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どの筋群の筋力低下によって階段昇降時の膝関節負荷が強くなるのか？
変形性膝関節症例では膝関節に対する力学的な負荷の増大が問題となります．
力学的な負荷を軽減するためにさまざまな運動療法が行われますが，筋力を強化して関節負荷を軽減しようというのは昔から理学療法士・作業療法士が考えてきたことです．
しかしながら実際のところはどの筋群の筋力低下によって階段昇降時の膝関節負荷が強くなるのでしょうか？
今回はどの筋群の筋力低下によって階段昇降時の膝関節負荷が強くなるのかを考えるうえで参考になる論文をご紹介させていただきます．
今回ご紹介する論文
Gait & Posture Available online 21 May 2024
In Press, Journal Pre-proof
Relationship of the weaknesses of knee- and hip-spanning muscles with knee compression forces during stair ascent and descent
Momoko Yamagata
今回ご紹介する論文は2024年に掲載された論文です．
研究の背景
The musculoskeletal models have been improved to estimate accurate knee compression force (KCF) and have been used to reveal the causal relationship between KCF and muscle weakness. Previous studies have explored how muscle weakness influences the KCF during gait; however, the influence of muscle weakness is possibly larger during activities that require deeper knee flexion (e.g., stair ambulation) than other activities (e.g., gait) because of the small knee contact area of articular surfaces.
筋骨格系モデルは正確な膝関節圧縮力（KCF）を推定するために改良され，膝関節圧縮力と筋力低下の因果関係を明らかにするために用いられてきました．
過去の研究では筋力低下が歩行時の膝関節圧縮力にどのような影響を及ぼすかについて検討されてきましたが，筋力低下の影響は膝関節面の接触面積が小さいため，他の活動（歩行など）よりも深い膝関節屈曲を必要とする活動（階段歩行など）の方が大きい可能性があります．
研究の目的
To explore how muscle weakness influences the KCF during stair ambulation.
この研究では筋力低下が階段歩行時の膝関節圧縮力にどのような影響を与えるかを検討することを目的としております．
研究の方法
Ten young adults performed stair ascent and descent tasks at a comfortable speed. Based on a previous study, we created muscle weakness models of rectus femoris (RF), vastus muscles (VAS), gluteus medius (Gmed), and gluteus maximus (Gmax), and the medial and lateral KCF (KCFmed and KCFlat) during stair ambulation were calculated.
10例の若年成人を対象として快適な速度で階段昇降課題を実施しております．
先行研究に基づいて大腿直筋（RF），広筋群（VAS），中殿筋（Gmed），大殿筋（Gmax）の筋力低下モデルを作成し，階段歩行時の内側および外側の膝関節圧縮力（KCFmedおよびKCFlat）を算出しております．
研究の結果
Similar to the gait, the Gmed weakness increased KCFmed and decreased KCFlat during stair ascent and descent. Whereas, unlike the gait, the Gmax weakness increased KCFmed during stair ascent and the VAS weakness decreased KCFmed and KCFlat during stair ascent and descent. Moreover, the percentage changes in KCF were similar (or large) during stair ambulation compared with those during gait.
歩行と同様に中殿筋の低下は階段昇降時の膝関節内側圧縮力を増加させ，膝関節外側圧縮力を減少させました．
一方で歩行とは異なり大殿筋の弱化は階段昇降時の膝関節内側圧縮力を増加させ，広筋群の弱化は階段昇降時の膝関節内側圧縮力と膝関節外側圧縮力を減少させました．
さらに階段歩行時の膝関節圧縮力の変化率は歩行時と比較して同程度（または大きい）でありました．
研究の意義
Considering the KCF alterations caused by each muscle weakness, the weaknesses in Gmax and Gmed might lead to cartilage loss and pain in the knee, and the VAS weakness might lead to low stability of the knee. The symptom during stair ambulation might help precisely identify the muscle requiring rehabilitation.
それぞれの筋力低下による膝関節圧縮力の変化を考慮すると，大殿筋と中殿筋の筋力低下は膝の軟骨の減少や痛みにつながり，広筋群の筋力低下は膝の安定性の低下につながる可能性があります．
階段歩行時の症状からリハビリが必要な筋を正確に特定することができるかもしれません．
今回はどの筋群の筋力低下によって階段昇降時の膝関節負荷が強くなるのかを考えるうえで参考になる論文をご紹介させていただきました．
今回の結果から考えると大殿筋と中殿筋の筋力トレーニングが階段昇降時の膝関節負荷を軽減させるために重要となりそうですね．
やはり股関節周囲筋の強化がポイントになりそうといった結果です．
