を0%,2 枚目の初期接地 (IC2) を 100% として歩行周期を算出した. 初期接地 (IC1) は垂直 9) 分力 (Fz) が 20Nを超えた時点, 荷重応答期 (LR) は Fz の第 1ピーク時, および遊脚後期 (Tsw) は IC1 から 10% 前の時点とした 10). 本研究の

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1 歩行における随意的足関節背屈運動が大腿四頭筋の筋活動に及ぼす影響について 畑山将時郎 < 要約 > 本研究の目的は, 歩行の初期接地時に随意的に背屈運動を行わせて前脛骨筋の筋活動を高めることで大腿四頭筋の筋活動が変化するのか, また, もし大腿四頭筋の筋活動が変化すればそれが荷重応答期にも持続するのかを検証することだった. 対象は, 若年健常者 10 名だった. 歩行路の中に床反力計を設置し, 歩行周期を算出した. 表面筋電計により前脛骨筋, 腓腹筋内外側頭, ヒラメ筋, 内外側広筋, 大腿直筋, 大腿二頭筋の筋活動を導出し, 歩行中の初期接地期, 荷重応答期の筋活動量を算出した. 課題は通常歩行と踵接地歩行で, 課題順はランダムで練習を 5 回以上実施した後, 各 5 回施行した. 統計処理には対応のある t 検定を用い 有意水準は 5% 未満とした. 初期接地期と荷重応答期で前脛骨筋は通常歩行に比べて踵接地歩行で有意に増加した. しかし, 大腿四頭筋は両課題間で有意な差は認められなかった. 初期接地期に, 前脛骨筋の筋活動が高まっても大腿四頭筋の筋活動は変化せず, 荷重応答期においても大腿四頭筋の筋活動が変化しないことが持続することが示唆される. Ⅰ. はじめに歩行訓練の際に 踵から着くように歩く という指示がよく用いられる. この指示は, 遊脚期から初期接地時の前脛骨筋の筋活動増大, 遊脚期の足関節背屈の獲得, 踵接地の保証, 立脚期のヒールロッカーの利用という一連の動作を獲得する目的で使われている 1,2). 大腿四頭筋は, レッグプレス時に前脛骨筋の活動を高めさせ, 足関節背屈位で行うと大腿四頭筋の筋活動は増加するという報告がある 3). この説明として ヒトにおける足関節背屈筋求心性線維の活動が脊髄固有ニューロンを介して, 膝関節伸展筋運動神経を興奮させるという報告があるように 4), 前脛骨筋からの興奮が大腿四頭筋に伝わる回路があると示唆される. 歩行時前脛骨筋の活動は, 大腿四頭筋に先行して初期立脚直前に開始する 5). 一方で, 大腿四頭筋は前脛骨筋の活動に次いで初期接地直前に働き, その活動は荷重応答期を通して持続する 6). 故に, 立脚直前に前脛骨筋の活動が高まれば, 初期接地時の大腿四頭筋の活動も高まり, さらに荷重応答期にもその活動は持続する可能性がある. 前脛骨筋から大腿四頭筋を興奮させる回路は, 歩行の初期立脚時に高まる 7). しかしながら, 歩行において, 前脛骨筋の筋活動が持続するに従って, 大腿四頭筋の筋活動は抑制されるという報告もある 8). 従って, 本研究の目的は 1 歩行の初期接地時に, 随意的に背屈運動を行わせて前脛骨筋を高めることで大腿四頭筋の筋活動が変化するのか,2もし大腿四頭筋の筋活動が変化すれば, それが荷重応答期にも持続するのかを検証することだった. Ⅱ. 方法 1. 対象既往歴のない若年健常者 10 名 ( 男性 6 名, 女性 4 名, 年齢 :21.7±0.95 歳, 身長 :168.5± 6.2 cm, 体重 :59.1±6.4 kg ) を対象とした. 2. 実験機器 (1) 床反力計体重で正規化した床反力垂直分力と歩行周期を算出するために用いた. 床反力計 (Kistler 社製 )2 枚を全長 7mの歩行路の端から3m3 0cmの地点に常に右足が乗るように設置した ( 図 1).1 枚目の床反力計の初期接地 (IC1)

