教育研究科1年生瀧下渡くん発表ポスター

収縮時の筋束動態からみた関節角度－トルク関係
瀧下渡 , 竹中睦 , 長岡大地 , 小木曽一之 (皇學館大学大学院教育研究科)
第70回日本体力医学会大会, 和歌山県民文化会館/ホテルアバローム紀の国. 2015.9.18-20
KKKogakkan University
INTRODUCTION
強度にともなう羽状角の増加が大きくなる傾向を
RESULTS
示した。その一因としては、電気刺激の強度を高
随意収縮時には、全ての膝関節角度でEMGと膝
伝えられ、また、腱組織の粘弾性により関節を回
伸展トルクとの間に強い関係がみられた。一方、
転させることで発現する。しかし、関節で発揮され
電気刺激による収縮では、膝関節角度30°時の
度に依存して変化する。このことは、関節角度によ
り、力を生み出す筋腱複合体の動態が変化する可
膝伸展トルクが刺激強度に関わらずほぼ一定と
なった。しかし、それは膝関節角度の増加に伴い、
討した。
(deg)
(Nm) 2 膝関節角度30°
15
5
-5
膝関節角度60°
電気刺激
15
y = -0.31x2 + 1.34x
R² = 0.98
10
5
0
1
-5
0
y = -0.2x2 + 0.5x + 0.65
R² = 0.94
膝関節角度60°
膝伸展トルク
2
y = -0.96x2 + 1.93x
R² = 0.98
羽状角
METHODS
男子大学生および大学院生15名（年齢21.2±1.0歳、身
膝関節角度30°
10
15
●Subjectｓ
電気刺激
0
随意収縮
膝伸展トルク
せ、その角度に対する筋束動態の特徴について検
随意収縮
少しずつ増加する傾向を示した。
能性を示している。そこで、本研究では、異なる関
節角度で随意的あるいは電気的に筋収縮を行わ
考えられた。
羽状角
るトルクは一様ではなく、各関節そしてその関節角
めるにしたがい、深部腱膜に生じた大きな歪みが
羽状角
身体運動は、筋収縮の力が腱組織を介して骨へと
∠F5 P ∠D5
∠F15 P ∠D15
膝関節角度90°
∠F10 P ∠D10
10
5
0
1
-5
rest 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
rest 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Fig.5 随意収縮（左図）および電気刺激時（右図）における
0
長172.0±5.8 cm、体重68.5±7.1 kg）
各関節角度と羽状角の増加量. Ｘ軸は安静時を0とした時
膝関節角度90°
●Protocol
◆随意的な筋収縮
・膝関節角度30°、60°、90°の最大等尺性膝伸展
膝伸展トルク
2
y=
y = 0.872 - 0.34x + 0.43
R² = 0.97
-0.38x2
+ 1.37x
R² = 0.99
1
の増加量で, Ｙ軸は最大膝伸展および電気刺激強度.
DISCUSSION
0
0
0.5
1
1.5
2
0
1
aEMG
2
随意収縮では、膝関節の伸展に伴い、その発揮ト
電気刺激強度
(0°＝最大伸展位)
Fig.3 膝伸展トルクと随意収縮時における外側広筋の
aEMG（左図）および電気刺激時におけるその刺激強度
（右図）との関係. Ｘ軸、Ｙ軸ともに、最大膝伸展時の値を
1とした時の比率.
