膝の変形性関節症における異常な筋肉活性化と肺機能低下の関連および心血管疾患リスクの増加

サマリー

本研究は、心血管疾患(CVD)リスクが高い膝変形性関節症(OA)の患者の心肺機能、身体活動、下肢筋の活性化を調査します。CVDリスク群の膝関節作骨症では、最大任意換気量の低下と大腿二頭筋の活性化増加に負の相関関係があることがわかりました。

要約

本研究は、心血管疾患(CVD)リスクが高い膝の変形性関節症(OA)患者における心肺機能、身体活動、主要下肢筋の活性化を探ることを目的としました。膝のOAおよび心血管疾患リスク増加の患者21名と、単独性膝関節症の患者29名が、インタビュー形式の長文国際身体活動質問票(IPAQ)に回答しました。肺機能は強制肺活量(FVC)および最大自発換気量(MVV)の測定で評価されました。心肺機能の評価は、改良されたブルースプロトコルを用いたトレッドミルを用いた心肺運動検査(CPET)を用いて行われました。さらに、症状のある四肢の主要な下肢筋電図(sEMG)データを、自己選択の習慣的な速度で行う階段登り作業中に収集しました。膝関節関節炎群と比較して、CVDリスク群の膝骨炎は激しい身体活動、最大自発換気(MVV)の有意な減少、ピーク酸素取り込みの減少は小さいことが示されました。さらに、CVD群の増加を伴う膝のOAでは、階段の上り下り時に大腿二頭筋(BF)の筋肉活性化がより強かった。さらに、CVDリスク群において、膝のOAにおけるMVVの低下とBF活性化の増加には負の相関が観察されました。これらの発見は二つの主要な結論を示唆しています。第一に、sEMGは階段昇降中の異常な筋肉活性化を検出することで、心血管疾患のリスクを持つ膝のOA患者の臨床的特徴を特定するための貴重な非侵襲ツールとして機能します。第二に、これらのリスクの高い個人の中で、優れた心血管機能は膝の筋肉協調パターンのバランスが取れたことと関連しており、これはMVVと大腿二頭筋の活性化の逆相関に反映されています。

概要

膝関節症(OA)は移動障害の主な原因であり、中高^年の15%に影響を及ぼしています。膝のOAと心血管疾患(CVD^{)のリスク}上昇を関連付ける証拠が増えています^2,3,4。膝のOA患者は、非ステロイド性抗炎症薬や慢性炎症を含む複数の心血管疾患リスク因子を持つ^{ことが多い5。}さらに、膝のOAによる身体活動不足は心血管疾患リスクの増加の間接的な原因となっています⁵。

膝関節疾患による身体活動の減少は、肥満、脂質異常、インスリン抵抗性、高血圧を含む代謝症候群の有病率を増加させる可能性があります。^6,7,8,9 は^{CVDのリスク}を高め^ます。さらに、身体活動の制限は心肺機能(肺機能と心肺機能の両方を含む)の低下を引き起こし、心血管疾患のリスク増加と強く関連しています^12,13。したがって、CVDリスクが高い膝のOA患者は心肺機能の低下を示すことがあります。

下肢の異常な筋肉活性化パターンが身体活動の減少を部分的に説明している可能性があります¹⁴。過去の研究では、外側腓腹筋や内側ハムストリングの活性化が増すなど、異常な神経筋活性化パターンがより重度の膝痛と関連していることが示されています^15,16。逆に、膝の内側筋収縮の減少は、膝OAを持つ人における歩行時の膝痛の減少と相関しています¹⁷。さらに、激しい膝の痛みは特に中等度から激しい運動で身体活動を減少させる可能性があります^18,19 これにより心肺機能に悪影響を及ぼし、心血管疾患のリスク増加に寄与します。

階段登りは一般的な日常活動であり、膝のOAを持つ人に頻繁に影響を受ける課題であり、他の活動と比べて身体活動制限の指標としてより適している可能性があります(^20,21)。膝のOAを持つ人は、階段登りで膝の痛みを軽減し、膝の安定を維持するために筋肉活動を変えます^22,23。さらに、階段昇降検査は心^{肺機能を直接}評価する有効な代替手段です。したがって、階段歩行時の下肢筋の活性化パターンと心肺機能との関係を調べることで、膝のOA患者における心血管疾患リスク増加の病態メカニズムについて独自の洞察が得られる可能性があります。

