体 幹 筋 機 能 が 膝 前 十 字 靭 帯 損 傷 メカニズムに 及 ぼす 影 響 37 ランプ(LED 型 シンクロナイザPH-105 型,ディエイチ ケイ 社 製 )を 画 像 で 撮 影 することにより 同 期 させた. 反 射 マーカーを 両 側 の 上 前 腸 骨 棘, 膝 蓋 骨 中

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1 36 埼 玉 医 科 大 学 雑 誌 第 40 巻 第 1 号 平 成 25 年 8 月 学 内 グラント 報 告 書 平 成 24 年 度 学 内 グラント 終 了 時 報 告 書 体 幹 筋 機 能 が 膝 前 十 字 靭 帯 損 傷 メカニズムに 及 ぼす 影 響 研 究 代 表 者 大 久 保 雄 ( 保 健 医 療 学 部 理 学 療 法 学 科 ) 緒 言 スポーツ 傷 害 の 中 で 膝 前 十 字 靭 帯 (ACL) 損 傷 は 重 篤 な 外 傷 であり, 受 傷 後 は 長 期 離 脱 を 余 儀 なく されるため,その 予 防 法 が 注 目 されている. 受 傷 機 転 は,ジャンプの 着 地 や 切 り 返 し 動 作 での 接 地 局 面 が 多 い. 発 症 要 因 には 膝 外 反 角 度 の 増 大 (knee-in & toe - out), 過 回 内 足, 股 関 節 外 転 筋 力 の 低 下, 性 ホルモン 動 態 などが 影 響 していることが 明 らかにさ れている 1) が, 近 年 では 体 幹 安 定 性 の 重 要 性 が 報 告 さ れている.Zazulak, et al. 2) は,277 名 の 大 学 アスリー トを 対 象 に 前 向 き 調 査 を 行 った 結 果,ACL 損 傷 など 膝 関 節 外 傷 を 受 傷 した 者 は 受 傷 しなかった 者 よりも 体 幹 安 定 性 が 低 かったことを 報 告 している.また, ACL 損 傷 の 受 傷 機 転 に 多 いジャンプ 着 地 動 作 では, 足 部 の 接 地 前 に 腹 横 筋 が 活 動 し 体 幹 安 定 性 を 高 める feedforward 作 用 が 働 く こ と が 報 告 さ れ て い る 3). これらの 先 行 研 究 から,スポーツ 現 場 ではACL 損 傷 予 防 に 対 して 体 幹 安 定 性 を 高 めるためのトレーニン グが 盛 んに 行 われている. 特 に, 体 幹 安 定 性 の 制 御 には 体 幹 深 部 筋 ( 腹 横 筋 や 多 裂 筋 など)を 含 めた 体 幹 筋 の 共 同 収 縮 が 重 要 であることが 明 らかにされ ていることから 4), 体 幹 筋 群 の 共 同 収 縮 を 促 進 させる エクササイズが 推 奨 されている. 以 上 から, 体 幹 筋 機 能 が 高 い 者 はACL 損 傷 の 主 な 受 傷 肢 位 でなるknee-in & toe - outを 回 避 できると 予 測 されるが, 着 地 時 の 下 肢 バイオメカニクスと 体 幹 筋 機 能 との 関 連 を 検 討 した 研 究 はない.そこで 本 研 究 では, 片 脚 着 地 時 の 下 肢 キネマティクスと 体 幹 筋 活 動 との 関 連 を 調 査 し, ACL 予 防 に 対 する 体 幹 筋 機 能 の 関 係 性 を 検 討 するこ ととした. 対 象 と 方 法 被 験 者 対 象 は5 年 以 上 の 競 技 経 験 を 有 する 大 学 生 女 子 バスケットボール 選 手 5 名 ( 年 齢 :24 ± 5.1 歳, 身 長 : ± 3.5 cm, 体 重 :53.8 ± 1.5 kg,mean ± SD)と した. 下 肢 に 手 術 歴 のある 者 は 除 外 した. 被 験 者 には 実 験 内 容 を 説 明 し, 同 意 を 得 た 後 実 験 を 開 始 した. 実 験 試 技 40 cm 台 から, 前 方 30 cmの 位 置 に 右 下 肢 片 脚 着 地 した 際 の 筋 電 図 および 動 画 データを 収 集 した. 筋 電 図 および 動 画 データは 同 期 スイッチ( 原 田 電 子 工 業 社 製 ) を 用 いて 同 期 させた. 試 技 は 台 から 飛 び 上 がらないよ うに 着 地 させ, 着 地 後 は 片 脚 立 位 姿 勢 を 保 持 するよう 指 示 した. 