カスタムパッシブダイナミック足首装具は脳卒中後の歩行効率と速度を改善する

背景紹介

脳卒中は長期的な障害を引き起こす主要な原因の一つであり、毎年アメリカでは79.5万人以上が脳卒中の影響を受けています。脳卒中後の一般的な問題の一つに患側の足底屈筋の筋力低下（plantar flexor weakness）があり、これにより足の中間期から終末期の前向き脚回転制御能力や推進期の前方推進能力が影響されます。足底屈筋の機能障害は、立位中期の過度な足首背屈（excessive ankle dorsiflexion）や持続的な膝関節過伸展（hyperextension）を引き起こし、その結果、歩行速度の低下、歩幅の非対称性、歩行代謝コストの増加を招きます。これらの問題は脳卒中サバイバーの機動性や日常活動への参加度を低下させ、さらには心身の健康に影響を及ぼします。

パッシブダイナミック足首装具（passive-dynamic ankle–foot orthoses, PD-AFOs）は、そのバネのような曲げ剛性により、足首背屈時に抵抗を提供し、機械的エネルギーを蓄え、推進期にこれを放出して健康な患者の足底屈筋の機能を模倣します。しかし、PD-AFOsが歩行や代謝コストに与える積極的な影響を示す研究がいくつかあるものの、規範的な客観的処方ガイドラインがないため、個別のPD-AFOsのカスタマイズが難しくなっています。

論文の出典

本論文はJacob T. Skigenとそのチームによって執筆され、研究者はアメリカのデラウェア大学、アイオワ大学などの機関から参加しています。この論文は『Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation』（2024年第21巻126号）に掲載されており、オープンアクセスで多くの著者によって共同執筆されました。

研究の流れ

研究対象と実験デザイン

研究者は、長期的な脳卒中後の片麻痺患者32名を対象に選定しました。これらの患者は以前に医師からAFOの処方を受けており、患側に足底屈筋の筋力低下が認められました。すべての参加者は3回の実験室訪問を行い、各訪問でのテスト条件には、AFO未装着、標準ケア（SOC）AFO装着、カスタムPD-AFO装着が含まれます。

訪問1：初回評価およびデータ収集

初回訪問時に、研究チームは装置化歩行分析（instrumented gait analysis）および10メートル歩行テスト（10-m walk test）を使用して参加者の自選歩行速度（SSWS）を記録しました。さらに、各参加者の非患側の幾何データを記録し、カスタムPD-AFOの基礎データを提供しました。

PD-AFOカスタマイズプロセス

Visual 3Dソフトウェアを使用して、各参加者の合計足底屈筋力モーメントピーク値を計算し、それを基にPD-AFOをカスタマイズしました。カーボンファイバーのプレプレグ材料を使用してPD-AFOを製作し、各義肢の曲げ剛性を患者のニーズに正確に適合させました。

訪問2：SOC-AFOテスト

参加者は2回目の訪問でSOC-AFOを装着し、実験室での歩行分析を行い、再度10メートル歩行テストを実施しました。また、人工装具ユーザー調査（OPUS）および歩行補助技術満足度評価（QUEST）も完了しました。

訪問3：カスタムPD-AFOテスト

参加者はカスタムPD-AFOを装着し、適応歩行のための十分な時間を設けました。適応後、実験室での歩行分析および10メートル歩行テストを行い、OPUSおよびQUESTアンケートを完了してカスタムPD-AFOに対する満足度を評価しました。

データ分析

様々な統計分析手法を用いて、参加者の異なる条件下での歩行パフォーマンスを比較しました。反復測定ANOVAまたはフリードマン検定を用いてグループ間分析を行い、シミュレーションモデリング分析（SMA）を個人レベルでの分析に使用しました。主要な分析変数には、機械的輸送コスト（COT）、SSWS、足首背屈および足底屈筋力モーメントピーク値などが含まれます。

研究結果

グループ間の結果

実験群および対照群において、カスタムPD-AFOの装着により、機械的COTが有意に低下し、SSWSが有意に向上しました。具体的なデータは以下の通りです： 1. COTの有意な低下：AFO未装着およびSOC-AFO群のCOTはそれぞれ2.64および2.51 J/kg/mであり、PD-AFO群は2.28 J/kg/mでした。 2. SSWSの有意な向上：AFO未装着およびSOC-AFO群のSSWSはそれぞれ0.62および0.64 m/sであり、PD-AFO群は0.73 m/sでした。 3. 満足度評価：PD-AFO群のOPUSおよびQUESTアンケートの得点はSOC-AFO群よりも有意に高かったです。

個人レベルの結果

個人レベルの分析では、参加者間で反応に顕著な差異が見られました。PD-AFOを装着した後にCOTが有意に低下した参加者もいれば、そうでない参加者もいました。また、歩行バイオメカニクスのパラメータに一貫した改善は見られませんでした。これは、脳卒中後の歩行の多様性により、各参加者が異なる歩行適応戦略を取った可能性があることを示しています。

結論と意義

本研究は、カスタムPD-AFOが個々の足底屈筋の筋力低下の程度に応じて機械的COTを効果的に低減し、歩行速度を向上させることを初めて検証しました。歩行バイオメカニクスのパラメータに一貫した改善は見られなかったものの、カスタムPD-AFOによる全体的な機能および満足度の改善は依然として顕著な臨床的価値を持っています。今後の研究では、カスタムPD-AFOの具体的な適用対象者および最適なカスタマイズ方法を探るべきであり、これにより脳卒中後のリハビリ治療をさらに最適化することが期待されます。

本研究は、PD-AFOの客観的処方ガイドラインを策定するための初期のエビデンスを提供し、今後の臨床応用の基盤を築きました。次のステップとしては、PD-AFOが適用される患者の特性を明確にし、COTおよびSSWSの低減メカニズムを解明し、より長い適応期間後の効果をさらに検証することが必要です。