したがって、単独の膝関節炎患者と比較して、CVDリスクが高い膝のOA患者は身体活動の減少、心肺機能の低下、下肢の筋肉活性化パターンの変化を示すと仮説を立てました。さらに、この仮説は患者の心肺機能低下と下肢筋の異常な活性化パターンとの相関関係を仮定しています。

私たちの知る限り、これは膝のOAと心血管疾患リスク増加の患者における階段昇降中の主要下肢筋の活性化、および階段昇降時の心肺機能と筋肉活性化の関係を調査した初めての研究です。本研究の成果は、この患者集団に対してより正確なリハビリテーション計画を設計するための証拠を提供する可能性があります。

プロトコル

ヘルシンキ宣言によると、この研究プロトコルは福建省第三人民病院倫理審査委員会(#2020KS-5-1)により承認され、2020年11月18日に中国臨床試験登録局のウェブサイト(識別番号ChiCTR2000041115)に登録されました。すべての参加者は、研究参加のための書面によるインフォームドコンセントを提出しました。

参加者
ここでは、福建省第三人民病院および近隣コミュニティから、膝のOAおよびCVDリスク増加の29名と21名の膝関節関節症患者を募集しました。膝関節症グループの選入基準は、2019年の変形性関節症診断および治療に基づく臨床診断²⁵、片側または両側性のKellgren/Lawrence(K/L)グレード≥2、年齢50〜65歳、および中国の動脈硬化心血管疾患リスク予測(China-PAR)による低いまたは無心血管疾患リスクであることでした²⁶。心血管疾患リスク群が高まった膝のOAは、膝のOA群と年齢および症状は同じでしたが、China-PARによると中高CVDリスクを示しました。両群の参加者は、重度の腰痛、その他の下肢関節痛、関節リウマチ、骨折、神経系の病理、心血管疾患の既往歴、および/または肺疾患がある場合は除外しました。

データ収集
本研究では、長期形式の国際身体活動質問票(IPAQ)²⁷、肺機能検査、心肺運動検査、表面筋電図(sEMG)を用いて、被験者の身体活動、肺機能、心肺機能、筋肉活動を評価しました。 図1)。

身体活動評価
参加者の1日の活動レベルは、中国版の長文国際身体活動質問票(IPAQ)を用いて評価されました。これは面接形式で実施された中国版の有効性と信頼性を検証したものです。本研究は、過去1か月間の余暇時間中の身体活動、家庭や庭仕事(庭仕事)、労働関連活動、交通関連活動のデータをIPAQを用いて収集・分析しました。スコアは代謝当量(MET)-min/weekで報告され、週あたりの活動分数にそれぞれのMET値を掛けて算出されました。最後に、スコアは歩行、中程度、激しい運動、総身体活動に分類されました。時間や頻度に関する回答が不明、回答拒否、欠落と報告された場合は分析から除外されました。

肺機能検査
試験前に計測器の校正を行いました。校正には環境準備、体積校正、流量/体積センサーの校正が含まれていました。参加者は実験の2時間前から食事を控えるよう指示されました。

鼻クリップが装着され、口内の空気が完全に流れるようにしました。被験者は漏れを防ぐために口を口に閉じました。操縦中は努力を最大化するための強い口頭での励ましが行われました。被験者は、アメリカ胸部学会のガイドラインに基づく肺機能検査システム(230 V、50/60 Hz、508 VA、IP20)に基づき、経験豊富な呼吸療法士の指導を受けました。スパイロメトリーには、強制肺活量(FVC)、1秒の用力呼気量(FEV₁)、1秒の強制肺活量(FEV₁/FVC)、および最大自発換気量(MVV)の測定が含まれていました。各被験者は少なくとも3つの技術的に許容可能な操作を生み出しました。FVCおよびFEV₁ の測定には、呼気の開始が急で必要であり、吐息は少なくとも6秒持続し、繰り返し操作間の差は5%未満でなければなりません。MVVテストでは、被験者は12秒間、できるだけ深く最速の呼吸動作を行うよう指示されます。技術者は、FVC、FEV₁、MVV値が最も高いもの、そして流量曲線が最も良いものを選びました。

