ジャンプ動作における動的下肢アライメントと体幹バランスの関連性

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みりあまきい
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1 秋田大学医学部附属病院リハビリテーション科斉藤公男松永俊樹齊藤英知秋田大学大学院医学系研究科医学専攻機能展開医学系整形外科学講座島田洋一宮腰尚久 Akita Sports Arthroscopy Knee Group 今野則和木島泰明冨手貴教佐々木香奈嘉川貴之那波康隆瀬川豊人藤井昌佐藤千恵大内賢太郎杉村祐介赤川学塚本泰朗 Key words: ACL injury( 前十字靱帯損傷 ) drop jump screening test( ドロップジャンプテスト ) trunk stability( 体幹バランス ) はじめに前十字靱帯 ( 以下 ACL) 損傷の多くはスポーツ活動中に発生し長期のスポーツ競技からの離脱を要し変形性膝関節症へ進行するリスクが高まるなど重篤なスポーツ外傷の一つである 1) ACL 損傷は約 70% が非接触型損傷であり他者との明らかな接触がない着地動作やカッティング動作で生じる 2) 近年スポーツ外傷の予防が重要視されるようになり非接触型 ACL 損傷リスクのスクリーニングテストによる検討が広く行われ予防プログラムについても少なからず報告されてきている 7, 14, 15) ACL 損傷の有意な予測因子として膝関節最大外反角度および最大外反モーメントが報告されている 7) Noyes らは動的下肢アライメントの評価を用いた drop jump screening test として報告し ACL 損傷リスクの評価の一つとして用いられている 15) ACL 損傷のリスク因子として着地動作に関連するものの他に前額面における体幹偏位や体幹固有覚の低下体幹バランス能力も挙げられている 1, 8, 21, 22) 体幹バランス能力の評価はさまざまな方法で行われているが定性的なものが多く定量的な評価はほとんど行われていないわれわれは以前より独自に開発した動的座位バランス計測装置での体幹バランスの定量的評価を行っておりその有用性について報告してきた 18, 19) 本研究の目的は ACL 損傷リスク評価である drop jump screening test と体幹バランス能力との関連性について検討することである

対象と方法中学生スポーツ強化指定選手の 26 名 ( 男性 13 名女性 13 名 ) 平均年齢 13.4 歳を対象とした男性は平均年齢 13.8 歳平均身長 172.3 cm 平均体重 64.6 kg 女性は平均年齢 13.3 歳平均身長 158.6 cm 平均体重 47.

75 m 高さ 1 m の位置に設置したデジタルビデオカメラ (HDR-CX590V; ソニー株式会社東京 ) で正面像を撮影した画像解析は垂直跳びが最大であった回の膝関節最大屈曲時の画像を取り込み画像処理ソフト (Adobe Photoshop CS6; 表 1 被験者の概要男性女性 p 値年齢 13.8 ± 0.7 13.3 ± 0.9 0.204 身長 (cm) 172.3 ± 9.

2 対象と方法中学生スポーツ強化指定選手の 26 名 ( 男性 13 名女性 13 名 ) 平均年齢 13.4 歳を対象とした男性は平均年齢 13.8 歳平均身長 cm 平均体重 64.6 kg 女性は平均年齢 13.3 歳平均身長 cm 平均体重 47.3 kg であった ( 表 1) Drop jump screening test では対象者の両大転子両膝蓋骨中央にφ 20 mm の反射マーカーを貼付し高さ 30 cm の台から着地後直ちに最大垂直跳びを行うことを動作課題とした Drop jump screening test を行う際には上下肢体幹の肢位に関する特別な指導は行わず動作課題は 3 回施行し台から 3.75 m 高さ 1 m の位置に設置したデジタルビデオカメラ (HDR-CX590V; ソニー株式会社東京 ) で正面像を撮影した画像解析は垂直跳びが最大であった回の膝関節最大屈曲時の画像を取り込み画像処理ソフト (Adobe Photoshop CS6; 表 1 被験者の概要男性女性 p 値年齢 13.8 ± ± 身長 (cm) ± ± 体重 (kg) 64.6 ± ± 4.8 < Adobe Systems Inc. 米国カリフォルニア州 San Jose) を用いて両膝股関節 ( 大転子部 ) に貼付したマーカー間の距離を計測した両膝関節間距離を両股関節間距離で除した値 ( 正規化膝関節間距離比 ) を動的下肢アライメントの指標とした体幹バランス能力は当科と秋田大学工学部が共同で開発した座位バランス計測装置を用いて評価した座位バランス測定装置の外観を図 1に示す本装置は台座となるコントロールユニット座面反力 ( 重心動揺 ) を検出する計測装置座面の側方傾斜角を制御する外乱刺激装置で構成される ( 図 2) 座面反力の計測には座面下 3 カ所に配置した 3 軸力学センサを用い各点のセンサ出力から座面の圧力と圧力中心点 (center of pressure : COP) を算出する座面への外乱刺激には交流モータを用い最大角度 ± 7 度最大周波数 0.5 Hz での側方傾斜運動を行うことが可能である被験者は計測装置上で下肢を床面から完全に離した状態で座位をとり上肢の影響を除するため両上肢は胸部前面で腕組みとした検者は被験者に対し視線を固定し頭部の位置を一定に保持するよう指示を与えた後プラットフォームの側方傾斜運動を開始し 30 秒間での座面の COP 軌跡を経図 1 座位バランス計測装置 a b c 図 2 座位バランス計測装置 ( 分解状態 ) a: 台座及びコントロールユニット b: 外乱刺激用モータユニット c: 反力を検出可能な座面