上 肢 の 影 響 を 除 去 するため, 腕 の 前 で 上 肢 を 組 ませて 試 技 を 行 った. 試 技 条 件 は, 自 然 と 着 地 さ せる 通 常 着 地 とDraw-in( 腹 部 引 き 込 み 動 作 )を 行 わせながら 着 地 する Draw-in 着 地 の2 種 類 とした. Draw-inは, 下 腹 部 の 筋 収 縮 を 意 識 させながら 腹 部 を 引 き 込 み, 腹 横 筋 の 選 択 的 収 縮 を 図 った 手 法 であり, 体 幹 安 定 性 トレーニングの 基 本 手 技 として 臨 床 現 場 で 盛 んに 用 いられている 5). 被 験 者 には 息 を 吐 きながら 下 腹 部 を 引 き 込 ませるよう 指 示 し, 試 技 開 始 直 前 から 着 地 終 了 までDraw-inを 継 続 させた. 試 技 を 行 う 前 に, Draw-in 時 の 筋 電 図 をモニタリングしながら 十 分 な 練 習 を 行 い, 正 しい 筋 活 動 様 式 を 覚 えさせた 後, 試 技 を 行 った. 筋 電 図 筋 電 図 測 定 には 表 面 筋 電 位 測 定 装 置 (EMG-025, 原 田 電 子 工 業 社 )を 用 いた. 皮 膚 処 理 として, 皮 膚 研 磨 剤 (スキンピュア, 日 本 光 電 社 製 )およびアルコール を 用 いて 皮 膚 抵 抗 が2 kω 以 下 になるまで 角 質 除 去 を 行 った. 被 検 筋 は 右 側 の 腹 直 筋, 外 腹 斜 筋, 内 腹 斜 筋 / 腹 横 筋, 脊 柱 起 立 筋 とし, 各 筋 の 筋 線 維 方 向 と 平 行 に 表 面 電 極 (ブルーセンサー N-00-S,メッツ 社 製 )を 貼 付 した. 筋 電 位 導 出 部 位 は, 腹 直 筋 は 臍 から 約 3 cm 外 側, 外 腹 斜 筋 は 臍 から15 cm 外 側, 内 腹 斜 筋 / 腹 横 筋 は 上 前 腸 骨 棘 から2 横 指 内 側, 脊 柱 起 立 筋 は 第 3 腰 椎 棘 突 起 から3 cm 外 側 とした. 画 像 データ 試 技 位 置 の 正 面 および 左 側 に2 台 のハイスピード カ メ ラ(EXILIM EX-FH20,CASIO 社 製 )を 設 置 し, frame rateを210 Hzで 撮 影 した.2 台 のカメラはLED

2 体 幹 筋 機 能 が 膝 前 十 字 靭 帯 損 傷 メカニズムに 及 ぼす 影 響 37 ランプ(LED 型 シンクロナイザPH-105 型,ディエイチ ケイ 社 製 )を 画 像 で 撮 影 することにより 同 期 させた. 反 射 マーカーを 両 側 の 上 前 腸 骨 棘, 膝 蓋 骨 中 央, 足 関 節 中 心, 第 1 趾 足 尖 に 貼 付 し, 試 技 を 行 った. 左 側 カメラの 画 像 を 画 像 解 析 ソフト Image - J に 取 り 込 み, 試 技 の phase 分 け を 行 っ た. 左 足 部 が 台 から 離 れてから 右 足 部 が 床 面 に 接 地 するまでを floating phase, 右 足 部 接 地 後 300 msecまでを100 msec 毎 に 区 分 したstance phase1-3の4 相 にphase 分 けした (Fig. 1). 筋 電 データ 解 析 得 ら れ た 筋 電 位 を 解 析 ソ フ トBIMUTUS-Video (KISSEI COMTEC 社 製 )に 取 り 込 み, 筋 電 デ ー タ を 解 析 した Hzでバンドパスフィルターを かけ, 全 波 整 流 を 行 った 後, 各 phaseにおけるroot Mean Square(RMS)を 算 出 した.さらに 各 筋 のRMS を 最 大 随 意 収 縮 (MVC) 時 のRMSで 除 した 筋 活 動 量 (% MVC)を 求 めた. 各 筋 のMVC 筋 電 位 は,ダニエル の 徒 手 筋 力 測 定 法 MMT5の 手 法 に 基 づき 実 施 した 等 尺 性 最 大 随 意 収 縮 の 中 で,0.2 秒 間 の 振 幅 位 が 最 大 と なる 区 画 を 特 定 し,その 区 間 のRMSを 算 出 した. 