心肺運動検査
肺機能検査を少なくとも5分間行った後、12導離心電図(ECG)、自動カフ、呼吸マスク、酸素フォトメーターを装着し、心拍数、心電図、血圧、ガス交換、酸素飽和度を監視しました。

参加者はトレッドミルと修正ブルースプロトコルを用いて、段階的な最大CPET(表 1参照)を受けました。ベースライン心肺値は、椅子に座った状態で3分間の休息期間中に評価されました。その後、トレッドミルで2.7 km/h、傾斜ゼロの3分間のウォームアップが行われました。ウォームアップ後は、修正ブルースプロトコルに従い3分ごとに運動強度が増加し、段階ごとに以下の通りです:0%勾配で2.7 km/h、5%勾配で2.7 km/h、10%勾配で2.7 km/h、12%勾配で4.0 km/h、14%勾配で5.4 km/h、16%勾配で6.7 km/h。 最大限の努力を達成することを目指していました。トレッドミルの手すりを掴むことは推奨されませんでした。しかし、バランスを保つために手すりを必要とする患者もいました。

検査全体は専門の心臓専門医によって監視されました。安静期には血圧(BP)を一度測定し、12導心電図、心拍数(HR)、オキシヘモグロビン飽和度で継続的にモニタリングしました。運動段階では、心電図、心拍数、酸素ヘモグロビンの飽和度を継続的に監視し、歩行時の血圧、症状、疲労レベルを3分ごとにモニタリングしました。参加者が最大心拍数に達した場合、運動負荷が増加するのに酸素取り込みが増加しなかった場合、またはボルグ(6-20)²⁸の知覚スコア(RPE)が17を超えた場合に運動を停止しました。回復中は心電図、心拍数、酸素ヘモグロビンの飽和度を継続的に監視し、血圧は2分ごとに測定されました。検査は、著しい呼吸困難、胸の収縮、めまい、進行性心室脱出、3拍>進行性心室細動、収縮期血圧>前段階から20 mmHg持続的に低下、または5 mm以上のST節の低下などの症状のために早期中止されました。

検査スタッフは緊急手順に熟練しており、除細動器、酸素マスクなどの必需機器や薬物(例:エピネフリン、アトロピン、リドカイン、ニトログリセリン、グルコース)が現地で入手可能でした。重大な事態が発生した場合、試験は即座に終了されました。管理には、気道の維持、酸素投与、静脈内アクセスの確立が含まれていました。その後の蘇生および薬物介入は、患者搬送のための緊急対応チームの発動と同時に、高度心臓生命維持(ACLS)プロトコルを遵守しました。

呼吸ごとに酸素取り込み量(VO₂)、二酸化炭素排出量(VCO₂)、微分換気量(VE)、終末酸素分圧(PETO₂)、および二酸化炭素(PETCO₂)を測定しました。心拍数(HR)は1秒間隔で記録されました。運動後60秒以内の最高値は、VO_2ピーク、VCO_2ピーク、VE_ピーク、心拍率_ピーク、酸素パルスピーク(VO₂ / 心拍_率ピーク)、PETO_2ピーク、PETCO_2ピークと定義されました。嫌気性閾値(AT)は修正されたV斜面アプローチ²⁹によって定義されました。心拍数予備(HRR)は運動段階の_最大心拍数220 - a - 心拍数と定義され、aは年齢、HR _Maxは最大心拍数を表します。

階段登り時の下肢のsEMG信号
電極設置前に、参加者は均一に調達されたAntaスポーツシューズを履き、5回の階段上り試験を実施しました。これらの試験は、手すりを使わず、自己選択した毎日の歩行速度で実施されました。各段差は幅100cm、高さ20cm、深さ30cmに固定されていました。階段の上り下りの速度は、最初の段と最上段の両方に設置された赤外線計時システムによって記録されました。5つの階段交渉試験の平均速度±10%が通常の速度と定義されました。通常の速度から逸脱した公式試験は、その後の解析から除外されました。

