビュー」
2006 〜 2016 年までの過去 10 年間の論文を対象とし，文献検索には PubMed，CINAHL，PEDro，CENTRAL

1）（Cochrane Central Register of Controlled Trials）の 4

2）つのデータベースを使用した。論文の適格基準は，1）

3）

査読付き論文であること，2）言語が英語であること，

4）3）ランダム化比較試験（RCT）あるいは比較臨床試験

5）（CCT）であること，4）対象がリバース型人工肩関節

埼玉県立大学 保健医療福祉研究科 博士後期課程医療法人 親和会 訪問看護ステーション ホウエイ
埼玉県立大学 保健医療福祉学部 理学療法学科
社団医療法人 山手クリニック
IMS グループ 春日部中央総合病院であること，5）リハビリテーションの介入の記載があキーワード：リバース型人工肩関節，3 次元動作解析，上肢リーチ動作ること，6）評価指標に可動域などの臨床評価が含まれていることを条件とした。検索は，リバース型人工肩関節置換術とリハビリテーション，理学療法に関する用語

背景を検索式として，論文を抽出した。

本邦において 2014 年 4 月に認可されたリバース型人工肩関節置換術（以下，RSA）は従来の人工肩関節置

2．「リバース型人工肩関節置換術の理学療法経過」

換術（TSA）は難しかった関節リウマチ，上腕骨頭壊全例リバース型人工肩関節置換術を思考し，理学療法死，腱板断裂性関節症などの機能改善に有効であるとさ士による経過観察が可能であった症例を対象とした。基1）2）。RSA は肩甲骨側が凸，上腕骨側が凹という本的情報（性別，年齢，手術に至った経緯），肩関節可

本来の解剖学的な構造とは異なる置換術であるが，三角動域について，カルテより後方視的に調査した。尚，本筋のレバーアームが延長するため三角筋機能が高まり，報告に際し，各症例には本報告の趣旨および意義につい上肢の挙上が可能となる。て説明し，書面にて同意を得た。

れる

上肢機能は更衣動作，食事動作，洗面，入浴といった日常生活に重要な役割を果たし，歩行機能と合わせ3．「三次元動作解析装置を用いたリーチ動作解析」て QOL の向上に不可欠な機能である。ヒトの上肢は肩1）対象者

関節，肘関節手関節だけで合計 7 自由度をもち，非常に対象者は RSA 施行後 3 ヵ月以上経過した者 5 名（女多様な運動を行うことができる。ヒトの上肢は上腕，前性 4 名，男性 1 名，平均年齢 75 ± 4.2 歳；以下，RSA 群）

腕，手部の 3 つの剛体から構成され，関節に生じる力におよび健常成人（男性 5 名，平均年齢 21 ± 0.9 歳；以下，は関節トルクの他に遠心力やコリオリ力が含まれること対照群）とした。術後経過期間は 11.7 ± 4.9 ヵ月であり，

3）が知られている 。これまで遠心力やコリオリ力は速度

術側は 4 名が左肩関節，1 名が右肩関節であった。の大きな運動でなければ無視できるほど小さいとされて

2）運動課題と実験装置

きたが，近年では速度の小さな運動でも運動へ影響する
4）

運動課題は背もたれ，肘掛けのない椅子に端座位にては運動自由度を強調

上腕下垂位，肘関節 90°の状態から「快適な速度で手をさせる最も高度な段階では，遠心力やコリオリ力を全体正面に伸ばす」という指示のもと，前方へ手を伸ばした。

として活用して関節運動を構造化していると指摘してい各被験者はリーチ動作を合計 10 回実施した。使用機器と指摘されているる。投球動作

5）。Bernstein5）において関節間に相互に働く力を効果的に用いているが，立ち上がり動作

6）においても相互は三次元動作解析装置 VICON（VICON 社製，サンプ
リング周波数 100 Hz）を使用し，14 mm 反射マーカをに働く力を効果的に用いていることが報告されている。

plug-in gait full body model に従い 39 個貼付した。

従って，速度の小さなリーチ動作においても相互作用力3）Induced Acceleration Analsysis

を巧みに用いた戦略が必要となる。本邦では RSA が認

肩関節に生じる加速度を求めるために，Induced Accel7）8）。IAA を可されて日が浅く，長期的な関節機能については明らか

eration Analysis（以下，IAA）を用いたになっていない。RSA はヒトが本来もつ解剖学的構造用いる利点は多セグメント運動システムにおいて，該当とは異なるため，長期的に上肢機能を保存するためには関節によって生成されたトルクだけでなく，他の関節にRSA 術後に，どのような制御を行っているのかを明らよって生成されたトルクの影響を定量的化できることでかにする必要がある。本研究の目的は RSA 術後のリハあるビリテーションプロトコルの文献レビュー，症例検討，学的計算）から構成される，始めに計測したデータより3 次元動作解析により，理学療法指針の検討を行うこと算出した関節角度を用いて関節トルク（式 1）を求め，7）。IAA は 2 つの手順（逆動力学的計算，順動力2