2 を0%,2 枚目の初期接地 (IC2) を 100% として歩行周期を算出した. 初期接地 (IC1) は垂直 9) 分力 (Fz) が 20Nを超えた時点, 荷重応答期 (LR) は Fz の第 1ピーク時, および遊脚後期 (Tsw) は IC1 から 10% 前の時点とした 10). 本研究の解析範囲は, 初期接地期 :Tsw~IC1, 荷重応答期 :IC1~LR とした. サンプリング周波数は 1000Hz とした. 側上顆, 右側外果, 左右第 5 中足骨頭, 左右踵骨の計 8 箇所とした. マーカー座標を 200Hz で収集した. 3. 実験内容被験者には, 歩行開始地点より最低 5 歩歩いた状態で1 枚目の床反力計に右足が乗るように練習を行ってもらい, 歩行開始地点は常に同じ場所となるようにした. 実験課題は 通常通り歩いてください という指示の 通常課題, そして 踵から着くように歩いて下さい という 踵接地課題 の 2 課題を設け, 課題順はランダムで各 5 回施行した. 練習は 5 回以上実施した. 図 1: 実験風景 全長 7mの歩行路を設定. 歩行開始地点から3m30cmの地点に1 枚目の床反力計, 板を挟み2 枚目の床反力計を設置. 被験者には常に右足から接地するよう指示した. (2) 筋電計筋活動の計測のため, 表面筋電計 ( マルチテレメータ, 日本光電社製 ) を用いた. 計測は観測肢を右側とし, 前脛骨筋, 腓腹筋内外側頭, ヒラメ筋, 内外側広筋, 大腿直筋, 大腿二頭筋外側頭の計 8 筋で行った. 初期接地期と荷重応答期の積分筋電図 (IEMG) を算出した.IEMG は, 安静時筋活動を引いた後, 最大等尺性収縮 (MVC) で正規化し, さらに持続時間で徐することで単位時間当たりの筋活動量を求めた. (3)3 次元動作解析システム 3 次元動作解析システム (EvaRT4.4,Motion Analysis 社製 ) と赤外線カメラ 6 台 (Hawk-200RT,Motion Analysis 社製 ) を用いて, 反射マーカーから IC1,LR 時点の足関節角度, 膝関節角度と歩行パラメーターとしてストライド速度とストライド長を算出した. 反射マーカー貼付位置は, 右側大転子, 右側大腿骨外 4. 統計解析統計解析ソフト SPSS11.5(SPSS 社製 ) を使用した. 通常課題と踵接地課題の筋活動量, 関節角度, 歩行パラメーターを対応のある t 検定を用いて比較した. 有意水準は 5% 未満とした. Ⅲ. 結果 1. 積分筋電図 (IEMG) 初期接地期における前脛骨筋の IEMG は, 通常課題に比べて踵接地課題で有意に増加した (P<0.01). また, 荷重応答期においても通常課題に比べて踵接地課題で有意に増加した (P<0.01). しかし, 内側広筋, 外側広筋, 大腿直筋に関しては, 両課題で有意な差は認められなかった ( 図 2). 2. 関節角度 IC1 時の足関節角度は, 通常課題と比べて踵接地課題で有意に背屈位となった (P<0.05). しかし,LR 時の足関節角度,IC1 LR 時の膝関節角度は, 両課題で有意な差は認められなかった ( 図 3).

