20240420 : 高齢者・転倒予防・足底屈筋・アキレス腱硬度
毎年最大 35% の高齢者が転倒し、重傷を負い、多額の医療費が発生します。さらに、転倒により重傷を負う可能性は年齢とともに増加します 。加齢に伴う転倒リスクの性質は多因子である可能性が高く、文献には、転倒を促進する可能性がある、または適切な介入により転倒の発生を防止するのに役立つ多数の環境要因および内因性要因が列挙されています 。残念なことに、こうした努力にもかかわらず、こうした懸念は加速している。過去 10 年間で、転倒による死亡率は 30% 近く増加し、高齢者の転倒による入院は 200% 以上増加しました 。したがって、転倒関連傷害の重篤度を軽減するために、バランス問題に対する高齢者の回復力を高めるための、新規の、証拠に基づいた、修正可能な要因を特定することが依然として重要な必要性である。
転倒を引き起こすバランスの乱れは、歩行中に最も一般的に経験されます。不安定性を軽減するには、支持基部の迅速な位置変更と、勢いを止めるために筋骨格系からの十分な地面反力が必要です。若年成人では、歩行の乱れ後の動的なバランスの回復は、部分的に大きく急速な脚伸展モーメントに依存しています 。高齢になると、成人はサルコペニア や筋力の低下 を経験しますが、これは高齢者のバランス回復を直感的に妨げる可能性があります。実際、等尺性レッグプレスの最大筋力が低下している高齢者は転倒する可能性が高くなります 。また、高齢者では加齢に伴って弾性組織の剛性が低下することが知られています 。代謝性歩行コストと足底屈筋の神経力学の混乱に加えて 、組織の剛性の低下は、筋肉の短縮速度の増加 と電気機械的遅延の増加による最大関節トルクの減少 に関連しており、どちらもさらなるペナルティを課す可能性があります。
加齢に伴う筋腱単位（MTU）の完全性の低下と、さまざまな作業中の動的安定性との関係が研究されています。現実世界の一般的な平衡感覚の乱れ（つまずき、滑りなど）の性質と、そのような乱れの始まりに足関節が近いため、下腿三頭筋とアキレス腱がこの関係の研究対象となることがよくあります。オナンベレらは 高齢者は、片足立ちやタンデム立ちの際に若い成人に比べて不安定で、足関節の底屈筋が弱く、アキレス腱の硬さ（k AT ）が低いことがわかりました。模擬前方転倒中、高齢者は若い成人よりも回復するためにより多くの歩数を要し、膝と足関節の伸筋が弱く、膝蓋骨腱の硬さも低下していましたが、k AT には差がありませんでした。これらの実験課題はどちらも歩行には関係しませんが、どちらも加齢に伴う MTU の完全性の低下が姿勢の安定性に重要であることを示しています。摂動に応じた歩行の安定性を考慮して、Epro et al. は、足関節の底屈筋が強く、k ATが大きい高齢成人女性は、トレッドミルベルトの予期せぬ加速の後でも歩行の安定性が優れていることを示しました。しかし、彼らは後に、運動による足関節の MTU 能力の増加が、同様の集団における平衡感覚の回復に最小限の影響を与えることを発見しました 。ごく最近では、Debelle らは、高齢者と若年者が前後方向 (AP)に同様の安定度を示したため、年齢に関連した MTU 完全性の低下は平衡感覚の回復とは関連しないことを示しました。高齢者は、 AP バランスの乱れの直後に若い成人よりも AP 方向に不安定になることがよく報告されているため、この発見は珍しいものであり 、著者らはこれが比較的若い「高齢者」サンプルに起因すると考えています。さらに、最近の文献では、AP 歩行の乱れが、バランス回復中の内側外側 (ML) 方向の代償努力とより密接に相関していることが実証されました 。 ML バランスは年齢とともに不釣り合いに悪化し 、転倒リスクの増加に関連し 、脚の筋肉からのより積極的な感覚運動制御が必要であることが知られている ことを考慮すると、MTU の完全性と両方の AP の間の関係の定量化そして ML の安定性は、なぜ高齢者が歩行の乱れに続いて転倒しやすいのかについて新たな洞察を提供する可能性があります。
