学 位 論 文 着 地 動 作 時 の 膝 関 節 外 反 角 度 およびモーメントに 影 響 する 要 因 の 検 討 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 予 防 の 観 点 から 石 田 知 也 北 海 道 大 学 大 学 院 保 健 科 学 院 保 健 科 学 専 攻 保 健 科 学 コース 20

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1 Title 着 地 動 作 時 の 膝 関 節 外 反 角 度 およびモーメントに 影 響 す る 要 因 の 検 討 : 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 予 防 の 観 点 から Author(s) 石 田, 知 也 Citation Issue Date DOI Doc URLhttp://hdl.handle.net/2115/58650 Right Type theses (doctoral) Additional Information File Information Tomoya_Ishida.pdf Instructions for use Hokkaido University Collection of Scholarly and

2 学 位 論 文 着 地 動 作 時 の 膝 関 節 外 反 角 度 およびモーメントに 影 響 する 要 因 の 検 討 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 予 防 の 観 点 から 石 田 知 也 北 海 道 大 学 大 学 院 保 健 科 学 院 保 健 科 学 専 攻 保 健 科 学 コース 2014 年 度

3 目 次 要 約 1 1. 諸 言 膝 関 節 の 構 造 と 膝 関 節 靱 帯 膝 関 節 の 構 造 膝 前 十 字 靱 帯 機 能 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 の 疫 学, 病 態, 社 会 的 問 題 疫 学 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 の 病 態 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 による 社 会 的 損 失, 経 済 的 損 失 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 メカニズム 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 場 面 ビデオ 解 析 からの 損 傷 メカニズムの 推 察 骨 挫 傷 発 生 部 位 からの 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 メカニズムの 推 察 屍 体 膝 を 用 いたバイオメカニクス 研 究 や モデルシミュレーションからの ACL 損 傷 メカニズムの 推 察 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 危 険 因 子 環 境 因 子 解 剖 学 的 因 子 ホルモン 因 子 神 経 筋 および 生 体 力 学 的 因 子 論 文 目 的 着 地 動 作 時 の 足 部 方 向 の 変 化 が 膝 関 節 kinematics および kinetics に 与 える 影 響 諸 言 方 法 対 象 実 験 手 順 およびデータ 収 集 データ 解 析 統 計 学 的 解 析 結 果 考 察 結 論...23

4 3. 着 地 後 に 続 くジャンプ 動 作 が 着 地 動 作 時 の 膝 関 節 kinematics および kinetics に 与 える 影 響 諸 言 方 法 対 象 実 験 手 順 およびデータ 収 集 データ 解 析 統 計 学 的 解 析 結 果 考 察 結 論 着 地 動 作 における 股 関 節 回 旋 運 動 と 膝 関 節 外 反 運 動 および 脛 骨 回 旋 運 動 の 関 係 諸 言 方 法 対 象 実 験 手 順 およびデータ 収 集 データ 解 析 統 計 学 的 解 析 結 果 考 察 結 論 総 括 論 議 結 論 謝 辞 引 用 文 献 業 績 一 覧 72

5 要 約 1. 諸 言 膝 前 十 字 靱 帯 (Anterior cruciate ligament: ACL) 損 傷 は 膝 関 節 のスポーツ 外 傷 の 中 で 最 も 重 篤 で, 発 生 頻 度 が 高 い 外 傷 である.ACL 損 傷 後 には, 膝 関 節 不 安 定 性 による 膝 崩 れ が 生 じ,スポーツ 活 動 中 だけではなく 日 常 生 活 レベルでも 機 能 制 限 が 生 じるとされ, 関 節 不 安 定 性 の 回 復 のために ACL 再 建 術 が 広 く 行 われている.しかし, 高 い 治 療 コスト, 治 療 に 際 して 半 年 から 1 年 間 の 競 技 活 動 からの 離 脱, 再 建 術 の 有 無 に 関 わらずスポーツ 復 帰 後 の 競 技 レベルが 低 下 することや 変 形 性 関 節 症 リスクが 増 加 することなど,ACL 損 傷 に 関 連 する 経 済 的, 社 会 的 問 題 は 大 きい.また,ACL 損 傷 の 特 徴 として, 多 くが 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 などで 生 じる 非 接 触 型 損 傷 であること, 発 生 頻 度 が 男 性 に 比 べて 女 性 で 有 意 に 高 いことが 知 られている. 以 上 の 様 な 背 景 より,ACL 損 傷 予 防, 特 に 女 性 の ACL 損 傷 予 防 はスポーツ 医 学 領 域 において 国 際 的 な 重 要 課 題 の 一 つ であると 考 えられている. ACL 損 傷 予 防 を 考 える 上 で,ACL 損 傷 メカニズムの 理 解 は 重 要 である.ACL 損 傷 メカ ニズムはまだ 完 全 には 解 明 されていないが, 受 傷 場 面 のビデオ 解 析 や,ACL 損 傷 後 に 観 察 される 骨 挫 傷 の 位 置, 基 礎 バイオメカニクス 研 究 やモデルシミュレーション 研 究 など 多 く の 観 点 から 膝 関 節 外 反 が 重 要 な 損 傷 メカニズムの 一 つとして 提 唱 されている.また, 女 性 アスリートを 対 象 とした 前 向 き 調 査 では, 三 次 元 動 作 解 析 により 算 出 した 着 地 動 作 時 の 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントが ACL 損 傷 の 予 測 因 子 であったことが 報 告 されてい る.この 様 に, 着 地 動 作 時 の 膝 関 節 外 反 角 度 や 外 反 モーメントの 増 加 は ACL 損 傷 のリス クの 一 つとして 考 えられているが, 着 地 動 作 時 の 膝 関 節 外 反 角 度 や 外 反 モーメントに 影 響 する 要 因 については 十 分 に 明 らかとなっていない.したがって, 本 論 文 の 目 的 は 着 地 動 作 時 の 膝 関 節 外 反 角 度 や 外 反 モーメントに 影 響 する 要 因 を 以 下 の 3 つの 観 点 で 検 討 すること とした: 1) 着 地 動 作 時 の 足 部 方 向 の 変 化 による 影 響,2) 着 地 動 作 に 続 くジャンプ 動 作 の 影 響,3) 股 関 節 回 旋 運 動 との 関 連. 2. 着 地 動 作 時 の 足 部 方 向 の 変 化 が 膝 関 節 kinematics および kinetics に 与 える 影 響 健 常 女 性 14 名 を 対 象 とした. 三 次 元 動 作 解 析 装 置 と 床 反 力 計 を 用 いて, 以 下 の 3 条 件 の 着 地 動 作 を 記 録 した: 1) 足 部 方 向 に 関 する 指 示 を 与 えない natural landing,2) 着 地 動 作 時 に 足 部 方 向 を 内 側 へ 向 けるよう 指 示 した toe-in landing,3) 着 地 動 作 時 に 足 部 方 向 を 外 側 へ 向 けるよう 指 示 した toe-out landing. 各 条 件 における 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モ ーメントを 一 元 配 置 反 復 測 定 分 散 分 析 にて 比 較 した.Toe-in landing では, 他 の 2 条 件 に 比 して 有 意 に 大 きな 最 大 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントを 呈 した. 一 方 で,toe-out landing における 最 大 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントは 他 の 2 条 件 に 比 して 有 意 に 低 値 であった. 1

6 3. 着 地 後 に 続 くジャンプ 動 作 が 着 地 動 作 時 の 膝 関 節 kinematics および kinetics に 与 える 影 響 健 常 女 性 21 名, 男 性 21 名 を 対 象 とした. 三 次 元 動 作 解 析 装 置 と 床 反 力 計 を 用 いて, 以 下 の 3 つの 動 作 課 題 を 無 作 為 の 順 序 にて 記 録 した: 1)30cm 台 から 着 地 後, 直 ちに 最 大 垂 直 跳 びを 行 う drop vertical jump(dvj),2)30cm 台 からの 単 純 な 着 地 動 作 である drop landing(dl),3) 静 止 立 位 より 最 大 垂 直 跳 びを 行 うジャンプ 踏 み 切 り 動 作.3 つの 動 作 課 題 における 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントを 二 元 配 置 分 散 分 析 にて 比 較 した. 女 性 では, 着 地 後 50ms における 膝 関 節 外 反 角 度, 着 地 動 作 における 最 大 膝 関 節 外 反 角 度 が, DL に 比 し DVJ で 有 意 に 高 値 であった. 一 方 で, 男 性 は 課 題 間 に 膝 関 節 外 反 角 度 の 差 を 認 めなかった.また,2 つの 着 地 動 作 課 題 だけではなく, 外 力 が 加 わらないジャンプ 踏 み 切 り 動 作 においても 女 性 は 男 性 と 比 較 して 有 意 に 大 きな 膝 関 節 外 反 角 度 を 示 した. 膝 関 節 外 反 モーメントに 課 題 間 の 差 および 性 差 は 認 めなかった. 4. 着 地 動 作 における 股 関 節 回 旋 運 動 と 膝 関 節 外 反 運 動 および 脛 骨 回 旋 運 動 の 関 係 健 常 女 性 52 名 を 対 象 とした. 三 次 元 動 作 解 析 装 置 と 床 反 力 計 を 用 いて, 着 地 動 作 を 記 録 した. 以 下 の 2 つの 区 間 における 股 関 節 内 旋 角 度 変 化 量 と 膝 関 節 外 反 角 度 変 化 量 の 関 係 を Pearson の 積 率 相 関 係 数 を 用 いて 検 討 した:1) 初 期 接 地 後 50ms 間,2) 初 期 接 地 時 か ら 膝 関 節 最 大 屈 曲 時 までの 間.また, 膝 関 節 最 大 屈 曲 時 の 股 関 節 内 旋 角 度 を 基 準 に 対 象 を 3 群 に 分 け, 上 位 群 と 下 位 群 の 膝 関 節 外 反 角 度 を t-testを 用 いて 比 較 した. 初 期 接 地 後 50ms 間 および 初 期 接 地 時 から 膝 関 節 最 大 屈 曲 時 までの 股 関 節 内 旋 角 度 変 化 量 と 膝 関 節 外 反 角 度 変 化 量 の 間 には 有 意 な 負 の 相 関 関 係 を 認 めた.また, 相 対 的 股 関 節 内 旋 群 は 相 対 的 股 関 節 外 旋 群 に 比 して, 膝 関 節 最 大 屈 曲 時 の 膝 関 節 外 反 角 度 が 有 意 に 低 値 であった. 5. 考 察 および 結 論 着 地 動 作 時 の 足 部 方 向 は 着 地 動 作 時 の 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントに 有 意 に 影 響 を 与 え,toe-in landing では 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントが 有 意 に 増 加 した. この 結 果 より,ACL 損 傷 予 防 において,toe-in landing は 避 けるべきであると 考 えられた. 着 地 後 に 続 くジャンプ 動 作 は, 女 性 の 膝 関 節 外 反 角 度 を 有 意 に 増 加 させた.また, 女 性 は 外 力 が 加 わらないジャンプ 踏 み 切 り 動 作 においても 男 性 と 比 較 して 有 意 に 大 きな 膝 関 節 外 反 角 度 を 呈 していた.これらの 結 果 は 女 性 の ACL 損 傷 リスクが 高 いことの 一 部 を 説 明 す るかもしれない.ACL 損 傷 予 防 においては, 単 純 な 着 地 動 作 だけではなく, 連 続 ジャンプ など 着 地 後 にジャンプ 動 作 が 続 く 課 題 への 介 入 が 重 要 であると 考 えられる. 着 地 動 作 時 の 股 関 節 内 旋 角 度 変 化 量 は, 膝 関 節 外 反 角 度 変 化 量 と 有 意 な 負 の 相 関 関 係 にあり, 股 関 節 内 旋 角 度 の 増 加 と 膝 関 節 外 反 角 度 の 減 少 という 関 連 が 認 められた. 今 後 は 股 関 節 外 旋 筋 の 遠 心 性 機 能 や, 股 関 節 回 旋 可 動 域 との 関 連 も 明 らかにすることによって,ACL 損 傷 予 防 の 発 展 に 繋 がるだろう. 本 論 文 で 得 られた 所 見 は,ACL 損 傷 予 防 において, 着 地 動 作 時 の 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントの 減 少 を 目 的 とした 介 入 を 考 える 上 で 重 要 な 所 見 である. 今 後 も, 着 地 動 作 時 やカッティング 動 作 時 の 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントに 影 響 する 要 因 につい て 検 討 を 重 ねていくことが ACL 損 傷 予 防 の 発 展 に 繋 がるだろう. 2