平成 28 年度研究助成報告書

次に算出した関節トルクから関節角加速度（式 2）の要ションのプロトコルの記載がない論文が 8 編であり，方素を求めた（詳細は補遺参照）。

法にリハビリテーションのプロトコルが記載されている論文は 3 編であった。すべての論文は，手術の侵襲やコンポーネントの違いによる比較をしており，リハビリ（式 1）テーションのプロトコルについては同報告内では同様であったが，その記載内容は可動域運動や筋力強化を行ったなど詳細なプロトコルについて記載はなかった。

（式 2）
2．リバース型人工肩関節置換術の理学療法経過M11，M22 は有効慣性，M12(=M21) は相互慣性，h は術後 6 ヵ月〜 1 年の経過観察が可能であった症例 11遠心力およびコリオリ力による加速度係数，g は重力加例を対象にした。うち 1 例は頸椎疾患による C5 領域

田10）

9）

ら，岡の麻痺が生じたため，解析から除外した。平均年齢は，らに従い算出した。また RSA 施行後，肩峰から72.9 ± 5.4 歳， 性 別 は 男 性 4 名・ 女 性 6 名， 術 側 は 右速度である。有効慣性および総互換性は阿江上腕骨頭が平均 23 mm 延長されたと報告

11）

され，上腕長に 23 mm 加算した。

7 例・左 3 例であった。健常側の肩関節屈曲可動域は151.5 ± 9.8 度，肩関節外旋可動域は 51.5 ± 6.3 度であっ姿勢を保持するために肩関節および肘関節筋が生み出すトルクを考慮し，肩関節・肘関節の筋により生じるトルクを MUS = τ − g とし，以下の式により肩関節に生じた角速度を算出した。

た。RSA に至った経緯は，腱板病変が 6 例，骨折が 3 例，その他が 1 例であった。
術後の屈曲可動域の推移は，術後 1 ヵ月で 47.0 ± 9.0度，術後 3 ヵ月で 73.0 ± 27.2 度，術後 6 ヵ月で 107.0 ±次に肩関節屈曲運動に寄与する割合を算出した。第 2中手骨に貼付したマーカ速度（前後）の最大値の 5% を15.5 度，術後 1 年で 133.9 ± 8.7 度であった。外旋可動域の推移は，術後 1 ヵ月で ‒ 1.0 ± 9.0 度，術後 3 ヵ月で 8.0超えた時点をリーチ動作の開始，最大値の 5% を下回っ± 8.4 度，術後 6 ヵ月で 19.5 ± 9.3 度，術後 1 年で 38.9た時点をリーチ動作の終了とし，この区間の 10% 毎に± 11.0 度であった。屈曲可動域の健側比は 85.6 ± 9.7％，寄与率を算出した（式 3）。

外旋可動域の健側比は 67.6 ± 34.3％であった。
（式 3）

3．三次元動作解析を用いたリーチ動作解析
1）RSA 群と対照群の運動学的違い

Acc1，Acc2，Acc3，Acc4 は そ れ ぞ れ 肩 関 節 MUS，

RSA 群の肩関節角速度は対照群と比較して最大角加肘関節 MUS，肩関節速度，肘関節速度に起因する角加速度に達するまでの時間が短く，肘関節の伸展角速度は速度を意味する。

対照群と比較して大きなピーク値を示すが，対照群は4）統計解析

リーチ動作中伸展角加速度を示し続けた。肩関節角加速

各群における手先の実際の軌跡長と最短軌跡長，リー度は RSA 群のピーク値は小さく，また肘関節伸展角加チ動作開始および終了時の関節角度，リーチ動作中の肩速度はリーチ動作後半に大きなピーク値を示した。手関節最大屈曲角速度・角加速度，肘関節最大伸展角速

先の実際の軌跡長と最短軌跡長は各群とも有意な差は度・角加速度，寄与率に関して，F 検定を行い等分散性認められなかった（いずれも，p>0.05）。肩関節角度はが仮定できる場合は対応のある t 検定，等分散性が仮定

