[P-KS-02-2] 歩行立脚期における足部内在筋への電気刺激が足部・足関節に及ぼす運動学的影響
Keywords:足部内在筋, 電気刺激, 三次元動作解析
【はじめに，目的】
ヒトの足部内在筋，特に母趾外転筋や短母趾屈筋はサルに比べ非常に発達しており，ヒトの足部に特徴的なアーチ構造の支持への貢献が報告されている。しかしこれまでの報告は静的環境下での検証に限られており，歩行や走行などの動的場面における足部内在筋の機能的役割は明らかにされていない。これを明らかにすることは足部内在筋の機能に関する理解を深めるだけでなく，近年検証が進められている足部内在筋トレーニングの効果やその評価方法についての有益な情報となる。そこで本研究では，歩行における足部内在筋の機能的役割を解明する目的で，電気刺激を用いて再現した足部内在筋の収縮力の強化が歩行立脚期の足部・足関節に及ぼす運動学的影響を検証した。
【方法】
対象は健常成人男性10名，被験肢は右下肢とした。歩行解析にはVICONと床反力計を使用し，反射マーカーはOxford Foot Modelに定められている29点に舟状骨粗面を加えた計30点に貼付した。足部内在筋への電気刺激には機能的電気刺激装置ウォークエイドⓇ（帝人ファーマ株式会社）を用い，母趾外転筋の筋腹に貼付した表面電極を介して立脚中期～前遊脚期までの期間に電気刺激を与えた。刺激強度は「痛みを感じない最大の強度」とし，VICONとの同期によって刺激のタイミングの確認を可能にした。解析項目は歩行速度と右側立脚時間，右側立脚期における舟状骨高の最小値とそこに達するタイミング，その瞬間の前足部および後足部の角度，足関節内部底屈・外返し・外転モーメントの最大値，立脚期後半の床反力前方・上方・内方成分の最大値とした。なお，舟状骨高は踵および第1中足骨頭，第5中足骨頭に貼付した3つのマーカーを通る平面上における舟状骨粗面マーカーの高さと定義した。電気刺激の有無に伴う各解析項目の変化を対応のあるt検定を用いて比較した。有意水準は5％未満とした。
【結果】
足部内在筋への電気刺激によって，舟状骨高が最小値に達するタイミングの遅延（73.7±6.7%stance→76.7±5.9%stance）およびその瞬間における前足部内転角度（-8.3±3.8°→-7.5±3.8°）と内返し角度（3.1±3.5°→3.9±3.7°）の増加，最大足関節外返しモーメントの増加（118.0±76.2Nmm/kg→164.4±70.3Nmm/kg），床反力上方成分の減少（112.9±5.9%BW→110.7±5.8%BW）が確認された。
【結論】
前足部内転角度と内返し角度，足関節外返しモーメントの増加は，電気刺激によって母趾外転筋を主とする足部内在筋の収縮力が増加したことと，電気刺激に対する逃避が生じなかったことを意味する。本研究で再現した足部内在筋の収縮力の強化は，舟状骨高が最小値に達するタイミングの遅延と床反力上方成分の減少を引き起こし，足部内在筋には立脚終期における足部への衝撃を吸収する作用があることが示唆された。足部内在筋トレーニングの効果検証は，動的場面におけるこれらの変化にも着目すべきだと考える。
ヒトの足部内在筋，特に母趾外転筋や短母趾屈筋はサルに比べ非常に発達しており，ヒトの足部に特徴的なアーチ構造の支持への貢献が報告されている。しかしこれまでの報告は静的環境下での検証に限られており，歩行や走行などの動的場面における足部内在筋の機能的役割は明らかにされていない。これを明らかにすることは足部内在筋の機能に関する理解を深めるだけでなく，近年検証が進められている足部内在筋トレーニングの効果やその評価方法についての有益な情報となる。そこで本研究では，歩行における足部内在筋の機能的役割を解明する目的で，電気刺激を用いて再現した足部内在筋の収縮力の強化が歩行立脚期の足部・足関節に及ぼす運動学的影響を検証した。
【方法】
対象は健常成人男性10名，被験肢は右下肢とした。歩行解析にはVICONと床反力計を使用し，反射マーカーはOxford Foot Modelに定められている29点に舟状骨粗面を加えた計30点に貼付した。足部内在筋への電気刺激には機能的電気刺激装置ウォークエイドⓇ（帝人ファーマ株式会社）を用い，母趾外転筋の筋腹に貼付した表面電極を介して立脚中期～前遊脚期までの期間に電気刺激を与えた。刺激強度は「痛みを感じない最大の強度」とし，VICONとの同期によって刺激のタイミングの確認を可能にした。解析項目は歩行速度と右側立脚時間，右側立脚期における舟状骨高の最小値とそこに達するタイミング，その瞬間の前足部および後足部の角度，足関節内部底屈・外返し・外転モーメントの最大値，立脚期後半の床反力前方・上方・内方成分の最大値とした。なお，舟状骨高は踵および第1中足骨頭，第5中足骨頭に貼付した3つのマーカーを通る平面上における舟状骨粗面マーカーの高さと定義した。電気刺激の有無に伴う各解析項目の変化を対応のあるt検定を用いて比較した。有意水準は5％未満とした。
【結果】
足部内在筋への電気刺激によって，舟状骨高が最小値に達するタイミングの遅延（73.7±6.7%stance→76.7±5.9%stance）およびその瞬間における前足部内転角度（-8.3±3.8°→-7.5±3.8°）と内返し角度（3.1±3.5°→3.9±3.7°）の増加，最大足関節外返しモーメントの増加（118.0±76.2Nmm/kg→164.4±70.3Nmm/kg），床反力上方成分の減少（112.9±5.9%BW→110.7±5.8%BW）が確認された。
【結論】
前足部内転角度と内返し角度，足関節外返しモーメントの増加は，電気刺激によって母趾外転筋を主とする足部内在筋の収縮力が増加したことと，電気刺激に対する逃避が生じなかったことを意味する。本研究で再現した足部内在筋の収縮力の強化は，舟状骨高が最小値に達するタイミングの遅延と床反力上方成分の減少を引き起こし，足部内在筋には立脚終期における足部への衝撃を吸収する作用があることが示唆された。足部内在筋トレーニングの効果検証は，動的場面におけるこれらの変化にも着目すべきだと考える。