動 作 解 析 前 方 のカメラから 得 られた 画 像 を 画 像 解 析 ソフト Image-Jに 取 り 込 み, 離 地 から 試 技 終 了 までの 前 額 面 股 関 節 角 度 および 膝 関 節 角 度 を 算 出 した. 股 関 節 は 両 側 上 前 腸 骨 棘 を 結 んだ 線 と 右 上 前 腸 骨 棘 と 右 膝 蓋 骨 中 心 を 結 んだ 線 のなす 角 とし, 股 関 節 外 転 方 向 の 回 転 を 正 とした(Fig. 2A). 膝 関 節 は 右 上 前 腸 骨 棘, 右 膝 蓋 骨, 右 足 関 節 中 心 の3 点 のなす 角 とし, 膝 関 節 内 反 方 向 の 回 転 を 正 とした(Fig. 2B). 離 地 時 の 股 関 節 膝 関 節 角 度 を 基 準 に, 離 地 後 の 股 関 節 内 転 角 度 および 膝 関 節 外 反 角 度 の 変 化 量 を 算 出 した(Fig. 3). 統 計 処 理 各 phaseにおける 筋 活 動 量 および 股 関 節 膝 関 節 の 角 度 変 化 量 を 試 技 条 件 間 ( 通 常 着 地 vs. Draw-in 着 地 )で 対 応 のあるt 検 定 により 比 較 した.また, 各 筋 の 筋 活 動 量 と 股 関 節 膝 関 節 角 度 変 化 量 との 関 係 を Pearsonの 積 率 相 関 係 数 により 検 討 した. 統 計 処 理 に はJMP10 for Windows(SAS Institute Japan)を 用 い, 有 意 水 準 は5%とした. 結 果 外 腹 斜 筋 の 筋 活 動 量 はfloating phase( 通 常 試 技 :72.6 ± 45.9%MVC,draw -in 試 技 :144.0 ± 83.3% MVC,mean ± SD, 以 下 同 順 )お よ びstance phase 2(40.0 ± 31.3% MVC,105.4 ± 65.0% MVC)で, draw-in 試 技 の 方 が 通 常 試 技 よりも 有 意 に 大 きかった (p<0.05). 内 腹 斜 筋 の 活 動 量 はstance phase 1(45.4± 38.0% MVC,82.6 ± 46.2% MVC)およびstance phase 2(29.2 ± 14.9% MVC,81.8 ± 54.4% MVC)でdraw-in 試 技 の 方 が 通 常 試 技 よ り も 大 き い 傾 向 を 示 し た (p<0.1)(fig. 4). Fig. 1. Phase division of experimental task.

3 38 大 久 保 雄 キネマティクスデータでは, 股 関 節 内 転 膝 関 節 外 反 角 度 変 化 量 ともに 試 技 間 で 有 意 な 差 を 認 めなかった (Fig.5). 筋 活 動 量 と 角 度 変 化 量 と の 関 係 で は,stance phase 3における 外 腹 斜 筋 の 活 動 量 が 股 関 節 内 転 角 度 変 化 量 (r = 0.68, p < 0.05), 膝 関 節 外 反 角 度 変 化 量 (r = 0.71, p < 0.05)との 間 に 有 意 な 正 の 相 関 関 係 を 認 めた(Fig. 6). 他 の 項 目 に 有 意 な 相 関 関 係 は 認 めな かった. 考 察 本 研 究 では,draw-in 着 地 が 筋 活 動 量 および 股 関 節 膝 関 節 キネマティクスデータに 及 ぼす 影 響 を 検 討 した.draw-in 試 技 では 外 腹 斜 筋 および 内 腹 斜 筋 の 活 動 量 が 通 常 試 技 よりも 有 意 に 大 きかったが, 股 関 節 膝 関 節 の 角 度 変 化 量 では 有 意 差 を 認 めなかった. 腹 筋 群 の 共 同 収 縮 は 脊 椎 の 安 定 性 を 高 めることが 示 唆 され ている 4) が, 本 結 果 では 下 肢 の 運 動 様 式 を 変 化 させる Fig. 2. The calculation of hip (A) and knee (B) angle on the frontal plane. Fig. 3. The calculation for angular displacement of hip adduction and knee valgus on the frontal plane.