リーチ動作開始時に RSA 群の方が有意に大きな値を示できない場合 Welch の t 検定を実施した。

した（p<0.01）。肘関節角度はリーチ動作開始時，終了時共に RSA 群の方が有意に大きな値を示した（いずれ結果

1．リバース型人工肩関節全置換術のリハビリテーショも，p<0.01）。最大肩関節屈曲速度および最大肘関節伸展速度は共に有意な差を示し，いずれも RSA 群の方がンプロトコルの文献レビュー大きな値を示した（いずれも，p<0.01）。最大肩関節屈データベース検索から，「Reverse shoulder arthroplasty」

曲加速度および最大肘関節伸展加速度は共に有意な差をで 654 編，「Reverse total shoulder replacement」で 27 編，示し，いずれも RSA 群の方が大きな値を示した（いず「Reverse shoulder replacement」 で 31 編，「Reverseれも，p<0.01）。

shoulder arthroplasty」AND「physical therapy」20 編，

2）Induced Acceleration Analsysis および寄与率「Reverse shoulder arthroplasty」AND「rehabilitation」

IAA によって得られた結果の代表的な 1 例を図 1 にで 61 編の計 793 編が抽出された。RCT または CCT では示した。肩関節筋（以下，MUS̲shoulder）および肘関節ない 758 編，言語がドイツ語であった 3 編，重複している速度（以下，velocity̲elbow）によって肩関節屈曲角加速

論文 20 編を除く 12 編をレビューした。

度が生成され，肘関節筋および肩関節速度は肩関節伸展結果，評価に臨床効果が含まれていないリハビリテー

角加速度が生成された。MUS̲shoulder および velocity̲平成 28 年度研究助成報告書

3

図 1 肩関節に生じた角加速度の構成要素
肩関節に生じた角加速度の 1 例（左は RSA 群，右は対照群）．青線は肩関節筋，オレンジ線は肘関節筋，緑線は肩関節角速度，赤線は肘関節角速度によって生成された肩関節角加速度を表している（正値は肩関節屈曲，負値は肩関節伸展）．紫破線は正味の肩関節角加速度を表し，上述の 4 つの角加速度の合計値となる．

elbow によって生成された最大角加速度を比較した結果，報告は少なかった。これは，RSA の上肢挙上メカニズ

それぞれ RSA 群の方が有意に大きな値を示した（いずムに由来し，RSA の特徴は肩甲骨側を凸，上腕骨側をれ，p<0.01）。MUS̲shoulder と velocity̲elbow によって生凹という本来のヒトの解剖学的構造とは反対の構造によ成された肩関節屈曲角加速度の寄与率を 10% ごとに比り，三角筋のレバーアームが増大され三角筋の作用効率較した結果（図 2），MUS̲shoulder に起因する角加速度は，が増大する。腱板広範囲断裂患者も適応条件となっておリーチ動作開始時は対照群の方が有意に大きな正の寄与

り，腱板機能が残存してない症例においても，三角筋に率を示した（p<0.01）が，20% 以降は RSA 群の方が有よる挙上を可能にしている。故に，腱板の機能や肩関節意に正の寄与率を示した（p<0.01）。velocity̲elbow に起複合体の機能改善がなくとも，三角筋の作用効率が増大因する角速度は，リーチ動作開始時は RSA 群の方が有によって可動域の確保が容易となり，可動域運動や筋力意に正の寄与率を示し（p<0.01），20% 以降は RSA 群強化を中心とした理学療法などのリハビリテーションプの方が有意に正の寄与率を示した（p<0.01）。

ロトコルの記載が少なかったことが予想される。

考2．リバース型人工肩関節置換術の症例検討

察1．リバース型人工肩関節全置換術のリハビリテーショ

今回の調査における RSA の長期成績についても，1ンプロトコルの文献レビュー

年時点においては屈曲可動域の健側比は 85.6 ± 9.7％，RSA は，2014 年に新たに国内で認可された人工肩関外旋可動域の健側比は 67.6 ± 34.3％まで回復が可能で節置換術である。RSA は肩甲骨と上腕骨頭を逆転させあった。このデータは，先行する RSA の長期成績と類るというヒトの解剖学的構造から逸脱した画期的な手術似した結果を示している。理学療法介入は，主に肩関節法であり，従来は手術適応外であった重度の変形性肩関患者の理学療法を中心に実施している数名で週 1 回程度節症や腱板広範囲断裂患者の機能回復が可能となった。の理学療法介入を実施し，理学療法内容は段階的な肩関国内の RSA 手術数は年々増加しており，術後リハビリ節の可動域運動や肩甲骨周囲の柔軟性や機能改善を中心テーションの重要性が増しているが，理学療法に関するにプログラムを構成している。本調査のデザインでは，報告や解析は寡少であった。