3 時的に計測した計測は 2 回行い COP の総軌跡長の平均値を評価項目とした男女差の検定は Mann-Whitney U test 動的下肢アライメントと体幹バランスの関連は Spearman の順位相関係数を用いて検討した解析には SPSS Statistics 22 for mac(ibm corp. 米国ニューヨーク州 Armonk) を用い有意水準は 5% 未満とした結果 Drop jump screening test での正規化膝関節間距離比は男性が平均 0.57 女性が平均 0.38 であり男性が女性に比べ有意に大きかった (p=0.002; 表 2) 体幹バランスの評価項目である総軌跡長は男性が平均 mm 女性が平均 mm で男性が女性よりも有意に小さかった (p = 0.044; 表 2) 正規化膝関節間距離比と総軌跡長との間で男性では順位相関係数 r = (p = 0.15) 女性では r = 0.083(p = 0.789) であり男女ともに両変数間に有意な相関を認めなかった ( 図 3 4) 考察 ACL 損傷受傷時の特徴的なメカニズムとして膝外反や下腿内旋が報告されている 4, 9, 16) 膝関節外反負荷は ACL への力学的負荷を増大させるため 5) ジャンプ着地時の過度な膝外反アライメントは ACL 損傷リスク評価として有用であると考えられている 7) ACL 損傷は男性と比較して女性で多く発生することが報告されている 11, 12, 13) Zazulak らは女性アスリートにおいて体幹安定性が ACL 損傷の予測因子となると報告しており 22) ACL 損傷リスク評価は下肢アライメントのみならず体幹バランス能力の評価も同様に重要であることが示唆される本研究では drop jump screening test でジャンプ着地動作時に女性が男性よりも有意に膝外反アライメントを呈しておりこれは過去の報告と一致していた 15, 20) しかし drop jump 表 2 正規化膝関節間距離比と COP 総軌跡長の男女比較男性女性 p 値正規化膝関節間距離比 0.57 ± ± COP 総軌跡長 (mm) ± ± 図 3 男性群での正規化膝関節間距離と体幹バランス総軌跡長の散布図図 4 女性群での正規化膝関節間距離と体幹バランス総軌跡長の散布図

4 screening test は二次元で前額面のみの評価であることから下肢外反アライメントにおける股関節内旋の影響を評価できていないさらに近年 drop jump screening test 自体 ACL 損傷リスク評価としては不十分とする報告もあり 10) ビデオカメラによる前額面と矢状面の二方向での評価や 17) 光学マーカーを用いた 3 次元動作解析を行い着地動作時のキネマティクスで評価する報告も散見されてきている 3, 6) 座位バランス計測装置を用いた体幹バランス能力に関しても女性が男性に比べ有意に不安定であり ACL 損傷などの膝外傷リスク評価として使用できる可能性が示唆された本研究では男女ともに drop jump screening test と体幹バランス能力との結果に有意な相関は認めなかったが男性群でそれらは相関する傾向を認めており ( 図 3) 更なる検討を要すると考えられた本研究の問題点としてサンプルサイズが小さいことが挙げられ結果に影響を及ぼしている可能性がある今後は複数のビデオカメラでの撮影や動作解析装置を用いた下肢及び体幹のキネマティクスと体幹バランス能力との関連および ACL 損傷などの膝外傷の発生頻度についてサンプルサイズを増やし前向きに検証する必要があると考えるまとめ 1. 中学生スポーツ強化指定選手に対し ACL 損傷リスク評価として drop jump screening test と体幹バランス能力測定を行った 2.Drop jump screening test と体幹バランス能力ともに有意な男女差を認めた 3. ジャンプ動作における下肢アライメントの指標である正規化膝関節間距離比と体幹バランスの評価である動的座位バランスの総軌跡長との相関は認めなかった文献 1)Alentorn-Geli E et al:prevention of noncontact anterior cruciate ligament injuries in soccer players. Part 1: Mechanisms of injury and underlying risk factors.knee Surg Sports Traumatol Arthrosc 2009;17: )Boden BP et al:mechanisms of anterior cruciate ligament injury.orthopedics 2000; 23: ) Dai B et al:the effects of 2 landing techniques on knee kinematics, kinetics, and performance during stop-jump and sidecutting tasks.am J Sports Med 2015;43: )Ford KR et al:valgus knee motion during landing in high school female and male basketball players.med Sci Sports Exerc 2003;35: )Fukuda Y et al:a quantitative analysis of valgus torque on the ACL: a human cadaveric study. J Orthop Res 2003; 21: )Herman DC et al:drop-jump landing varies with baseline neurocognition: Implications for anterior cruciate ligament injury risk and prevention.am J Sports Med 2016;44: )Hewett TE et al:biomechanical measures of neuromuscular control and valgus loading of the knee predict anterior cruciate ligament injury risk in female athletes: a prospective study.am J Sports Med 2005;33: )Jamison ST et al:the effects of core muscle activation on dynamic trunk position and knee abduction moments: implications for ACL injury.j Biomech 2013;46:

