リフティング動作時の下肢および体幹の姿勢が 腰背部負荷に及ぼす影響 Effect of lower limb and trunk posture on back load during lifting movement 1M462 小嶋美生 KOJIMA Miu 指導教員 : 丸山剛生准教授審査員 : 石井信源教授, 松田稔樹准教授 本研究の目的は下肢及び体幹の姿勢を変化させた重量物のリフティング動作を行い, その挙動を明らかにすると共に腰背部負荷に及ぼす影響を調査することであった 実験の被験者は健康な男子大学院生 9 名 ( 年齢 :23.6±.73 歳, 身長 :1.73±.5m, 体重 :67.2±6.85kg) であった. 試技は 14kg の重量物 ( 幅.33m 奥行き.2m 高さ.31m) を用いたリフティング動作で, 被験者前方に設置した.4m の高さの台から右側方の台まで重量物を挙上, 回旋, 下降させる動作とした. この動作を 2 種類の股関節回旋角度 (deg 6deg) 2 種類の体幹の姿勢 (Neutral Stoop) を組み合わせた 4 条件 (-N, -S, 6-N, 6-S) で行い, リフティング方法や速度などその他要因は可能な限り統一した. 動作中の体幹胸部 (T9/T1) 関節, 腰部 (L4/L5) 関節における関節角度, 関節間力, および関節トルクを算出し, そのうち関節間力, 関節トルクを負荷として定義した. また, 動作を重量物の1 挙上期, 2 回旋期,3 下降期に分割しフェーズごとの比較を行うと共に, 障害の好発部位である L4/L5 関節ではピーク値の比較も行った. 統計解析には二元配置分散分析を用い, 有意水準は 5% に設定した. 6deg において, あらかじめ重量物の移動方向へ股関節を外旋させることにより回旋 下降期における T9/T1 関節の右側屈 右回旋角度が減少し, 非対称な姿勢を軽減させることが出来る. 関節間力は顕著な差が認められなかったが,L4/L5 関節における回旋期以降の側屈トルク 回旋トルク, またそれらによる角力積が減少し, 筋群が伸張性収縮を必要とされるような負荷が減少することが示唆された. また,T9/T1 関節においても同様な傾向がみられ, 下降期の側屈トルクが減少した. Stoop において, 体幹を屈曲させた姿勢では T9/T1 関節における回旋角度が減少し,L4/L5 関節における水平面上の力成分が減少したが, 合力に差はなかった. 関節トルクは L4/L5 関節における挙上期の伸展トルク, 下降期の屈曲トルクが増加した. また, 側屈 回旋トルク, および合力のトルクが増加したことに加え, 左側屈トルクのピーク値も増加し, 非対称なトルクが大きくなることが示唆された. 以上を踏まえると回旋を伴うリフティング動作では, 股関節を重量物の移動方向へ外旋し, 体幹を屈曲させず中間位を保った姿勢で行うことが望ましいということが示唆される.
