高齢者における足のコアシステムの機能評価

要約

足の機能的なコアの安定性は、人間の静的な姿勢と動的な活動に貢献します。本稿では、3つのサブシステムを組み合わせた足幹システムの機能を総合的に評価することを提案する。それは、異なる集団間で足の機能を調査するための意識の向上と多面的なプロトコルを提供する可能性があります。

要約

足は、身体と地面をつなぐ複雑な構造として、人間の静的および動的活動における姿勢制御に貢献しています。足のコアは、受動的、能動的、神経サブシステムの機能的な相互依存性に根ざしており、これらが組み合わさって足の動きと安定性を制御する足のコアシステムになっています。負荷を担う足のアーチ(パッシブサブシステム)は、足の機能的中核と考えられており、その安定性は正常な足の機能に必要です。足の指屈筋の衰弱、足の姿勢の異常、足底感覚過敏の低下など、高齢者では足の機能異常が広く報告されています。本稿では、足のコアサブシステムに基づく足の機能を評価するための包括的なアプローチを紹介する。足の内因性および外因性筋の強度と形態を使用して、足の筋肉(アクティブサブシステム)機能を評価しました。ドーム筋力試験は足内因性筋の機能を判断するために適用され、つま先屈曲筋力試験は外因性筋の機能に重点が置かれました。舟状落下試験と足姿勢指数を適用して、足のアーチ(パッシブサブシステム)機能を評価しました。神経サブシステムについては、足底光接触閾値テストと2点識別テストを使用して、足の9つの領域で足底触覚感度を評価しました。この研究は、高齢者やその他の集団における足のコア機能に関する新しい洞察を提供します。

概要

人間の足は非常に複雑な構造で、足に付着する骨、筋肉、腱で構成されています。下肢のセグメントとして、足は常に支持面と直接接触するため、体重^{を支える作業に}寄与します1。筋肉と受動構造の間の複雑な生体力学的相互作用に基づいて、足は衝撃吸収に寄与し、不規則な表面を調整し、運動量を生成します。証拠は、足が姿勢の安定性、歩行、およびランニングに有意に寄与することを示しています^2,3,4。

2015年にMcKeon⁵が提唱した新しいパラダイムによると、足のコアは、受動的、能動的、神経のサブシステムの機能的な相互依存に根ざしており、足の動きと安定性を制御する足のコアシステムに組み合わされています。このパラダイムでは、足の骨の解剖学的構造は、縦アーチと横中足骨アーチを含む機能的なハーフドームを形成し、^{荷重の変化に}柔軟に適応します6。この半ドームと、靭帯や関節包などの受動構造が受動サブシステムを構成しています。さらに、アクティブサブシステムは、足の内因性筋、外因性筋、および腱で構成されています。内因性筋は、足のアーチ、荷重依存性、^{および変調7,8}をサポートする局所的なスタビライザーとして機能し、外因性筋は全体的な動きとして足の動きを生成します。神経サブシステムでは、足底筋膜、靭帯、関節嚢、筋肉、および腱にある数種類の感覚受容体(例えば、被膜および皮膚受容体)が、足のドームの変形、歩行、およびバランスに寄与する^9,10。

何人かの研究者は、足が主に2つの方法で日常の活動に貢献していると推測しています。1つは、機能的なアーチを介した機械的サポートと下肢の筋肉間の調節によるものです。もう一つは、^位置11に関する足底感覚情報の入力である。足の芯系に基づいて、足の姿勢、内因性の足筋と外因性の足の筋肉の強さ、および感覚感受性を含むこのシステムの欠損は、可動性とバランスの弱さの素因となる可能性があります^9,11,12,13。

しかし、加齢に伴い、足またはつま先の変形、足またはつま先の強度の弱さ、足底圧分布、および足底触覚感度の低下など、足の側面、生体力学、構造、および機能の変化が一般的に発生します^14,15,16,17。つま先の変形の存在と外反母趾の重症度は、高齢者の可動性と転倒リスクに関連しています^11,18。さらに、これまで見過ごされていた足指屈筋の強さは、高齢者のバランスに寄与しています¹⁹。一方、高齢者は、糖尿病、末梢動脈疾患、神経障害、変形性関節症などの病状に関連する足の状態を持つリスクも高くなります^20,21。

特に高齢者における足の評価、検査、および健康管理は、ますます注目を集めています^14,21。ただし、足のコアシステムの機能の包括的な評価を調査するための研究は限られています。多くの研究は、痛みや爪、皮膚、骨/関節、神経血管障害など、高齢者の足の病理学的問題を調査することを目的としていました21,22,23。日常活動中の機械的支持や感覚入力、機能的中核システムとしての足の役割を認識し、評価する必要がありますが、以前の研究では無視されていました。特に、内因性筋と外因性筋を含む足の有効成分は、局所的な安定剤および全体的な運動剤として機能し、静的な姿勢と動的運動における足の安定性と行動に寄与します⁵。

