[0046] 片脚立ち動作の運動開始メカニズムに関する運動学的解析
Keywords:片脚立ち動作, 予測的姿勢制御, 筋活動
【はじめに,目的】
我々は,日常の立位活動の中で頻回に行われる跨ぎ動作や移動など,大きな姿勢変換が要求される意図的動作として片脚立ち動作を行う。片脚立ち動作に関する運動学的解析では,運動開始時の筋活動について挙上側中殿筋,腓腹筋の活動が他の計測筋に先行し,支持側への重心移動と関連するとし予測的姿勢制御（APA）の視点からの報告が散見される。しかし,いずれの先行研究も片脚立ち動作の下肢または体幹の筋活動のみの報告,あるいは足圧中心（COP）,姿勢の経時的変化を分析したものであり,片脚立ち動作における下肢・体幹を含めた全身の筋活動とCOP軌跡を検討した報告は少ない。
以上により,本研究目的の1点目として,健常者における片脚立ち動作におけるCOP軌跡,筋活動変化に焦点をあて,APAの観点から運動開始メカニズムについて検証すること,2点目として,課題開始姿勢を挙上側下肢の荷重率を異なる条件とした際に,片脚立ち動作のAPAがどのように働くかを検証することとした。
【方法】
対象は,視覚および運動機能の障害のない健常男性17名（平均年齢20.8歳,平均身長169.9cm,平均体重61.6kg）とした。課題開始姿勢は,前方の簡易光刺激装置（ユニメック社支援）に視線を向け,両腕を胸の前で組み,重心バランスシステム（ユニメック社JK-101II）の上に立位をとる。課題は,光刺激装置の視覚合図に従い,出来るだけ速く右下肢を挙上し,片脚立位姿勢を3秒保持する。光刺激は,予告無しにアトランダムに刺激した。課題条件として,通常荷重（Nw）条件,右荷重（Rtw）条件,左荷重（Ltw）条件の3条件とし,各々右（挙上側）下肢の荷重率を被験者体重の50%,65%,35%とした。筋電図とCOPデータを波形解析ソフトウェア（ADI社Chart ver5.3）上で,同期した状態で測定し,3条件とも20回計測した。筋電図データは,アナログ出力箱（S＆ME社BioLogDL-720）に接続した筋電図センサ（S＆ME社DL-141）を用いて測定し,導出筋は左右の脊柱起立筋,大腿直筋,中殿筋,ヒラメ筋の8筋とした。COPデータは，X軸における加速度変化から動き始め,ピーク値を算出した。COP動き始めで時間軸を正規化し,各筋の筋活動開始の潜時を計測した。各筋の筋活動潜時と,COPの動き始めからピーク値までの移動距離と到達時間の値を1被験者から得られる20回試行を平均化した。その値を各々被験者数にて一元配置分散分析,多重比較検定（Tukey法）にて条件ごとに検証した。データ解析には,SPSS ver.16.0を使用し,有意水準は5％未満とした。
【倫理的配慮,説明と同意】
埼玉県立大学倫理審査委員会の承認（第25504号）の下,対象者に対し,本研究の目的・主旨・方法を書面および口頭にて説明し,同意書を得て実施した。
【結果】
（1）筋活動潜時について
Nw条件,Rtw条件,Ltw条件のすべての条件で各筋に有意な差を認めた（p＜0.01）。いずれの条件においても,右中殿筋はCOP動き始めに約50msec先行した。右中殿筋に次いで,Nw条件,Ltw条件では左脊柱起立筋,右ヒラメ筋の順に,Rtw条件では右ヒラメ筋,左脊柱起立筋の筋活動順序となり,他5筋の活動に比し早期に活動を認めた。また左脊柱起立筋においては,条件間に有意な差を認めた（p＜0.01）。
（2）COPデータについて
移動距離の各条件の平均値は,Nw条件117.4 mm,Rtw条件100.5 mm,Ltw条件114.2mmで,各条件間に有意な差は認められなかった（p=0.184）。しかし,被験者内データでは,Rtw条件は他2条件に比し,短い傾向を示した。ピーク値到達時間の各条件の平均値は,Nw条件0.24sec,Rtw条件0.29 sec,Ltw条件0.19 secで,各条件間に有意な差を認めた（p＜0.01）。
【考察】
いずれの条件においても,片足立ち動作開始時には,挙上側中殿筋,挙上側ヒラメ筋,支持側脊柱起立筋が早期に活動し,先行研究を支持する結果となった。動作を遂行するためには,床反力の大きさや位置を制御しなくてはならず,いずれの荷重率条件においても,その役割を挙上側股関節外転筋が担い,身体に回転力を生じさせ,身体重心を移動させていると考える。COP移動距離の結果から,距離が長いほど側方動揺を制御するために支持側脊柱起立筋が早期に活動すると考えられる。また支持側脊柱起立筋は,Ltw条件ではAPAとして挙上側中殿筋同様,COPの動き始めに先行した活動を認め,条件間にも潜時差を認めたことから，姿勢制御において,荷重率変化により活動順序に変化が生じる重要な筋の1つであると考える。
【理学療法学研究としての意義】
理学療法士として,運動メカニズムを把握することは,より効果の高い治療の実践を提供していくことにつながる。臨床での運動療法施行にあたってAPAからの基礎的資料を提供する。
