変形性膝関節症患者における半年後の歩行速度の予測因子の検証

理学療法科学 27（2）：227–230，2012
■原　著
変形性膝関節症患者における半年後の
歩行速度の予測因子の検証
Investigation of Predictors of Walking Speed after half a year for Patients
with Knee Osteoarthritis
天野徹哉 1) 玉利光太郎 2) 吉井健悟 1) 河村顕治 2)
TETSUYA AMANO, RPT, MS1), KOTARO TAMARI, RPT, PhD2), KENGO YOSHII, PhD1), KENJI KAWAMURA, MD2)
1)
Faculty of Health Care Sciences, Takarazuka University of Medical and Health Care: 1 Hanayashiki-Midorigaoka, Takarazukacity, Hyogo 666-0162, Japan. TEL+81 72-736-8600 E-mail: [email protected]
2)
Graduate School of Health Science, KIBI International University
Rigakuryoho Kagaku 27(2): 227–230, 2012. Submitted Nov. 16, 2011. Accepted Dec. 20, 2011.
ABSTRACT: [Purpose] This study looked for predictors of walking speed after half a year for patients with knee
osteoarthritis (knee OA). [Subjects and Method] Forty-eight outpatients with knee OA (11 men, 37 women; 74.8
± 7.2 years) were enrolled in this cohort study. The 5m maximum walking speed (5mMWS) was measured as the
dependent variable. Candidate predictors included maximum isometric muscle strength of knee extensors and ﬂexors,
hamstrings/quadriceps muscle strength ratio, knee pain, and knee range of motion. Multivariate analyses adjusted
for confounding factors such as sex, age, height, weight, and pain medications were conducted. [Results] Higher
maximum isometric muscle strength of knee extensors and ﬂexors, higher range of motion in knee extension as well
as decreased knee pain at baseline signiﬁcantly predicted a faster 5mMWS. [Conclusions] These ﬁndings suggest that
the strength of knee extensors, strength of knee ﬂexors, knee extension range of motion and knee pain are important
for walking speed in a population with knee OA.
Key words: muscle strength of knee flexors, knee extension range of motion, knee pain