つま先屈曲筋力は、足の筋力を表すものとして単独で報告されており、足の機能とバランスや可動性などの他の健康状態との関係を調査するためにも利用されています^24,25,26。本来、足の筋力は内因性筋と外因性筋の作用を区別することに限定されています。さらに、ペーパーグリップテストや本質的陽性テストを含むいくつかのテストは、信頼性と妥当性が低い非定量的なテストとして批判されました^7,27。最近、足の本質的な筋力を定量化するために、足のドーム筋力の新しい評価が報告され、それは良好な妥当性を持つことが示されました²⁸。ドミング(短足運動)の強さを測定することで、内在筋の機能を直接定量化することに貢献します。

そこで、足のコアシステム、特にアクティブサブシステムの機能に基づいて、高齢者の足の特徴を探ることを目的としたプロトコルを本稿で提案する。このプロトコルは、高齢者の受動的、能動的、および神経サブシステムを含む足のコアの安定性を調査するための包括的な評価を提供します。さらに、足底筋膜炎、扁平足、糖尿病など、いくつかの健康状況で足のコア機能の変化が報告されています24,29,30。今後の研究では、多次元測定で異なる集団間の足の機能を評価するのに役立つ可能性があります。

プロトコル

この研究は、上海体育大学スポーツ医学リハビリテーションセンターで実施され、上海体育大学倫理委員会(第102772020RT001号)によって承認されています。テストの前に、参加者は実験の目的と手順についての詳細を知らされました。すべての参加者がインフォームドコンセントに署名しました。

1. 参加者の選定

1. (1)60歳以上の参加者を含めます。(2)単独で立位を維持できる。(3)他人、義肢、または移動補助具の助けを借りずに、自立して歩くことができます。(4)正常な認知機能を表示でき、テストの手順と指示を理解できる。(1)重度の心肺疾患と診断された参加者を除外します。(2)アルツハイマー病やパーキンソン病などの運動ニューロン障害と診断された。(3)過去1年間に下肢外傷の病歴があった人は除外されました。
   注:足のコアシステムの機能を評価するために、人口統計データが古いグループ(対照群)と一致する42人の高齢参加者と42人の若い参加者がこの研究のために募集されました。サンプルサイズは、α = 0.05、検出力(1 − β) = 0.95、効果サイズ = 0.8に設定して t検定で計算しました。結果は、各グループの42人の参加者をこの研究に含める必要があることを示しています。

