共同研究・競争的資金等の研究課題

スポーツ活動において、子どもが早期から特定の種目に専門化すると、身体への負荷の蓄積により慢性的な怪我が惹起され、競技生活の断念につながりうる。一方、複数の種目を同時に行う「マルチスポーツ」が諸外国では推奨され、様々な運動経験を積むことで、特定の部位に負荷がかかりにくくスポーツ障害が少ない。そこで本研究では、マルチスポーツの実践がスポーツ障害予防に有用であるか、および、その要因となる身体機能の変化を検証する。具体的にはスポーツ障害調査に特化した疫学調査と姿勢制御や着地動作評価等からなる独自の身体機能計測を横断的、縦断的に行う。

ハムストリングス肉離れは様々なスポーツ外傷の中でも発生頻度が高く、さらに再受傷率が高いため、トップアスリートからスポーツ愛好者まで、あらゆるスポーツ実践者の活動継続に重大な影響を及ぼす。本研究では、最大筋力や筋活動の評価に主眼を置いたこれまでの研究とは一線を画し、筋出力を調整し、動作を生み出す中枢神経系の働きに着目することで、神経生理学的側面からのハムストリングス肉離れ受傷リスク要因解明を目指す。具体的には、過去の肉離れ受傷が神経-筋制御特性に及ぼす影響を明らかにする後ろ向き研究と、将来の肉離れ受傷リスクとの関係を検証する前向き研究、２つのアプローチを通して検証を行う。

ハムストリングス肉離れはスポーツ競技を問わず発生率が高い外傷であり、その受傷予防は近年のスポーツ医科学分野において重要課題である．本研究では、肉離れ受傷筋における筋活動動態や脳から筋に至る皮質脊髄路の興奮性を評価し、肉離れ受傷既往が末梢および中枢神経系を含めた神経筋の運動制御機構に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。初年度には、片側のハムストリングス肉離れ既往を有する陸上短距離走選手10名を対象にスプリント時の大腿二頭筋長頭の筋活動量および筋-腱長を算出し、健患側比較を行った。その結果、ハムストリングス肉離れ既往脚において、遊脚期後半で大腿二頭筋長頭の筋活動低下およびハムストリングスの伸張を避けた動作が認められ、競技復帰後であっても既往のあるハムストリングス自体の筋機能や伸張性が十分回復していない可能性が示唆された。肉離れ既往脚における筋活動の低下には、末梢（筋）の機能不全のみならず運動制御に重要な中枢神経系の変容による神経筋機能低下が影響している可能性がある。そこで、大腿部の筋（大腿二頭筋および大腿直筋）において、脳から筋に至る皮質脊髄路興奮性の評価を試みるべく、健常成人男性13名を対象とし、経頭蓋磁気刺激装置を用いて大腿二頭筋および大腿直筋における刺激―応答曲線の取得を試み、両筋における皮質脊髄路興奮性評価が可能であることを確認した。今後は、アスリートを対象としてデータ計測を行い、得られた刺激-応答曲線をもとに皮質脊髄路興奮性を評価する。 ハムストリングスが重要な活動貢献を担うスプリント動作において、肉離れ受傷が走動作に影響を及ぼすことが明らかになった。本研究成果は、当初の計画通り学会発表や論文投稿を完了している。さらに、大腿部筋における皮質脊髄路の入出力特性評価について13名のデータ計測が完了しており、次年度の研究推進の準備にも着手できている。 今後は引き続きハムストリングスおよび大腿四頭筋における皮質脊髄路興奮性のデータ計測・分析を行ない、その評価法策定を目指す。そして、ハムストリングス肉離れ受傷後のアスリートにおける評価を試み、受傷筋の神経筋活動低下に至る神経生理学的機序を解明に向けた基礎的知見を得ることを目的とする。

研究の目的本研究では,スプリント時の体幹前傾動作がハムストリングス構成筋の筋キネマティクスおよび筋活動動態に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした. 方法 【対象】男子陸上短距離選手13名 【方法】本実験は屋内の直線100mの陸上競技走路で実施し,対象者は以下二種類の動作課題を行った. 体幹前傾走:測定区間の15m手前よりスターティングブロックを用いたクラウチングスタートからスタートダッシュ通常走(体幹前傾動作なし):測定区間の40m手前より最大努力のスプリント 12台の3次元光学式位置測定装置を用いて,サンプリング周波数200Hzで対象者が測定区間(約6m)の走路上を走行する際の疾走動作を計測した.また,同時に大腿二頭筋長頭,半腱様筋,半膜様筋の表面筋電位をテレメーター式表面筋電計を用いて計測した.筋骨格モデリングソフトを用いて,骨盤前傾角度,股関節屈曲角度,膝関節屈曲角度,ハムストリングス各筋の筋長を算出した.また,接地期および遊脚期後半における各筋の筋活動量を算出した. 結論本研究の結果,以下の2つの結論を得た. 1.体幹前傾走では,通常走と比較して有意な骨盤前傾,股関節屈曲が認められ,接地期および遊脚期後半のハムストリングスの伸長率が有意に高いことが明らかとなった. 2.体幹前傾走の遊脚期後半における筋活動量が高い傾向が認められたことから体幹前傾を伴うスプリント走では遊脚期後半でハムストリグスに高い伸長負荷が生じている可能性が示唆された. 本研究の重要性 本研究結果は,ハムストリングス肉離れ受傷メカニズム解明において非常に重要な知見であり,ハムストリングス肉離れ受傷予防のためのトレーニング指導や動作指導に多大なる貢献が可能となると考えられる.