要旨：
〔目的〕変形性膝関節症（膝 OA）患者の半年後の歩行速度の予測因子を明らかにすることを目的とした．〔対象〕
保存的治療を実施する膝 OA 患者 48 名を対象とした．〔方法〕研究デザインは前向きコホート研究とした．膝伸展筋
力・膝屈曲筋力・H/Q 比・疼痛・膝関節可動域を説明変数とし，5 m 最大歩行速度（5 mMWS）を目的変数とする階
層的重回帰分析を行った．〔結果〕半年後の 5 mMWS には，膝伸展筋力，膝屈曲筋力，疼痛と膝関節伸展角度が有
意に寄与した．〔結語〕膝 OA 患者では膝伸展筋力，膝屈曲筋力と膝関節伸展角度が低値であること，疼痛が高値で
あることが，半年後の歩行速度を遅延させることが明らかになった．
キーワード：膝関節屈曲筋力，膝伸展関節可動域，疼痛
1)
2)
宝塚医療大学保健医療学部 : 兵庫県宝塚市花屋敷緑ガ丘 1（〒 666-0162）TEL 072-736-8600
吉備国際大学大学院保健科学研究科
受付日 2011 年 11 月 16 日受理日 2011 年 12 月 20 日
理学療法科学第 27 巻 2 号
228
I．はじめに
温熱療法と電気療法を中心とした物理療法を 20 分実施
した．対象者の膝 OA 重症度評価には，患者立脚型変形
変形性膝関節症（osteoarthritis of the knee：以下，膝
OA）は，中高年者では症状の有無にかかわらず 25 ∼
40 ％が罹患していること，特に 45 歳以降での発症が急
増すること，女性の有病率が高いことが指摘されている 1)．
膝 OA 患者では，歩行時の疼痛・筋機能の低下・変形に
よる関節可動域制限を主要因とする移動動作能力の低下
が最も問題とされている．もし，この移動動作能力の低
下が生じれば，行動範囲の狭小化を引き起こし，生活の
質（Quality of Life：QOL）に影響を与えることになる．
膝 OA 患者における歩行動作の関連因子については，
いくつかの横断研究が行われている．Mark2) によれば，
膝 OA 患者において最大歩行速度と疼痛が有意な相関を
示したと報告している．Barker ら 3) は膝 OA 患者の歩行
速度には，膝 OA 重症度は関係なく，下肢伸展筋力と疼
痛が関係していたと報告している．これらの結果は，歩
行動作には下肢筋力と疼痛が原因として関与している可
能性が示唆されているものの，横断的手法に基づいて行
われているため，歩行速度低下の結果として，下肢筋力
低下や疼痛増強が生じている可能性も否定できない．さ
らに，これらの先行研究では薬物療法等の医学的処置の
有無について調査していないことから，ベースラインに
おける下肢筋力等の身体機能が医学的処置とは独立に予
後予測に有用なのかどうかは明らかになっていない．薬
物療法をはじめとする医学的処置は疼痛を軽減し，動作
能力の改善が一時的にみられることがある 4)．そのため，
動作能力の要因を身体機能の観点から探索するためには，
これらの影響を取り除いたうえで分析する必要がある．
本研究では，膝 OA 患者の身体機能を縦断的に分析し，
薬物療法等の医学的処置の影響を統計的手法により取り
除いたうえで，最大歩行速度
（maximum walking speed：
以下，
MWS）の予測因子を明らかにすることを目的とした．
II．対象と方法
1．対象
対象は M 病院整形外科において，膝 OA と診断され，
保存的治療を実施している外来患者のうち，下記の取り
込み基準を満たし協力が得られた 48 名（男性 11 名，女
性 37 名，年齢 74.8 ± 7.2 歳）とした．取り込み基準は，
15 m 以上の屋内独歩が可能な者とし，除外基準は膝関
節以外の関節可動域制限や疼痛が歩行動作の制限になっ
ている者，中枢神経疾患により明らかな運動障害がある
者，本研究の目的および計測の説明が理解できない者と
した．なお，本研究対象者はすべて内側型膝 OA 患者で
あり，1 週間の理学療法介入頻度は平均 1.5 ± 0.5 回であっ
た．対象者への理学療法として概ね，下肢筋力強化訓練
