実 験 結 果 か ら ，10% MVCを5 min間 維 持 す る 等 尺 性 収 縮 に よ っ て 体 表 面 に 波 及 す る 動 脈 拍 動 波 形 が 変 化 す る こ と が 明 か に な っ た ．こ の 変 化 は4 min間 の 休 息 中 に も 残 り ，そ の 後 の 筋 収 縮 活 動(EMG)に 影 響 す る こ と が 示 唆 さ れ た ．本 節 で は ， こ れ ら の 結 果 に つ い て 考 察 す る ．
4.4.1 加振強度一定の検証
本 章 の 実 験 で は ，心 電 や 圧 脈 波 か ら 直 接 的 に 心 拍 由 来 の 加 振 強 度 を 計 測 し た わ け で は な い が(心 電 等 の 計 測 に つ い て は5節 参 照)，以 下 の 理 由 に よ り 間 接 的 に は 心
収 縮 活 動 一 定 を 裏 付 け ら れ る ．
末 梢 部 の 筋 上 に 生 じ る 約1 s周 期 の 信 号 が 近 傍 の 動 脈 か ら の 拍 動 に よ っ て 生 じ る こ と は ，前 腕 部MSVに 混 入 す る 周 期 信 号 が 止 血 帯 を 用 い て 脈 を 止 め た 条 件 で は 消 え た こ と(McKay et al., 1998)，お よ びHSVが 心 電 図QRS波 形 に 引 き 続 い て 生 じ ， 心 電 図 に 棘 波 が な い と こ ろ に は 生 じ な い(McKay et al., 2007)こ と か ら 明 ら か で あ る ．動 脈 内 に お け る 振 動 エ ネ ル ギ ー は 血 流 そ の も の か 圧 脈 波 に よ る 伝 搬 が 考 え ら れ る ．(定 常 流 と し て の)血 流 速 度 は せ い ぜ い0.5 m/sで あ る こ と か ら ，図4.5に 示 し た よ う な イ ン パ ル ス 的 な 加 振 を 生 じ る と は 考 え に く い ．こ の た め ，数m/sの 速 さ で 筋 の 横 を 一 瞬 で 通 過 す る 圧 脈 波(Hareva et al., 2006)が ，(上 腕 周 囲 に 生 じ る)HSV の 直 接 的 な 発 生 源 で あ る 可 能 性 が 高 い ．
加 振 強 度 に よ っ て 決 ま るHSVの(イ ン パ ル ス 入 力 時 の)ピ ー ク 振 幅 値 は4.3.2節(1) に 示 し た よ う に 筋 収 縮 の 前 後 で 有 意 に 変 化 し な か っ た ．こ れ は ，本 研 究 で 用 い た 10% MVCの 等 尺 性 収 縮 に は 有 酸 素 運 動 を 引 き 起 こ す ほ ど の 強 度 は な く ，圧 脈 波 に 大 き く 影 響 す る 心 拍 出 量 が 筋 収 縮 の 前 後 で 有 意 に 変 化 し な か っ た た め と 考 え ら れ る ．運 動 時 に 一 回 拍 出 量 と 共 に 増 加 す る 心 拍 数(古 河 ら, 1994)の 増 大 も 1 min間 あ た り0〜4程 度 で あ っ た ．た だ し ，連 続 し た 拍 動 を 検 出 す る こ と が 必 要 と な る 心 拍 数 の 算 出 は 一 部 の 被 験 者 で し か 行 え な か っ た た め ，デ ー タ は 示 さ な か っ た ．
上 腕 二 頭 筋 上 に 生 じ るHSVが 上 腕 動 脈 を 介 し た 心 拍 の 波 及 で あ る こ と は ，2 章 の 考 察 で 既 に 述 べ た ．ま た ，3.2.2節 に 示 し た よ う に ，上 腕 二 頭 筋HSVの 一 つ 目 の 加 振 源 はPCG I音 ，2つ 目 の 加 振 源 はPCG II音 で あ る と 考 え ら れ る ．PCG I音 とII 音 の 間 の タ イ ム ラ グ は 心 拍 数 が 増 え れ ば 短 く な る ．ま た ，心 臓 活 動 に 異 常 が 生 じ る とI音 とII音 の 間 に 雑 音 が 生 じ る こ と も あ る ．し か し ，本 実 験 に お け る 軽 度 の 筋 収 縮 の 前 後 で 心 音 波 形 や タ イ ム ラ グ が 変 化 し た と は 考 え に く い ．