ハムストリングス肉離れ受傷リスク要因として体幹運動が影響することが報告されていることから，体幹運動制御時のハムストリングスの筋活動動態を明らかにする必要がある．本年度は，体幹への機械的外乱に対するハムストリングスの活動応答を外乱予測の可否で比較し，下肢外傷発生に関係が深いとされる体幹運動制御時のハムストリングスの筋活動動態を明らかにした． 男性スポーツ選手を対象とし，予測下または非予測下で体幹部に前方方向の外乱を与え，その時の大腿二頭筋および半腱様筋の筋活動応答，体幹の矢状面上の並進加速度を分析した．その結果，体幹の最大加速度は予測条件と比較して非予測条件において有意に増大した．また，大腿二頭筋と半腱様筋に関して，非予測条件における外乱後の筋活動開始潜時は予測条件と比較して有意に遅延し，外乱開始後100ms以降の筋活動応答が有意に増大した． 本研究結果は，非予測的な瞬時の体幹動揺に対してハムストリングスの筋活動増大が体幹運動制御に寄与していることを示すが，外乱を予測可能な状況と比較して筋活動開始時間の遅延が認められたことから，それに起因した姿勢動揺への補償として過剰な筋活動が生じたと考えられた．本研究で認められたような非予測状況下での体幹運動の増大に伴うハムストリングスの過活動は肉離れ受傷リスクを高める可能性が示唆される．このことから，ハムストリングス肉離れ受傷予防トレーニングにおいて，筋力トレーニングに加えて反応課題に対する動作制御能力の向上を目的としたトレーニングプログラムを採用することが必要であると考えられた．

ヒトの身体運動は，筋張力を発揮しながらも外力によって筋が伸張される伸張性収縮，筋が短縮しながら張力を発揮する短縮性収縮，緊張の変化を伴わない等張性収縮によって遂行されている．そして，収縮中の筋における皮質脊髄路興奮性は筋の収縮様式に依存して変化することが先行研究によって明らかになっている．しかし，これまでは筋収縮様式それぞれの局面での検討はなされているが，関節運動に伴う皮質脊髄路興奮性変化については検討されていない．本研究では，本研究では，手関節運動における筋収縮様式の変化に伴い橈側手根屈筋の皮質脊髄路興奮性がどのように変化するかを明らかにすることを目的とした．対象は健常成人8名であった．座位にて右手部を中間位にて実験装置に固定し，右手関節掌屈方向に対し抵抗が生じるように滑車を介して重り(最大手関節掌屈筋力の20%)を設定した．対象者は手関節掌屈位より重りに抵抗しながら下ろす伸張性手関節掌屈動作(LEN)を開始し，手関節背屈位に達した後に重りを持ち上げる短縮性手関節掌屈動作(SHO)への転換を素早く行った． LENからSHOへの転換前後におけるランダムなタイミングで活動時運動閾値の1.3倍の経頭蓋磁気刺激(TMS)を左大脳皮質一次運動野に与え，右橈側手根屈筋から運動誘発電位(MEP)を記録した．運動課題中の背景筋活動はTMSを与える直前20msの筋電図の平均値によって評価した．その結果，手関節運動方向の転換前後15°の範囲において，LENにおける橈骨手根屈筋の背景筋活動はSHOと比較して有意に高値を示したが(p<0.01)，このときのMEP振幅値に有意な変化は認められなかった．本研究結果より，手関節運動時の筋収縮様式の変化に伴う橈骨手根屈筋の皮質脊髄路興奮性は収縮様式依存性を有し，伸張性収縮期における皮質脊髄路興奮性は抑制性の修飾を受けている可能性が示唆された． 当初の計画とは多少異なった研究内容となったが，筋収縮様式切替の神経メカニズムを明らかにするという点で有益な結果が得られたため． これまで得られた研究成果を原著論文として国際誌に掲載することを目指す．