[0440] 着地動作における膝周囲筋前活動と接地後早期の膝外反角度および膝外反モーメントの関係
Keywords:ACL, 筋活動, 着地動作
【はじめに，目的】
膝前十字靱帯（ACL）損傷は約70%が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非接触型損傷とされ，非接触型ACL損傷発生率は男性に比べ女性で2から8倍高いと報告されている。ACL損傷は接地後早期に生じると報告されており，着地動作における接地後早期の膝関節の動的制御が重要である。筋収縮はその電気的活動が筋に伝わってから30から50ms遅れて発生することが示されているため，着地動作における接地後早期の膝関節制御には接地前からの筋活動（前活動）が必要である。しかし，着地動作における膝周囲筋前活動と膝関節運動および膝関節モーメントの関係を検討した研究は少なく，特にACL損傷が発生するとされる接地後早期に焦点を当てたものは見られない。よって本研究の目的は，着地動作における膝周囲筋前活動と接地後早期を含む接地後の膝外反角度および膝外反モーメントの関係を検証することとした。
【方法】
健常女性16名を対象とした（年齢21.6±0.8歳，身長162.0±5.7cm，体重53.1±6.5kg）。除外基準はACL損傷の既往を有する者，過去6ヶ月間に下肢・体幹の整形外科的な既往を有する者とした。計測には赤外線カメラ6台（Motion Analysis社製）と三次元動作解析装置EvaRT4.3.57（Motion Analysis社製，200Hz），ワイヤレス表面筋電計（日本光電社製，1000Hz），床反力計2枚（Kistler社製，1000Hz）を同期させ用いた。反射マーカーは骨盤および下肢の骨指標，右下肢の大腿，下腿などに合計39個貼付した。筋電計の導出筋は大腿直筋，内側広筋，外側広筋，大腿二頭筋，半腱様筋とし，SENIAMに準じた位置に電極を貼付した。はじめに各被験者の最大等尺性収縮（MVIC）時の筋活動をSENIAMに準じて記録し，その後に動作課題を行った。動作課題は30cm台から着地後直ちに最大垂直跳びを行うDrop Vertical Jump（DVJ）とした。DVJでの最初の台からの着地における，初期接地（IC）から膝最大屈曲までを解析相とし，SIMM6.0.2（MusculoGraphics社製）を用いて各施行における膝外反角度および膝外反モーメントを算出した。膝外反角度は各被験者の静的立位時を0°とし，IC時，IC後50ms，解析相における最大角度をそれぞれ解析に用いた。膝外反モーメントは各被験者の体重および身長で除し，標準化した。筋電図データはband-pass filter（20-500Hz）で処理したのち，全波整流処理を行い，low-pass filter（10Hz）にて平滑化した。得られた筋電図データから，IC前50msからICまでの積分値を算出し，MVICのデータで標準化した。MVICデータは50msのmoving windowを用いてMVIC試技中の50ms間積分値の最大値を算出した。統計学的解析はPearsonの相関係数を用い，膝外反角度および最大膝外反モーメント（それぞれ外反が正を示す）と膝周囲筋前活動の積分値との関係性を検討した。有意水準はP＜0.05とした。なお，各被験者データは成功3試行の平均値を用いた。
【倫理的配慮，説明と同意】
本研究は当大学院倫理委員会の承認を得て行った。対象には事前に口頭と書面で本研究の目的，実験手順，考えられる危険性などを十分に説明し，その内容について十分に理解を得て，参加に同意した者は同意書に署名し，研究に参加した。
【結果】
大腿二頭筋の前活動（IC前50ms平均筋活動量：13.0±5.9％MVIC）とIC時膝外反角度（-1.0±2.6°,R＝0.67,P＜0.01），ICから50msまでの膝外反角度変化量（3.4±3.2°,R＝0.51,P＜0.05），最大膝外反角度（11.4±5.6°,R＝0.509,P＜0.05）との間にそれぞれ有意な正の相関を認めた。その他に統計学的有意な相関は認めなかった。
【考察】
本研究結果は，大腿二頭筋の前活動が着地動作時の最大膝外反角度と相関するという過去の報告（Smithら，2008）を支持するものであり，さらに本研究から，大腿二頭筋の前活動は接地時や接地後早期の膝外反運動とも関連することが示された。大腿二頭筋の前活動は，非接触型ACL損傷リスクとされる接地後早期の膝外反運動と関連することから，非接触型ACL損傷に関連する要因の一つであることが示唆された。神経筋トレーニング効果により，膝周囲筋前活動に変化が生じることが報告されており，大腿二頭筋の前活動を減じることはACL損傷予防に繋がる可能性が示唆された。
【理学療法学研究としての意義】
本研究結果は非接触型ACL損傷リスクとされる接地後早期の膝外反運動と大腿二頭筋の接地前活動が相関することを示し，接地後早期の膝外反運動を制御するために接地前への介入が必要であることを示唆するものである。よって本研究はスポーツ理学療法分野におけるACL損傷予防，またACL再建術後リハビリテーションの一助となるものと考える。