7 1. 諸 言 膝 関 節 の 構 造 と 膝 関 節 靱 帯 膝 関 節 の 構 造 膝 関 節 は 大 腿 骨 と 脛 骨 からなる 脛 骨 大 腿 関 節 と, 膝 蓋 骨 と 大 腿 骨 からなる 膝 蓋 大 腿 関 節 の 二 つの 関 節 から 構 成 され, 狭 義 には 膝 関 節 とは 脛 骨 大 腿 関 節 を 指 す. 本 論 文 では, 脛 骨 大 腿 関 節 の 靱 帯 である 前 十 字 靱 帯 (Anterior cruciate ligament: ACL) 損 傷 予 防 に 関 して 論 ずるため, 以 下 では 脛 骨 大 腿 関 節 を 膝 関 節 として 述 べていく. 関 節 の 安 定 性 は 主 に 筋 腱 ユニットからなる 動 的 支 持 機 構 と, 関 節 を 成 す 骨 の 適 合 性, 靱 帯 や 関 節 包 からなる 静 的 支 持 機 構 により 得 られる 180). 膝 関 節 は, 股 関 節 や 足 関 節 ( 距 腿 関 節 )と 比 較 すると, 骨 形 状 による 安 定 性 は 乏 しく, 靱 帯 や 関 節 包, 半 月 板 からなる 静 的 支 持 機 構 がその 安 定 性 に 重 要 な 役 割 を 果 たす 180). 膝 の 靱 帯 には 主 に, 内 側 側 副 靱 帯 (Medial collateral ligament: MCL), 外 側 側 副 靱 帯,ACL, 後 十 字 靱 帯, 後 斜 靭 帯, 弓 状 靱 帯 膝 窩 筋 腱 複 合 体 があり, 各 々が 膝 関 節 の 安 定 性 に 関 して 重 要 な 機 能 を 果 たしている 180). 膝 関 節 のスポーツ 外 傷 は 足 関 節 に 次 いで 2 番 目 に 多 いとされ 62, 96),3 週 間 以 上 のスポー ツ 活 動 休 止 や 手 術 を 要 する 重 篤 なスポーツ 外 傷 の 中 で 膝 関 節 外 傷 は 最 も 多 いとされる 43, 203).ACL 損 傷 は 膝 のスポーツ 外 傷 の 中 でも 最 も 重 篤 で, 発 生 頻 度 が 高 い 外 傷 である 127, 144, 203) 膝 前 十 字 靱 帯 機 能 ACL は 大 腿 骨 顆 間 窩 外 側 壁 より 起 始 し, 脛 骨 前 顆 間 区 に 停 止 する 79, 148, 193, 194).ACL は 大 きく 2 つの 線 維 束 に 分 けられ, 前 内 側 線 維 束 (Anteromedial bundle: AMB), 後 外 側 線 維 束 (Posterolateral bundle: PLB)の 2 つの 線 維 が 捻 じれて 走 行 している 148, 193, 194).ACL の 最 も 重 要 な 機 能 として, 大 腿 骨 に 対 する 脛 骨 の 前 方 並 進 運 動 の 制 御 が 知 られており, ACL は 大 腿 骨 に 対 する 脛 骨 の 前 方 剪 断 力 に 抗 する 力 の 内 85%を 担 っているとされている 30).ACL の 2 つの 線 維 束 は 力 学 的 機 能 分 担 があることが 報 告 されている 13, 68, 111, 184).AMB は 伸 展 位 で 最 も 伸 長 され, 膝 関 節 の 屈 曲 とともに 短 縮 するが, 屈 曲 90 以 降 で 再 び 伸 長 さ れる 13, 111). 一 方 で,PLB は 伸 展 位 で 最 も 伸 長 され, 膝 関 節 の 屈 曲 とともに 短 縮 すること が 報 告 されている 13, 111).また,ACL の 脛 骨 前 方 並 進 移 動 制 御 機 能 に 関 して,AMB と PLB は 機 能 分 担 をしていることが 報 告 されており, 相 対 的 に AMB は 膝 関 節 屈 曲 位 で,PLB は 膝 関 節 伸 展 位 で 脛 骨 の 前 方 並 進 移 動 を 制 御 するとされている 68, 184). 屍 体 膝 を 用 いた 基 礎 生 体 力 学 研 究 では,ACL は 脛 骨 前 方 並 進 移 動 だけではなく, 膝 関 節 外 反 や 脛 骨 内 旋 によっ ても 張 力 が 高 まることが 示 されており,これらの 運 動 に 対 する 制 御 にも 関 与 していると 考 えられている 131, 132, 136, 145). 3

8 1. 2. 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 の 疫 学, 病 態, 社 会 的 問 題 疫 学 ACL 損 傷 は 米 国 では, 一 般 人 口 において 約 3,000 人 に 1 件 発 生 し 144), 年 間 では 12 万 件 以 上 発 生 すると 推 定 されている 106).ACL 損 傷 は 主 にスポーツ 活 動 中 に 発 生 するとされ 169, 171), 国 内, 国 外 ともにサッカーやバスケットボール 等 のコートスポーツやスキーでの 受 傷 が 多 いと 報 告 されている 92, 107, 226).また,ACL 損 傷 は 10 代 より 発 生 し,10 代 後 半 から 30 代 での 損 傷 者,ACL 再 建 術 施 行 患 者 数 が 最 も 多 いとされる 71, 127, 144, 187). スポーツ 活 動 中 の ACL 損 傷 は, 大 きく 接 触 型 損 傷 と 非 接 触 型 損 傷 に 分 類 される. 接 触 型 損 傷 とは 膝 への 直 接 外 力 ( 他 者 からのタックル 等 )による 損 傷 であり, 非 接 触 型 損 傷 と は 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 などで 生 じる 損 傷 である. ACL 損 傷 は 格 闘 技 やラグビー,アメリカンフットボールの 様 なコンタクトスポーツを 除 き, 大 多 数 が 非 接 触 型 損 傷 であるとされている 2, 12, 26, 29, 39, 58, 59, 107, 110, 158, 159, 226). 非 接 触 型 損 傷 が 多 いという 事 実 は,ACL 損 傷 に 予 防 の 余 地 があることを 示 している.また,ACL 損 傷 の 特 徴 として, 単 位 スポーツ 時 間 ( 例, 1,000 athlete-hours)もしくは 単 位 スポーツ 暴 露 数 ( 例, 1,000 athlete-exposures)あたりの ACL 損 傷 発 生 率 は, 女 性 が 男 性 と 比 較 して 高 いことが 報 告 されており 2, 12, 25, 140, 142, 158),ACL 損 傷 発 生 率 の 性 差 は 思 春 期 を 通 して 明 らかになってくることが 示 唆 されている 187). 特 に, 女 性 では 非 接 触 型 ACL 損 傷 率 が 高 い ことが 知 られており 2, 12), 女 性 スポーツ 選 手 の ACL 損 傷 予 防 は 重 要 であると 考 えられて いる 88, 181) 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 の 病 態 ACL 損 傷 の 症 状 として, 一 般 的 に 疼 痛, 腫 脹, 膝 関 節 不 安 定 性 による 膝 崩 れ(giving way) が 挙 げられ,スポーツ 活 動 中 だけではなく 日 常 生 活 レベルでも 機 能 的 制 限 が 生 じるとされ ている 28, 155). 保 存 療 法 によるスポーツ 復 帰 を 検 討 した 報 告 では,ローアクティビティー なスポーツ(ジョギングやゴルフ)の 復 帰 率 は 高 い 一 方 で,ハイアクティビティーなスポ ーツ(バスケットボールやサッカー)への 復 帰 率 は 低 いことが 報 告 されている 28, 73).また, ACL 損 傷 後 には 半 月 板 損 傷 や 軟 骨 損 傷, 変 形 性 関 節 症 変 化 のリスクが 増 加 することが 報 告 されている 4, 201, 205, 223).ACL 損 傷 者 は 歩 行 中 に 健 常 者 とは 異 なる 異 常 な 膝 kinematics が 観 察 されており 9, 38, 66, 186),この 異 常 な 膝 kinematics は 軟 骨 損 傷 や 変 形 性 関 節 症 変 化 を 惹 起 すると 考 えられている 36).そのため,ACL 損 傷 によって 生 じた 関 節 不 安 定 性 の 回 復 を 目 的 として,ACL 再 建 術 が 広 く 行 われている 71, 72, 128, 133). 術 式 により 術 後 成 績 に 差 異 が あることは 報 告 されているが,ACL 再 建 術 後 には 膝 関 節 安 定 性 や 膝 関 節 機 能 スコアに 関 し て 良 好 な 結 果 が 得 られている 121, 182).しかし,ACL 再 建 術 施 行 患 者 と 保 存 療 法 実 施 患 者 の 治 療 成 績 を 比 較 した systematic review では, 保 存 療 法 群 で 半 月 板 処 置 や, 後 に ACL 再 建 術 が 必 要 となる 場 合 が 多 いこと, 変 形 性 関 節 症 変 化 のリスクが 高 いものの, 両 群 間 にスポ ーツ 復 帰 率 や 膝 機 能 スコアに 有 意 な 差 を 認 められなかったとも 報 告 されている 32, 200).ま た,ACL 再 建 術 後 も 健 常 者 とは 異 なった 膝 kinematics が 観 察 されることや 69, 213),ACL 4

9 再 建 術 を 施 行 しても 変 形 性 関 節 症 変 化 のリスクが 高 いことが 報 告 されており 4),ACL 損 傷 予 防 の 重 要 性 が 国 際 的 に 認 識 されている 72) 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 による 社 会 的 損 失, 経 済 的 損 失 ACL 損 傷 により 仕 事, 学 業,スポーツ 活 動 等 からの 離 脱 を 余 儀 なくされ, 社 会 的 損 失 が 生 じる. 大 学 生 を 対 象 とした 報 告 では,ACL 損 傷 者 は 授 業 やテストの 欠 席, 成 績 の 低 下 な どを 認 めたとしている 65).また,アメリカ 海 兵 学 校 では ACL 損 傷 者 は 再 建 術 を 受 けない 限 り, 入 学 は 認 められていない 75).スポーツに 関 しては,ACL 再 建 術 の 有 無 に 関 わらず 復 帰 後 の 競 技 レベルの 低 下 を 多 くの 例 で 認 め 11, 32, 73, 200), 再 建 術 を 施 行 した 場 合 には 競 技 復 帰 まで 半 年 から 1 年 間 のリハビリテーションが 必 要 となる 15).スポーツ 競 技 から 半 年 以 上 離 脱 することは,プロ 選 手 にとってはもちろん, 競 技 活 動 期 間 の 限 られる 学 生 選 手 にと っても 決 して 短 い 期 間 とはいえない. ACL 損 傷 では 治 療 に 関 わる 経 済 的 損 失 も 生 じる.Cumps ら 42) は 疫 学 的 調 査 から ACL 損 傷 が 最 も 医 療 コストの 高 いスポーツ 外 傷 であると 報 告 している.また, 治 療 に 関 わる 直 接 的 コストだけではなく, 失 職 や 仕 事 からの 離 脱 による 経 済 的 な 損 失 ( 間 接 的 コスト)や, ACL 損 傷 後 に 生 じる 変 形 性 関 節 症 変 化 の 治 療 に 関 わるコストも 含 めた 長 期 的 な 医 療 コス トの 増 加 も 問 題 視 されている 134).Swart ら 202) は 費 用 対 効 果 の 観 点 からも ACL 損 傷 予 防 プログラムの 実 施 を 推 奨 している 202). 5

10 1. 3. 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 メカニズム 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 場 面 ビデオ 解 析 からの 損 傷 メカニズムの 推 察 ACL 損 傷 メカニズムの 推 定 のため, 実 際 に 着 地 動 作 やカッティング 動 作 中 に ACL 損 傷 を 生 じた 場 面 のビデオ 解 析 が 行 われており, 受 傷 時 の 膝 関 節 肢 位 が 推 測 されている 27, 39, 90, 108, 110, 159). 矢 状 面 上 の 膝 関 節 肢 位 に 関 して,ACL 損 傷 場 面 では 床 面 接 地 時 の 膝 関 節 屈 曲 角 度 が 30 以 下 であることが 多 くの 研 究 より 報 告 されており, 浅 い 膝 関 節 屈 曲 角 度 での 接 地 は ACL 損 傷 の 危 険 性 を 高 めると 推 測 されている 27, 39, 90, 108, 110, 159).しかし,Boden ら 27)は ACL 損 傷 場 面 とそれに 類 似 した 非 損 傷 場 面 を 比 較 し,ACL 損 傷 場 面 で 膝 関 節 屈 曲 角 度 が 小 さい 傾 向 にはあるが 両 場 面 の 間 に 有 意 な 差 は 検 出 されなかったと 報 告 している. 非 損 傷 場 面 との 比 較 は 多 くないため 結 論 付 けることは 出 来 ないが, 浅 い 膝 関 節 屈 曲 角 度 での 接 地 は ACL 損 傷 にとって 必 要 条 件 ではあるが, 十 分 条 件 ではない 可 能 性 が 考 えられる. 前 額 面 に 関 する 検 討 では, 多 くの 研 究 が ACL 損 傷 場 面 において 膝 関 節 の 外 反 が 生 じて いたと 報 告 している 27, 39, 90, 108, 110, 159).Boden ら 27) は ACL 損 傷 場 面 と 非 損 傷 場 面 の 比 較 において, 床 面 接 地 時 には 膝 関 節 外 反 角 度 の 差 がないものの,ACL 損 傷 場 面 では 膝 関 節 外 反 角 度 が 徐 々に 増 加 し, 床 面 接 地 後 約 67ms 以 降 に 有 意 な 差 を 認 めたと 報 告 している. Hewettら 90) は ACL 損 傷 場 面 における 膝 関 節 外 反 角 度 の 増 加 は 女 性 の 損 傷 場 面 に 特 徴 的 で あったことを 報 告 した.Koga ら 108) はビデオ 画 像 に 骨 モデルを 当 てはめる model-based image matching(mbim) 法 を 用 いて,より 詳 細 な 膝 関 節 肢 位 の 推 測 を 試 みている.MBIM 法 にて ACL 損 傷 場 面 10 例 を 解 析 した 結 果, 全 例 が 床 面 接 地 後 40ms までに 急 激 な 膝 関 節 外 反 を 生 じ,9 例 が 脛 骨 の 内 旋 を 生 じていたと 報 告 している 108).ビデオ 解 析 には 計 測 誤 差 が 含 まれることや 109), 対 照 となる 非 損 傷 場 面 の 欠 如, 多 くの 研 究 27, 90, 108, 110, 159)がアメリ カの National Basketball Asociation(NBA)やノルウェーのプロハンドボールリーグの 同 一 ビデオデータを 用 いている 可 能 性 があることなどの 限 界 が 考 えられるが, 唯 一 実 際 の 損 傷 場 面 を 対 象 とした 解 析 であり,これらの 研 究 の 多 くに 共 通 して 報 告 されている 接 地 時 の 浅 い 膝 関 節 屈 曲 角 度 や 接 地 後 の 膝 関 節 外 反 角 度 の 増 加 は ACL 損 傷 メカニズムに 関 与 し ている 可 能 性 が 考 えられる 骨 挫 傷 発 生 部 位 からの 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 メカニズムの 推 察 ACL 損 傷 には 多 くの 例 で 骨 挫 傷 が 合 併 することが 知 られており, 近 年 の systematic review では ACL 損 傷 に 伴 う 骨 挫 傷 は 大 腿 骨 外 顆 と 外 側 脛 骨 高 原 から 構 成 される 膝 関 節 外 側 コンパートメントに 多 く 発 生 するとされている 170). 骨 挫 傷 は 関 節 軟 骨 の 衝 突 による 衝 撃 が 軟 骨 下 骨 に 伝 わり 生 じるとされることから,ACL 損 傷 時 には 外 側 コンパートメントの 圧 縮 負 荷,すなわち 膝 関 節 外 反 が 生 じていたことが 推 察 される 170). 近 年 の 研 究 では, 大 腿 骨 内 顆 と 外 顆, 内 側 および 外 側 脛 骨 高 原 を,それぞれ 前 方, 中 央, 後 方 の 3 部 位 に 分 け, ACL 損 傷 後 の 骨 挫 傷 発 生 部 位 が 詳 細 に 検 討 されている 209, 219).これら 2 つの 研 究 209, 219) の 結 果 はおおむね 一 致 しており, 大 腿 骨 では 大 腿 骨 外 顆 の 中 央 から 前 方 に 多 く 認 め, 脛 骨 では 外 側 脛 骨 高 原 後 方 が 最 も 多 く, 次 いで 内 側 脛 骨 高 原 後 方 が 多 かったことを 報 告 してい 6