対象筋肉の皮膚は削り、細かい研磨紙で軽く擦り、70%アルコールで洗浄することでインピーダンスを減らし、最適な接触を確保します。皮膚準備後、表面筋電極を標的筋腹に置きました。本研究では、2000Hzのサンプリング周波数で構相中の筋肉活動を無線sEMGシステムで測定しました。接着式のプレゲル化Ag/AgCl電極(10mm固定電極間距離)が両側に、脛骨前筋(TA)、腹筋内側頭(MG)、大腿二頭筋(BF)、大腿直直筋(RF)、内側広筋(VM)、外側広筋(VL)に設置されました。 大臀筋(GMAX)および中臀筋(GMED)筋(表 2参照)。参加者は調査対象の各筋肉に対して最大随意等長収縮(MVIC)を行い、振幅正規化テストで使用されました( 表3参照)。参加者は最大限の努力で4〜5秒間テスト動作を行うよう指示されました。各裁判を通じて強い口頭での励ましが行われました。この手順は疲労を防ぐために、試行間に2分の休憩間隔を設けて3回繰り返しました。MVICテスト後、参加者は通常速度での階段の上りと下りの5回の成功した試験を行うよう求められました。姿勢段階でのsEMGデータは、カスタムの8段実験室階段の第3および第4段階で選択されました。

階段作業の姿勢フェーズsEMG信号とMVICはVisual3Dソフトウェアで処理されました。生データはまずバンドパスフィルタリング(20-450Hz)、全波整流、50ms平均二乗平方根(RMS)ウィンドウで平滑化され、最後に6Hzでローパスフィルタされて線形エンベロープが作られました。姿勢相は垂直地面反作用力(>10N閾値)から特定されました。各スタンスフェーズの線形エンベロープは101ポイントに時間正規化され、MVICの最大値に対応する振幅正規化されました。最後に、スタンスフェーズ中の各正規化されたsEMGデータのRMSを筋肉活動の大きさを反映するように計算しました。分析は両グループの被験者のより症状の強い膝に焦点を当てました。両膝の症状が類似した場合、技術優勢の手足のデータを選択しました。

統計解析
すべての統計解析はSPSS Statistics 25.0を用いて実施されました。すべての変数は平均±標準偏差として提示されました。シャピロ・ウィルク検定は、すべての定量変数の正規性を検証するために用いられました。人口統計学、心肺機能パラメータ、RMSにおける2つの独立サンプルの正規分布変数差は、独立標本t検定を用いて評価しました。分布変数の偏った差はKruskal-Wallis検定を用いて評価されました。IPAQスコアとK/L成績差はKruskal-Wallis検定を用いて評価されました。性別の違いを比較するためにカイ二乗検定が用いられました。膝関節関節症とCVDリスク群における心肺機能の異なる強力パラメータ(酸素取り込みピーク(_VO2ピーク)、最大任意換気(MVV)、RMS(大腿二頭筋(BF)))との相関は、スピアマン相関法を用いて検出されました。

結果

参加者の特徴
本研究に含まれる50名のうち、29名は膝のOA群、21名はCVDリスクが高い膝のOA群に属していました。年齢、身長、体重、BMI、性別分布、ウエスト周囲周、ヒップ周回、ウエストとヒップの比率、K/Lグレードにおいて、両グループ間で有意な差はありませんでした。さらに、膝のOA群とCVDリスクが高い膝のOA群は、膝変形性関節症アウトカムスコア(KOOS)スコア³⁰ で有意な差はありませんでした( 表4参照)。

身体活動評価
膝のOA群と比較して、CVDリスク群の膝OAは激しい強度の活動レベルが低い(p = 0.044; 表5参照)。この低レベルの激しい活動は、膝のOAを持ち心血管疾患のリスクのある患者において、日々の身体活動が減少しているという仮説を支持しています。

肺機能検査
膝のOA群と比較して、膝のOAおよび心血管疾患リスク群は最大自発的換気(MVV; p = 0.004; 表6参照)が低かった。このMVVの低下は、膝のOAと心血管疾患リスクが高い患者が肺機能障害を抱える仮説を支持しています。

心肺運動検査
しかし、両群間で心肺機能面では有意な差は認められませんでした( 表6参照)。現在の仮説と矛盾し、膝の変形性関節症患者における心血管リスクの増加は心肺機能の有意な低下とは関連していませんでした。