と下肢関節可動域訓練を中心とした運動療法を 20 分，
性膝関節症患者機能評価尺度（Japanese Knee
Osteoarthritis Measure：以下，JKOM）5) を用いた．この
尺度は重症ほど高得点を示す（最低得点 25 点，最高得点
135 点）．対象者の JKOM スコアの平均は，55.9 ± 15.4
点であることから，本研究対象者の機能障害は軽度∼中
等度であった．
本研究対象者には書面および口頭にて本研究の目的と
内容に関する説明を行い，書面による同意を得た．また，
本研究は吉備国際大学倫理審査委員会の承認（承認番号
08-14）を得て実施した．
2．方法
研究デザインは前向きコホート研究で，ベースライン
調査として身体機能・基本属性と医学的属性の計測を
行った．さらに，追跡調査としてベースライン調査後，
約半年後（平均日数 211 ± 33.5 日）の時点での 5 mMWS
の計測を行った．
歩行速度の予測因子として，基本属性である性別・年
齢・身長・体重の 4 項目，医学的属性である障害側・非
ステロイド抗炎症薬（以下，NSAIDs）使用の有無・関節
内注射の有無・関節穿刺排液の有無の 4 項目，身体機能
である膝伸展筋力・膝屈曲筋力・大腿四頭筋に対するハ
ムストリングの筋力比（以下，H/Q 比）・疼痛・膝関節
伸展角度（以下，膝伸展 ROM）・膝関節屈曲角度（以下，
膝屈曲 ROM）の 6 項目の計測および調査を行った．
5 mMWS の計測は，リハビリテーション室内に設けら
れた 11 m の直線歩行路を用いて行った．歩行路の両端
の 3 m を予備路とした．対象者の下肢がスタートライン
を横切った時点から，ゴールラインを横切った時点まで
の所要時間を計測した．この計測を独歩で 2 回実施し，
所要時間の最小値から 5 mMWS を算出した．
両側性膝 OA の場合，対象側については膝関節の疼痛
症状が強い側とし，左右同程度の疼痛の場合には膝関節
可動域範囲の制限が強い側を計測の対象とした（片側性
膝 OA の場合は診断されている側を計測の対象とした）．
NSAIDs 使用は計測当日の使用の有無を聴取により，関
節内注射は 1 週間以内の実施の有無をカルテにより，関
節穿刺は 1 ヵ月以内の排液の有無を同じくカルテより調
査した．膝伸展筋力と膝屈曲筋力は Hand Held
Dynamometer（オージー技研社製，アイソフォース
GT-300：以下，HHD）を使用して，対象側の最大等尺
性筋力を固定用ベルト使用下で計測した値とした．
HHD を使用した最大等尺性筋力測定の信頼性について
は，柏ら 6) により報告されている．計測は休憩を挟み 2
回実施し，その最大値を体重で除した値を膝伸展筋力・
膝屈曲筋力（kgf/kg）とした．疼痛の程度を表す評価法と
して，視覚的アナログ目盛り法（Visual analogue scale
変形性膝関節症患者における半年後の歩行速度の予測因子の検証
method：以下，VAS）を使用した．VAS の計測は歩行時
に感じた膝関節の痛みを記載するようにし，数値は小数
点第一位まで採用した．
統計学的処理は，5 mMWS を目的変数とした階層的
重回帰分析を行った．交絡因子は基本属性と医学的属性
の計 8 項目（表 1），説明変数は身体機能の 6 項目とした（表
2）．交絡因子と説明変数の多重共線性の影響に対して
は，相関係数行列表を作成し検討した．膝伸展筋力と膝
屈曲筋力との間の Pearson 相関係数 r=0.847 であった．そ
の他の交絡因子，説明変数間の組み合わせには r ≧ 0.8
となるものは認められなかった．したがって，交絡因子
と説明変数の多重共線性の影響を考慮し，膝伸展筋力・
膝屈曲筋力・H/Q 比の 3 つの説明変数を同時に同じモデ
ルに含めることはせず，目的変数に対して 3 通りのモデ
ルを立て解析を行った．また，交絡因子のうち質的デー
タについては，以下のようにコード化を行った．すなわち，
性別に関しては男性：「1」，女性「0」とし，障害側に関
しては両側性：「1」，片側性：「0」とした．NSAIDs 使用
の有無・関節内注射の有無・関節穿刺排液の有無に関し