全体として、高齢者グループの年齢範囲のカットオフの報告が一貫していないため、年齢に関連した MTU 健全性の低下と、それが高齢者の歩行安定性に及ぼす影響に関する証拠は明らかではありません。既存の文献は摂動パラダイム（前方落下、機械的引っ張りまたは「トリップ」、スリップなど）によって異なります。歩行の乱れに関するこれらの研究のうち、若者または高齢者の内側外側の安定性に関する指標を報告しているものはありません。そして、アキレス腱と膝蓋骨腱の硬さは、さまざまな安定性指標のいずれかと相関すると、高齢者と若年者の間で一貫性なく異なります。したがって、私たちの目的は、足関節底屈筋の筋力とk AT が、若年者と高齢者両方のウォーキングトレッドミル誘発の滑り摂動に対する脆弱性に関連しているかどうかを判断することである。我々はまず、高齢者は底屈筋の筋力が低下し、k AT が低下するのではないかと仮説を立てました。さらに、底屈筋の筋力とk AT の低下は、若年者と比較した場合、トレッドミル誘発の滑りによる大きな摂動誘発変化と相関していると考えられます。最終的に、これらの関連性を裏付けるデータは、加齢に伴う足関節底屈筋の筋力とk AT の低下が局所MTUメカニズムであることを示唆し、滑りや転倒関連損傷の重症度によって引き起こされる不安定性の根底にある潜在的に修正可能な要因を明らかにするだろう。
若年者と高齢者における底屈筋の筋力と k ATをまとめたものです。高齢者 (0.75 ± 0.38 Nm/kg) は、若年者 (0.78 ± 0.34 Nm/kg) と比較して、足底屈筋強度の値は低いものの統計的に区別がつかない値を示しました (p = 0.791)。逆に、高齢者は他動回転中に若年者より平均で k ATが約 30% 低いことがわかりました (4.33±1.78 N/mm 対 6.12±2.82 N/mm、p = 0.016)。足底屈筋の強度と k ATには相関関係がありませんでした。
足底屈筋の筋力、k AT 、およびバランスの結果の間のすべての個別の関連性をまとめたものであり、それらの関連性と統計的に有意な結果を強調しています。予測変数 k ATと底屈筋の強度 の間に相関関係は見出されず、すべてのケースで、設定されたさまざまな膨張係数の共線性閾値を超えませんでした。高齢者における足底屈筋の筋力の低下は、MoS Latの増加と関連していました (r 2 = 0.194、F(1,19) = 3.053、p = 0.023)。どの面においても、他の MoS メトリックについては、他に有意な相関関係はありませんでした。 OA では、WBAM TransRangeが大きいほど、底屈筋の強度が低く、k ATが大きくなりました (完全モデル -r 2 = 0.372、F(2,18) = 5.332、p = 0.015; 足底屈筋トルク -r 2 = 0.266、 p = 0.008、k AT -r 2 = 0.165、p = 0.034)。若年成人の測定基準間、または摂動による変化との間に有意な相関関係は見つかりませんでした。
足底屈筋の筋力とk AT が、若年者と高齢者のコホート全体の動的平衡回復に対するウォーキングトレッドミル誘発のスリップ摂動の影響と関連しているかどうかを判断することでした。私たちの結果は、仮説と部分的に一致しました。第一に、高齢者は若年者に比べてk ATが低いが、底屈筋の筋力が低いわけではなかった。第二に、底屈筋の筋力と k ATおよび主要なバランス結果との関連性を明らかにしました。例えば、我々は、一般に、衰弱した高齢者は、トレッドミル誘発の滑り摂動後の横断面においてより大きな脆弱性（すなわち、より大きなWBAM）を示すことを発見した。これらの結果を総合すると、歩行バランス制御に関連し、高齢者の転倒リスクを軽減するための運動介入を通じてターゲットにされる可能性がある、足関節に広がる筋腱ユニットの特定の特徴が明らかになります。
この研究では、MVIC PF収縮中、高齢者は若い成人と同様の足底屈筋強度を示しました。加齢に伴う筋力の低下の性質が十分に文書化されていることを考えると、年齢グループ間で同様の値が得られることは驚くべきことでした。私たちは、特徴になく強い高齢者は、標準的な健康診断を使用して記録された身体活動レベルの高さの潜在的な特徴であると考えることができます。別の説明としては、若年者の正規化された足関節トルク値が、以前に報告された値と比較すると低いということである可能性があります 。これは、足関節の回転軸とダイナモメーターの回転軸の位置がずれているか、足関節の筋肉組織の動員が不十分であることが原因である可能性があります。
私たちの設定ではダイナモメーターと足関節の回転軸の位置合わせを考慮し 、すべての参加者に最大限の努力をするよう一貫して声で励ましたため、なぜ若年成人の MVIC PFトルク値が比較して低かったのかは不明です。