5 ) 古賀英之ほか : 膝スポーツ外傷 update 膝前十字靱帯損傷の受傷メカニズム. 関節外科 2015;34: )Krosshaug T et al:the vertical drop jump is a poor screening test for ACL injuries in female elite soccer and handball players: A prospective cohort study of 710 athletes.am J Sports Med 2016;44: ) Micheli LJ et al : Anterior cruciate ligament reconstructive surgery in adolescent soccer and basketball players.clin J Sport Med 1999;9: )Mihata LC et al:comparing the incidence of anterior cruciate ligament injury in collegiate lacrosse, soccer, and basketball players: implications for anterior cruciate ligament mechanism and prevention.am J Sports Med 2006;34: )Mountcastle SB et al:gender differences in anterior cruciate ligament injury vary with activity: epidemiology of anterior cruciate ligament injuries in a young, athletic population.am J Sports Med 2007;35: )Myer GD et al:rationale and clinical techniques for anterior cruciate ligament injury prevention among female athletes.j Athl Train 2004;39: )Noyes FR et al:the drop-jump screening test: difference in lower limb control by gender and effect of neuromuscular training in female athletes.am J Sports Med 2005; 33: )Olsen OE et al:injury mechanisms for anterior cruciate ligament injuries in team handball: a systematic video analysis.am J Sports Med 2004;32: )Padua DA et al:the landing error scoring system as a screening tool for an anterior cruciate ligament injury-prevention program in elite-youth soccer athletes.j Athl Train 2015;50: )Saito K et al:evaluation of trunk stability in the sitting position using a new device. Biomed Res 2014;35: ) Saito K et al:eldecalcitol improves muscle strength and dynamic balance in postmenopausal women with osteoporosis: an open-label randomized controlled study.j Bone Miner Metab 2016;34: ) 佐々木静ほか : 思春期における着地動作中の動的下肢アライメントの経時的変化. 臨床バイオメカニクス 2013;34: ) Zazulak BT et al: Deficits in neuromuscular control of the trunk predict knee injury risk: a prospective biomechanicalepidemiologic study.am J Sports Med 2007;35: )Zazulak BT et al:the effects of core proprioception on knee injury: a prospective biomechanical-epidemiological study.am J Sports Med 2007;35:

い膝関節間距離が変化することから, 膝足比率と同等の意味を有し, 片脚で計測可能な指標であるため, 3D 膝外反角度および 3D 膝外反モーメントを検出するために有用な二次元的指標の一つになるのではないかと考える. 本研究の目的は,DVJ における 3D 膝外反角度および 3D 膝外反モーメ

い膝関節間距離が変化することから, 膝足比率と同等の意味を有し, 片脚で計測可能な指標であるため, 3D 膝外反角度および 3D 膝外反モーメントを検出するために有用な二次元的指標の一つになるのではないかと考える. 本研究の目的は,DVJ における 3D 膝外反角度および 3D 膝外反モーメデジタルビデオカメラを用いた二次元的指標による膝前十字靱帯損傷リスクの検討馬場周 < 要約 > 女性の drop vertical jump(dvj) 中の膝外反角度およびモーメントの増加は膝前十字靱帯損傷リスクとされている. 二次元的指標の一つである膝関節足関節距離比率 ( 膝足比率 ) は, 三次元動作解析による (3D) 膝外反角度およびモーメントとの間に相関関係があるとされているが, 片脚ごとの計測はできない.