2. アクティブサブシステム

注:内因性および外因性の足の筋肉の形態および強度テストは、アクティブサブシステムを評価するために使用されます。

1. 筋肉の形態
   1. 筋骨格系超音波システムをオンにし、[ フリーズ ]ボタンをクリックします。プローブコネクタをホストの背面にある接続ポートに差し込み、 プローブロック ボタンをロックします。 iStation ボタンをクリックし、 次に[新しい患者]をクリックします。各参加者のID、名前、性別、生年月日を入力します。
      注意: プローブケーブルは、ケーブルが他の物体に絡まないように、適切に配置し、簡単に踏みつけない場所に配置する必要があります。衝突や損傷を防ぐために、プローブを安全な場所に置いてください。
   2. 幻影外転筋(AbH):結節と舟状結節の走査線の中央に超音波カップリングゲルを塗布します。踵骨結節の内側にプローブを置き、舟状結節に向かいます。プローブを視認的に動かしてAbHの最も厚い部分をキャプチャし、[ 保存 ]ボタンをクリックして静止画像を保存します。
      1. 次に、プローブを90°回転させてAbHの断面画像を取得し、画像を保存します。
         注意: 筋肉の形態測定で過度の圧力をかけることなく、プローブと皮膚の間の良好な接触を維持してください。
   3. 脳屈筋(FDB):踵骨の内側結節から第3趾までの線上にプローブを縦方向に合わせ、筋肉をスキャンして厚さを測定します。プローブを90°回転させて、断面画像を取得します。
   4. 足底方形筋(QP):タローカルカネオナビキュラー関節の筋線維に沿ってプローブを縦方向に整列させます。プローブを目視よく動かして、QPの最も厚い部分を見つけます。厚さ測定のために 3 つの画像を撮影します。プローブを90°回転させて、断面画像を取得します。
      注:QPはFDBの奥深くにあります。
   5. フレビス外反筋(FHB):最初の中足骨に印を付け、超音波カップリングジェルを塗布してから、プローブをシャフトに沿って縦方向に置きます。プローブを目視よく動かしてFHBの最も厚い部分をキャプチャし、プローブを90°回転させて断面画像を取得します。
   6. 長腓骨筋と腓骨筋(PER):参加者に仰臥位になるように指示します。腓骨頭と外側くるぶしの下縁に印を付け、2点を結ぶ線の50%に印を付けます。カップリングゲルを塗布し、プローブを配置して厚さをキャプチャします。断面画像を取得するには、厚さ測定を実施したポイントでプローブを90°回転させます。
   7. 前脛骨筋(TA):腓骨頭と外側くるぶしの下縁の間の距離の20%以上、ふくらはぎの前にカップリングジェルを塗布します。プローブをTAに沿って縦方向に置き、厚さ測定値を取得します。
      注意: プローブのスキャン範囲により、TAのCSAを完全にキャプチャすることはできません。
   8. 画像測定:画面の右側で以前にキャプチャした画像を探します。トラックボールを使用してカーソルを移動し、画像を1つ選択して、[ 設定 ]ボタンをクリックします。次に、[ 測定 ]ボタンをクリックします。画面左側に測定項目が表示されます。
      1. 厚さ:トラックボールを使用してカーソルを移動し、距離の測定値を選択して、[ 設定 ]ボタンをクリックします。画像内の筋肉の最も厚い部分の2つのポイントをマークします(図1 と図2)。厚さの距離を記録します。
      2. 断面積(CSA):トラックボールを使用してカーソルを動かし、画像内の筋肉の周辺をトレースします。筋肉全体の断面をトレースした後、 Set ボタンをクリックします(図1 と 図2)。CSA の領域を記録します。
2. 筋力
   1. ダイナモメーターBluetoothスティックをコンピューターのUSBインターフェイスに挿入します。ダイナモメータと FETデータ収集ソフトウェア を開き、[ ゲージの開始 ]ボタンをクリックして、自動ペアリングを待ちます。
   2. 足指屈曲強度試験(FT1)
      1. 膝と足首の関節を90°曲げた椅子に座るように参加者に指示します。ダイナモメーターを木枠の前面に固定します。足の親指をカラビナでダイナモメーターに接続します(図3B)。
         注意: テスト中の痛みを避けるために、適切なバーを調整してください。
      2. 足の後ろのパネルを交換して、かかとから第1中足骨の頭までを支えながら、つま先の屈曲を損なわないようにします。つま先が安定したベースライン力を生成するようにカラビナを調整し、[ リセット ]ボタンをクリックしてダイナモメーターをゼロにします。
      3. ソフトウェアの [Start Gauge ]ボタンをクリックします。足の親指を曲げ、3秒間できるだけ強く引っ張り、グリップを緩めるように指示されるまで、安定した状態を保つように参加者に指示します。 [Stop Gauge ]ボタンをクリックし、収集したデータを保存します。
   3. 足指屈曲強度試験(FT2-3、FT2-5)
      1. T字型の金属棒を使用してダイナモメーターに取り付けます。第2-3趾または第2-5趾を曲げるよう参加者に指示する。FT1テストと同様のテスト手順を実行します(図3C、D)。
   4. ドミン検定
      1. ダイナモメーターを舟状骨結節に当てます。前足をかかとに向かってスライドさせるか、つま先を持ち上げたり丸めたりせずに土踏まずをできるだけ上げるように参加者に指示します。これにより、足が「短縮」し、内側の縦アーチが隆起します(図3A)。
      2. 次に、参加者に最大随意収縮を 3 秒間行うように依頼します。以前のつま先屈曲テスト(ステップ2.2.2および2.2.3)と同様にデータ収集を実行します。
         注: データ処理の成功した試行を 3 回記録し、疲労を避けるために試行と試行の間に十分な休憩時間を設けます。
   5. プログラムソフトウェアの処理ウィンドウを開き、元の強度データのCSVファイルをインポートします。
      1. つま先屈曲力(FT1、FT2-3、FT2-5): [実行 ]ボタンをクリックし、計算リストで [自動計算 ]オプションを選択して、[ 計算 ]ボタンをクリックします。ソフトウェアは、トウグリップのピーク強度をアクティブに計算します(図4)。
      2. ドミンフォースデータ:元のデータをソフトウェアにインポートし、[ 実行 ]ボタンをクリックします。計算リストで [ 手動計算 ] オプションを選択します。次に、力曲線がプラトーの形をしている可動の0.5秒ウィンドウを手動でドラッグすると、ソフトウェアがウィンドウ内の平均力を自動的に計算します(図5)。