4 体 幹 筋 機 能 が 膝 前 十 字 靭 帯 損 傷 メカニズムに 及 ぼす 影 響 39 Fig. 4. C o m p a r i s o n o f E M G a m p l i t u d e s b e t w e e n experimental tasks. EO: external oblique, IO: internal oblique. float: floating phase, stance1: stance phase 1, stance2: stance phase 2. Fig. 5. Comparison of kinematics data between experimental tasks. Fig. 6. Correlation between EMG amplitudes and angular displacement. EO: external oblique. に は 至 ら な か っ た. 先 行 研 究 に お い て,draw-in exerciseや 体 幹 安 定 化 トレーニングを 介 入 することに より,バランス 能 力 や 体 幹 筋 反 応 時 間 を 改 善 させるこ とが 示 されている 6, 7). 本 実 験 では 意 識 的 にdraw-inを 行 わせながらの 試 技 を 検 討 したが, 今 後 は 一 定 期 間 体 幹 安 定 化 トレーニングを 介 入 した 下 肢 キネマティクス への 効 果 を 検 証 する 必 要 があると 考 える. 筋 活 動 量 と 角 度 変 化 量 との 関 係 では,stance phase 3 における 外 腹 斜 筋 の 活 動 量 が 大 きいほど, 股 関 節 内 転 膝 関 節 外 反 の 角 度 変 化 量 が 大 きかった. 片 脚 立 位 など の 姿 勢 制 御 には, 支 持 下 肢 の 内 転 筋 および 非 支 持 側 の 外 腹 斜 筋 の 作 用 が 重 要 であることが 報 告 されている 5). 本 研 究 において, 外 腹 斜 筋 は 支 持 側 のみの 測 定 であり, 非 支 持 側 の 外 腹 斜 筋 活 動 は 測 定 していないが, 下 肢 の 角 度 変 化 量 が 少 ない 者 は 非 支 持 側 の 外 腹 斜 筋 の 活 動 が 高 まり, 支 持 側 の 外 腹 斜 筋 活 動 は 低 くなったため, 外 腹 斜 筋 の 活 動 量 と 股 関 節 内 転 膝 関 節 外 反 の 角 度 変 化 量 に 正 の 相 関 を 認 めた 可 能 性 がある. 今 後 は, 左 右 の 体 幹 筋 活 動 を 測 定 する 中 で, 下 肢 の 運 動 様 式 と 筋 活 動 量 の 関 係 を 検 討 する 必 要 がある. 本 研 究 から, 体 幹 筋 活 動 様 式 の 変 化 がACL 損 傷 の 主 な 受 傷 肢 位 であるknee-in & toe-outに 及 ぼす 影 響 を 明 らかにすることはできなかった. 今 後 は 実 験 手 法 を 再 考 し, 本 研 究 を 継 続 していく 予 定 である.

5 40 大 久 保 雄 文 1) 小 笠 原 一 生, 白 木 仁, 向 井 直 樹, 竹 村 雅 裕, 宮 川 俊 平. 前 十 字 靭 帯 損 傷 リスクの 簡 便 なスク リーニング 指 標 としての 前 額 面 膝 関 節 偏 位 指 標 の 提 案. 体 力 科 学 2008;57; ) Zazulak BT, Hewett TE, Reeves NP, Goldberg B, Cholewicki J. Deficits in neuromuscular control of the trunk predict knee injury risk: a prospective biomechanical-epidemiologic study. Am J Sports Med 2007;35; ) Kulas AS, Schmitz RJ, Shultz SJ, Henning JM, Perrin DH. Sex-specific abdominal activation 献 strategies during landing. J Athl Train 2006;41; ) Stanton T, Kawchuk G. The effect of abdominal stabilization contractions on posteroanterior spinal stiffness. Spine 2008;33; ) 小 泉 圭 介.コアスタビリティトレーニングの 意 義 と 基 本 プログラム. 理 学 療 法 2009;26; ) 今 井 厚, 金 岡 恒 治, 大 久 保 雄, 白 木 仁. 異 なるエク ササイズが 静 的 バランスに 及 ぼす 即 時 効 果. 臨 床 スポーツ 医 学 会 誌 2012;20; ) Tsao H, Hodges PW. Persistence of improvements in postural strategies following motor control training in people with recurrent low back pain. J Electromyogr Kinesiol 2008;18; The Medical Society of Saitama Medical University