歩行異常

歩行逸脱は名目上、標準的な人間の歩行からのあらゆるバリエーションと呼ばれ、典型的には解剖学的障害への対処メカニズムとして現れる。下肢切断者は、障害のある脚の一部を切断しているため、健常者の特徴的な歩行パターンを維持することができない。切断者は、切断された脚節の解剖学的構造と神経機械的制御なしでは、効率的に歩くために代替の補償戦略を使用する必要があります。義肢はユーザーをサポートし、より高度なモデルは、生体力学的に制御された足首と膝関節を含む、失われた解剖学的構造の機能を模倣しようとします。しかし、切断者は健常者と比較すると、歩行の多くの尺度で依然として定量化可能な違いを示します。いくつかの一般的な観察結果は、全身の動き、より遅く広い歩幅、より短い歩幅、およびより大きな揺れです。

筋骨格系の痛み、筋力低下、または可動域制限のある患者は、トレンデレンブルグ徴候、跛行、ミオパシー性歩行、鎮痛性歩行などの症状を呈することが多い。

末梢神経障害の患者は、手足のしびれやうずきも経験します。これにより、階段を上ったりバランスを保ったりするのが困難になるなど、歩行障害を引き起こす可能性があります。歩行異常は、馬尾症候群、多発性硬化症、パーキンソン病（特徴的なパーキンソン歩行）、アルツハイマー病、ビタミンB12_欠乏症、重症筋無力症、正常圧水頭症、シャルコー・マリー・トゥース病などの神経系の問題を抱える人にもよく見られます。研究によると、神経学的歩行異常は高齢者の転倒リスクの増加に関連しています。^[1]

整形外科的矯正治療によって歩行異常が現れることもあります。下肢切断、骨折の治癒、人工関節置換術などがこれにあたります。化学療法による歩行困難は一般的に一時的なものですが、回復には6か月から1年かかるのが一般的です。同様に、関節炎や関節痛による歩行困難（鎮痛性歩行）は、痛みがなくなると自然に治まることがあります。^{[2] [3]} 片麻痺の人は、患肢が身体から離れて弧を描くように動く回旋歩行をします。また、脳性麻痺の人は、しばしばはさみ歩行をします。^[要出典]

年間185,000件以上の切断が行われており、そのうち約86%が下肢切断です。^[4]症例の大部分は、血管疾患（54%）と外傷（45%）が原因であると言われています。^[5]下肢切断者は、膝関節に対する切断の位置によってさらに分類されます。しかし、最初に足または足首を切断した人の34.5%は、症状が進行し、より高いレベルの四肢喪失を伴うその後の切断につながります。^[6]これらの再切断症例のうち、糖尿病患者は、最初の切断位置に関係なく、さらなる切断が必要になる可能性が高かったです。^[6]血管疾患と闘うための血行再建術の導入と最適化により、切断率は大幅に減少しました。^[7]切断率の傾向としてますます研究されているのは、外科的血行再建術を受ける女性が多く、男性よりも切断が少ないという男女格差です。 ^{[8] [9]}

脛骨を横切る膝関節と足首関節の間の切断は下腿切断と呼ばれます。この状況では、患者は膝関節の意志的な制御を保持することができます。切断の原因によって、残存肢の長さとそれに応じた義肢の制御レベルが決まる場合があります。下腿切断者の主な障害は、足と足首の調整不足です。足はふくらはぎの筋肉に直接取り付けられたてこの役割を果たしますが、それ以上に、地面からの衝撃を吸収し、地面の表面の変化に動的に適応します。下腿切断者は、足首関節周りの仕事を生み出す身体能力に必要な筋肉活性化経路と、下肢の体性感覚および固有受容経路を失います。 ^[10]

下腿切断とは異なり、大腿切断は股関節と膝関節の間で、大腿骨の長さに沿って行われます。したがって、患者の残存肢は股関節によってのみ制御されます。義足を使用するには、失われた関節のより細かく正確な動きではなく、股関節の大まかな調整によって義足の膝関節と足首関節の動作を機械的に制御する必要があります。 ^[11]平らな地面を歩く、座位から立ち上がりの移乗、階段を昇るなどの単純な作業^{[12]には、切断者が義足の膝}関節を中心にモーメントを生成できないため、複雑な代替筋肉活性化パターンが必要です^[13]。^{[14]これは、特に}立脚期から遊脚期への移行中に、膝の屈曲が必要な場合に問題を引き起こします。大腿切断者は平均して、歩幅や歩行速度のばらつきが大きく、四肢間の時間的測定値の非対称性が大きく、下腿切断者よりも全体的に歩行速度が遅い。^[15]

障害のない人間の歩行は、矢状面に関して対称性があることが特徴です。肢切断者などの障害のある人では、歩行異常は肉眼で確認できます。肢切断者は、障害のあるバランスと制御を補うために、保護歩行行動と呼ばれる戦略を採用することがよくあります。これらの行動は、一般的な[身体]と[胴体]の動きの増加と歩幅の変動の増加に分類されるのが最も一般的です。変動は、健全な手足と比較した歩幅の 長さと幅の差の組み合わせとして現れることがあります。