こ れ ら か ら ，本 研 究 の 範 囲 内 に お い て は 心 収 縮 活 動 一 定 が 成 立 す る と 考 え ら れ る ．
4.4.2 筋収縮由来の体表面心動(MSV)のキャンセル
4.3.3節 に 示 し た よ う に ，HSVの ピ ー ク 時 刻 を 基 準 と し た 加 算 平 均 に よ り ．MSV を キ ャ ン セ ル し てHSVの み を 抽 出 で き る こ と を 確 認 し た ．本 章 で は10 %MVCで の 等 尺 性 収 縮 と い う 比 較 的 高 強 度 の 収 縮 試 験 を 採 用 し て い る た め ，開 発 し た 加 算 平 均 解 析 はPC作 業 等 に も 十 分 に 適 用 で き る と 考 え ら れ る ．
4.4.3 HSV波形への筋の機械的特性の反映
多 点HSVの 波 形 に は 個 人 差 が 大 き く ，図4.7に 示 し た よ う に ，BB外 側 部 にBB内 側 部 と 逆 相 の 波 形 が 生 じ る パ タ ー ン と ，逆 にBB内 側 部 に 対 し て 同 相 の 波 形 が 生 じ る か ，あ る い はBB外 側 部 の 振 動 自 体 が 微 小 と な る パ タ ー ン と に 大 別 で き た ．表 4.1に 示 し た よ う に ，逆 相 を 示 し た 被 験 者A〜D，Fは 上 腕 周 囲/上 腕 長 が 小 さ い ，す な わ ち 上 腕 部 が 上 腕 長 に 対 し て 相 対 的 に 軽 い 被 験 者 で あ っ た ．
動 脈 拍 動 が 上 腕 二 頭 筋 お よ び 周 囲 組 織 か ら 成 る 弾 性 体 を 加 振 す る と き ，上 腕 長 に 対 し て 細 い 上 腕 は 太 い 上 腕 と 比 較 し て 振 動 部 の 質 量 が 小 さ い ．特 に 実 験 肢 位 で は 上 腕 動 脈 が 上 腕 部 の 下 方 に 位 置 し ，上 腕 二 頭 筋 お よ び 周 囲 組 織 を 上 方 向 に 加 振 す る こ と か ら ，振 動 部 の 質 量 が 振 動 パ タ ー ン に 大 き く 影 響 し た と 考 え ら れ る ．
(3.1)式 を 用 い て 筋 収 縮 の 前 後 で 生 じ たHSV波 形 の 変 化 を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン す る と 以 下 の よ う に な る ．
(3.1)式 を 初 期 位 置x0，初 期 速 度v0に つ い て 解 く と 次 式 に な る ．
x=e−ξωtXsin(ωdt+ϕ) (4.3)
た だ し ，
X =
√ x20+
(v0+ξωx0
ωd
)2
(4.4)
ϕ=tan−1
( x0ωd
v0+ξωx0
)
(4.5)
x0は 初 期 変 位 ，v0 は 初 期 速 度 ，ξ は 既 に(3.3)式 に 示 し た 減 衰 比 ，ω は 固 有 角 振 動 数 ，ωdは ，減 衰 を 含 ん だ 固 有 角 振 動 数 で あ る ．典 型 的 な 波 形 変 化 を 示 し た 被 験 者B(図4.5) のBB内 側 部 の 筋 収 縮 前 後 の 波 形 変 化 を 例 に ，減 衰 比ξ と 固 有 振 動 数f の 値 を 調 整 す る こ と で 運 動 方 程 式 の パ ラ メ ー タ を 試 行 錯 誤 的 に 推 定 し た 結 果 を 図 4.12に 示 す ．質 量mは 便 宜 的 に1と し た ．