階段登り時の下肢のsEMG信号
筋肉活性化パラメータに関しては、膝のOA群と比較して、CVDリスク群の膝OAは階段上り(p = 0.013)および下降時(p= 0.001; 表7参照)で体脂肪の活性化がより高かった。BFの活性化増加は、心血管リスクが高い膝の変形性関節症患者における階段登り時の下肢筋の活性化パターン変化という仮説を支持する。さらに、階段上り時のBF RMSはCVDリスク群の膝関節作骨炎(MVV)と有意な相関を示しました(r = −0.452、p = 0.040; 表8参照)。この相関関係は、異常な四肢の筋肉活性化パターンが、膝の変形性関節症および心血管疾患リスクを持つ患者の肺機能低下と関連しているという仮説を支持しています。

膝群と比較して、CVDリスク群の膝骨形作骨炎は激しい活動レベルが有意に低く、MVVも低く、階段登り時の体臭の活性化が強いです。さらに、膝のOAにおけるMVVの低下と体脂肪活性化の増加には、CVDリスク群と負の相関があります。

データの利用可能性:
本研究で生成された生および処理されたデータセットには、敏感な患者情報が含まれており、患者のプライバシー保護のため、未処理の完全な形式で公開されていません。匿名化され処理されたデータは、通信著者からの合理的な要請により利用可能です。すべての申請には福建省第三人民病院倫理委員会の承認が必要です。生データは福建省第三人民病院の安全なサーバーに保管され、公開後最低10年間は維持されます。

図1:全体の実験のフロー図。 略称:K/L = Kellgren / Lawrence、CVD = 心血管疾患、China-PAR = 動脈硬化予測 中国における心血管疾患リスク、OA = 変形性関節症、IPAQ = 国際身体活動質問票、sEMG = 表面筋電図図 この図の拡大版はこちらをクリックしてください。

表1:トレッドミルテスト専用プログラムの修正ブルースプロトコル。この表をダウンロードするには、こちらをクリックしてください。

表2:肌電図の設置。略称:GMAX = 大臀筋、GMED = 臀中筋、BF = 大腿二頭筋、VM = 内側広筋、VL = 外側広筋、RF = 大腿直直筋、TA = 脛骨前筋、MG = 腹筋内側頭、ASIS = 前上棘、PSIS = 後上棘。 この表をダウンロードするには、こちらをクリックしてください。

表3:筋のMVIC検査。 略称:MVIC = 最大随意等長収縮、GMAX = 臀大筋、GMED = 中臀筋、BF = 大腿二頭筋、VM = 内側広筋、VL = 外側広筋、RF = 大腿直筋、TA = 脛骨前、MG = 腓筋内側頭。 この表をダウンロードするには、こちらをクリックしてください。

表4:2つのグループの特徴。 #: 歪んだ分散データ、*: 正規分布データ、および: カテゴリカルデータ。略語:BMI = 体格指数、K/Lグレード = ケルグレン/ローレンスグレード、KOOS = 膝の変形性関節症アウトカムスコア。 この表をダウンロードするには、こちらをクリックしてください。

表5:身体活動はIPAQによって2つのグループで評価されました。 #: 分散データの歪み。 この表をダウンロードするには、こちらをクリックしてください。

表6:両グループの心肺機能。 #: 偏った分散データ、*: 正規分布データ。略称:VC = 肺活量、FVC = 強制肺活量、FEV₁ = 1秒単位の強制呼気量、FEV₁/FVC = 1秒間の強制呼気量/強制肺活量、MVV:最大自発的換気、VO_2peak = 酸素取り込みピーク、RER = 呼吸交換率、VCO_2peak = 二酸化炭素排出量のピーク、VE_ピーク = 微小換気のピーク、HR_ピーク = 心拍数のピーク、 HRR = 心拍数予備、VO₂/HR_ピーク = 酸素脈動ピーク、PETO_2ピーク = 終末酸素の分圧ピーク、PETCO_2peak = 終末二酸化炭素の圧力ピーク、AT = 嫌気閾値。 この表をダウンロードするには、こちらをクリックしてください。

表7:両グループの階段登り時の下肢筋の活性化。 #: 偏った分散データ、*: 正規分布データ。略称:GMAX = 大臀筋、GMED = 中臀筋、RF = 大腿直筋、VL = 外側広筋、VM = 内側広筋、BF = 大腿二頭筋、TA = 脛骨前筋、MG = 腓筋内側頭。 この表をダウンロードするには、こちらをクリックしてください。

表8:BF RMSと心肺機能のピアソン相関係数。略称:BF = 大腿二頭筋、VO_2peak = 酸素取り込みピーク、MVV = 最大随意換気。 この表をダウンロードするには、こちらをクリックしてください。

