SCIENTIFIC ARTICLES
Movimentos do tornozelo during a marcha normal avaliados por eletrogoniometria flexível
Moriguchi CS;
Departamento de Fisioterapia, Centro de Ciências Biológicas e da Saúde, Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, SP – Brasil
Correspondent by
ABSTRACT
目的: トレッドミルで歩行する健康な人の足首の動きを、柔軟な電気ゴニオメータを用いて評価する。
キーワード：歩行、足首、運動学、エレクトロゴニオメーター
目的：トレッドミル歩行時の健常者の足首の動きを柔軟エレクトロゴニオメーターにより評価する。
方法：時速5.0kmで足底背屈・屈曲、反転・倒立の動きを90秒間記録した。 平均年齢21.4±2.99歳、平均身長1.62±0.22メートルの健康な若い男性10人が研究に参加した。 データは記述的に分析された（平均値、標準偏差、最小値、最大値）。 矢状面において、平足（PP）、中支持（MA）、つま先離床（RD）という動作のピークを考慮し、3つのモーメントで歩行サイクルを分析した。 これらの位相に対応する倒立・反転角度を特定し、歩行周期における動作のピークも特定した。 被験者間および被験者内の変動係数(CV)を算出した。
結果：左右の足首の矢状面の平均値はそれぞれ以下の通りであった。 PPで7°と4°、MAで2°と7°、RDで24°と19°です。 正面では、このような結果となりました。 PPでは第5、第3転回、MAでは第4、第5転回、RDでは第15、第16転回、ピーク値は第17、18転回と第1転回でした。 被験者内CVの最大値は0.39、被験者間CVの最大値は0.44であった。
結論 エレクトロゴニオメーターで得られた結果は、矢状面については文献で報告されているデータと比較的類似していますが、前頭面についてはそうではありません。 足首の動きを評価する研究間の不一致は、記録手順の標準化の必要性を示唆している。
キーワード：歩行、足首、運動学、エレクトロゴニオメーター
はじめに
足関節複合体は、足首と足底の関節で構成される構造を指す1。 足首の動きは、正常な協調歩行と重心の滑らかな正弦波振動のために重要である2。 距骨下関節は、足の内転・外転の最も大きな割合を担っています。 この関節は、足が不規則な地形に対応できるようにし、衝撃を吸収するほか、歩行のつま先立ちの段階で体を推進するための硬いセグメントとして機能します3。
人間の機能的な動きを測定することにより、特定の集団の運動パターンを特徴付け、「正常または予想される」パターンを識別することができる。 これらのデータは、異常なパターンを特定し、障害、障がい、ハンディキャップを特徴付けるために不可欠である。 正常な被験者の平均値と予想される変動を記述することで、臨床的な判断や治療プログラムの有効性を判断するためのガイドラインを確立することが可能になる。
歩行などの動的な活動を評価するためには、角運動の記録が連続的であり、精密な装置によって得られる必要がある。 歩行の評価には，3次元光電子システム，透視装置，加速度計／ジャイロスコープ，電磁・超音波トラッキングシステム，電位差電気ゴニオメーター，フォースプラットフォームなどが利用されてきた。 光電子システムは高精度であるが、キャリブレーションやデータ解析に時間がかかるとされている。 一方、電位差電気ゴニオメータは、動作中に起こる関節の回転軸の変化に追従できないため、精度が低下するようです。
フレキシブル・エレクトロゴニオメーターは、手首、膝、腰椎など、さまざまな関節の機能評価にも利用されている。 その利点は、軽量で持ち運びができ、簡単に使用できること、実行する活動の妨げにならないこと、動きを制限しないこと、体節によく適応することです4,5。 また、被験者とセンサーの位置関係を標準化し、適切な測定プロトコルで使用することにより、高い再現性を実現します6,7。 Shiratsu and Coury8 によれば、これらの電気ゴニオメータは、大きな動きで5°以下の誤差、0°から10°の動きで最小の誤差とみなすことができる。 この機器は足関節複合体の受動的な測定に利用されているが6,7、足関節の動的・機能的な記録に関する研究は関連する文献に見当たらない。 したがって、臨床現場や研究で使用するために、健常者の歩行記録のデータベースが必要です。
方法
被験者
平均年齢21.4±2.99歳、平均体重64.7±5.37kg、平均身長1.62±0.22mの10名の健康な男性個人がこの研究に参加しました。 しかし、右足3本のデータはデータ解析中に技術的な問題が発生したため、7人のデータのみが完全に解析された。 過去1年間に、膝、足首、距骨下関節の痛みを訴えた人はいなかった。 また、脚の怪我や平衡障害の既往もなく、脚長差もなく、膝や足の姿勢の変化もない。 この均質なサンプルを得るために、より大規模なグループ（N=70）がスクリーニング・プロセスを経た。