11 る.Quatman ら 177) は 有 限 要 素 法 を 用 いて, 骨 挫 傷 が 生 じるメカニズムを 検 討 し, 膝 関 節 外 反 と 脛 骨 前 方 並 進 により 大 腿 骨 外 顆 中 央 と 外 側 脛 骨 高 原 後 方 に, 膝 関 節 外 反 と 脛 骨 内 旋 により 大 腿 骨 外 顆 中 央 と 内 側 および 外 側 脛 骨 高 原 後 方 に 関 節 軟 骨 接 触 圧 が 増 加 することを 明 らかにした.これらの 先 行 研 究 より 177, 209, 219),ACL 損 傷 後 に 認 める 骨 挫 傷 の 部 位 から は, 膝 関 節 外 反 負 荷 と 脛 骨 前 方 並 進, 脛 骨 内 旋 が ACL 損 傷 時 に 生 じていたことが 推 察 さ れる 屍 体 膝 を 用 いたバイオメカニクス 研 究 やモデルシミュレーションからの ACL 損 傷 メカニズムの 推 察 スポーツ 動 作 における 生 体 内 での ACL の 生 体 力 学 的 解 析 には 限 界 があるため, 屍 体 膝 を 用 いた 基 礎 バイオメカニクス 研 究 や, 着 地 動 作 のモデルシミュレーションなどを 用 いて ACL 損 傷 メカニズムが 推 察 されている.Withrow ら 214) は 屍 体 膝 を 用 いた 着 地 シミュレー ションにおいて, 大 腿 四 頭 筋 の 収 縮 力 が ACL の strain と 有 意 に 関 係 することを 報 告 して いる. 大 腿 四 頭 筋 の 収 縮 は, 大 腿 骨 に 対 する 脛 骨 への 前 方 剪 断 力 を 生 じさせるため ACL に 対 する ant-agonist と 考 えられており, 逆 にハムストリングスは 後 方 剪 断 力 を 生 じるた めに ACL の agonist と 考 えられている 157, 218).これらの 先 行 研 究 より,ハムストリング スに 対 する, 大 腿 四 頭 筋 の 強 い 収 縮 は ACL 損 傷 のリスクを 増 加 させる 一 つの 要 因 である と 考 えられる. ACL 損 傷 場 面 のビデオ 解 析 や, 骨 挫 傷 の 発 生 部 位 からの 推 察 により, 膝 関 節 外 反 負 荷 が ACL 損 傷 と 関 連 することが 示 唆 されているため, 屍 体 膝 を 用 いた 着 地 シミュレーションに おいて 膝 関 節 外 反 トルクを 負 荷 した 実 験 が 行 われている 188, 215).それらの 研 究 では, 膝 関 節 外 反 トルクを 付 加 することにより 有 意 に ACL の strain が 増 加 したことを 報 告 している が,これらの 研 究 では ACL 損 傷 は 再 現 されなかった 188, 215). 基 礎 バイオメカニクス 研 究 において 膝 関 節 外 反 と 脛 骨 内 旋 や, 膝 関 節 外 反 と 脛 骨 前 方 並 進 の 組 み 合 わせにより,それ ぞれの 単 独 負 荷 よりも 大 きな ACL の 張 力 が 生 じることから 132), 近 年 では 複 合 負 荷 の 影 響 が 検 討 されている.Shin ら 189) は 着 地 動 作 のモデルシミュレーションを 用 いて 膝 関 節 外 反 トルクと 脛 骨 内 旋 トルクを 組 み 合 わせて 付 加 することにより ACL 損 傷 をさせうる strain が 生 じたことを 報 告 した.Levine ら 120) は 複 合 負 荷 を 加 えた 屍 体 膝 の 着 地 シミュレーショ ンにおいて,ACL 損 傷 を 再 現 し, 膝 関 節 外 反 トルクが ACL 損 傷 時 の 最 大 strain に 寄 与 す ること,また 複 合 負 荷 により ACL 損 傷 が 生 じやすいことを 報 告 した.Kiapour ら 105) も 同 様 の 実 験 系 を 用 いて, 膝 関 節 kinematics と ACL strain の 時 系 列 的 関 係 性 を 検 討 し, 膝 関 節 外 反 と 脛 骨 前 方 並 進,ACL strain がほぼ 同 時 期 に 最 大 値 となったことから, 膝 関 節 外 反 と 脛 骨 前 方 並 進 が ACL 損 傷 に 重 要 な 役 割 を 果 たしていると 述 べている.また,Quatman ら 178) は, 屍 体 膝 の 着 地 シミュレーションにおいて 膝 関 節 外 反 制 動 の 主 たる 構 造 として 知 られる MCL と ACL の strain を 同 時 に 計 測 し, 着 地 動 作 における 膝 関 節 外 反 負 荷 は MCL よりも ACL の strain を 有 意 に 高 めたと 報 告 した.これらの 先 行 研 究 から,ACL 損 傷 は 様 々 な 負 荷 が 複 合 した 結 果 生 じることが 考 えられ,ハムストリングスに 対 する 大 腿 四 頭 筋 の 強 い 収 縮 や, 膝 関 節 外 反 トルクは ACL 損 傷 メカニズムの 重 要 な 要 素 の 一 つであることが 推 察 される. 7

12 1. 4. 膝 前 十 字 靱 帯 損 傷 危 険 因 子 環 境 因 子 ACL 損 傷 の 危 険 因 子 は 大 きく 外 的 因 子 (extrinsic factors)と 内 的 因 子 (intrinsic factors) に 大 別 され, 外 的 因 子 として 環 境 因 子, 内 的 因 子 として 解 剖 学 的 因 子,ホルモン 因 子, 神 経 筋 および 生 体 力 学 的 因 子 が 挙 げられる 5, 72, 88, 181). 環 境 因 子 では, 天 候, 床 面 と 靴, 試 合 と 練 習 による 発 生 率 の 違 いといった 要 素 が 挙 げられている 5, 72, 88, 181). Olsen ら 158) はエリートハンドボール 選 手 の 疫 学 調 査 から, 女 性 選 手 では 木 の 床 面 よりも 人 工 的 な 床 面 での ACL 損 傷 発 生 率 が 高 いことを 報 告 し, 床 面 と 靴 の 摩 擦 が 女 性 の ACL 損 傷 に 関 与 している 可 能 性 を 示 唆 している.Lambson ら 113) は 高 校 生 アメリカンフットボー ル 選 手 を 対 象 とした 3 年 間 の 前 向 き 研 究 において,シューズの 滑 り 止 めの 形 状 と ACL 損 傷 発 生 率 の 関 係 を 調 査 し, 捻 転 抵 抗 性 が 大 きい 側 面 に 長 い 滑 り 止 めが 特 徴 的 なタイプのシ ューズにおいて ACL 損 傷 発 生 率 が 高 かったことを 報 告 した.アメリカの National Football League(NFL)やオーストラリアンフットボールを 対 象 とした 調 査 では, 気 温 や 降 水 量, 芝 生 の 種 類 ( 天 然 芝, 人 工 芝 )や 品 種 といった 要 因 も ACL 損 傷 のリスクに 関 連 していることが 示 唆 されており,それらの 研 究 においても 地 面 と 靴 の 間 の 摩 擦 の 違 いが 影 響 していると 考 察 されている ). ACL 損 傷 の 発 生 状 況 について, 試 合 中 と 練 習 中 の 発 生 率 が 比 較 されている 25, 29, 152, 210). Waldén ら 210) はヨーロッパとスウェーデンのプロサッカー 選 手 の 疫 学 調 査 において, 練 習 に 対 する 試 合 での 暴 露 時 間 が 6 分 の 1 以 下 しかないにも 関 わらず,ACL 損 傷 が 試 合 におい て 極 めて 多 く 発 生 することを 報 告 した.また,Bjordal ら 25) も 同 様 にサッカー 選 手 の ACL 損 傷 発 生 率 は 試 合 中 の 方 が 高 かったと 報 告 している.ノルウェーのハンドボール 選 手 にお いても, 単 位 時 間 当 たりの ACL 発 生 率 が 練 習 中 と 比 較 して 試 合 中 で 非 常 に 高 いデータが 示 されている 152).また,Bradley ら 29) は NFL での ACL 損 傷 について, 練 習 中 と 比 較 し て 試 合 中 での 発 生 件 数 が 2 倍 であったことを 報 告 しており, 様 々なスポーツで 練 習 と 比 較 して 試 合 中 での ACL 損 傷 発 生 が 多 いことが 報 告 されている 解 剖 学 的 因 子 ACL 損 傷 に 関 係 する 解 剖 学 的 因 子 として, 大 腿 骨 顆 間 窩 幅,ACL の 形 態, 脛 骨 高 原 後 傾 角 度, 関 節 弛 緩 性 や 下 肢 アライメントなどが 挙 げられている 5, 72, 88, 181). 解 剖 学 的 リス ク 因 子 は,ACL 損 傷 予 防 のための 介 入 余 地 は 極 めて 小 さいが,ACL 損 傷 メカニズムの 理 解 や ACL 損 傷 リスクが 高 い 選 手 をスクリーニングする 上 でこれらの 因 子 を 理 解 すること は 重 要 であると 考 えられている 5, 181). 大 腿 骨 顆 間 窩 幅 の 狭 小 化 は ACL と 大 腿 骨 顆 間 窩 外 側 壁 の impingement を 生 じる 可 能 性 を 高 めるとして 67, 116, 168), 多 くの 検 討 がなされている.Zeng ら 224) の meta-analysis では, X 線 画 像 や MRI による 測 定 法 の 違 いや 研 究 デザインの 違 いによる subgroup での 検 討 も 行 い, 大 腿 骨 顆 間 窩 の 狭 小 化 が ACL 損 傷 のリスク 因 子 となると 結 論 付 けている.しかし, 狭 い 大 腿 骨 顆 間 窩 幅 や 顆 間 窩 の 断 面 積 が 小 さな ACL の 体 積 や 断 面 積 と 関 連 することも 報 8