ディスカッション

これは、膝のOAと心血管疾患リスク増加を有する個人における心肺機能、筋肉活性化およびそれらの関係を調査した初の研究です。仮説に沿い、膝のOAと心血管疾患リスクが高い患者は、最大任意換気(MVV)が有意に低下し、階段上での大腿二頭筋(BF)の活性化が高まり、激しい活動レベルも低いことが観察されました。さらに、本研究ではMVVと階段上り時のBF活性化に負の相関があることが明らかになりました。

CVDリスクが高まるため、膝のOAを持つ人は特に激しい運動を中心に身体活動が制限されます。身体活動の欠如は世界的な死亡率の第^{4リスク要因} であり、OAや^CVDを含む疾患の有病率に有意な影響を与えます。激しい活動、膝のOA、心血管疾患リスクの関係は変動し動的です。以前の研究では、激しい活動は軽度^{の活動よりも}OAに強い利益をもたらすものの、長時間の激しい活動は内側膝軟骨欠損に悪影響を及ぼし痛みを悪化させることがあり、これにより膝のOA患者は激しい身体活動を避ける傾向があることが示されています^。32。33。心血管疾患リスクが高い個人では、身体活動に参加することが心血管疾患のリスクを低減する傾向がありますが、激しい活動は心血管リスクに対して最も大きな利益をもたらします³⁴。しかし、心血管疾患リスクが高い人は、激しい運動が耐えられず心血管イベントにつながる可能性があると心配することが多い³⁵。したがって、CVDリスクが高い膝のOA患者は、膝のOA症状と心血管イベントへの恐怖が組み合わさったため、激しい身体活動を避ける可能性があると提案します。

さらに、この研究では、膝のOAと心血管疾患リスクが高い患者は、単独の膝OAを持つ人に比べてMVVが低いことが示されました。MVVが低いことは、膝のOAを持つ人における呼吸筋持久力の低下とCVDリスクの増加を示します³⁶。MVVの減少は糖尿病や高血圧などの併存症の影響を受け、これらは微小血管合併症を引き起こし、最終的に呼吸筋の持久力に影響を与えることがあります(36,37,38)。本研究では、膝関節症および心血管疾患リスクが高いグループのほとんどの参加者が糖尿病と高血圧を併発しており、これが観察されたMVVの低下に寄与した可能性があります。MVVが低いと、運動中のガス交換の要求を満たすためのより長く長時間の換気を維持する能力が制限され、最終的には中等から激しい^{身体活動の}減少につながり^ます。したがって、膝のOAと心血管疾患リスクの増加を持つ人は、肺機能低下と関連している可能性のある激しい身体活動を避けました。

しかし、この結果は我々の仮説と矛盾しており、膝のOAおよび心血管疾患リスクの増加を持つ人には心肺機能の有意な低下が見られませんでした。従来、VO_2ピークは心肺機能の強力な指標であり、低くなるほど将来の心血管^{疾患リスクのリスク}が高まる傾向と_{関連しています。}本研究では、膝のOAと心血管疾患リスクの増加を持つ患者は、VO_2ピークのわずかな減少のみを示しました。これは、これらの人々の1日の総身体活動量が減少しなかったことが原因かもしれないと推測しています。以前の研究では、中強度の活動と比較して激しい活動がVO_2ピークに優れているとわかっていますが、トレーニングボリュームも^{重要な要素です}。本研究では、膝のOAと心血管疾患リスクの増加を持つ人は激しい運動を避けたが、孤立した膝OAの患者では激しい活動の量は限定的である。さらに、両群間で総活動量に有意な差は認められませんでした。これらの発見は、得られた結果を説明する助けになるかもしれません。

階段の降り難しさや痛みは、しばしば膝の変形性関節症(OA)の最初の兆候であり、下肢の異常な筋肉活性化パターンに起因し、膝^{関節の負荷}が変化することがあります。本研究では、膝のOAと心血管疾患リスクが高い患者は、単独の膝OAを持つ者よりも階段の上り下り時に大腿二頭筋(BF)の活性化がより強かったことが示されました。BFは股関節と膝の両方に解剖学的に繋がっており、その活性化は膝の屈曲や股関節伸展にも関与^{しています。}前述の通り、大腿四頭筋の筋力低下は膝のOAに一般的であり、BFの活性化がこの機能障害を補うために負荷を影響を受けていない股関節に移します(^43,44)。さらに、体温の活性化が増加することで、膝関節の安定化が図られ、圧縮力の生成が増え、脛骨の前方並行が減少^します。しかし、体温活性化の変化は膝荷重の正規分布を乱し、膝のOA⁴³の進行を悪化させる可能性があります。