Effect of lower limb and trunk posture on back load during lifting movement The purpose of this study was to investigate effect of lower limb and trunk posture on back load during lifting movement. The subjects of this study were nine healthy male graduate students ( age : 23.6±.73 years, height : 1.73±.5m, weight : 67.2±6.85kg). The task was lifting movement of a load( width :.33m depth :.2m height :.31m) weighs 14kg, and was movement to lift, rotate and deposit the load from a stull set front of the subject to another set right direction of him. The subject did 4 tasks (-N, -S, 6-N, and 6-S) combined 2 hip angles (deg / 6deg) and 2 trunk postures (Neutral / Stoop), and other factors for example lifting method, speed were unified as far as possible. Joint angle, joint reaction force, and joint torque of thoracic (T9/T1) joint and lumber (L4/L5) joint of the trunk were computed, then joint reaction force and joint torque were defined as the load of the trunk. Further, the movement was divided into 3 phases: such as lifting, rotation and deposit phase. Since low back disorder occurs frequently at L4/L5 joint, peak value was also compared at the joint. For statistics analysis, 2 way ANOVA were used. A significance level of 5 % was used. By rotating hip joint previously to the direction the load to move in 6deg, right bending and rotation angle at T9/T1 joint decreased in rotation and deposit phases, then asymmetry was reduced. There was no significant difference in joint reaction force, but lateral bending and rotation torque at L4/L5 joint and the angular impulse were reduced in 6deg, then it was indicated that asymmetry and load that muscles were needed to contract eccentrically were decreased. Same tendency were seen at T9/T1 joint, bending torque in deposit phase were reduced. In a posture of Stoop, rotation angle at T9/T1 joint and forces on horizontal plane at L4/L5 joint were decreased, however there were no significance among resultant forces. Concerning joint torque, extension torque in lifting phase and flexion torque in deposit phase at L4/L5 joint were increased. As bending and rotation torque, resultant torque, and peak left bending toque were increased, it was indicated that asymmetry torque increased. Therefore, in a lifting movement including rotation, it was suggested that rotating hip joint to the moving direction of the load, and erecting back were preferred.