図1:3つの内在筋の代表的な超音波画像。 (A)外転筋幻覚の厚さ画像。(b)外転筋幻覚の断面積;(c)屈筋指屈筋の厚さ画像。(d)屈筋指の断面積;(e)足底方形の厚さ画像、(F)足底方形の断面積。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図2:3つの外因性筋の代表的な超音波画像。 (A)外反母趾屈筋の厚さ画像。(b)外反母趾屈筋の断面積;(C)長腓骨筋および腓骨筋の厚さ画像。(d)長腓骨筋およびブレビス筋の断面積。(E)前方脛骨筋の厚さ画像。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図3:足の筋力テスト。 (A)ドミングテスト;(B)つま先屈曲強度試験(FT1);(C)つま先屈曲強度試験(FT2-3);(D)つま先屈曲強度試験(FT2-5)。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図4:代表的な足指屈曲強度プロット。 つま先屈曲のピーク力は、選択したピークポイントの周りの6つのデータポイントの平均値として計算されます。カスタムソフトウェアでは、ピークフォースを含む10ポイントが比較的安定して偽ピークを回避するようにプログラムされており、残りの9ポイントがピーク値の±0.5を超えないようにしています。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図5:代表的なドーム強度プロット。 最大随意収縮の力は、ドーム強度に対して計算されます。0.5秒の可動ウィンドウがあり、力曲線がプラトーの形をしている場所を決定し、手動でドラッグできます。ドームの強度は、選択ウィンドウの平均値(0.5 ms)を計算するようにプログラムされています。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

3. パッシブ サブシステム

注:NDおよび足姿勢指数-6(FPI-6)テストは、足の構造(パッシブサブシステム)を評価するために適用されました。

1. 舟状落下(ND)試験
   1. ハイトバーニアキャリパーをベース、固定具ブロック、スクライビングクローで組み立てます。舟状結節を指定するには、スクライビングクローを棒に通して伸ばします。高さノギスを水平プラットフォームに置きます。
      注:NDテストは、同じ水平プラットフォームで実行されます。
   2. 参加者に高さ調節可能な椅子に座り、横向きにして内側縦アーチを視覚化するように指示します。舟状結節を触診し、その場所をマークします。膝、股関節、足首の関節が90°の角度になる位置に座るように参加者に指示します。
   3. 参加者の距骨頭の内側と外側の側面を触診します。距骨の内側と外側が等しくなるまで、距骨下関節を回外して回内させます。
   4. スクライビング爪の頭をマークされた舟状結節に合わせます。この非体重負荷位置(高さ1)での高さを読み取って記録します。
   5. 参加者に、立ち上がって、通常の両側の体重を支える姿勢を保つように指示します。一貫して、高さ (高さ 2) を記録します。
   6. 矢状面における舟状結節の垂直方向の動き(すなわち、高さ1-高さ2)をNDとして定義します。
      注:NDテストの過程で、参加者はまっすぐ進み、まっすぐ前を見る必要があります。
2. 足姿勢指数-6(FPI-6)
   1. NDテスト(ステップ3.1.1)と同様に、水平プラットフォームでFPI-6テストを実行します。
   2. 参加者に、その場で行進しながら数歩踏み、両手足を両足支えしてリラックスした姿勢で立つように指示します。評価中、約2分間静止するように伝えます。
   3. 距骨頭を触診し、外側と内側の位置を評価します。
   4. 外側くるぶしを触診し、外側外側および外側下のくるぶしの湾曲をスコアリングします。
   5. 踵骨前頭面の位置を観察し、踵骨の後面と足の長軸の間の角度をスコアリングします。
   6. 距骨関節(TNJ)を口蓋にし、この領域の膨らみまたは凹面にスコアを付けます。
   7. 口蓋を出して内側縦アーチの曲線を観察し、その高さと一致度を記録します。
   8. 前足部をかかとの長軸の真後ろで一直線に観察し、前足部と後足部の相対位置(外転/内転)をスコアリングします。
      注: このテストでは、各項目は -2、-1、0、1、および 2 として採点されます ( 補足ファイル 1 を参照)。