13 告 されており 35, 48, 197), 大 腿 骨 顆 間 窩 幅 の 狭 小 化 による ACL 損 傷 リスクの 増 加 が impingement mechanism によるものではなく,ACL の 力 学 的 脆 弱 性 のためである 可 能 性 も 示 唆 されている. ACL の 形 態 に 関 しては 主 に 性 差 の 観 点 から 検 討 されている. 屍 体 膝 を 用 いた 研 究 や 33, 150),MRI を 用 いた 研 究 8, 48)で 女 性 の ACL の 断 面 積 が 男 性 と 比 較 して 小 さかったことが 報 告 されている.また,ACL の 断 面 積 は 体 重 で 標 準 化 した 際 や, 身 長 によりマッチングさせ て 比 較 した 際 にも 同 様 の 性 差 が 認 められている 8, 48).ACL の 微 細 構 造 の 性 差 を 検 討 した 報 告 では, 女 性 の ACL はコラーゲン 線 維 密 度 が 男 性 と 比 較 して 小 さく, 女 性 のコラーゲン 線 維 密 度 は ACL の stiffness やヤング 率 と 相 関 したことが 報 告 されている 80). 女 性 の ACL は 力 学 試 験 における 破 断 張 力 や stiffness といった 力 学 的 特 性 が 男 性 と 比 較 して 劣 ること が 報 告 されており 34),ACL の 断 面 積 や 微 細 構 造, 力 学 的 特 性 の 性 差 が ACL 損 傷 の 性 差 と 関 係 していると 考 えられている.また,Chaudhari ら 37) は ACL 損 傷 者 の 非 損 傷 側 と, 性 別, 身 長, 年 齢, 体 重 でマッチングさせた 対 照 群 の ACL の 体 積 を 比 較 し,ACL 損 傷 者 の ACL の 体 積 が 有 意 に 小 さかったことを 明 らかにし,ACL の 体 積 の 違 いが ACL 損 傷 に 関 与 している 可 能 性 を 示 した. 脛 骨 高 原 の 後 傾 は 膝 関 節 圧 縮 力 や 外 反 トルクによって 大 腿 骨 に 対 する 脛 骨 前 方 並 進 や 脛 骨 内 旋 を 導 くと 考 えられており 47, 135, 138, 141), 脛 骨 高 原 の 後 傾 角 度 も ACL 損 傷 のリスク 因 子 として 着 目 されている.ACL 損 傷 者 と 対 照 群 の 脛 骨 高 原 後 傾 角 度 を 比 較 した 研 究 を 対 象 とした systematic review では, 内 側 脛 骨 高 原 の 後 傾 角 度 に 関 して,X 線 画 像 による 検 討 では 6 つの 研 究 の 内 5 つの 研 究 において,MRI による 検 討 では 7 つの 研 究 の 内 1 つの 研 究 において,ACL 損 傷 者 の 後 傾 角 度 が 大 きかったことを 示 している 217).また, 外 側 脛 骨 高 原 の 後 傾 角 度 に 関 しては,X 線 画 像 による 検 討 は 1 つの 研 究 のみであり,その 研 究 では 有 意 に ACL 損 傷 者 の 後 傾 角 度 が 大 きかったことを 示 しており,MRI を 用 いた 6 つの 研 究 では,5 つの 研 究 で 同 様 の 有 意 差 を 認 めたと 報 告 している 217).しかし,systematic review の 著 者 らは, 研 究 間 の 値 の 差 がそれぞれの 研 究 における ACL 損 傷 者 と 対 照 群 との 差 より も 大 きいことから,ACL 損 傷 者 の 脛 骨 高 原 後 傾 角 度 と ACL 損 傷 が 関 連 する 可 能 性 がある という 結 論 に 止 めている 217). 関 節 弛 緩 性 に 関 して, 全 身 関 節 弛 緩 性 スコアが ACL 損 傷 者 で 有 意 に 高 かったことや 179, 208), 両 側 ACL 損 傷 者 が 片 側 ACL 損 傷 者 に 比 較 して 全 身 関 節 弛 緩 性 スコアが 高 かったこ とが 報 告 されている 149).また, 膝 関 節 の 前 方 弛 緩 性 も ACL 損 傷 と 関 係 することが 報 告 さ れている 151, 208).Ramesh ら 179) は 全 身 関 節 弛 緩 性 のテスト 項 目 の 中 でも, 特 に 膝 関 節 過 伸 展 の 陽 性 率 が ACL 損 傷 者 で 有 意 に 高 かったことを 報 告 しており, 同 様 に ACL 損 傷 者 は 膝 関 節 過 伸 展 を 有 する 者 が 多 いことが 報 告 されている 125, 151).また, 過 伸 展 膝 は 膝 関 節 の 前 方 弛 緩 性 とも 関 連 することが 示 唆 されている 122, 191). 全 身 関 節 弛 緩 性 と 膝 関 節 の 前 方 弛 緩 性 は, 膝 関 節 内 外 反 弛 緩 性 や 脛 骨 回 旋 弛 緩 性 とも 相 関 すると 報 告 されており, 全 身 関 節 弛 緩 性 や 膝 関 節 前 方 弛 緩 性 を 有 する 者 は 膝 関 節 軟 部 組 織 の stiffness が 全 体 的 に 低 い 可 能 性 がある 190). 解 剖 学 的 因 子 として, 膝 関 節 だけではなく 足 部 のアライメント, 股 関 節 の 骨 形 状 なども 考 えられている 5, 72, 88). 足 部 アライメントに 関 しては, 舟 状 骨 降 下 量 や 距 骨 下 関 節 アライ メントが 脛 骨 の 回 旋 運 動 に 関 係 するとして 検 討 されている 6, 20, 83, 100, 125, 199, 216). 多 くの 研 9

14 究 が ACL 損 傷 者 は 過 度 な 足 部 回 内 を 有 していたと 報 告 しているが 6, 20, 83, 125, 216),ACL 損 傷 者 と 対 照 者 の 間 に 有 意 差 がないという 報 告 もある 100, 199).これらの 研 究 はどれもサンプ ルサイズが 小 さく, 後 ろ 向 きな 検 討 であるために 未 だ 結 論 は 出 ていない. 股 関 節 に 関 して は,femoro-acetabular impingement による 股 関 節 内 旋 可 動 域 制 限 が ACL 損 傷 リスクを 高 めることが 近 年 示 唆 されている 19, 21, 54, 55, 173) ホルモン 因 子 前 述 のように,ACL 損 傷 発 生 率 には 性 差 が 存 在 することから,ACL 損 傷 のリスク 因 子 として 性 ホルモンの 影 響 が 検 討 されてきた.ACL にはエストロゲンやプロゲストロン,リ ラキシン,テストステロンなどの 性 ホルモンの 受 容 体 があり 50, 76, 123),エストロゲンやプ ロゲストロンの 投 与 は 線 維 芽 細 胞 増 殖 や typeⅠコラーゲンの 生 成 を 抑 制 することが 明 ら かとなっている 124, ).また, 動 物 モデルではエストロゲンやリラキシンの 投 与 によっ て, 力 学 試 験 における ACL の 破 断 張 力, 最 大 伸 長 量 が 有 意 に 低 値 となったことが 報 告 さ れている 51, 198). ACL 損 傷 の 発 生 と 月 経 周 期 の 関 係 に 関 して,Hewett ら 89) は systematic review で 7 つ の 研 究 結 果 をまとめ, 排 卵 前 期 での ACL 損 傷 発 生 数 が 多 かったことを 報 告 した.それ 以 降 の 研 究 においても, 排 卵 前 期 に ACL 損 傷 が 多 く 発 生 していたことが 報 告 されている 1, 118, 183).また,Adachi ら 1) は 対 象 者 の 月 経 前 症 状 や 月 経 期 の 症 状, 月 経 周 期 における 身 体 活 動 レベルを 調 査 し, 月 経 に 関 係 する 症 状 や 主 観 的 活 動 レベルと ACL 損 傷 発 生 時 期 との 関 連 は 認 めなかったことから, 性 ホルモンが 月 経 周 期 による ACL 損 傷 発 生 頻 度 の 違 いに 寄 与 したと 考 察 している.この 様 に, 女 性 の ACL 損 傷 は 排 卵 前 期 に 多 く 発 生 することが 示 されており, 女 性 ホルモンの 関 与 が 示 唆 されている.しかし, 経 口 避 妊 薬 の 使 用 と ACL 損 傷 の 発 生 に 関 しては, 経 口 避 妊 薬 は ACL 損 傷 の 予 防 効 果 はないとされており 3, 118, 183), ホルモン 因 子 に 対 する 予 防 的 介 入 はまだ 確 立 されていない 神 経 筋 および 生 体 力 学 的 因 子 神 経 筋 および 生 体 力 学 的 因 子 は ACL 損 傷 のリスク 因 子 の 中 で 最 も 大 きな 介 入 の 余 地 が あるため,ACL 損 傷 予 防 を 発 展 させる 上 で 非 常 に 重 要 なリスク 因 子 である 87).ACL 損 傷 の 受 傷 機 転 としてよく 知 られる, 着 地 動 作 やカッティング 動 作 中 の 膝 関 節 もしくは 下 肢 全 体, 体 幹 も 含 めた 筋 活 動 や,kinematics,kinetics が, 推 察 されている ACL 損 傷 メカニ ズムや ACL 機 能 との 関 連 から 検 討 されてきた. 特 に, 膝 関 節 kinematics や kinetics, 膝 関 節 周 囲 筋 の 筋 活 動 の 性 差 に 関 しては 多 くの 研 究 がなされてきた. 矢 状 面 における 解 析 では, 動 作 中 の 膝 関 節 屈 曲 角 度 の 性 差 に 関 する 検 討 が 多 く 行 われて いる. 膝 関 節 屈 曲 角 度 では 初 期 接 地 (initial contact: IC) 時 の 角 度 や 動 作 中 の 最 大 値 に 関 する 検 討 が 行 われてきたが, 着 地 動 作 44, 46, 52, 70, 102, 103, 153, 167, 185)とカッティング 動 作 17, 63, 114, 129, 137, 195)のいずれにおいても, 膝 関 節 屈 曲 角 度 には 性 差 を 認 めなかったという 報 告 が 多 い.また, 外 的 膝 関 節 屈 曲 モーメントに 関 しても, 着 地 動 作,カッティング 動 作 ともに, 性 差 を 認 めないという 報 告 が 多 い 46, 102, 103, 114). 10

15 ACL の agonist である 大 腿 四 頭 筋 と ant-agonist であるハムストリングスの 筋 活 動 に 関 しても 多 くの 検 討 がなされている. 着 地 動 作 やカッティングにおける 接 地 前 および 接 地 後 の 大 腿 四 頭 筋 筋 活 動 は 女 性 の 方 が 大 きいという 報 告 が 多 い 17, 78, 115, 129, 192, 195).しかしなが ら, 研 究 によって 大 腿 直 筋 のみに 性 差 を 認 める 場 合 や, 外 側 広 筋 のみに 性 差 を 認 める 場 合 など 必 ずしも 大 腿 四 頭 筋 間 で 一 致 した 見 解 は 得 られていない.ハムストリングスの 筋 活 動 に 関 しては, 女 性 の 接 地 前 筋 活 動 44), 接 地 後 筋 活 動 192)が 大 きいという 報 告, 女 性 の 接 地 前 筋 活 動 23), 接 地 後 筋 活 動 53, 114, 129)が 小 さいという 報 告, 性 差 がないという 報 告 17, 78, 115, 195)があり, 研 究 間 で 一 致 した 見 解 が 得 られていない. 近 年 では 大 腿 四 頭 筋 に 対 するハムス トリングスの 活 動 比 の 性 差 も 検 討 されているが 23, 53, 78), 一 定 の 見 解 は 得 られておらず, 女 性 がハムストリングスに 対 して 大 腿 四 頭 筋 を 優 位 に 活 動 させているかは 十 分 に 明 らかにな っていない.また,Shultz ら 192) は 大 腿 四 頭 筋 の 筋 力 が 弱 いほど 大 腿 四 頭 筋 の 筋 活 動 が 大 きくなる 傾 向 を 報 告 しており, 単 純 に 筋 活 動 を 比 較 することでは ACL への 負 荷 の 大 小 を 明 らかにできない 可 能 性 が 考 えられる.この 様 に 矢 状 面 での 膝 関 節 kinematics や kinetics, 大 腿 四 頭 筋 やハムストリングスの 筋 活 動 が ACL 損 傷 の 性 差 に 影 響 するかは 現 時 点 ではっ きりと 結 論 付 けることは 出 来 ない. Hewett ら 87) は,205 名 の 女 性 アスリートを 対 象 に, 台 から 着 地 後 に 直 ちに 垂 直 跳 びを 行 う drop vertical jump(dvj) 課 題 における 着 地 動 作 中 の kinetics および kinematics をシーズン 前 に 評 価 し,シーズン 中 の ACL 損 傷 の 発 生 との 関 連 を 前 向 きに 調 査 した. 追 跡 期 間 中 に 9 名 が 受 傷 し, 着 地 動 作 における 最 大 膝 関 節 外 反 モーメントと,IC 時 の 膝 関 節 外 反 角 度, 最 大 膝 関 節 外 反 角 度 が ACL 損 傷 の 有 意 な 予 測 因 子 であり, 最 大 膝 関 節 外 反 モ ーメントは 感 度 78%, 特 異 度 73%で ACL 損 傷 を 予 測 したと 報 告 した 87). 動 作 中 の 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントの 性 差 を 検 討 した 報 告 では, 着 地 動 作 やカッティング 動 作 において, 女 性 は 男 性 と 比 較 して 大 きな 膝 関 節 外 反 角 度 と 外 反 モーメントを 示 すことが 多 くの 研 究 で 示 されている 17, 52, 70, 102, 103, 129, 137, 167, 195).また, 膝 関 節 外 反 角 度 や 外 反 モー メントの 性 差 は 思 春 期 を 通 して 明 らかになってくることが 示 唆 されている 64, 86).これらの 結 果 は ACL 損 傷 発 生 率 の 性 差 が 思 春 期 を 通 して 明 らかになってくるという 疫 学 調 査 や 187), 膝 関 節 外 反 負 荷 が ACL 損 傷 メカニズムの 重 要 な 要 素 として 提 唱 されていることから ACL 損 傷 発 生 率 の 性 差 に 影 響 していると 考 えられている. 近 年 では 動 作 中 の 膝 関 節 外 反 角 度 と 外 反 モーメントを 減 じる 目 的 から,これらと 関 連 す る 要 因 について 検 討 されている.Hewett ら 87) は 膝 関 節 外 反 が 増 加 した 不 良 な 動 的 下 肢 ア ライメントを dynamic knee valgus と 提 唱 した.Dynamic knee valgus には 股 関 節 の 内 転 および 内 旋, 膝 関 節 の 外 反, 足 部 回 内 が 要 素 として 含 まれるとされ 87), 多 くの 研 究 ではこ れらの 要 素 の 関 係 性 について 検 討 している. 中 でも 股 関 節 外 転 筋 や 外 旋 筋 の 筋 力 は,これ らの 筋 の 筋 力 低 下 が 着 地 動 作 中 の 膝 関 節 外 反 モーメントと 膝 関 節 外 反 角 度 を 増 加 させると いう 仮 説 に 基 づき, 多 くの 検 討 がなされている 14, 91, 95, 98, 99, 117, 146, 212).しかし,これらの 研 究 の 結 果 は 一 致 しておらず, 近 年 の sytematic review においても 股 関 節 外 転 筋 や 外 旋 筋 の 筋 力 低 下 が 膝 関 節 外 反 角 度 や 外 反 モーメントを 増 加 させるという 結 論 には 至 らないとさ れている 31). 足 部 の 影 響 についても, 足 部 回 内 アライメントが 着 地 動 作 中 の 膝 関 節 外 反 角 度 や 外 反 モーメントと 関 連 するか 検 討 されているが, 一 致 した 見 解 は 得 られていない 175). 95, 101, 11

