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 - 39 -
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 47.3 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 ± 0.7 13.3 ± 0.9 0.204 身長 (cm) 172.3 ± 9.5 158.6 ± 8.0 0.001 体重 (kg) 64.6 ± 17.9 47.3 ± 4.8 < 0.001 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 - 40 -
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 2122.8 mm 女性が平均 2457.9 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 = -0.423(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 ± 0.15 0.38 ± 0.47 0.002 COP 総軌跡長 (mm) 2122.8 ± 361.3 2457.9 ± 446.4 0.044 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 - 41 -
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;17:705-729. 2)Boden BP et al:mechanisms of anterior cruciate ligament injury.orthopedics 2000; 23:573-578. 3) 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: 466-474. 4)Ford KR et al:valgus knee motion during landing in high school female and male basketball players.med Sci Sports Exerc 2003;35:1745-1750. 5)Fukuda Y et al:a quantitative analysis of valgus torque on the ACL: a human cadaveric study. J Orthop Res 2003; 21: 1107-1112. 6)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;44:2347-2353. 7)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;33:492-501. 8)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;46:2236- - 42 -
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