4. ニューラルサブシステム

注:神経サブシステムの評価では、足底光タッチ閾値と2点弁別器(TPD)を適用して、足底感度を評価しました。

1. 足底光タッチ閾値
   1. 20個からなるSemmes-Weinsteinモノフィラメント(SWM)キットを準備します。各SWMキットには、1.65から6.65の範囲のインデックス番号(1.65、2.36、2.44、2.83、3.22、3.61、3.84、4.08、4.17、4.31、4.56、4.74、4.93、5.07、5.18、5.46、5.88、6.10、6.45、および6.65)があり、これは校正された破断力に関連しています(つまり、インデックス1.65は0.008gの力に相当します)。
      注:インデックス値が高いほど、硬く、曲げにくくなります。
   2. 第1趾(T1)、第1中足骨頭(MT1)、第3中足骨頭(MT3)、第5中足骨頭(MT5)、中足部(M)、かかと(H)など、足底のテスト領域に印を付けます。
   3. 4.74 SWMを参加者のテナーエミネンスに適用して、正式なテストで足底で受ける刺激を感じます。参加者に「はい」と答えるように指示し、参加者がテストされた部位でSWMの感覚刺激を知覚するたびに、正確な部位を明確かつ大声で試験官に通知します。
      メモ: マークされたすべての領域は、メモリの都合上、特定の番号に置き換えることができます。
   4. 各参加者を、検査官の反対側を向いた標準的な治療台に腹臥位で置き、足をテーブルの端にぶら下げます。目を閉じ、ヘッドホンを着用して、視覚の助けを避け、気を散らすものを最小限に抑えるようにそれぞれ指示します。
   5. SWMをターゲット領域の皮膚に垂直に塗布します。ナイロンSWMが「C」字型に曲がるまでの圧力は適切です。次に、取り外す前に1秒間保持します。4.74 SWMは最初にマークされた領域に適用され、4-2-1ステッピングアルゴリズムが評価を標準化するために利用されます²¹。6つの足底領域をランダムにテストします。
      注意: マークされた領域間の感覚障害の場合に備えて、トレイルの間隔に数秒の休息を提供します。最後に検出されたSWMは、そのサイトのしきい値と見なされます。
2. 2点弁別器(TPD)
   1. 2点弁別装置を用意します。調整可能なデバイスには、1mmから15mmの範囲のさまざまな距離があります。
      注意: ダイヤルの片側は1mmから8mmの範囲で、ダイヤルを反対側に回転させると9mmから15mmの範囲です。
   2. 足底の6つのテスト領域に印を付けますが、これらは足底ライトタッチ閾値テストの場合と同じです(ステップ4.1.2)。
   3. 参加者がテストプロセスに慣れるために、参加者の中指の先端に2点弁別器を適用します。1つのポイントを知覚した場合は「1つ」、2つのポイントを認識した場合は「2つ」と言うように伝えます。
      注意: テスト位置は、足底ライトタッチしきい値テストと同じです。参加者は目を閉じてください。
   4. 最大距離(8 mm)からテストを開始し、参加者が1ポイントを報告するまで幅の距離を5 mm減らします。デバイスを 1 mm 刻みで動かし、参加者がテスト幅で 2 つのポイントを一貫して識別できるようになるまで、1 つまたは 2 つのポイントのランダム化を適用します。
      注: 5 回のタッチのうち 3 回、2 点タッチを正しく識別した回数を陽性と定義します。最後の 2 点の値は、TPD しきい値として記録されます。

結果

この研究では、84人の参加者が測定のために含まれました。若いグループには、平均年齢22.4±2.9歳、身長1.60±0.05mの大学生42人が含まれていました。高齢者グループには、平均年齢68.9±3.3歳、身長1.59±0.05mの地域在住の高齢者42人が含まれていました。

代表的なアクティブ・サブシステムの結果
足の筋肉の形態と強度は、アクティブなサブシステムの機能を?...

ディスカッション

提示されたプロトコルは、高齢者の足の特徴を測定するために使用され、受動的、能動的、および神経サブシステムを含む足のコアの安定性を調査するための包括的な評価を提供します。この新しいパラダイムは、日常活動において足を安定させ、感覚運動機能を維持するために相互作用する足の機能に光を当てる³³。以前の研究では、研究者は足の変形を調査することに?...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Diagnostic Ultrasound System	Mindray		It is used in clinical ultrasonic diagnostic examination.
ergoFet dynamometer	ergoFet		It is an accurate, portable, push/pull force gauge, which is designed to be a stand-alone gauge for capturing individual force measurements under any job condition.
Height vernier caliper			It is an accurate measure tool for height.
LabVIEW			It is a customed program software for strength analysis.
Semmes-Weinstein monofilaments	Baseline		It consists of 20 pieces, and each SWM haves an index number ranging from 1.65 to 6.65, that is related with a calibrated breaking force.
Two-Point Discriminator	Touch Test		It is a set of two aluminum discs, each containing a series of prongs spaced between 1 to 15 mm apart.