3 図 2: 積分筋電図 初期接地期, 荷重応答期における前脛骨筋, 内外側広筋, 大腿直筋の筋活動量変化を示す. 前脛骨筋は, 通常課題に比べて踵接地課題で有意に増加した. 図 3: 関節角度 IC1,LR 時における足関節, 膝関節角度変化を示す.IC1 時の足関節角度は通常課題に比べて踵接地課題で有意に背屈位となった. 3. 初期接地期および荷重応答期の時間初期接地期の時間は通常課題と比べて踵接地課題で有意に増加した (P<0.05). また, 荷重応答期の時間も通常課題と比べて踵接地課題で有意に増加した (P<0.01)( 図 4). 4. 最大垂直分力 % 体重体重に対する最大垂直分力は, 両課題で有意な差は認められなかった ( 図 5). Ⅳ. 考察 1. 大腿四頭筋への影響について初期接地期, 荷重応答期に前脛骨筋の筋活動

4 が高まっても大腿四頭筋は変化しなかった. これは, 初期接地時, 荷重応答期の膝関節角度が変化しなかったことや体重に対する最大垂直分力が変化しなかったことから, 生体力学的な要因が大腿四頭筋の筋活動に影響を及ぼしていないと考えられる. 2. 大腿四頭筋が変化しなかったことについて歩行において, 前脛骨筋から大腿神経への興奮は, 非相反 Ⅰa 抑制ニューロンを介して抑制され, その抑制は, 活動の持続時間に従って増加するという報告がある 8). 本研究では, 踵接地課題において, 初期接地期, 荷重応答期の時間が通常課題に比べて延長したことから, その期間での前脛骨筋活動時間が延びたと考えられる. 前脛骨筋の筋活動時間が延びたことで, 前脛骨筋から大腿四頭筋を抑制させる回路が働いたと考えられる. しかしながら, 結果として大腿四頭筋の筋活動量が変化しなかったということは, 前脛骨筋から大腿四頭筋を興奮させる回路も働いたと考えられる. Ⅴ. 結語初期接地期に, 前脛骨筋の筋活動が高まっても大腿四頭筋の筋活動は変化しない. 荷重応答期においても大腿四頭筋の筋活動が変化しないことが持続する. 図 4: 初期接地期および荷重応答期の時間 通常課題と踵接地課題における初期接地期, 荷重応答期の持続時間変化を示す. 初期接地期, 荷重応答期の持続時間は通常課題に比べて踵接地課題で有意に増加した. 図 5: 最大垂直分力 % 体重 通常課題と踵接地課題の体重に対する最大垂直分力の変化を示す. 両課題で有意な差は認められなかった. 謝辞本稿を終えるにあたり, ご指導いただきました本学諸先生方, 大学院の先輩方, ならびに快く被験者を引き受けてくださった本学学生の皆様に心より深く感謝申し上げます. 引用文献 1. Kirsten Gotz-Neumann: 観察による歩行分析, 医学書院, 東京, 嶋田智明 : 実践 MOOK 理学療法プラクティス膝 足関節障害, 文光堂, 東京, 河村顕治 : 足関節底背屈運動が下肢閉運動連鎖筋出力に及ぼす影響, 日本臨床バイオメカニクス学会誌,Vol.26, Pierrot-Deseilligny E et al.: The circuitry of the human spinal cord. University Press,Cambridge, Lehmann JF et al.:gait analysis.krusens Handbook of Physical Medicine and

5 Rehabilitation,4 th ed,philadelphia, pp , A. Nene et al:is rectus femoris really a part of quadriceps? Assessment of rectus femoris function during gait in able-bodied adults.gait and Posture, 20,1 13, Marchand-Pauvert V:Suppression of the H reflex in humans by disynaptic autogenetic inhibitory pathways activated by the test volley. J Physiol, 542: , Caroline Iglesias:Corticospinal inhibition of transmission in propriospinal-like neurones during human walking.european Journal of Neuroscience,Vol. 28,pp , A.R. De Asha et al.:a marker based kinematic method of identifying initial contact during gait suitable for use in real-time visual feedback applications. Gait & Posture,36, , 加藤浩 : 術後股関節疾患患者に対する踵接地を意識させた歩行訓練が股関節外転筋活動に及ぼす影響一表面筋電図による積分筋電図及び wavelet 周波数解析一 : 理学療法科学,27(4): ,2012. ( 指導教員 : 浅賀忠義 )

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