以前の値で。それにもかかわらず、足底屈筋が弱い高齢者のみが摂動によって安定性が変化しました。これについては、最初に WBAM について、次に MoS について説明します。矢状面 WBAM の調節は、歩行の安定性 とバランスの回復 の重要な特徴と考えられています。注目すべきことに、健康な若年成人に対して反対方向に作用するスリップと上半身の摂動が組み合わされた後の矢状面WBAMを制御するための股関節優位戦略が以前に同定されている。矢状面 WBAM は、好みの速度で歩いている高齢者の少数のサンプルにおいて、転倒者と非転倒者の間で類似していた 。しかし、我々はまた、足底屈筋の強さが、トレッドミル誘発スリップ摂動後の横断面でのWBAMを制御する高齢者の能力を区別できることも示した。この考えは、足底屈筋が身体の重心の角運動量に対抗するために矢状面の外側で WBAM を制御することに寄与していることを実証した発見によって裏付けられている 。したがって、より強力な底屈筋は、トレッドミル誘発の滑り摂動に続く横断面の WBAM の増加を緩和するメカニズムを提供すると考えられます。
足底屈筋が弱い高齢者は、トレッドミル誘発の滑り変動に反応したときに、より大きな MoS Lat を示しました。これは、一般的な解釈によれば、より安定した歩行を表す結果となります。この発見は一見直感に反するものですが、それ自体は新しいものではありません。 Mademli と Arampatzis は、高齢者は若い成人よりも高い MoS Antで正常に歩くことを示しました。これらの著者らは、自分たちの調査結果を、高齢者が採用するより慎重な戦略を示していると解釈した。私たちの結果から明らかなように、この戦略は、比較的弱い成人が、特にML方向の摂動をどのように減衰させるかにも影響を与えると我々は主張する。結局のところ、おそらく筋力はバランス回復の信頼度の尺度を表しており、力の強い高齢者は、トレッドミルによる滑りの乱れを軽減する際に、安定性の限界に近いほうでより快適に動作することができます。この概念は、定常状態の歩行行動と歩行バランスの乱れに対する反応の両方に関する文献をカタログ化する際に、タスクのコンテキストと歩行速度などの習慣的な行動を考慮するように MoS の解釈を拡張します。
高齢者は若い成人に比べてアキレス腱の硬さが約 30% 低下しており、その程度は受動的および能動的単独収縮に関するこれまでの多くの報告と一致しています 。受動的回転中にk AT値を取得しました。これは、以前の文献と比較した値の大きさの相対的な違いを説明しています。足関節の位置に対する予期せぬ外乱を感知するという性質を考慮して、受動的回転を選択しました。それにもかかわらず、この方法論的な決定は、加齢に伴う腱の硬さの低下が応力-ひずみ曲線の広い範囲にわたって発生することも示唆しています。以前の著者らは、座りがちなまたは活動レベルが低い若年成人の足関節 または膝 にわたる構造の筋力と腱の硬さの間に有意な相関関係がないと報告しています。逆に、訓練を受けたサイクリストと健康な若者では、それぞれ、Morrison et al. および村岡ら は、底屈筋の強度と k ATの間に有意な相関関係があることを発見しました。エプロらは同様に、k AT はより強い年配の女性のグループで有意に大きいことが判明した。特に、ここで報告されるパッシブ回転からのk ATとは対照的に、これらの以前の k AT値は MVIC PFから取得されました。
MTU の整合性を回復のバランスに結び付けるという同様の動機を持つ著者も、自分の研究で同様の関係を報告しています。例えば、Ｅｐｒｏらは、足関節の底屈筋の強さ（つまり、「強い」と「弱い」）によって高齢女性の 2 つのグループを区別しました。これらの著者らは、トレッドミルのベルト加速による予期せぬ混乱の後、その後の回復段階において、より強い高齢女性の方が弱い高齢女性よりも高いk ATとより大きなMoS Antを示したことを発見した。対照的に、Debelle ら は、定常状態の歩行中のk ATには典型的な年齢に関連した差異が見出されましたが、MoS Antには年齢に関連した差異は見出されませんでした。トレッドミルによって引き起こされるスリップ摂動の性質により、前方バランス障害は直感的に矢状面で身体からの代償動作を必要とします。最終的に、我々のデータは、年齢、筋力、k ATの違いにかかわらず、動作方向のトレッドミル誘発滑り摂動に対する同様の平衡反応を示しています。しかし、私たちのデータは、足底屈筋の強さが、トレッドミルによって引き起こされる横面と前頭面の滑りの乱れに対する高齢者の脆弱性に影響を与えることを明らかにしています。 