膝前十字靱帯（ACL）損傷は約70%が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非接触型損傷とされ，非接触型ACL損傷発生率は男性に比べ女性で2から8倍高いと報告されている。ACL損傷は接地後早期に生じると報告されており，着地動作における接地後早期の膝関節の動的制御が重要である。筋収縮はその電気的活動が筋に伝わってから30から50ms遅れて発生することが示されているため，着地動作における接地後早期の膝関節制御には接地前からの筋活動（前活動）が必要である。しかし，着地動作における膝周囲筋前活動と膝関節運動および膝関節モーメントの関係を検討した研究は少なく，特にACL損傷が発生するとされる接地後早期に焦点を当てたものは見られない。よって本研究の目的は，着地動作における膝周囲筋前活動と接地後早期を含む接地後の膝外反角度および膝外反モーメントの関係を検証することとした。
【方法】
健常女性16名を対象とした（年齢21.6±0.8歳，身長162.0±5.7cm，体重53.1±6.5kg）。除外基準はACL損傷の既往を有する者，過去6ヶ月間に下肢・体幹の整形外科的な既往を有する者とした。計測には赤外線カメラ6台（Motion Analysis社製）と三次元動作解析装置EvaRT4.3.57（Motion Analysis社製，200Hz），ワイヤレス表面筋電計（日本光電社製，1000Hz），床反力計2枚（Kistler社製，1000Hz）を同期させ用いた。反射マーカーは骨盤および下肢の骨指標，右下肢の大腿，下腿などに合計39個貼付した。筋電計の導出筋は大腿直筋，内側広筋，外側広筋，大腿二頭筋，半腱様筋とし，SENIAMに準じた位置に電極を貼付した。はじめに各被験者の最大等尺性収縮（MVIC）時の筋活動をSENIAMに準じて記録し，その後に動作課題を行った。動作課題は30cm台から着地後直ちに最大垂直跳びを行うDrop Vertical Jump（DVJ）とした。DVJでの最初の台からの着地における，初期接地（IC）から膝最大屈曲までを解析相とし，SIMM6.0.2（MusculoGraphics社製）を用いて各施行における膝外反角度および膝外反モーメントを算出した。膝外反角度は各被験者の静的立位時を0°とし，IC時，IC後50ms，解析相における最大角度をそれぞれ解析に用いた。膝外反モーメントは各被験者の体重および身長で除し，標準化した。筋電図データはband-pass filter（20-500Hz）で処理したのち，全波整流処理を行い，low-pass filter（10Hz）にて平滑化した。得られた筋電図データから，IC前50msからICまでの積分値を算出し，MVICのデータで標準化した。MVICデータは50msのmoving windowを用いてMVIC試技中の50ms間積分値の最大値を算出した。統計学的解析はPearsonの相関係数を用い，膝外反角度および最大膝外反モーメント（それぞれ外反が正を示す）と膝周囲筋前活動の積分値との関係性を検討した。有意水準はP＜0.05とした。なお，各被験者データは成功3試行の平均値を用いた。
【倫理的配慮，説明と同意】
本研究は当大学院倫理委員会の承認を得て行った。対象には事前に口頭と書面で本研究の目的，実験手順，考えられる危険性などを十分に説明し，その内容について十分に理解を得て，参加に同意した者は同意書に署名し，研究に参加した。
【結果】
大腿二頭筋の前活動（IC前50ms平均筋活動量：13.0±5.9％MVIC）とIC時膝外反角度（-1.0±2.6°,R＝0.67,P＜0.01），ICから50msまでの膝外反角度変化量（3.4±3.2°,R＝0.51,P＜0.05），最大膝外反角度（11.4±5.6°,R＝0.509,P＜0.05）との間にそれぞれ有意な正の相関を認めた。その他に統計学的有意な相関は認めなかった。
【考察】
本研究結果は，大腿二頭筋の前活動が着地動作時の最大膝外反角度と相関するという過去の報告（Smithら，2008）を支持するものであり，さらに本研究から，大腿二頭筋の前活動は接地時や接地後早期の膝外反運動とも関連することが示された。大腿二頭筋の前活動は，非接触型ACL損傷リスクとされる接地後早期の膝外反運動と関連することから，非接触型ACL損傷に関連する要因の一つであることが示唆された。神経筋トレーニング効果により，膝周囲筋前活動に変化が生じることが報告されており，大腿二頭筋の前活動を減じることはACL損傷予防に繋がる可能性が示唆された。
【理学療法学研究としての意義】
本研究結果は非接触型ACL損傷リスクとされる接地後早期の膝外反運動と大腿二頭筋の接地前活動が相関することを示し，接地後早期の膝外反運動を制御するために接地前への介入が必要であることを示唆するものである。よって本研究はスポーツ理学療法分野におけるACL損傷予防，またACL再建術後リハビリテーションの一助となるものと考える。