マイクロプロセッサ制御の義肢関節が登場する前は、最も顕著な動きは肩に見られ、股関節には見られなかったこと、被験者全員の骨盤の回転が不均一で、義肢側の方が回転が多かったことが主な調査結果でした。 ^[16]平均すると、静的な非歩行研究では大腿切断者の骨盤傾斜が最も高くなっています。 ^[17]モーションキャプチャ技術の統合は、より最近の動的歩行研究に有益となっています。大腿切断者にとって、骨盤の回転は義肢を持ち上げて足のスペースを確保するために特に重要です。この動作は俗に「ヒップハイキング」と呼ばれています。そのため、骨盤の回転と傾斜は、健側と障害側の回転自体が非対称であっても、より対称的な歩行を生み出すのに役立つことが判明しています。^[18]胴体の動きも切断者の歩行と関連しており、特に上半身の可動域が広がると歩行速度が遅くなる。^[19]別の研究では、胴体と骨盤の回転の連動が観察された。彼らは、「ヒップハイキング」行動が歩行障害の重症度に応じて上半身と下半身の回転を「イン」または「アウト」位相にし、切断者の被験者はほぼ完全に連動した体の回転を示したと指摘した。^[20]胴体の関与は健常者ではすぐには明らかではない。この歩行の逸脱が腰痛につながる可能性があると仮定されている。^{[19] [21] [20] [22]}

歩幅とは、連続した足踏みまたは歩行のかかと接地間の前進方向の距離を指します。歩行周期中、切断者は健常肢に比べて義肢の立脚期に費やす時間が短いのが特徴です。 ^{[23] [24] [25]歩幅は、健常肢と障害肢の間に}非対称性を生み出すため、切断者の歩行における変化の中で最も目に見えるものであると言えます。しかし、立脚時間が短いと、切断者は義肢の誤差の許容範囲が大きくなることを補うことができ、いくつかの情報源は、歩幅が短いとまっすぐな歩行経路を維持するのに有益であると示唆しています。^[25]

歩幅とは、足の間隔のことである。歩幅と歩行の不安定性には関連があるが、相関関係と因果関係を区別することは難しい。歩幅の増大は、外的または環境的バランスの乱れに対処するための対処メカニズムであるため、歩行の不安定性の指標として一般的に認められている。^{[26] [27]}同様の歩幅の拡大とそれに伴う歩行速度の低下^[28]は、高齢者、^{[29] [30]}肥満者、^{[31] [32]}妊婦、^{[33] [34]}および切断者の間で観察されている。^[35]立位姿勢で足の間隔を物理的に広げると、支持基底または土台が広がることで身体の構造的安定性が増す。 ^[36]外部の横方向支持メカニズムは、健常者のバランス変数を分離するために使用され、代謝コストと歩幅の両方を減らすことに成功した。^[37]同様の実験設定が下腿切断者と大腿切断者にも行われた。下腿切断者はエネルギーコストと歩幅が減少したが、大腿切断者はエネルギーコストが増加し、歩幅の減少はよりわずかであった。これはハーネスが必要な骨盤の動きを妨げたためと考えられる。^[38]

上記の代償行動は、切断者と健常者の間の歩行における目に見える違いを表しています。以下の歩行偏差測定は、歩行分析や、通常は特殊な機器や臨床環境を必要とするその他のテストを使用して、違いを定量化します。

_{エネルギー消費は、歩行の質と効率を}測る指標としてよく使用されます。人間の代謝率は通常、観察下で制御された漸進的運動中の最大酸素消費量（ VO2max）を測定することで記録されます。トレッドミルは歩行分析と標準的な歩行テストに使用されます。健常者や運動能力のある人は、平均して、同じ作業を行う障害のある人よりも代謝コストが低くなります。^{[39] [40]}

理論モデル^[41]と実験分析^{[38] [42] [43] [44] [45]}から得られた値を以下に示す。

• 下腿切断患者は9～33%増加
• 大腿切断患者は66～100%増加

別の情報源^[46]では、切断部位と切断の原因別に分類された平均代謝コスト増加のリストをまとめています。

• 下腿切断（外傷性）患者は25％増加している^{[47] [48] [49]}
• 下腿切断患者は40％増加している^{[47] [48] [49]}
• 大腿切断（外傷性）患者は68％増加した^{[50] [18]}
• 大腿切断（血管切断）患者は100％増加している^{[50] [18]}

代謝コストと歩行の全体的な最適化に大きく関係しているが、切断者の自主歩行速度は健常者よりも大幅に遅い。^[43]快適な歩行速度の平均値は個人的な尺度であるため、被験者間で大幅に異なる。速度は0.60 m/s未満^[51]または1.35 m/sまで上昇する可能性がある。^[40]比較すると、高齢者の自主歩行速度は一般的に1.25 m/s未満であり^{[29] [30] [52]}、健常者の報告された快適な歩行速度は約1.50 m/sである。^{[53] [40]}