16 1. 5. 論 文 目 的 ACL 損 傷 は 短 期 的 および 長 期 的 に 大 きな 社 会 的 損 失, 経 済 的 損 失 が 生 じることが 明 らか にされており, 最 も 重 篤 なスポーツ 外 傷 の 一 つである. 近 年 の ACL 再 建 術 の 発 展 により, スポーツ 復 帰 が 可 能 となっているが, 復 帰 には 半 年 から 1 年 の 期 間 を 要 し, 復 帰 後 にはス ポーツレベルが 低 下 するとの 報 告 もある.これらの 事 実 から,ACL 損 傷 予 防 の 重 要 性 が 認 識 されており,ACL 損 傷 予 防 はスポーツ 医 学 領 域 において 国 際 的 に 最 も 重 要 な 課 題 の 一 つ であるといえる.ACL 損 傷 のリスクファクターとして 環 境 因 子, 解 剖 学 的 因 子,ホルモン 因 子, 神 経 筋 および 生 体 力 学 的 因 子 が 知 られているが, 神 経 筋 および 生 体 力 学 的 因 子 は 最 も 介 入 の 余 地 が 大 きく,ACL 損 傷 予 防 の 観 点 から 最 も 注 目 されている. 様 々な 観 点 からの 検 討 より, 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントの 増 加 が ACL 損 傷 メカニズムの 最 も 重 要 な 要 素 の 一 つであることが 示 唆 されている.また, 前 向 き 研 究 によ り, 着 地 動 作 中 の 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントは ACL 損 傷 の 予 測 因 子 であるこ とが 示 されている.この 様 に, 着 地 動 作 やカッティング 動 作 時 の 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントの 増 加 は ACL 損 傷 の 重 要 なリスク 因 子 であると 考 えられている. 着 地 動 作 やカッティング 動 作 における 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントは 男 性 と 比 較 して 女 性 で 大 きな 値 を 示 すことは 明 らかとなっており,これらの 不 良 な 動 作 は ACL 損 傷 率 の 性 差 と 関 連 していると 考 えられている.しかし,スポーツ 動 作 中 の 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントに 影 響 する 要 因 については 十 分 に 明 らかとなってはおらず,これらの 要 因 につ いて 明 らかにすることは,ハイリスクなアスリートに 対 するより 効 果 的 な 介 入 方 法 の 発 展 に 繋 がると 考 えられる. 本 論 文 の 目 的 は, 着 地 動 作 中 の 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントに 影 響 する 要 因 と して(1) 着 地 動 作 時 の 足 部 方 向 変 化 の 影 響,(2) 着 地 後 に 続 くジャンプ 動 作 の 影 響,( 3) 着 地 動 作 における 股 関 節 回 旋 運 動 との 関 連 を 検 討 することとした. 12

17 2. 着 地 動 作 時 の 足 部 方 向 の 変 化 が 膝 関 節 kinematics および kinetics に 与 える 影 響 諸 言 いくつかの ACL 損 傷 予 防 プログラムが ACL 損 傷 発 生 率 を 低 下 させたことを 示 している が 84, 104, 112, 130, 152, 160, 211),これらの 予 防 プログラムの 予 防 効 果 のメカニズムは 明 らかとな っていない.ACL 損 傷 メカニズムやリスクファクターを 明 らかにすることは ACL 損 傷 予 防 の 発 展 において 必 要 不 可 欠 である 72). 先 行 研 究 では,ACL 損 傷 場 面 のビデオ 解 析 108), ACL 損 傷 に 合 併 する 骨 挫 傷 の 部 位 170),バイオメカニクス 研 究 105, 120, 189)などにより, 膝 関 節 外 反 角 度 や 外 反 モーメントの 増 加, 脛 骨 内 旋 角 度 の 増 加 が ACL 損 傷 メカニズムの 重 要 な 要 素 であることが 示 されている.また, 女 性 においてよく 観 察 される 着 地 動 作 時 の 大 き な 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントや 脛 骨 内 旋 角 度 は ACL 損 傷 の 生 体 力 学 的 リスク 因 子 として 考 えられている 52, 64, 70, 87, 102, 103, 153, 167, 196). 着 地 動 作 やカッティング 動 作 にお ける 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントや 脛 骨 内 旋 角 度 を 減 じる 適 切 な 着 地 動 作 パター ンや 効 果 的 な 動 作 指 導 を 明 らかにすることは ACL 損 傷 予 防 を 確 立 する 上 で 重 要 である. 着 地 動 作 中 の 足 部 方 向 は 臨 床 的 な 着 地 姿 勢 の 評 価 項 目 の 一 つとして 用 いられており, 着 地 動 作 時 に 足 部 を 過 度 に 内 側 に 向 けた toe-in landing や, 過 度 に 外 側 に 向 けた toe-out landing は 不 良 な 着 地 動 作 であると 考 えられている 166).また, 着 地 動 作 の 指 導 において 足 部 方 向 を 前 方 に 関 する 指 示 が 散 見 される 156, 172).Ishida ら 97) は 準 静 的 なランジ 肢 位 におい て, 足 部 方 向 が 膝 関 節 kinematics に 影 響 を 与 えたことを 報 告 している.しかしながら, 着 地 動 作 の 様 な 動 的 な 状 況 下 において, 足 部 方 向 が 膝 関 節 kinematics および kinetics に 与 える 影 響 は 不 明 である. 着 地 動 作 中 の 足 部 方 向 の 変 化 が 膝 関 節 kinematics および kinetics に 与 える 影 響 を 明 らかにすることは ACL 損 傷 予 防 の 基 礎 を 確 立 するために 重 要 である.そこで 本 研 究 の 目 的 は 着 地 動 作 時 の 足 部 方 向 の 変 化 が 膝 関 節 kinematics および kinetics に 与 える 影 響 を 明 らかにすることとした. 仮 説 は 着 地 動 作 中 の 足 部 方 向 の 変 化 は, 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメント, 脛 骨 内 旋 角 度 に 影 響 を 与 えるであった. 13

18 2. 2. 方 法 対 象 健 常 若 年 女 性 14 名 の 利 き 脚 を 対 象 とした( 平 均 ± 標 準 偏 差 : 年 齢 21.0±1.6 歳 ; 身 長 157.0±5.4 cm; 体 重 48.4±4.7 kg). 利 き 脚 の 定 義 はボールを 蹴 る 脚 とし, 全 例 右 下 肢 が 利 き 脚 であった.なお, 予 備 実 験 で 7 名 の 被 験 者 から 得 られた 結 果 から, 各 足 部 条 件 間 の 最 大 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントの 差 には 大 きな 効 果 量 を 認 めた.1 元 配 置 反 復 測 定 分 散 分 析 モデルにおいて,α level を 0.05,パワー(1-β)を 0.80, 効 果 量 を 0.40 と 設 定 した 結 果, 本 研 究 では 12 名 の 被 験 者 が 必 要 であるとの 結 果 が 得 られたため,データの 欠 陥 も 想 定 し, 本 研 究 では 14 名 の 被 験 者 を 採 用 した.また, 本 研 究 では, 女 性 の ACL 損 傷 リスクが 高 いことや 2, 12, 25, 140, 142, 158), 女 性 の ACL 損 傷 リスクファクターを 検 証 するこ とが 重 要 であると 考 えられていることを 踏 まえ 88, 181), 女 性 のみを 対 象 とした. 全 ての 被 験 者 は 競 技 活 動 の 経 験 を 有 していた(バスケットボール,ハンドボール,ラクロス 等 ). 本 研 究 の 対 象 選 定 における 除 外 基 準 は,1) 過 去 半 年 以 内 の 筋 骨 格 系 傷 害 ( 足 関 節 捻 挫 や 腰 痛 等 ),2) 全 ての 膝 関 節 傷 害 および 手 術 歴,3) 下 肢 および 体 幹 の 骨 折 歴, 4)ACL 損 傷 予 防 プログラムもしくはスポーツ 傷 害 予 防 を 目 的 としたジャンプ 着 地 トレーニングへの 参 加 歴 とした. 本 研 究 への 参 加 に 先 立 ち, 全 ての 被 験 者 に 本 研 究 の 主 旨 および 実 験 内 容 につ いて 口 頭 および 書 面 にて 説 明 し, 各 被 験 者 から 書 面 にてインフォームドコンセントを 得 た. また, 本 研 究 は 北 海 道 大 学 大 学 院 保 健 科 学 研 究 院 の 倫 理 委 員 会 の 承 認 を 得 て 実 施 した 実 験 手 順 およびデータ 収 集 全 40 個 の 反 射 マーカーを, 被 験 者 の 仙 骨, 右 の 腸 骨 稜, 両 側 の 肩 峰, 上 前 腸 骨 棘, 大 転 子, 股 関 節, 大 腿 骨 外 側 上 顆 内 側 上 顆, 足 関 節 内 果 外 果, 踵 骨 隆 起, 第 2 第 5 中 足 骨 頭, 右 の 大 腿 と 下 腿 に 両 面 テープを 用 いて 貼 付 した 97) ( 図 2. 1.).また, 実 験 は 全 被 験 者, 裸 足 にて 実 施 した. 全 てのデータは EvaRT (Motion Analysis Corporation, Santa Rosa, CA, USA)を 用 いて,6 台 の 高 速 度 デジタルカメラ(Hawk cameras; Motion Analysis Corporation )と 2 台 の 床 反 力 計 ( Type 9286; Kistler AG, Winterthur, Switzerland)を 同 期 させ 収 集 した.サンプリング 周 波 数 はカメラデータを 200Hz, 床 反 力 データを 1,000Hz に 設 定 した. 14

19 図 反 射 マーカー 配 置 ( 文 献 97 より 引 用 ) 初 めに, 各 被 験 者 の 静 止 立 位 時 のデータを 記 録 した. 静 止 立 位 姿 勢 は, 両 手 を 胸 の 前 で 組 み, 足 部 の 向 きは 真 っ 直 ぐとし, 両 足 の 幅 は 腰 幅 とするよう 指 示 し, 被 験 者 間 で 統 一 さ せた. 静 止 立 位 時 のデータを 収 集 後, 左 の 大 腿 骨 内 側 上 顆 のマーカーは 除 去 した. 次 に, 3 つの 条 件 下 で 着 地 動 作 を 実 施 させ, 着 地 動 作 のデータを 記 録 した. 着 地 動 作 課 題 には DVJ を 用 いた( 図 2. 2.). DVJ では 被 験 者 は 30cm 台 上 に 肩 幅 で 立 ち, 台 から 落 下 しそれぞれ の 足 で 2 枚 の 床 反 力 計 上 に 着 地 後, 直 ちに 最 大 垂 直 跳 びを 行 った.また, 課 題 を 通 して, 被 験 者 には 両 手 を 耳 の 高 さに 保 持 し, 視 線 は 前 に 向 けるよう 求 めた. 最 初 の 台 からの 着 地 動 作 を 解 析 に 用 いた. 図 Drop vertical jump 15