1. 緒言体幹幹の慢性疼痛痛は多くの人人々の悩みである. 中でも腰痛は最も多い休職の原因の 1 位であると先先行研究 (1 ) で述べられており, 重要な問題であると認識されている. 一方リフティング動作作は重量物の持ち上げ動動作を指すが, 腰 痛の原原因となり得得る動作として認知されている. しかし, 介護護や運送業など様々な場面面でみられ, 生活上避避けられない動作でもある. そのため動作を行行う際の安全全や腰背部に作作用する負負荷の低減が求められている. 腰痛痛や腰部障害害は脊柱の構構造上第 5 腰椎 (L5) 付近で好発発する. リフティング動作作は重量物物の持ち上げに加えて移移動を伴うことが多いため, 体幹の屈曲に加えて側屈や回旋旋の動作が加わる. すると,L5 付近での椎間板板の 歪みやせん断力が発生し, 腰部障害の原因因となる. このように側屈や回旋旋をした姿勢やそれに伴伴う力やトルクを先行研研究では非対称称性と表現現しており, 繰り返しを避けるべきだと 言及している ( 2, 3 3 ). これを受けて体体幹に作用する負荷を軽減減させるための研究が行われているが ( 4, 5, 6 ), 動力学的的な解析が行行われていない, 体幹の詳詳細な定義義がなされていない等の問題点が挙げられる. そこで本研研究の目的は体幹や下肢の姿勢を変変化させた異異なるリフティング動作について体体幹の挙動を明らかにすること, 体幹幹に作用する負荷を算算出して比較較を行うこととした. また, 体幹や下肢の姿勢勢を変化させる, その姿姿勢を組み合合わせることで姿勢や負荷荷の 非対称称性が軽減されるという仮説を立てた. 生 ( 年齢 :23.6± ±.73 歳, 身長 :1.73±.5m, 体重 :67.2±6. 85kg) であっった. 2.2 実験 実験試技は 14kg の重量量物を挙上, 回旋, 下降降させるリフティング動作作とした. 被験者 前方, 右側方には.4m の台をそれぞれ設置 し, 台上から台台上への移動をさせた. 被験者 はこの動作を 2 種類の股関関節角度 (deg, 6deg)(Fig.2-2-1),2 種類の体幹の姿勢 (Neutral,Stoop)(Fig.2-2-2) を組み合わ せた 4 種類の方方法 (-N,-S,6-N, 6-S) で行行った. なお,6deg は足部の外旋角角度が 6 になるまで股関節を外旋させた. データ 取得得には 1 台のカメラで構成される動動作解 析システムと床床反力計を用いて, 身体および 重量量物 33 点に貼付したマーカの座標データ (25Hz) と床床反力データ(1kHz) を取取得した. Fig.2-2-1 Foot position (left: deg, right: 6deg) Fig.2-2-2 Trunk posture (left: Neutral, right: Stoop) 2. 方法 2.1. 被験者本研研究の被験者者は 9 名の健健康な男子大学学院 2.3. データ解解析 2.3.1. フェーズ分け本研究では実実験試技を1 挙上期 2 回旋旋期,
および 3 下降期と 3 つのフェーズに分割した. れた. 挙上期では股関節角度による主効果が そして 1 と 2 の間を ( 回旋開始 ),2 と 3 あり,6deg で左側屈角度が大きい の間を ( 下降開始 ) と定義した. は重量物に貼付したマーカの加速度が右方向へ最大になった瞬間, はマーカの鉛直高が持ち上げた高さの 15% を切った瞬間として算出した. (Fig.3-1-1). これは股関節を外旋させたことにより, 骨盤セグメントが右側へ傾いた可能性が考えられる. また, 下降期において体幹の姿勢による主効果が認められ,Stoop で右側屈角度が大きかった. 体幹屈曲の姿勢をと ることで非対称が大きくなったと言える. 2.3.2. 体幹セグメント 体幹セグメントは上から胸部, 腹部, および骨盤部の 3 セグメントを定義した. 胸部は肩峰 ( 左右の中点 ) から第 9 胸椎, 腹部は第 9 胸椎から第 4 腰椎, 骨盤部は第 4 腰椎から大転子 ( 左右の中点 ) までとした, そして胸部と腹部の間を T9/T1 関節, 腹部と骨盤部 Angle [deg] 5 -N -S 6-N 6-S の間を L4/L5 関節と定義した. 2.3.3. 算出項目上記 2 つの関節について関節角度, 関節間力, および関節トルクを算出した. 各項目に -5 1 21 41 61 81 1 Fig.3-1-1 Lateral bending angle at L4/L5 joint (+: Left, -: Right) ついて規格化した動作時間の 1% 毎に比較を 行った. また,L4/L5 関節は障害の好発部位であるため, 関節間力および関節トルクのピーク値, 積分値 ( 力積, 角力積 ) の比較も合わせて行った. なお, 本研究では関節間力と関節トルクを体幹に及ぼす負荷として扱った. 3.1.2. 関節間力合力および上下方向の力は差がみられなかった. 左右方向の力は下降期において股関節角度による主効果が認められ,6deg で増加した (Fig.3-1-2). また前後方向に関しては, 回旋 下降期で股関節角度による主効果が認 2.3.4. 統計処理各項目について股関節角度と体幹の姿勢の 2 要因による影響を二元配置分散分析を用いて検定した. 有意水準は全て 5% に設定した. められ,6deg で減少した (Fig.3-1-3). これより力の集中する方向が股関節角度によって変化したと考えられる. ピーク値に関しては, 左右方向および前後方向の力において, 体幹 の姿勢による主効果が認められ,Stoop で減少した. しかし, 合力に差がなかったことか 3. 結果と考察 3.1. L4/L5 関節 3.1.1. 関節角度 ら Stoop にはピーク関節間力を分散させる効果があるが, 負荷そのものを軽減させる効果はないということができる. L4/L5 関節においては側屈角度に差がみら