選ばれた人々は、研究の目的について説明を受け、手順についてインフォームド・コンセントを与える用紙に署名した。 このプロジェクトは、サン・カルロス連邦大学の研究倫理委員会によって承認されていた（プロトコル番号035/04）。
材料と機器
特定の足首電気ゴニオメータセンサー（モデルSG110/A、データロガーDL1001、ソフトウェアバージョン3．2; Biometrics, Gwent, UK）、エルゴメーター・トレッドミル、デジタルクロノメーターが利用された。
手順
データ収集のために、足首に近い脚の外側部分を剃り、清潔にした。 図1に示すように、伸縮式と固定式の電気ゴニオメータエンドブロックを足首関節に取り付けた。 固定式エンドブロックは足の長軸と平行に、外側踝の下に配置し、伸縮式エンドブロックは足の長軸と一致させた。
センサーを取り付け、データロガー（データ収集装置）は、被験者がニュートラルポジション（リラックスした姿勢で立ち、体重を両足に均等に分散し、静止平衡の状態）で較正されました。 背屈と倒立を正とし、サンプリングレートは1000Hzを採用した。 2分間の慣らし期間の後、時速5.0kmのトレッドミルで90秒間のデータを記録した。
パイロットスタディでは、足首の動きの際に外側踝の存在によってエレクトロゴニオメーターのスプリングが前額面で膨らむことが観察されていた。 そのため、バネの歪みが記録に支障をきたすかどうか、ゲージングデバイスを用いた試験を行った（図2）。 踝を再現するために石膏で覆われたスプリントからなる型を作成した。 これをゲージング装置に設置し、純粋な足底屈曲と背屈の運動をさせた。
このテストにより、純粋な背屈運動と足底屈運動を行いながら記録した前額面の動きの平均値はゼロに近く（平均誤差0.3°）、見つかった最大誤差は1.5°であることがわかった。 これらの結果から、外側踝は倒立/回旋のエレクトロゴニオメーター記録を変化させないことが示された。
データ解析
矢状面において、各サイクルは3つのピークによって解析された：フットフラット（FF）、ミドルダンス（M）、トウオフ（TO）である。 これらの位相に対応する倒立/回旋角度が特定された。 また，倒立と外転のピークも評価した． 図3に曲線と解析したピークを示す． 平均値、標準偏差（SD）、歩行中に達成された最大および最小ピークを算出した。
上記と同じ手順で、踵と第2中足骨頭のフットスイッチを用いて、踵打ち（HS）とつま先立ち（TO）、それに伴う歩行イベントと歩行サイクルを決定するパイロットスタディが実施された。 足部スイッチの有無による矢状面と前額面のピークを比較した結果、差は見られなかった。
また、単一個人（歩幅間）および異なる個人間の変動を測定するために、Winter9が記述した変動係数（CV）を算出した。 これは、次の式を適用することによって得られた：
ここで、N＝曲線上の点の数
si＝i それぞれの瞬間における標準偏差
Mi＝i それぞれの瞬間における平均
結果
典型的な被験者の矢状面と前額面の歩行サイクルの異なる段階から得られた角度は、図4で示されています。
表1は、右側と左側の矢状面と前頭面について記録した平均、標準偏差、最大値と最小値を示している。 矢状面では、歩行周期中の各ピークと、連続する2つの歩行イベント（FFからM、MからTO）間の可動域（ROM）について値を示している。 前額面では、これらの歩行イベントにおける対応する倒立および外転の動きと、歩行サイクル中の最大値と最小値が提示されている。
矢状面における左右の差は3゜から5゜であり、振幅を比較すると1.5゜と0.5゜に減少している。 前額面では、ほぼ全歩行周期で足が反転し、反転の平均値は倒立よりはるかに大きかった。
両平面での動作について、ほぼすべての被験者で被験者内変動が被験者間変動より小さかった。 被験者内変動が被験者間変動より大きい被験者は1名のみであった（表2参照）。 3307>
考察
本研究は，健康な青年が時速5.0kmのトレッドミルで歩行する際の角度パラメータを，軟性電気ゴニオメータを用いて計測したものである． 歩行時のflexible electrogoniometerを利用した研究は、文献上他に確認されていないため、今回の結果は、健常者のデータベースとして、同様の対象者に参考になると思われる。
軟性電気ゴニオメーターは携帯可能であるため、臨床や職業上の限られたスペースで使用することができる。 また、簡単に使用でき、高い再現性と精度を備えています4-8。 これらの特徴により、正確な臨床評価が可能となります。理学療法における歩行評価は、通常、臨床現場での再現性と精度が低い目視による推定で行われていることを考えると、このような情報源の欠如がもたらすニーズを満たすことができます。 また、他の利点として、多くの正確な装置では容易に行えない、大量のデータを両側から分析することが可能です。