仮説に沿い、本研究では膝のOAと心血管疾患リスクの増加を持つ個人に対し、体温活性化の増加とMVVの低下に中程度の負の相関が認められました。本研究と同様に、以前の研究では鎌状赤血^球症の患者で末梢筋とMVVが関連していることが示されました。呼吸筋の筋力と体力の低下は、握力の低下と関連しています⁴⁶。本研究では、大腿四頭筋の筋力低下をBFの活性化で補う戦略は、膝のOAおよび心血管疾患リスクを持つ個人において大腿四頭筋の運動失行症を引き起こし、OAを悪化させる可能性があります。重度の大腿四頭筋機能障害は中等度から激しい身体活動に悪影響を及ぼし、呼吸筋機能障害と関連し、最終的にMVVの減少につながる可能性があります^48,49。

仮説をさらに検証するために、いくつかの代替アプローチが用いられます。例えば、画像検査(fMRIやX線)は、膝の筋肉や関節構造の変化を直接可視化し、本研究の行動・生理学的所見を解剖学的に裏付けることができます。さらに、長期的なコホート追跡は、観察された現象の長期的な経過と臨床結果を明らかにし、現在の横断設計で特定された関連性を超えた因果関係を確立するために非常に貴重です。

体脂肪活性化の増加とMVVの低下との負の相関は、階段歩行中の異常な筋活動パターンを特定する非侵襲的手法としてのsEMGの価値を示唆しており、膝変形性関節症(OA)および心血管疾患(CVD)リスク増加の患者の臨床的特徴付けに役立つ可能性があります。

制限
本研究の結果を解釈する際には、いくつかの制限を考慮する必要があります。まず、中国PARを用いて算出される心血管疾患リスクスコアは、糖尿病、高脂血症、高血圧、ウエスト周囲周など複数の要因に影響されます。しかし、この研究はサンプルサイズが小さい症例対照研究であり、統計的バイアスが生じる可能性があります。今後の研究ではサンプル数を拡大し、参加者をリスクレベル(低・中・高)ごとに階層化すべきです。その後の研究には、介入試験、多施設コホート、または観測された関連性を検証するための機構的調査が含まれるべきです。さらに、膝のOAおよび心血管疾患リスクが高いグループの大多数は、心血管疾患の確定診断ではなく心血管疾患リスクのみであったため、所見の一般化可能性を制限する可能性があります。膝のOAおよびCVD患者の生体力学および心肺機能を調査するためにはさらなる研究が必要です。

結論
この研究では、膝のOAおよびCVDリスクを持つ人は、単独の膝のOAを持つ人に比べて心肺機能の低下が比較的小さいことが明らかになりました。しかし、激しい身体活動を避ける傾向があり、肺機能の低下や大腿二頭筋の活性化の増加も示されました。さらに、MVVの減少とBF活性化の上昇との間には負の相関が観察されました。

これらの発見は二つの重要な示唆を示唆しています。第一に、sEMGは階段歩行中の異常な筋肉活性化パターンを検出することで、リスクのある膝のOA患者の臨床的特徴を特徴付ける貴重な非侵襲ツールとして機能します。次に、この集団に合わせた運動介入は、まず膝周りの筋肉バランスの回復に焦点を当て、その後段階的に心肺機能や肺機能を高めるための激しい運動を取り入れるべきです。

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
動的心電解析器	GEヘルスケア	2019001977	リアルタイム監視、再利用可能
肺機能検査システム	ケアフュージョン・ドイツ 234 GmbH	V-919016	リアルタイム監視、再利用可能
トレッドミル	トレッドミルHLP/コスモス	180409	クローラーベルト、速度と傾斜を調整可能です
ワイヤレスバイオフィードバックシステム	デルシス	SP-W02C-1096	ワイヤレス、EMGバイオフィードバック、再利用可能