Joint reaction force [N] 3-3 -6-9 -12-15 1 21 41 61 81 1 Fig.3-1-2 L4/L5 joint reaction force about Joint reaction force [N] -5-1 -N -S 6-N 6-S horizontal direction (+: Left, -: Right) -N -15 -S 6-N 6-S -2 1 21 41 61 81 1 Fig.3-1-3 L4/L5 joint reaction force about anteroposterior direction (-: Anterior) 3.1.3. 関節トルクトルクの総和は挙上期後半から下降期前半にかけて体幹の姿勢による主効果が認められ, Stoop で増加した. 成分ごとに比較すると, 側屈トルクと回旋トルクにおいて顕著な差がみられた. 双方とも挙上期と下降期において股関節角度による主効果が認められ,6deg では挙上期は減少し, 下降期は増加した (Fig.3-1-4,Fig.3-1-5). 波形をみると, 側屈トルクも回旋トルクも 以降に大きくなるため, 股関節を外旋させることで非対称なトルクを軽減することができるといえる. ま た, 回旋期では体幹の姿勢による主効果がみられ,Stoop で左側屈トルク, 右回旋トルクがそれぞれ増加した (Fig.3-1-4,Fig.3-1-5). さらに, ピーク左側屈トルクも増加した. ピーク発生時, 関節角度は右側屈をしていることから Stoop では負のパワー発揮が増加し, 筋への負担が増加すると考えられる. Joint torque [Nm] 12 1 8 6 4 -N -S 2 6-N 6-S 1 21 41 61 81 1 Fig.3-1-4 L4/L5 joint torque about left bending Joint torque [Nm] -1-2 -3-4 1 21 41 61 81 1 Fig.3-1-5 L4/L5 joint torque about rotation (-: Right) 3.2. T9/T1 関節 -N -S 6-N 6-S 3.2.1. 関節角度側屈角度では, 回旋期後半から下降期にかけて股関節角度による主効果があり,6deg で右側屈角度が減少した. また, 回旋角度でも回旋期 下降期にかけて 6deg で右回旋角
度が減少した (Fig.3-2-1). 回旋角度については, 先行研究と同様, 股関節外旋により体幹での回旋の軽減が起こっていたと考えられる. また,deg ではより大きな回旋をする必要があるため, 側屈が代償動作として起こっていたと考察できる. 4. 結論 (1) 股関節をあらかじめ外旋させることで, 回旋期以降の胸部の非対称な姿勢を軽減することができる. また同時期の胸腰部の非対称なトルクを軽減する効果がある. (2) 体幹を屈曲した姿勢では, 非対称な力を 分散させる効果があるが, 腰部において 5 下降期の側屈角度が増加する. また, 腰 Angle [deg] -5-1 -N -15 -S 6-N 6-S -2 1 21 41 61 81 1 Fig.3-2-1 Rotation angle at T9/T1 joint (+: Left, -: Right) 部のトルクの各成分およびトルクの総和も増加する. (3) これより, 股関節を重量物の移動方向へ外旋させ, 体幹を屈曲させることなく動作を行うことが望ましい. 参考文献 (1) Courtney TK, Webster BS. Disabling occupational morbidity in the United States: an alternative way of seeing the Bureau of Labor Statistics' data. Journal 3.2.2. 関節間力成分ごとに比較をすると差はみられたが, L4/L5 関節同様, 合力に差はみられなかった. of Occupational and Environmental Medicine. 41; 6-69, 1999 (2) Garg A, Moore JS. Epideiology of low- back pain in industry. Occupat Medicine: 3.2.3. 関節トルクトルクの総和は体幹の姿勢による主効果があり, 挙上期後半から回旋期前半において Stoop で増加した. 側屈トルクは股関節角度による主効果が認められ,6deg では挙上期に増加, 下降期に減少と L4/L5 関節と同様な傾向を示した. これより非対称なトルクおよび負のパワー発揮が減少したことが示唆される. 回旋トルクでは体幹の姿勢による主効果があり,Stoop において回旋期以降のトルクが増加したため, 負のパワー発揮が増加していたと考察できる. State Art Rev. 7;593-68, 1992 (3) Kelsey JL, Githens PB, White IIIAA, et al. An epidemiologic study of lifting and twisting on the job and risk for acute prolapsed lumbar intervertebral disc. J Orthopedic Res. 2; 61-66, 1984 (4) 小貫泰志. 股関節外旋角度の違いがリフティング動作時の体幹動作に及ぼす影響. 25 年修士論文 (5) 井上薫ら. 作業姿勢とリフティング動作. 東京保健科学学会誌. 2 (2);85-88, 1999 (6) 井上薫ら. リフティング動作時の姿勢の違 いによる上腕二頭筋および背筋群の筋活動. 東京保健科学学会誌. 3(4); 247-25, 21