今回の結果と既に発表されている他の研究との比較を容易にするために、表3を示す。 報告された研究の結果間のばらつきは、これらの関節を評価するための標準的な手順が欠如していることを示唆している。
矢状面で得られた値は、文献で報告されている範囲に近いものであった。 Mピークに関してのみ、このようなことは起こらなかった。 後者の発見は、データ収集手順、特にトレッドミル歩行記録によって説明することができる。 Nymarkら16によると、地上歩行とトレッドミル歩行を比較すると、M時に背屈が減少している。 これらの著者らは、トレッドミルでの自然速度での足関節可動域を30.9º±5.7ºとし、この値は本研究の右足首の値に近いものであった。 一方、前額面の動きについては、文献で報告されている結果と本研究で得られた結果とは異なっていた。 倒立の平均値は、本研究では19ºに達したが、他の報告ではより低い値（最大9.1º）が報告されている。 一般に、本研究では、倒立運動については逆のことが起こった。
異なる測定値が確認された場合、測定誤差またはクロストーク誤差を常に考慮する必要がある。 さらに、運動が行われる正確な平面を決定することは、電気伝導度計のクロストークを回避するために重要である17。 また、バネの下にある踝の存在も誤差の原因となりえます。 しかし、プロトタイプで実施したパイロット研究では、踝の上をエレクトロゴニオメーターのスプリングが滑っても、試験中の足首の反転と外転の測定に支障はないことが示されました。
距骨下転位と外転位が行われる軸の位置を決定することは、いくつかの議論のある問題である。 この軸の位置は個人差が大きいようである。 ある著者によれば、この軸は一定の斜め方向（足の水平方向に対して42°、内側方向に対して23°）を示すという2、他の著者によれば、距骨下関節は単一の固定軸ではなく、複数の瞬時運動軸を持つという18、19、さらには12軸の存在も認められている20。 現在、この複雑な動きに対応できる装置はない。 異なる瞬時軸を追従するための感度の高い装置の開発が必要であり、利用可能なデータを洗練するために、さらなる研究が必要である。
足首の中立位置の同定も、歩行計測手順の標準化にとって重要な課題である6,12。 BallとJohnsonは、距骨下関節の中立位置を特定するために、手動触診を含む方法を利用した。 Moseleyら12によれば、この位置は被験者が体重をかけずに座っているときに確認する必要がある。 本研究では、両脚で均等に体重を支え、リラックスして立っているときに、中立姿勢を確立した。 Nesterらも同様の手順で行っている21。 この方法は、個人間の再現性を確保するため、また、他の方法よりも測定された機能的状況に近かったため、採用されたものである。
本研究では、各個人から約80回の歩行サイクルが分析された。 Kaufmanら22は、正確なデータを得るためには、少なくとも22サイクルが必要であると述べている。 したがって、分析されたサイクル数は、各被験者の運動パターンを代表するものと考えることができる。
被験者内、被験者間の変動に関しては、サイクル間の被験者内変動は、異なる個人間の変動よりも小さかった。 これは、分析した被験者の体格が似ているにもかかわらず、発生したものである。 さらに、この変数は本研究で系統的に制御された。 このことは、比較的均質な健常者では、この種の研究において、「正常」あるいは期待される動作のパターンが比較的広い範囲を示す可能性があることを示唆している。 したがって、このことは、これらの関節の運動パターンを分析する際の注意を示唆し、より正確な機器と手順の必要性を補強するものである。
背屈および足底屈運動における個人内変動よりも個人間変動が大きいことも、文献に記載されている11,15。 このことは、一人の人間の歩行は、速度が一定であれば、周期間の変動が少なく、規則的な動きのパターンを示すが、個人差があることを示唆している。 これらの結果は臨床的な意味合いを持つものであり、臨床の歩行分析において考慮されるべきである。
著者によって得られた結果に大きな差があることから、特に足関節の中立位置の決定に関して、測定手順の標準化を進める必要があることが示唆された。
矢状面では、確認された値は、ビデオ動作分析システムまたは電位差エレクトロゴニオメーターを利用した他の研究で見つかった値と比較的類似していた。 一方、前頭面では、本研究でより高い反転値が確認された。
比較的低い個人内変動が確認された。 しかし、個人間変動が大きいことから、足首の運動パターンは、体格的に類似した個人間でも大きく異なる可能性があることがわかった。
謝辞を申し上げます。 CNPq Processo 114328/03-0、FAPESP – Processos N. 2004/07207-0 e 04/15579-5.
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