我々は,日常の立位活動の中で頻回に行われる跨ぎ動作や移動など,大きな姿勢変換が要求される意図的動作として片脚立ち動作を行う。片脚立ち動作に関する運動学的解析では,運動開始時の筋活動について挙上側中殿筋,腓腹筋の活動が他の計測筋に先行し,支持側への重心移動と関連するとし予測的姿勢制御（APA）の視点からの報告が散見される。しかし,いずれの先行研究も片脚立ち動作の下肢または体幹の筋活動のみの報告,あるいは足圧中心（COP）,姿勢の経時的変化を分析したものであり,片脚立ち動作における下肢・体幹を含めた全身の筋活動とCOP軌跡を検討した報告は少ない。
以上により,本研究目的の1点目として,健常者における片脚立ち動作におけるCOP軌跡,筋活動変化に焦点をあて,APAの観点から運動開始メカニズムについて検証すること,2点目として,課題開始姿勢を挙上側下肢の荷重率を異なる条件とした際に,片脚立ち動作のAPAがどのように働くかを検証することとした。
【方法】
対象は,視覚および運動機能の障害のない健常男性17名（平均年齢20.8歳,平均身長169.9cm,平均体重61.6kg）とした。課題開始姿勢は,前方の簡易光刺激装置（ユニメック社支援）に視線を向け,両腕を胸の前で組み,重心バランスシステム（ユニメック社JK-101II）の上に立位をとる。課題は,光刺激装置の視覚合図に従い,出来るだけ速く右下肢を挙上し,片脚立位姿勢を3秒保持する。光刺激は,予告無しにアトランダムに刺激した。課題条件として,通常荷重（Nw）条件,右荷重（Rtw）条件,左荷重（Ltw）条件の3条件とし,各々右（挙上側）下肢の荷重率を被験者体重の50%,65%,35%とした。筋電図とCOPデータを波形解析ソフトウェア（ADI社Chart ver5.3）上で,同期した状態で測定し,3条件とも20回計測した。筋電図データは,アナログ出力箱（S＆ME社BioLogDL-720）に接続した筋電図センサ（S＆ME社DL-141）を用いて測定し,導出筋は左右の脊柱起立筋,大腿直筋,中殿筋,ヒラメ筋の8筋とした。COPデータは，X軸における加速度変化から動き始め,ピーク値を算出した。COP動き始めで時間軸を正規化し,各筋の筋活動開始の潜時を計測した。各筋の筋活動潜時と,COPの動き始めからピーク値までの移動距離と到達時間の値を1被験者から得られる20回試行を平均化した。その値を各々被験者数にて一元配置分散分析,多重比較検定（Tukey法）にて条件ごとに検証した。データ解析には,SPSS ver.16.0を使用し,有意水準は5％未満とした。
【倫理的配慮,説明と同意】
埼玉県立大学倫理審査委員会の承認（第25504号）の下,対象者に対し,本研究の目的・主旨・方法を書面および口頭にて説明し,同意書を得て実施した。
【結果】
（1）筋活動潜時について
Nw条件,Rtw条件,Ltw条件のすべての条件で各筋に有意な差を認めた（p＜0.01）。いずれの条件においても,右中殿筋はCOP動き始めに約50msec先行した。右中殿筋に次いで,Nw条件,Ltw条件では左脊柱起立筋,右ヒラメ筋の順に,Rtw条件では右ヒラメ筋,左脊柱起立筋の筋活動順序となり,他5筋の活動に比し早期に活動を認めた。また左脊柱起立筋においては,条件間に有意な差を認めた（p＜0.01）。
（2）COPデータについて
移動距離の各条件の平均値は,Nw条件117.4 mm,Rtw条件100.5 mm,Ltw条件114.2mmで,各条件間に有意な差は認められなかった（p=0.184）。しかし,被験者内データでは,Rtw条件は他2条件に比し,短い傾向を示した。ピーク値到達時間の各条件の平均値は,Nw条件0.24sec,Rtw条件0.29 sec,Ltw条件0.19 secで,各条件間に有意な差を認めた（p＜0.01）。
【考察】
いずれの条件においても,片足立ち動作開始時には,挙上側中殿筋,挙上側ヒラメ筋,支持側脊柱起立筋が早期に活動し,先行研究を支持する結果となった。動作を遂行するためには,床反力の大きさや位置を制御しなくてはならず,いずれの荷重率条件においても,その役割を挙上側股関節外転筋が担い,身体に回転力を生じさせ,身体重心を移動させていると考える。COP移動距離の結果から,距離が長いほど側方動揺を制御するために支持側脊柱起立筋が早期に活動すると考えられる。また支持側脊柱起立筋は,Ltw条件ではAPAとして挙上側中殿筋同様,COPの動き始めに先行した活動を認め,条件間にも潜時差を認めたことから，姿勢制御において,荷重率変化により活動順序に変化が生じる重要な筋の1つであると考える。
【理学療法学研究としての意義】
理学療法士として,運動メカニズムを把握することは,より効果の高い治療の実践を提供していくことにつながる。臨床での運動療法施行にあたってAPAからの基礎的資料を提供する。