20 着 地 動 作 時 の 足 部 方 向 の 変 化 が 膝 関 節 kinematics および kinetics に 与 える 影 響 を 明 ら かにするために,DVJ を 以 下 の 3 条 件 で 実 施 した( 図 2. 3.): (1)natural landing: 足 部 方 向 に 関 して 特 別 な 指 示 を 与 えない 条 件 ( 図 2. 3a.); (2)toe-in landing: 台 からの 着 地 時 に 無 理 のない 範 囲 で, 足 部 を 最 大 限 内 側 に 向 けるよう 指 示 した 条 件 ( 図 2. 3b.); (3) toe-out landing: 台 からの 着 地 時 に 無 理 のない 範 囲 で, 足 部 を 最 大 限 外 側 に 向 けるよう 指 示 した 条 件 ( 図 2. 3c.).Natural landing 時 に 足 部 方 向 に 対 する bias がかかるのを 避 ける ため,natural landing を 始 めに 計 測 し,toe-in landing と toe-out landing はその 後 無 作 為 の 順 序 で 計 測 した. 被 験 者 には 各 条 件 に 慣 れるまで 練 習 を 実 施 することを 許 可 し, 各 条 件 3 回 の 成 功 試 行 を 記 録 した. 図 DVJ における 3 つの 足 部 方 向 条 件.(a)natural landing,( b)toe-in landing,( c) toe-out landing データ 解 析 膝 関 節 kinematics および kinetics の 算 出 には SIMM4.0(MusculoGraphics, Santa Rosa,CA, USA)を 用 いた. 膝 関 節 角 度 の 算 出 には, 関 節 座 標 系 法 を 用 い,Grood と Santay 74) の 座 標 に 一 部 拘 束 を 加 えた. 膝 関 節 角 度 は 全 て 大 腿 骨 に 対 する 脛 骨 の 運 動 とし, 静 止 立 位 時 の 関 節 角 度 を 0 と 設 定 した.また, 膝 関 節 角 度 の 算 出 に 際 し, 皮 膚 運 動 による 誤 差 を 減 じるため,global optimization technique を 適 用 した 126). 外 的 膝 関 節 モーメントは 逆 動 力 学 解 析 により 算 出 し, 各 セグメントの 慣 性 モーメントは de Leva 45) の 報 告 に 基 づいた. 予 備 実 験 における 膝 関 節 kinematics および kinetics の 検 者 間 級 内 相 関 係 数 (ICC3, 3)と 検 者 間 の 差 および 95% 信 頼 区 間 は 以 下 の 通 りであり,ICC の 値 は good から excellent の 範 囲 であった 61) : 最 大 膝 関 節 屈 曲 角 度 (ICC3, 3 = 0.99, 3.4 ± 1.4 ), 最 大 膝 関 節 外 反 角 度 (ICC3, 3 = 0.72, 0.6 ± 3.6 ), 最 大 脛 骨 内 旋 角 度 (ICC3, 3 = 0.94, 3.8 ± 2.1 ), 最 大 膝 関 節 16

21 外 反 モーメント(ICC3, 3 = 0.90, 0.02 ± 0.11 Nm/kg). IC を 垂 直 床 反 力 が 10N 以 上 となった 時 点 として 定 義 し,IC 時 から 膝 関 節 最 大 屈 曲 時 ま でを 解 析 区 間 とした. 膝 関 節 角 度 は IC 時 の 値 と 解 析 区 間 における 最 大 値 を, 膝 関 節 モー メントおよび 垂 直 床 反 力 は 解 析 区 間 における 最 大 値 を 算 出 した.なお, 最 大 膝 関 節 モーメ ントおよび 最 大 垂 直 床 反 力 は 各 被 験 者 の 体 重 により 除 して 標 準 化 した(それぞれ Nm/kg, N/kg).また,IC 後 50ms 間 における 平 均 の 膝 関 節 外 反 角 速 度 および 脛 骨 内 旋 角 速 度 を 算 出 した.3 つの 足 部 条 件 が 適 切 に 実 施 されていたかを 確 認 するために, 足 部 方 向 角 度 を 算 出 した. 両 上 前 腸 骨 棘 マーカーを 結 んだ 線 に 対 する 垂 線 を 進 行 方 向 とし, 進 行 方 向 に 対 し て 第 2 中 足 骨 頭 と 踵 骨 隆 起 のマーカーを 結 んだ 線 が 水 平 面 上 でなす 角 度 を 足 部 方 向 角 度 と して 定 義 した.なお, 統 計 学 的 解 析 には 各 足 部 方 向 条 件 の 成 功 3 試 行 の 平 均 値 を 各 被 験 者 の 代 表 値 として 用 いた 統 計 学 的 解 析 1 元 配 置 反 復 測 定 分 散 分 析 と post-hoc Bonferroni test を 用 いて, 着 地 動 作 中 の kinematics および kinetics を 各 条 件 間 で 比 較 した. 全 ての 統 計 学 的 解 析 の 有 意 水 準 は P < 0.05 とし,IBM SPSS Statistics 19(IBM,Chicago, IL, USA)を 用 いて 解 析 した.また, post-hoc test に 関 して, 効 果 量 r を 算 出 した 60). 効 果 量 の 大 きさは,r > 0.5 を 効 果 量 大, 0.50 > r > 0.3 を 効 果 量 中,0.3 > r > 0.1 を 効 果 量 小,0.1 > r を 効 果 量 無 しとした 40). 17

22 2. 3. 結 果 表 に 各 足 部 方 向 条 件 における 足 部 方 向 角 度 を 示 す. 足 部 方 向 角 度 に 対 して,IC 時, 膝 関 節 最 大 屈 曲 時 ともに 有 意 な 足 部 方 向 の 主 効 果 を 認 めた(IC 時, F = , P < 0.001; 膝 関 節 最 大 屈 曲 時, F = , P < 0.001). 足 部 方 向 角 度 は 各 条 件 間 で 有 意 に 異 なり, 大 きな 効 果 量 を 認 めた( 全 ての 組 み 合 わせにおいて P < 0.001, r > 0.900). 表 足 部 方 向 角 度 の 比 較 Natural Toe-in Toe-out 足 部 方 向 角 度 ( ) 初 期 接 地 時 -8.9 ± ± 7.1* ± 8.3* 膝 関 節 最 大 屈 曲 時 ± ± 6.4* ± 7.3* 値 は 平 均 値 ± 標 準 偏 差 を 表 す. 正 の 値 は 足 部 が 内 側 に, 負 の 値 は 外 側 に 向 いていることを 示 す. * P < 0.05 (vs natural landing) P < 0.05 (vs toe-in landing) 表 に 足 部 方 向 条 件 間 の 膝 関 節 kinemtaics の 比 較 を 示 す.また, 図 に 膝 関 節 角 度 の 時 系 列 変 化 を 示 す. 膝 関 節 外 反 角 度 に 対 して,IC 時, 最 大 値 ともに 有 意 な 足 部 方 向 の 主 効 果 を 認 めた(IC 時, F = , P < 0.001; 最 大 値, F = , P < 0.001). また, 脛 骨 内 旋 角 度 に 対 しても,IC 時, 最 大 値 ともに 有 意 な 足 部 方 向 の 主 効 果 を 認 めた(IC 時, F = , P < 0.001; 最 大 値, F = , P < 0.001). Toe-in landing における 膝 関 節 外 反 角 度 は natural landing(ic 時, P < 0.001, r = 0.915; 最 大 値, P < 0.001, r = 0.915) および toe-out landing(ic 時, P < 0.001, r =0.936; 最 大 値, P < 0.001, r = 0.921)と 比 較 して 有 意 に 高 値 であり, 効 果 量 は 大 きかった.また,toe-in landing における 脛 骨 内 旋 角 度 も 同 様 に natural landing(ic 時, P < 0.001, r = 0.940; 最 大 値, P < 0.001, r = 0.888) および toe-out landing(ic 時, P < 0.001, r = 0.957; 最 大 値, P < 0.001, r = 0.843)と 比 較 して 有 意 に 高 値 を 認 め, 効 果 量 は 大 きかった. 一 方 で,toe-out landing では natural landing と 比 較 して 有 意 に 小 さな 膝 関 節 外 反 角 度 を 認 め(IC 時, P < 0.001, r = 0.911; 最 大 値, P < 0.001, r = 0.881),その 効 果 量 は 大 きかった.Toe-out landing における 脛 骨 内 旋 角 度 は IC 時 に natural landing に 対 して 有 意 に 小 さな 値 を 認 めたが(P < 0.001, r = 0.920), 最 大 値 は 2 条 件 の 間 に 有 意 な 差 を 認 めなかった(P = 0.088, r = 0.562). 膝 関 節 屈 曲 角 度 に 関 しては,IC 時 の 角 度 に 対 し 足 部 方 向 の 有 意 な 効 果 は 認 めなかったが(F = 1.718, P = 0.199), 最 大 値 に 対 して 有 意 な 足 部 方 向 の 主 効 果 を 認 めた(F = 6.574, P = 0.005).しか し,natural landing と toe-in landing(ic 時, P = 1.000, r = 0.070; 最 大 値, P = 1.000, r =0.176)および toe-out landing(ic 時, P = 0.224, r = 0.473; 最 大 値, P = 0.056, r = 0.598) の 間 に 有 意 な 差 は 認 めなかった. 18

23 表 足 部 方 向 条 件 間 の 膝 関 節 kinematics の 比 較 Natural Toe-in Toe-out 膝 関 節 屈 曲 角 度 ( ) 初 期 接 地 時 21.9 ± ± ± 6.3 最 大 値 88.2 ± ± ± 11.1 膝 関 節 外 反 角 度 ( ) 初 期 接 地 時 -2.5 ± ± 3.4* -7.5 ± 3.6* 最 大 値 6.4 ± ± 7.5* 0.9 ± 8.1* 脛 骨 内 旋 角 度 ( ) 初 期 接 地 時 0.6 ± ± 4.0* -8.1 ± 5.5* 最 大 値 5.9 ± ± 5.1* 3.3 ± 8.1 値 は 平 均 値 ± 標 準 偏 差 を 表 す. 正 の 値 は 膝 関 節 屈 曲, 膝 関 節 外 反, 脛 骨 内 旋 角 度 を 示 す. * P < 0.05 (vs natural landing) P < 0.05 (vs toe-in landing) 19

24 図 各 足 部 条 件 における 膝 関 節 角 度 の 時 系 列 変 化 :(a) 膝 関 節 屈 伸 角 度,(b) 膝 関 節 内 外 反 角 度,(c) 脛 骨 内 外 旋 角 度. 横 軸 は 初 期 接 地 時 から 膝 関 節 最 大 屈 曲 時 までを 0 から 100%に 標 準 化 した 時 間 を 示 す. 20

25 表 に 足 部 方 向 条 件 間 の kinetics の 比 較 を 示 す. 最 大 膝 関 節 外 反 モーメントに 対 し て 有 意 な 足 部 方 向 の 主 効 果 を 認 めた(F = , P < 0.001).また,IC 後 50ms におけ る 膝 関 節 外 反 角 速 度 (F = , P < 0.001)および 脛 骨 内 旋 角 速 度 (F = , P < 0.001) に 対 しても 有 意 な 足 部 方 向 の 主 効 果 を 認 めた.Toe-in landing における 最 大 膝 関 節 外 反 モ ーメントは natural landing(p = 0.003, r = 0.763)および toe-out landing(p < 0.001, r = 0.846)と 比 較 して 有 意 に 大 きな 値 を 示 し,その 効 果 量 は 大 きかった.また,toe-in landing における 接 地 後 50ms 間 の 膝 関 節 外 反 角 速 度 は natural landing(p = 0.013, r = 0.690)お よび toe-out landing(p < 0.001, r = 0.849)と 比 較 して 有 意 に 大 きな 値 を 示 し,その 効 果 量 は 大 きかった. 一 方 で,toe-out landing における 最 大 膝 関 節 外 反 モーメントは natural landingと 比 較 して 有 意 に 小 さな 値 を 示 し,その 効 果 量 は 大 きかった(P = 0.022, r = 0.660). また,toe-out landing における 接 地 後 50ms 間 の 脛 骨 内 旋 角 速 度 は natural landing(p = 0.003, r = 0.900)および toe-in landing(p < 0.001, r = 0.926)と 比 較 して 有 意 に 高 値 で あり, 効 果 量 は 大 きかった. 最 大 垂 直 床 反 力 に 対 しては 足 部 方 向 の 効 果 を 認 めなかった(F = 0.783, P = 0.468). 表 足 部 方 向 条 件 間 の kinetics の 比 較 Natural Toe-in Toe-out 最 大 垂 直 床 反 力 a (N/kg) 22.1 ± ± ± 4.1 膝 関 節 角 速 度 b ( /sec) 外 反 57.8 ± ± 62.2* 21.7 ± 68.7* 脛 骨 内 旋 ± ± 88.4* ± 88.4* 最 大 膝 関 節 モーメント a (Nm/kg) 外 反 0.8 ± ± 0.3* 0.6 ± 0.2* 値 は 平 均 値 ± 標 準 偏 差 を 表 す. a 初 期 接 地 時 から 膝 関 節 最 大 屈 曲 時 までにおける 最 大 値. b 初 期 接 地 時 から 50ms 間 の 平 均 角 速 度. 正 の 値 は 膝 関 節 外 反, 脛 骨 内 旋 角 速 度 を 示 す. * P < 0.05 (vs natural landing) P < 0.05 (vs toe-in landing) 21