ては有：「1」，無：「0」とし，複数のカテゴリー変数を
生成した．重回帰分析ではブロック 1 で交絡因子を強制
投入し，ブロック 2 でステップワイズ法にて説明変数を
投入して，交絡因子の影響から独立した説明変数の影響
を分析した．統計解析には SPSS Statistics 19 を用い，有
意水準は 5％とした．
表 1 対象者の属性
性別
年齢（歳）
身長（cm）
体重（kg）
障害側
NSAIDs 使用
関節内注射
関節穿刺排液
229
III．結　果
階層的重回帰分析の結果，3 つのモデルの分散分析表
の有意確率はすべて p<0.001 であった．各モデルの適合
度は，膝伸展筋力モデル R2=0.659，膝屈曲筋力モデル
R2=0.705，H/Q 比モデル R2=0.556 であった．また，3 つ
のモデルの多重共線性に問題がないことを確認した．
膝伸展筋力モデルでは説明変数のうち，膝伸展筋力
（p<0.001，β =0.58），交絡因子のうち，身長（p=0.004，
β =0.43）が有意に推定に寄与した．すなわち，ベースラ
イン調査において，膝伸展筋力が弱い者は，半年後の歩
行速度がそうでない者に比べ，より遅延していた．
膝屈曲筋力モデルでは説明変数のうち，膝屈曲筋力
（p<0.001，β =0.67），膝伸展 ROM（p=0.031，β =0.26）が
有意に推定に寄与した．すなわち，ベースライン調査に
おいて，膝伸展筋力が弱い者または，膝伸展 ROM 制限
が強い者は，半年後の歩行速度がそうでない者に比べ，
より遅延していた．なお交絡因子うち，有意に推定に寄
与する変数は認められなかった．
H/Q 比モデルでは説明変数のうち，VAS（p=0.005，
β =−0.36），交絡因子のうち，年齢（p=0.023，β =−0.31）
および身長（p=0.010，β =0.42）が有意に推定に寄与した．
すなわち，ベースライン調査において，膝関節の疼痛が
強い者は，半年後の歩行速度がそうでない者に比べ，よ
り遅延していた．
IV．考　察
男性：11 名
女性：37 名
74.8 ± 7.2
（59 ∼ 89）
152.0 ± 7.5 （138.4 ∼ 170.0）
57.2 ± 9.5
（38.5 ∼ 84.0）
両側性：35 名
片側性：13 名
有：41 名
無：7 名
有：19 名
無：29 名
有： 9 名
無：39 名
年齢，身長，体重は平均±標準偏差（最小値∼最大値）
を表示
NSAIDs：非ステロイド抗炎症薬
本研究では 15 m 以上の屋内独歩が可能な膝 OA 患者
を対象に，半年後の歩行速度の予測因子について検討し
た．説明変数の多重共線性の影響を考慮し，膝伸展筋力，
膝屈曲筋力と H/Q 比を分けて 3 通りのモデルを立て解析
を行った結果，半年後の 5 mMWS には基本属性や薬物
療法等の医学的処置の影響とは独立して，身体機能であ
る膝伸展筋力・膝屈曲筋力・VAS と膝伸展 ROM が影響
することが示唆された．すなわち，男女差・年齢差や
NSAIDs 使用の有無などの薬物療法の因子に関係なく，
膝伸展筋力または膝屈曲筋力が低値である者，膝伸展
表 2 説明変数と目的変数の記述的統計値
膝伸展筋力（kgf/kg）
膝屈曲筋力（kgf/kg）
H/Q 比
VAS （点）
膝伸展 ROM （度）
膝屈曲 ROM （度）
5 mMWS （m/ 分）
0.37 ± 0.14
0.19 ± 0.06
0.54 ± 0.12
1.5 ± 1.6
−10.6 ± 7.8
132.1 ± 15.1
88.8 ± 21.7
（0.15 ∼ 0.78）
（0.08 ∼ 0.33）
（0.30 ∼ 0.91）
（0.0 ∼ 6.4）
（−25 ∼ 5）
（90 ∼ 155）
（23.3 ∼ 125.0）
数値は平均±標準偏差（最小値∼最大値）を表示
H/Q 比：大腿四頭筋に対するハムストリングの筋力比，VAS：視覚的アナログ目盛り法
ROM ：関節可動域，5 mMWS ：5 m 最大歩行速度
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理学療法科学第 27 巻 2 号