Leestmaらによる最近の発見は 多方向の地面並進摂動を使用したところ、摂動後の WBAM の増加は、前後方向のバランス回復指標 (つまり、ステップ幅) よりも、ステップ幅などの内側外側バランス回復指標とより強く相関していることがわかりました。これらの結果は、AP 方向の摂動後の歩行バランスとバランス回復が ML 回復戦略に依存していることを示しています。したがって、文献は主に、摂動歩行中のAP方向の回復戦略に焦点を当てているが、今後の研究では、AP歩行バランス摂動後に主に前頭面と横面で作用する脚の筋肉の神経機械的反応を調べることが正当化される。
我々は、k AT が高いほど、トレッドミル誘発のスリップ摂動後の安定性が向上すると仮説を立てました。その代わりに、アキレス腱が硬い高齢者は、トレッドミルによる滑りに対するWBAM TransRangeが大きいことがわかりました。私たちの研究では底屈筋の強度とk ATに相関関係がなかったため、WBAM TransRangeの増加がより速い歩行速度の別の結果であると考えることはできません。直感的には、アキレス腱が硬くなると、摂動時の底屈筋からの力の伝達が増加し、体を前方に跳ね上げるように作用するため、足関節の支柱のような機能が強化される可能性があります。ただし、この影響はおそらく WBAM SagRangeまたは ΔWBAM Sagにも明らかであり、k ATとの相関は見られませんでした。したがって、この研究と同様の動機を調査した以前の研究を考慮すると、腱の硬さと歩行バランス制御の乱れとの関係はまだ不明です。摂動後のバランス制御は多面的な神経筋プロセスであるため、単一の関節の腱の硬さだけでは全身の力学を説明するのに十分ではない可能性があります。しかし、高齢者における固有受容感覚の低下は確立されているため、局所的な筋肉反射反応や平衡感覚の乱れの検出に対する腱の硬さの影響を調べることが、将来の研究に役立つ可能性があります。
この研究の結果は、転倒や転倒による損傷の重症度を軽減しようとしている臨床医にすぐに適用できる可能性があります。特に、Debelle ら。 は、k ATも底屈筋の筋力も MoS Antとの間に相関関係が見出されなかった後、トレーニングが平衡感覚の回復に与える影響は最小限である可能性が高いと結論付けています。私たちのデータは、AP方向のバランス回復に関するこの提案を裏付けていますが、高齢者の前頭面と横面のバランス回復には底屈筋の筋力の重要性についての新たな洞察を提供します。高齢者の前後方向の安定性は振り子の力学によって主に制御されているのに対し、前方の安定性は主に筋肉の動員によって制御されており、高齢者では通常の歩行中や平衡感覚の乱れに伴うバランスの乱れに不釣り合いに悩まされるため、これらの発見は特に適切であるように思われる。
まとめ
高齢者の転倒は公衆衛生上、多額の費用がかかる問題です。このような転倒はバランスの乱れによって引き起こされる可能性があり、その後は迅速かつ大きな力の出力を必要とする回復戦略が必要になります。高齢者のサルコペニアは、歩行の不安定性を抑えるのに必要な力を生み出す能力を低下させている可能性があります。加齢に伴う腱の硬さの変化も、筋肉の伸張と求心性フィードバックを遅らせ、力の伝達を減少させ、転倒の結果を悪化させる可能性があります。しかし、筋力、腱の硬さ、歩行の不安定性との関連性は十分に確立されていません。足関節が多くの歩行バランス障害の発症に近いことを考慮して、我々は、高齢者と若年者の乱れた歩行時の歩行関連の不安定性と、足底屈筋の強さとアキレス腱の硬さの両方の関係を調べた。後者は、本明細書では安定性マージンと全体のマージンを使用して定量化されている。トレッドミル誘発のスリップ摂動の適用を含む体の角運動量。高齢者と若年者では底屈筋の強さに違いはありませんでしたが、アキレス腱の硬さは高齢者の方が低かったです。高齢者では、足底屈筋の筋力低下は、トレッドミルによるスリップ摂動後の全身の角運動量の増加と関連していました。衰弱した高齢者も、より慎重に歩き、トレッドミルによる滑りの乱れから回復するようだ。この研究は、高齢者の側方歩行の安定性の調節における底屈筋の筋力とアキレス腱の硬さの役割に焦点を当てており、これらは転倒のリスクと損傷の重症度を最小限に抑えることを目指すトレーニングプロトコルのターゲットとなる可能性があります。
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