切断された肢の部分を補うために、残存関節は義肢上での足の置き方や全体的なバランスなどの動作に使用されます。これにより、切断側の残存関節によって生成される機械的作業が増加します。健常な肢はバランスを維持するのがより得意であるため、足を引きずる歩行などの動作に大きく依存します。したがって、健常者と比較して、健常側の関節トルクと全体的なパワーが増加しなければなりません。 ^{[49] [54]}オットー・ボックのC-Leg大腿義足の高度なコンピューター化された膝関節を使用しても、 ^[55]被験者は、通常の人間の歩行の標準的な二重倒立振り子モデルよりもブレーキと推進の衝動が増加しました。^[40]

• 横揺れ
• ステップの変動
• 内部回転

歩幅の減少や歩幅の増大と同様に、横揺れは一般に歩行の不安定性の兆候であると想定されている。歩行は、より大きな不安定性やバランスに対する外的摂動を考慮して自然に広くなる。歩幅の変動もバランスと横方向の安定性に関連している。歩幅と歩幅の変動は、外的要因や摂動に対する反応性のレベルに起因するか、または固有の不安定性や制御の欠如の兆候である可能性がある。^[56]これは高齢者の歩行の分析でもよく議論されている。^{[30] [29]内旋は、歩行中の股関節と膝関節、および骨盤の回転と傾斜の測定値の集大成である。通常、これは}モーションキャプチャと地面反力によって測定する必要がある。個々のパラメータは逆運動学で計算できる。^[18]

研究分野全体にわたって、さまざまな要因が切断患者の全体的な歩行にどのように影響するかを評価することに多くの研究が焦点を当てています。次のリストは、下肢切断患者の歩行特性に影響を与えると考えられる要因の例を示しています。

• 義肢の重量
• 重量の配分
• コンポーネントの配置
• 義肢の全体的なフィット感

現代の技術に共通する傾向として、軽量の装置を開発しようとする傾向がある。1981年に行われた切断者に関する一連の研究では、健常者の両足に2kgの重りを固定した場合、歩行時の代謝コストが30%増加することが示された。 ^[57]同様に、大腿義足の重量は平均して、置換する肢の約3分の1である。しかし、切断者の場合、追加質量の影響はそれほど大きくないと思われる。義足の質量（4オンスと8オンス）のわずかな増加は有意な影響がなく^[58]、同様に、大腿義足のシャンクの中心に0.68kgと1.34kgの質量を追加しても、テストしたどの歩行速度（0.6、1.0、1.5m/s）でも代謝コストは変化しなかった。^[59]別の研究では、体重が増えると筋肉の負担が大幅に増加しましたが、歩行速度には大きな影響はなく、被験者の半数以上が健脚の75%の重量に相当する荷重がかかった義足を好みました。^[60]実際、いくつかの論文では、荷重が完全に表面的な場合でも、被験者は重い義足を好むことが報告されています。^[61]

義足の最初のアライメントは、義肢装具士または医師が義肢の適切な使用を確実にするために行います。残存肢の長さは歩行パターンの非対称性と関連しており、平均して切断肢が長いほど制御性が向上します。^{[21]関節のずれにより、} O脚、X膝、内反趾、内反足などの先天異常に見られる姿勢に似た姿勢になる可能性があります。ソケットのずれにより、股関節と膝関節が過度に屈曲および伸展する可能性があります。義肢の使用経験が増えるにつれて、自分の好みに合わせてアライメントを最適化することが期待されます。

下腿骨

下腿切断者の場合、足の調整が歩行の変化に大きく影響します。足首関節周りの義足の適切な位置合わせにより、代謝コスト^[48]と解剖学的な股関節と膝関節の歩行対称性が向上し、股関節の屈曲伸展運動が位置合わせに最も敏感です。^[62]足の回転方向の過度なずれは、残存股関節の内旋により補正されます。^[63]下腿義足ソケットの適切な位置合わせにより、11メートル歩行テスト中に健常肢にかかる負荷が大幅に軽減されました。これは、ずれた肢が身体の健常側に長期的に重大な影響を及ぼす可能性があることを示しています。^[64]

経大腿

大腿義足のアライメントを体系的に変更すると、股関節の屈曲・伸展動作が変化し、前後方向の地面反力と膝関節と足首関節の前後方向モーメントが変化します。^[65]義肢全体の制御を股関節のみに依存しているため、足の位置を微調整することが困難です。膝関節の高さを下げると、股関節のてこアームが効果的に増加し、股関節の精密制御が向上して歩行の対称性が向上し、走行速度が平均26％向上することがわかりました。^[66]

• 歩行訓練
• リハビリテーション工学
• 生体医工学

• 四肢喪失タスクフォース、切断者連合、「アメリカにおける四肢喪失防止ロードマップ」pdf、テネシー州ノックスビル、2012 年
• 高度義肢センター、義肢リハビリテーションマニュアル：下腿切断（膝下）手術、ネブラスカ州オマハ、2013年
• このWikipedia記事の研究は、ジョージア工科大学応用生理学部で提供される運動神経力学コース（APPH 6232）の一環として実施されました。