26 2. 4. 考 察 本 研 究 結 果 は, 着 地 動 作 時 の 足 部 方 向 変 化 が 着 地 動 作 における 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメント, 脛 骨 内 旋 角 度 に 有 意 な 影 響 を 与 えることを 明 らかにした.これらの 結 果 は 本 研 究 仮 説 を 支 持 する 結 果 であった.また, 最 大 垂 直 床 反 力 には 課 題 間 に 有 意 な 差 を 認 め なかったことから, 各 条 件 間 での 衝 撃 力 は 同 等 であったと 考 えられ, 本 研 究 結 果 が 足 部 方 向 の 変 化 に 起 因 するものであると 考 えられた. 屍 体 膝 を 用 いた 基 礎 バイオメカニクス 研 究 では, 膝 関 節 外 反 トルクと 脛 骨 内 旋 トルクを 加 えることにより,それぞれの 単 独 負 荷 よりも 大 きな ACL 張 力 が 生 じたことが 示 されて いる 132). 同 様 に, 屍 体 膝 を 用 いた 着 地 動 作 のシミュレーションを 行 った 研 究 においても 膝 関 節 外 反 トルクと 脛 骨 内 旋 トルクを 組 み 合 わせることにより,それぞれの 単 独 負 荷 より も 大 きな ACL strain が 生 じたと 報 告 されている 189). 近 年 の ACL 損 傷 場 面 ビデオ 解 析 で は, 床 面 接 地 直 後 の 急 激 な 膝 関 節 外 反 角 度 の 増 加 とそれに 伴 う 脛 骨 内 旋 角 度 の 増 加 が ACL 損 傷 メカニズムとして 提 唱 されている 108).また,ACL 損 傷 後 によく 観 察 される 骨 挫 傷 の 位 置 は 損 傷 時 に 膝 関 節 外 反 と 脛 骨 内 旋, 脛 骨 前 方 変 位 が 生 じていたことを 示 す 位 置 である と 考 えられている 209, 219).これらの 先 行 研 究 から, 本 研 究 における toe-in landing で 観 察 された 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントの 増 加,IC 後 50ms の 膝 関 節 外 反 角 速 度, 脛 骨 内 旋 角 度 の 増 加 は ACL 損 傷 リスクを 高 めると 考 えられる.したがって,ACL 損 傷 予 防 において toe-in landing は 避 けられるべきであると 考 えられた. Toe-out landing では 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメント,IC 時 の 脛 骨 内 旋 角 度 が 減 少 したが, 接 地 直 後 の 急 激 な 脛 骨 内 旋 角 度 の 増 加 が 特 徴 として 観 察 された.ACL は 脛 骨 内 旋 により 張 力 が 増 加 することが 過 去 に 報 告 されており 131, 132, 145), 脛 骨 内 旋 角 速 度 の 増 加 は ACL の strain rate を 高 めていた 可 能 性 が 考 えられる.Strain rate は ACL の 機 械 的 特 性 に 有 意 に 影 響 を 与 えることが 過 去 に 報 告 されており 174),toe-out landing で 観 察 された 脛 骨 内 旋 角 速 度 の 増 加 は,ACL 損 傷 予 防 において 注 意 するべきであるかもしれない. 本 研 究 の 結 果 は, 着 地 動 作 時 の 足 部 方 向 変 化 が 有 意 に 着 地 動 作 中 の 膝 関 節 外 反 角 度 およ び 外 反 モーメント, 脛 骨 回 旋 角 度 を 増 加 させることを 明 らかにした.これらの 所 見 は, 着 地 動 作 時 の 足 部 方 向 変 化 が ACL 損 傷 のリスクを 高 める 可 能 性 を 示 唆 しており, 臨 床 にお いて 着 地 動 作 の 評 価 や 着 地 動 作 指 導 を 行 う 際 に 足 部 方 向 に 注 目 する 必 要 や, 過 度 な 足 部 方 向 の 変 化 を 避 けるよう 指 導 するべきであることを 示 唆 している. 本 研 究 にはいくつかの 限 界 が 考 えられる. 本 研 究 では, 着 地 動 作 中 の 足 部 方 向 変 化 が 有 意 に 膝 関 節 kinematics および kinetics を 変 化 させることを 明 らかにしたが,これらの 変 化 が ACL strain や 張 力 を 有 意 に 増 加 させたかは 不 明 である.また, 本 研 究 結 果 が, 片 脚 着 地 動 作 やカッティング 動 作 においても 同 様 の 結 果 を 示 すかは 不 明 であり, 今 後 は 異 なる 動 作 において, 足 部 方 向 が 膝 関 節 kinematics および kinetics に 与 える 影 響 を 検 討 する 必 要 があると 考 えられる. 22

27 2. 5. 結 論 本 研 究 は 着 地 動 作 時 の 足 部 方 向 が 有 意 に 着 地 動 作 中 の 膝 関 節 kinematics および kinetics に 影 響 することを 明 らかにした. 着 地 動 作 時 に 足 部 を 内 側 へ 向 ける toe-in landing では, 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントの 増 加, 脛 骨 内 旋 角 度 の 増 加 を 認 めた.また, toe-out landing では, 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントの 減 少, 初 期 接 地 時 の 脛 骨 内 旋 角 度 の 減 少 を 認 めたが, 接 地 直 後 の 急 激 な 脛 骨 内 旋 が 特 徴 として 観 察 された. 23

28 3. 着 地 後 に 続 くジャンプ 動 作 が 着 地 動 作 時 の 膝 関 節 kinematics および kinetics に 与 える 影 響 諸 言 DVJ 課 題 は 着 地 動 作 時 の kinematics および kinetics の 評 価 として 最 も 多 く 使 用 される 動 作 課 題 の 一 つである 14, 18, 52, 64, 87, 91, 146, 192).Hewett ら 87) は 女 性 アスリートを 対 象 とし た 前 向 き 調 査 において,DVJ における 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントが ACL 損 傷 を 予 測 したと 報 告 し,ACL 損 傷 のリスクスクリーニングテストとして DVJ の 有 用 性 を 示 した.DVJ は 台 からの 着 地 後 に 直 ちに 最 大 垂 直 跳 びを 行 うという 課 題 であり, 主 に 台 から の 着 地 (first landing)が 解 析 の 対 象 となっている 14, 18, 52, 64, 87, 91, 146, 192).この first landing には, 台 からの 着 地 による 衝 撃 の 吸 収 と, 後 に 続 くジャンプ 動 作 の 準 備 が 課 題 として 含 ま れている. 先 行 研 究 では,DVJ における first landing と, 最 大 垂 直 跳 び 後 の second landing に 有 意 な kinematics と kinetics の 差 があることが 示 されており,first landing における 最 大 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントは second landing に 比 して 有 意 に 高 値 であっ たとされる 16).また,Ambegaonkar ら 7) は DVJ と 単 純 な 着 地 動 作 である drop landing (DL)における 膝 関 節 周 囲 筋 の 筋 活 動 が 有 意 に 異 なったことを 報 告 した.Leukel ら 119) も 着 地 後 に 続 くジャンプ 動 作 が,ヒラメ 筋 の 筋 活 動 に 影 響 したことを 示 している.これら の 所 見 は, 着 地 動 作 後 に 続 くジャンプ 動 作 が 着 地 動 作 中 の kinematics と kinetics に 影 響 を 与 えている 可 能 性 を 示 唆 している. Cruz ら 41) は 前 方 へ 跳 び, 着 地 後 に 直 ちに 最 大 垂 直 跳 びを 行 うという 課 題 と DVJ,DL の 3 つの 課 題 における kinematics,kinetics を 比 較 した.しかしながら,Cruz ら 41) の 報 告 では, 女 性 のみを 対 象 としており,kinematics や kinetics も 最 大 脛 骨 前 方 剪 断 力 が 生 じ た 時 間 のみで 検 討 している.したがって, 着 地 後 に 続 くジャンプ 動 作 が 着 地 動 作 中 の 膝 関 節 kinematics,kinetics に 与 える 影 響 やその 性 差 はまだ 十 分 に 明 らかとなっていない.ま た,ジャンプの 踏 み 切 り 動 作 における 膝 関 節 kinematics の 解 析 は 限 られており, 膝 蓋 腱 炎 既 往 歴 の 有 無 での 比 較 しか 見 当 たらない 24).ジャンプ 踏 み 切 り 動 作 における 膝 関 節 kinematics を 検 討 することは, 着 地 後 に 続 くジャンプ 動 作 の 影 響 を 考 える 上 で 重 要 である と 考 えられる. 本 研 究 の 目 的 は,DVJ,DL,ジャンプ 踏 み 切 り 動 作 における 膝 関 節 kinematics および kinetics を 解 析 することにより, 膝 関 節 kinematics および kinetics に 対 する 課 題 の 影 響 とその 性 差 を 明 らかにすることである. 本 研 究 の 仮 説 は,DVJ の first landing における 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントは DL およびジャンプ 踏 み 切 り 動 作 と 比 較 して 高 値 であり, 踏 み 切 り 動 作 を 含 む 全 ての 課 題 において 女 性 は 男 性 と 比 較 して 有 意 に 大 きな 膝 関 節 外 反 角 度 および 外 反 モーメントを 示 すとした. 24

29 3. 2. 方 法 対 象 健 常 若 年 女 性 21 名 ( 平 均 ± 標 準 偏 差 : 年 齢 21.3±1.2 歳 ; 身 長 161.5±6.6 cm; 体 重 54.5 ±7.8 kg)と 男 性 21 名 ( 平 均 ± 標 準 偏 差 : 年 齢 21.4±1.7 歳 ; 身 長 173.4±5.2 cm; 体 重 63.2±8.1 kg)が 本 研 究 に 参 加 した. 対 象 は 被 験 者 の 右 下 肢 とした. 男 女 各 8 名 の 予 備 実 験 から 得 られた 結 果 より, 最 も 重 要 なパラメータである 最 大 膝 関 節 外 反 角 度 の 性 差 は 全 て の 課 題 で 大 きな 効 果 量 を 認 めたため,α level を 0.05,パワー(1-β)を 0.80, 効 果 量 を 0.80 と 設 定 し, 本 研 究 に 必 要 なサンプルサイズを 算 出 した. 本 研 究 に 必 要 なサンプルサイズは 男 女 各 21 名 であったため, 本 研 究 では 男 女 各 21 名 の 被 験 者 を 採 用 した. 全 ての 被 験 者 は 過 去 に 競 技 活 動 歴 を 有 していた(バスケットボール,ハンドボール,サッカー 等 ). 対 象 選 定 における 除 外 基 準 は, 過 去 半 年 以 内 の 筋 骨 格 系 傷 害 ( 足 関 節 捻 挫 や 腰 痛 等 ),いかなる 膝 関 節 傷 害 および 手 術 歴, 下 肢 および 体 幹 の 骨 折 歴, ACL 損 傷 予 防 プログラムもしくはス ポーツ 傷 害 予 防 を 目 的 としたジャンプ 着 地 トレーニングへの 参 加 歴 とした. 本 研 究 への 参 加 に 先 立 ち, 全 ての 被 験 者 に 本 研 究 の 主 旨 および 実 験 内 容 について 口 頭 および 書 面 にて 説 明 し, 各 被 験 者 から 書 面 にてインフォームドコンセントを 得 た.また, 本 研 究 は 北 海 道 大 学 大 学 院 保 健 科 学 研 究 院 の 倫 理 委 員 会 の 承 認 を 得 て 実 施 した 実 験 手 順 とデータ 収 集 全 40 個 の 反 射 マーカーを, 下 肢 と 骨 盤 の 骨 指 標 と 対 象 である 右 下 肢 の 大 腿 と 下 腿 に 両 面 テープを 用 いて 貼 付 した 97) ( 図 2. 1.).また, 全 被 験 者, 裸 足 にて 実 験 を 実 施 した. 全 てのデータは EvaRT 4. 4(Motion Analysis Corporation, Santa Rosa, CA, USA)を 用 い て,6 台 の 高 速 度 デジタルカメラ(Hawk cameras; Motion Analysis Corporation)と 2 台 の 床 反 力 計 (Type 9286; Kistler AG, Winterthur, Switzerland)を 同 期 させ 収 集 した. サンプリング 周 波 数 はカメラデータを 200Hz, 床 反 力 データを 1,000Hz に 設 定 した. 初 めに, 各 被 験 者 の 静 止 立 位 時 のデータを 記 録 した. 静 止 立 位 姿 勢 は, 両 手 を 胸 の 前 で 組 み, 足 部 の 向 きは 真 っ 直 ぐとし, 両 足 の 幅 は 腰 幅 とするよう 指 示 し, 被 験 者 間 で 統 一 さ せた. 静 止 立 位 時 のデータを 記 録 後, 左 の 大 腿 骨 内 側 上 顆 のマーカーを 除 去 した. 次 に, DVJ,DL,ジャンプ 踏 み 切 り 動 作 の 3 つの 動 作 課 題 中 のデータを 記 録 した( 図 3. 1.). DVJ では, 被 験 者 は 30cm 台 上 に 肩 幅 で 立 ち, 台 から 落 下 し 左 右 それぞれの 足 を 2 枚 の 床 反 力 計 上 に 着 地 後, 直 ちに 最 大 垂 直 跳 びを 行 なうよう 指 示 した.DL では, 被 験 者 は 30cm 台 上 に 肩 幅 で 立 ち, 台 から 落 下 しそれぞれの 足 を 2 枚 の 床 反 力 計 上 に 着 地 するよう 指 示 し た.ジャンプ 踏 み 切 り 動 作 では, 被 験 者 は 2 枚 の 床 反 力 計 上 に 立 ち,その 状 態 から 最 大 垂 直 跳 びを 行 うように 指 示 した.また, 課 題 を 通 して, 被 験 者 には 両 手 を 耳 の 高 さに 保 持 し, 視 線 は 前 に 向 けるよう 求 めた. 被 験 者 には 各 動 作 課 題 に 慣 れるまで 練 習 を 実 施 することを 許 可 し, 各 課 題 3 回 の 成 功 試 行 を 無 作 為 の 順 序 で 記 録 した. 25