ルクは小さくなり、力発揮に伴うP点の移動量も小
随意収縮時には、膝関節の屈曲に伴い、膝伸展ト
90°ではそのような増加は見られなかった。これ
ルクが増加し、P点移動量も大きくなった。一方、電
は、力発揮に対する腱組織の影響と考えられ、屈
気刺激による収縮では、膝関節角度30°の時にP
曲位にある膝関節で見られた傾向は、VL筋腱複
・3秒間に1段階ずつ強度を増加
点移動量が最も大きくなった。これは随意収縮時
合体全体が伸張されていたため生じた結果である
・27秒後に最大トルク発揮強度に到達
のP点の移動量とは正反対の結果であった。
と考えられた。
・最大トルクから10段階の膝伸展強度を設定
◆電気刺激による筋収縮
・外側広筋(VL)に20Hzの電気刺激
・耐えうる最大強度(38.1±14.9 mA)の電流から10段階の
電流強度を設定
◆試技中における外側広筋EMGと超音波画像
有意な羽状角の増加が見られたが、屈曲位である
一方、電気刺激時には、膝伸展位で刺激強度に伴
100
90
80
70
60
50
40
30
20
0
随意収縮
(Nm)
3s
膝伸展トルク
電気刺激
膝関節角度30°
2.5
y = -1.08x + 0.04
R² = 0.91
2
y = -3.97x + 0.26
R² = 0.71
1.5
う膝伸展トルクの変化は見られず、屈曲位になる
に従いトルクがわずかに増加する傾向を示した。
2.52±2.49Nm
66.8±31.5Nm
1
また、電気刺激に伴うP点の移動量が伸展位でよ
0.5
0
り大きくなった傾向は、これらの結果が関節角度に
0
3
6
9
12
15
18
時間(秒)
21
24
27
膝関節角度60°
2.5
y = -0.58x + 0.03
R² = 0.97
2
Fig.1 筋収縮もしくは刺激強度の増加プロトコル
●Measurement
膝伸展トルク
収縮強度(％)
◆筋収縮の強度
さくなった。膝関節角度30°では、力の増加に伴う
y = -2.03x + 0.23
R² = 0.92
121.4±34.2Nm
1.5
いる。本研究で用いた電気刺激強度では、その発
5.82±7.85Nm
1
0.5
揮トルクが小さく、伸展位ではその緩んだ腱を随意
0
収縮時のように引っ張り切れなかったすなわち、筋
◆超音波測定 (外側広筋)
膝関節角度90°
2.5
・筋束と深部腱膜との交点 (P点)の移動量 (cm)
・P点から0.5, 1.0, 1.5cm離れた位置で形作った3種類の
膝伸展トルク
2
・P点垂直線上の筋厚 (cm)
y = -0.55x + 0.004
R² = 0.92
0.5
加に伴い発揮トルクが向上した結果はこれを支持
0
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
P点移動量(cm)
Fig.4 随意収縮時（左図）および電気刺激時（右図）にお
ける膝伸展トルクとＰ点の移動量の関係. Ｘ軸は安静時
を0とした時の移動量. 負の値は近位方向への移動を示
す. Ｙ軸は最大膝伸展時のトルク値を1とした時の比率.
・随意収縮時
遠位→
←近位
1.5cm
S点
表面腱膜
1.0cm
0.5cm
筋束
F1.5
F1.0
D1.5 D1.0 D0.5
Fig.2 外側広筋における超音波画像とその分析点
本研究の結果は、リハビリやトレーニング等で伸
筋に電気刺激を用いる場合、特定の筋に伸展位で
電気刺激を行うと、腱組織への負担を軽くした状
態で筋収縮を行うことができ、逆に屈曲位になると、
羽状角は、その力の増加とともに有意に大きくなっ
腱組織により負荷をかける状態になることを示して
た。しかし、膝関節角度が60°, 90°と屈曲位にな
いる。
るにしたがって、そのような有意な増加はみられな
REFERENCE
るにしたがい、羽状角の増加が大きくなる傾向を
P点
している。
随意収縮時の膝関節角度30°における3種類の
くなった。また、全体として、膝関節が伸展位にな
F0.5
収縮による力を効率よく伝達できなかったと考えら
れる。腱組織が伸張する屈曲位で、電流強度の増
5.91±7.54Nm
1
P点移動量(cm)
◆EMG測定 (外側広筋)
y = -1.65x + 0.15
R² = 0.88
138.7±49.4Nm
1.5
-2
羽状角 (deg)
深部腱膜
依存した腱組織のたるみに起因することを示して
示した。一方、電気刺激時は、随意収縮時とは反
対に、膝関節が屈曲位になるにしたがって、刺激
金子公宥, 福永哲夫: バイオメカニクス-身体運動
の科学的基礎. 杏林書院, 東京, 2004, pp20-49.
ACKNOWLEDGMENT
本研究の一部は、2015年度ミズノスポーツ振興財
団助成金を受けて行われた。

Download Report