どの介入が効果的であるのか，手術自体の効果であるの本報告書では，RSA に関する文献レビューを実施しかを判断することは困難であったが，肩関節の挙上にはた。結果，手術時の侵入方向やコンポーネントの検討が肩甲骨の機能や柔軟性の重要性，代償的な胸腰椎の運動主であり，リハビリテーションのプロトコルについて，性は重要と報告されており，RSA でも同様のことと考可動域運動や筋力強化を行ったなど詳細のプロトコルにえられる。

ついて記載している論文は少なかった。セルフエクササ
イズとしての記載が多く，症例な運動の記載についても

4

平成 28 年度研究助成報告書

図 2 肩関節屈曲に寄与する加速度の寄与率
解析区間を第 2 中手指節に貼付したマーカの前後方向の速度より規定した．マーカの最大速度の 5% を上回った時点をリーチ動作の開始，5% を下回った時点をリーチ動作の終了とし，この解析区間を時間で正規化した．
0 〜 100% の中から 10% 毎に，肩関節屈曲角加速度を示した MUS̲shoulder，velocity̲elbow の角加速度の寄与率を算出した．リーチ動作開始時，RSA 群は velocity̲elbow，対照群は MUS̲shoulder の寄与率がそれぞれ高値を示したが，20 〜 50% において RSA 群は MUS̲shoulder，対照群は velocity̲elbow の寄与率が高い値を示した．

3．三次元動作解析装置を用いたリーチ動作解析

展できず，早期にその寄与率が低下するため，必要以上

本研究では Induced acceleration analysis を用いて，に肩関節筋を利用する必要があったと考えられる。従っ

肩関節に生じた角加速度を 4 つの要素に分けて分析して，RSA 術の利点を最大限活かすためには，肩関節とた。肩関節角速度は①肩関節筋，②肘関節筋，③肩関節肘関節の協調した運動が必要であると考えられる。

角速度，④肘関節角速度に起因した角加速度から構成される。主に①肩関節筋，④肘関節角速度により生成され結語た角加速度が肩関節屈曲に対して正の寄与を示し，②肘

本報告は，文献レビュー，理学療法の経過報告，3 次関節筋，③肩関節角速度に起因する角加速度は負の寄与

元動作解析を通して，RSA について多面的に検証した。

を示した。この中で，②，③および④は慣性力と呼ばコンポーネントの位置関係から三角筋のレバーアームれ，遠心力・コリオリ力によって生み出される加速度でが延長させ三角筋機能により上肢の挙上を可能とするある。対照群と比較して RSA 群は，リーチ動作中は主RSA であるが，Induced acceleration analysis によってに肩関節筋に起因する角加速度の寄与率が大きく，筋にも，肩関節筋に起因する角加速度の寄与率が大きく，筋依存したリーチ動作を行っていた。RSA 術は三角筋のに依存したリーチ動作を行っていた。理学療法の経過報作用効率が増大するため，本研究の結果は RSA 術の特告でも，上肢の可動性は先行研究と同様に比較的回復し1）2）を反映したものと考えられる。他セグメントかているものの日常生活動作での肩関節の疲労を訴える症

12），例を認め，その動作戦略については RSA という構造学

受動的な力の制御は幼児期より環境との相互的関わりの的問題によって変化してしまっている可能性もある。国徴ら生じる受動的な力は多関節である限り避けられず
13）。本研究においても対照群は慣内における RSA における理学療法報告はまだ少なく，性力の寄与率が大きく，受動的な力を効率的に利用して様々な視点から RSA の理学療法を検証する必要があり，いた。RSA 群はリーチ動作において十分に肘関節を伸今後更なる詳細な解析を進めていく。

中から学習していく平成 28 年度研究助成報告書

補5

遺

上肢運動力学モデルの運動方程式

上図のモデルの運動方程式は以下のように示される。

ここで，τ = (τ 1, τ 2)T，θ = (θ 1, θ 2)T，M = {Mij}(i = 1,2)，h = (h1,h2)T，g ＝ (g1、g2)T はそれぞれ，関節トルク，関節角度，慣性行列，コリオリ・遠心力および重力であり，各項の詳細は以下のようになる；

g は重力加速度を表す。

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