ROM 制限・膝関節の疼痛が強い者は，半年後の歩行速
度が遅延する可能性が示された．
わが国では膝 OA 患者に対する筋力強化運動として，
主に膝関節伸展筋である大腿四頭筋運動が実施・指導さ
れている 7)．しかし，本研究結果より歩行速度には膝伸
展筋力と膝屈曲筋力が重要な因子であることが示唆され
た．また，H/Q 比が有意な変数として抽出されなかった
ことから，膝伸展筋力，膝屈曲筋力がどちらか単独で強
ければ 5 mMWS が短縮されるのではなく，膝関節周囲筋
の筋力が全体的に関係する可能性が示唆された．熊本 8)
は，二関節筋である大腿直筋とハムストリングは拮抗一
関節筋群と協調して出力制御に貢献し，滑らかで安定し
た動作を可能にすると報告している．すなわち，二関節
筋の筋活動が出力制御を引き起こし，歩行時の膝関節安
定性の増大に関与し，歩行速度に影響を与えた可能性が
考えられる．言い換えれば，膝伸展 ROM 制限と膝関節
周囲筋筋力低下が膝関節の不安定性による疼痛を引き起
こし，その結果，歩行速度の遅延が起こった可能性がある．
本研究では膝伸展 ROM が有意な変数として抽出され
た．歩行中の膝関節の正常な運動範囲は 0 ∼ 70° である
と報告されている 9)．本研究対象者の膝伸展 ROM は平
均−10.6 ± 7.8°，範囲は−25° ∼ 5° であった．すなわち
膝伸展 ROM 制限によって，立脚中期と立脚後期に身体
の前方への推進力が制限され，歩行速度に影響を与えた
可能性が推察される．一方，本研究対象者の膝屈曲
ROM は平均 132.1 ± 15.1°，範囲は 90° ∼ 155° であった．
すなわち，膝屈曲 ROM に関しては，歩行制限となる
70° 以下の対象者は存在しなかったため，膝屈曲 ROM
が有意な変数として抽出されなかったと考えられる．
膝 OA の保存的治療では，発症の段階から進行予防に
配慮したうえで長期的な展望を考慮すべきである．膝関
節に不安定性がある膝 OA 患者のうち，大腿四頭筋筋力
が強い者は弱い者よりも有意に重症化したという報
告 10) や年齢・肥満が膝 OA の危険因子になることが報告
されており 11)，個別因子に配慮することが重要である．
今後，膝屈曲筋力を含めた膝関節周囲筋筋力と歩行能力
についての介入研究を行い，歩行能力改善のための身体
機能の変化を明らかにする必要がある．
本研究の限界として，15 m 以上の屋内独歩が可能な
膝 OA 患者を対象としており，膝関節以外の関節可動域
制限や疼痛が歩行動作の制限になっている者を除外基準
とした点が挙げられる．したがって，本研究の結果を膝
関節以外に明らかな機能障害を有している患者にまで一
般化するには無理がある．2 番目に，アウトカムをフォロー
アップ時の歩行速度としたため，歩行速度改善に影響す
る因子については言及できなかった．3 番目に，膝 OA
患者の動作能力に影響する因子としての脛骨大腿関節の
不安定性，膝蓋大腿関節（PF 関節）の障害や骨密度を考
慮していない点である．本研究ではストレステストなど
の膝関節不安定性の評価，X 線による膝蓋骨軸写像の検
査と骨密度検査を含めていないため，歩行速度にどの程
度の影響を与えているかは不明である．
本研究では，膝 OA 患者における半年後の歩行速度の
予測因子について縦断的研究を行った．その結果，内側
型膝 OA 患者の 5 mMWS には，基本属性や薬物療法等
の医学的処置の影響とは独立して，膝伸展筋力と VAS
だけではなく，膝屈曲筋力と膝伸展 ROM も関係するこ
とが示された．すなわち，膝伸展筋力，膝屈曲筋力と膝
伸展 ROM が低値であること，膝関節の疼痛が高値であ
ることが，半年後の歩行速度の遅延を独立して予測する
ことが明らかになった．
謝辞本研究の実施にあたり，ご指導いただきました水
谷病院院長水谷武彦先生，副院長水谷陽子先生，今
泉司先生，ならびに日本福祉大学健康科学部教授浅井
友詞先生に深謝致します．
引用文献
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