30 図 3.1. 動 作 課 題. 左 から drop vertical jump(dvj), drop landing(dl),ジャンプ 踏 み 切 り 動 作 データ 解 析 膝 関 節 kinematics および kinetics の 算 出 には SIMM (MusculoGraphics, Santa Rosa, CA, USA)を 用 いた. 膝 関 節 角 度 の 算 出 には, 関 節 座 標 系 法 を 用 い,Grood と Santay 74) の 座 標 に 一 部 拘 束 を 加 えた. 膝 関 節 角 度 は 全 て 大 腿 骨 に 対 する 脛 骨 の 運 動 とし, 静 止 立 位 時 の 関 節 角 度 を 0 と 設 定 した.また, 膝 関 節 角 度 の 算 出 に 際 し, 皮 膚 運 動 によ る 誤 差 を 減 じるため,global optimization technique を 適 用 した 126). 外 的 膝 関 節 モーメ ントを 逆 動 力 学 解 析 により 算 出 し, 各 セグメントの 慣 性 モーメントは de Leva 45) の 報 告 に 基 づいた.また, 外 的 膝 関 節 モーメントは 各 被 験 者 の 体 重 と 身 長 により 除 し, 標 準 化 した (Nm/(kg*m)). DVJ と DL の 二 つの 着 地 動 作 では, 台 からの 着 地 における IC 時 から 膝 関 節 最 大 屈 曲 時 までの 区 間 を 解 析 の 対 象 とした.ジャンプ 踏 み 切 り 動 作 では, 静 止 立 位 の 状 態 から 膝 関 節 最 大 屈 曲 時 までの 区 間 を 解 析 対 象 とした. 各 課 題 の 最 大 膝 関 節 屈 曲 角 度, 外 反 角 度 を 算 出 した.また, 二 つの 着 地 動 作 課 題 では 最 大 膝 関 節 屈 曲 モーメントおよび 外 反 モーメント, 最 大 垂 直 床 反 力,IC 時 および 接 地 後 50ms 時 の 膝 関 節 角 度 および 膝 関 節 モーメントを 算 出 した. 統 計 学 的 解 析 には, 各 課 題 それぞれの 成 功 3 試 行 の 平 均 値 を 各 被 験 者 の 代 表 値 とし て 用 いた. 26

31 統 計 学 的 解 析 2 元 配 置 反 復 測 定 分 散 分 析 ( 課 題 および 性 )と post-hoc Bonferroni test を 用 いて, 各 課 題 の 膝 関 節 kinematics および kinetics を 比 較 した. 最 大 膝 関 節 角 度 に 関 しては,DVJ, DL,ジャンプ 踏 み 切 り 動 作 の 3 課 題 で 比 較 し,それ 以 外 の 変 数 においては DVJ と DL の 着 地 課 題 でのみ 比 較 した. 全 ての 統 計 学 的 解 析 の 危 険 率 は P < 0.05 とし,IBM SPSS Statistics 22(IBM,Chicago, IL, USA)を 用 いて 解 析 した.また,post-hoc test に 関 し て, 効 果 量 r を 算 出 した 60). 効 果 量 の 大 きさは,r > 0.5 を 効 果 量 大,0.50 > r > 0.3 を 効 果 量 中,0.3 > r > 0.1 を 効 果 量 小,0.1 > r を 効 果 量 無 しとした 40). 27

32 3. 3. 結 果 各 課 題 における 膝 関 節 kinematics を 表 に 示 す.また, 図 に 膝 関 節 角 度 の 時 系 列 変 化 を 示 す.DVJ と DL における IC 時 の 膝 関 節 外 反 角 度 に 対 して,いずれの 主 効 果 および 交 互 作 用 を 認 めなかった( 課 題 の 主 効 果, F = 2.366, P = 0.132; 性 の 主 効 果, F = 0.919, P = 0.344; 交 互 作 用, F = 1.594, P = 0.214). DVJ と DL における IC 後 50ms 時 の 膝 関 節 外 反 角 度 に 対 しては, 性 の 主 効 果 (F = 0.872, P = 0.214)および 交 互 作 用 (F = 1.495, P = 0.229)を 認 めなかったが, 課 題 の 効 果 には 統 計 学 的 な 傾 向 を 認 めた(F = 4.066, P = 0.050). 事 後 検 定 では, 女 性 は IC 後 50ms 時 の 膝 関 節 外 反 角 度 が,DL に 比 して DVJ で 有 意 に 大 きな 値 を 示 し, 効 果 量 は 大 きかったが(P = 0.027, r = 0.513), 男 性 では 両 課 題 間 に 有 意 な 差 は 認 めなかった(P = 0.578, r = 0.111). 最 大 膝 関 節 外 反 角 度 に 対 して, 有 意 な 課 題 の 主 効 果 (F = 7.482, P = 0.001)および 性 の 主 効 果 (F = 8.281, P = 0.006)を 認 めた が, 交 互 作 用 は 認 めなかった(F = 0.477, P = 0.623). 事 後 検 定 では,いずれの 課 題 にお いても 女 性 は 男 性 と 比 較 して 有 意 に 大 きな 最 大 膝 関 節 外 反 角 度 を 示 し, 中 等 度 の 効 果 量 を 認 めた(DVJ, P = 0.007, r = 0.408; DL, P = 0.006, r = 0.417; ジャンプ 踏 み 切 り 動 作, P = 0.020, r =0.358). また, 女 性 は 最 大 膝 関 節 外 反 角 度 が,DL に 比 して DVJ で 有 意 に 大 き な 値 を 示 し, 大 きな 効 果 量 を 認 めたが(P = 0.024, r = 0.629), DVJ とジャンプ 踏 み 切 り 動 作 (P = 0.508, r = 0.405), DL とジャンプ 踏 み 切 り 動 作 (P = 0.414, r = 0.326)の 間 に 有 意 な 差 は 認 めなかった. 男 性 ではいかなる 課 題 間 においても 最 大 膝 関 節 外 反 角 度 の 有 意 な 差 は 認 めなかった(DVJ vs DL, P = 0.077, r = 0.401; DVJ vs ジャンプ 踏 み 切 り 動 作, P = 1.000, r = 0.005; DL vs ジャンプ 踏 み 切 り 動 作, P = 0.066, r = 0.463). IC 時 の 膝 関 節 屈 曲 角 度 に 対 して, 有 意 な 課 題 の 主 効 果 (F = , P < 0.001), 交 互 作 用 (F = 5.454, P = 0.025)を 認 めたが, 性 の 主 効 果 は 認 めなかった(F = 0.003, P = 0.958). 男 女 ともに DVJ における IC 時 膝 関 節 屈 曲 角 度 は DL に 比 して 有 意 に 大 きな 値 であり, 大 きな 効 果 量 を 認 めた( 女 性, P = 0.001, r = 0.811; 男 性, P < 0.001, r = 0.774). IC 後 50ms での 膝 関 節 屈 曲 角 度 に 対 して, 有 意 な 課 題 の 主 効 果 (F = , P < 0.001), 交 互 作 用 (F = 6.176, P = 0.017)を 認 めたが, 性 の 主 効 果 は 認 めなかった(F = 0.121, P = 0.729). 男 女 ともに,IC 後 50ms での 膝 関 節 屈 曲 角 度 は,DVJ が DL に 比 して 有 意 に 大 きな 値 であ り, 大 きな 効 果 量 を 認 めた( 女 性, P < 0.001, r = 0.818; 男 性, P < 0.001, r = 0.812). 最 大 膝 関 節 屈 曲 角 度 に 対 して, 有 意 な 課 題 の 主 効 果 (F = , P < 0.001)および 交 互 作 用 (F = 3.319, P = 0.041)を 認 めたが, 性 の 主 効 果 は 認 めなかった(F = 0.021, P = 0.886). 課 題 間 の 比 較 においては, 女 性 ではジャンプ 踏 み 切 り 動 作 が DL に 比 し, 有 意 に 大 きな 最 大 膝 関 節 屈 曲 角 度 を 示 し(P = 0.037, r = 0.473), 男 性 ではジャンプ 踏 み 切 り 動 作,DVJ, DL の 順 に 有 意 に 大 きな 値 であった( 全 て P < 0.05, r > 0.500). 脛 骨 内 旋 角 度 に 対 しては, いかなる 主 効 果, 交 互 作 用 も 認 めなかった. 28

33 表 各 課 題 における 膝 関 節 kinematics の 比 較 膝 関 節 角 度 女 性 男 性 DVJ DL 踏 み 切 り DVJ DL 踏 み 切 り 屈 曲 角 度 ( ) 初 期 接 地 時 26.0 ± ± 6.9 a 21.0 ± ± 9.3 a 初 期 接 地 後 50ms 53.9 ± ± 5.5 a 55.5 ± ± 9.7 a 最 大 値 84.9 ± ± ± 13.0 b 86.1 ± ± 21.8 a 97.6 ± 17.1 ab 外 反 角 度 ( ) 初 期 接 地 時 -1.7 ± ± ± ± 2.7 初 期 接 地 後 50ms 2.3 ± ± 4.4 a 0.4 ± ± 5.4 最 大 値 11.3 ± ± 4.8 a 10.3 ± ± 6.8* 4.0 ± 6.5* 5.8 ± 5.3* 脛 骨 内 旋 角 度 ( ) 初 期 接 地 時 2.8 ± ± ± ± 4.8 初 期 接 地 後 50ms 5.5 ± ± ± ± 4.5 最 大 値 6.7 ± ± ± ± ± ± 4.2 DVJ: drop vertical jump, DL: drop landing, 踏 み 切 り: ジャンプ 踏 み 切 り 動 作 全 ての 値 は 平 均 値 ± 標 準 偏 差 を 表 す. 正 の 値 は 膝 関 節 屈 曲, 外 反, 脛 骨 内 旋 角 度 を 示 す. a P < 0.05 (vs DVJ) b P < 0.05 (vs DL) * P < 0.05 (vs 女 性 ) 29

34 図 各 課 題 における 膝 関 節 角 度 の 時 系 列 変 化 ( 左 が 女 性, 右 が 男 性 ):(a) 膝 関 節 屈 伸 角 度,(b) 膝 関 節 内 外 反 角 度,(c) 脛 骨 内 外 旋 角 度.Drop vertical jump および drop landing の 横 軸 は 初 期 接 地 時 から 膝 関 節 最 大 屈 曲 時 までを 0 から 100%に 標 準 化 した 時 間 を 表 す.ジャンプ 踏 み 切 りの 横 軸 は 動 作 開 始 時 から 膝 関 節 最 大 屈 曲 時 までを 0 から 100% に 標 準 化 した 時 間 を 表 す. 30

35 DVJ と DL における kinetics の 比 較 を 表 に 示 す. 最 大 垂 直 床 反 力 に 関 して,いず れの 主 効 果 および 交 互 作 用 も 認 めなかった( 課 題 の 主 効 果, F = 3.301, P = 0.077; 性 の 主 効 果, F = 1.605, P = 0.213; 交 互 作 用, F = 0.119, P = 0.732). IC 後 50ms での 膝 関 節 屈 曲 モーメントに 対 して, 有 意 な 課 題 の 主 効 果 (F = , P = 0.003)を 認 めたが, 性 の 主 効 果 (F = 0.026, P = 0.874)および 交 互 作 用 (F = 3.302, P = 0.077)は 認 めなかった. 事 後 検 定 では, 男 性 の IC 後 50ms での 膝 関 節 屈 曲 モーメントは DVJ が DL に 比 して 有 意 に 大 きな 値 を 認 め, 効 果 量 は 大 きかったが(P = 0.001, r = 0.535), 女 性 は DVJ と DL の 間 に 有 意 な 差 を 認 めなかった(P = 0.347, r = 0.302). 最 大 膝 関 節 屈 曲 モーメントに 対 しては, 有 意 な 課 題 の 主 効 果 (F = , P < 0.001)および 交 互 作 用 (F = , P = 0.001) を 認 めたが, 性 の 主 効 果 は 認 めなかった(F = 4.019, P = 0.052). 男 性 は DVJ における 最 大 膝 関 節 屈 曲 モーメントが DL に 比 して 有 意 に 高 値 であり, 大 きな 効 果 量 を 認 めたのに 対 し(P < 0.001, r = 0.811), 女 性 では 両 課 題 間 に 有 意 な 差 は 認 めなかった(P = 0.067, r = 0.438).また,DVJ における 最 大 膝 関 節 屈 曲 モーメントは, 男 性 が 女 性 に 比 して 有 意 に 高 値 であった(P = 0.005, r = 0.428). IC 後 50ms での 膝 関 節 外 反 モーメントに 対 しては, いずれの 主 効 果 および 交 互 作 用 も 認 めなかった( 課 題 の 主 効 果, F = 0.042, P = 0.839; 性 の 主 効 果, F = 0.036, P = 0.850; 交 互 作 用, F = 0.971, P = 0.330). 最 大 膝 関 節 外 反 モーメ ントに 関 しては, 課 題 の 主 効 果 を 認 めたが(F = 5.157, P = 0.029), 性 の 主 効 果 (F = 0.168, P = 0.684)および 交 互 作 用 (F = 0.113, P = 0.738)は 認 めなかった,しかし, 事 後 検 定 で はいずれの 有 意 差 も 認 めなかった. 表 Drop vertical jump と drop landing における kinetics の 比 較 女 性 男 性 DVJ DL DVJ DL 最 大 垂 直 床 反 力 (N/kg) 21.2 ± ± ± ± 7.0 膝 関 節 モーメント (Nm/(kg*m)) a 屈 曲 モーメント 初 期 接 地 後 50ms 0.87 ± ± ± ± 0.20 b 最 大 値 1.30 ± ± ± 0.26* 1.18 ± 0.18 b 外 反 モーメント 初 期 接 地 後 50ms 0.09 ± ± ± ± 0.17 最 大 値 0.18 ± ± ± ± 0.10 DVJ: drop vertical jump, DL: drop landing, 踏 み 切 り: ジャンプ 踏 み 切 り 動 作 全 ての 値 は 平 均 値 ± 標 準 偏 差 を 表 す. a 正 の 値 は 膝 関 節 屈 曲, 外 反 モーメントを 示 す. b P < 0.05 (vs DVJ) * P < 0.05 (vs 女 性 ) 31