図 示 し た よ う に ，減 衰 比ξを0.2か ら0.15 に 変 化 さ せ る こ と で ，筋 収 縮 の 前 後 で 生 じ たHSV波 形 の 変 化 を 再 現 す る こ と が で き た ．周 波 数 の 変 化 は 図4.9 に 示 し た 筋 収 縮 前 後 のHSVの パ ワ ー ス ペ ク ト ル 密 度 関 数 の 比 較 か ら も 分 か る よ う に 微 小 で あ っ た ．こ れ は ，筋 収 縮 の 前 後 で 生 じ る 剛 性 項 の 変 化 が 小 さ い こ と を 意 味 し て お り ，波 形 変 化 は 主 に 粘 性 項 の 減 少 に よ っ て 生 じ て い る こ と を 表 し て い る ．実 際 ，同 じ 筋 収 縮 試 験 で 実 施 し た 予 備 実 験 に お い て 計 測 し た 筋 の 押 し 込 み 硬 さ は ，筋 収 縮 の 前 後 で 変 化 し な か っ た(デ ー タ 省 略)．一
図4.12 自由振動のシミュレーション結果．(A) 筋収縮前の休息中．(B) 筋収縮後の休息中．
解析は，典型的な変化を示した図4.5のBB内側部の波形について行った．
般 的 に 筋 疲 労 時 に は 筋 の 剛 性 が 増 し て 粘 性 が 減 る(Oka, 1996) こ と か ら ，本 研 究 の 結 果 は こ れ と 合 致 す る ．
な お ，筋 収 縮 中 と そ の 後 の 休 息 中 に 生 じ た2つ 目 の ピ ー ク 後 の 波 形 に は ，1つ 目 の 機 械 刺 激 に よ る 振 動 と2つ 目 の 機 械 刺 激 に よ る 振 動 の 重 ね 合 わ せ も 影 響 し て い る と 考 え ら れ る が ，2つ 目 の ピ ー ク を 含 ま な い ピ ー ク 後0.15 sま で のHSV波 形 か ら 求 め たKwも 図4.10と 同 様 の 傾 向 を 示 し た こ と か ら ，HSV波 形 が 筋 の 力 学 特 性 を 反 映 す る こ と に 変 わ り は な い ．
4.4.4 HSVによる低筋力疲労時の機械的疲労検出
図4.8お よ び 図4.10か ら ，HSVのRMSとKwが 筋 収 縮 に よ っ て 有 意 に 変 化 し ，そ の 傾 向 が 筋 に 残 留 す る こ と が わ か っ た ．前 節 に 示 し た よ う に ，筋 収 縮 前 後 のHSV の 波 形 変 化 は 筋 の 粘 性 特 性 の 減 少 を 反 映 す る と 考 え ら れ る ．3.2.2 節 に 示 し た よ う に ，Kwは 加 振 強 度 一 定 を 必 ず し も 前 提 と せ ず に ，HSV波 形 の 自 由 減 衰 傾 向 を 無 次 元 的 に 評 価 で き る ．一 方 ，RMSは 加 振 強 度 一 定 を 前 提 と す る 粘 性 特 性 評 価 パ ラ メ ー タ で あ る ．図4.10か らKwが 表 す 筋 の 力 学 特 性 変 化 とRMSが 表 す 筋 の 力 学 特 性 変 化 は ，筋 収 縮 に よ っ て 生 じ た 変 化 が 残 留 す る と い う 点 で は 定 性 的 に 一 致 し て い た ．こ の こ と は ，加 振 強 度 一 定 を 示 し た4.4.1 節 の 考 察 を 間 接 的 に 裏 付 け て い る ．5章 で 明 ら か に な る よ う に ，上 腕 二 頭 筋HSVの 加 振 源 で あ るPCG I音 は 心 収 縮 活 動 を 直 接 的 に 反 映 し て 安 静 状 態 で は 一 定 に 保 た れ る ．こ の た め ，本 実 験 で は 結 果 的 に はKwに よ る 減 衰 傾 向 の 無 次 元 化 は 不 要 で あ っ た ．し か し ，心 収 縮 活 動 の 別 途 評 価 が 困 難 に な る 場 合 ，Kwは 筋 の 力 学 特 性 を 評 価 す る た め の 有 効 な 指 標 に な
る と 考 え ら れ る ．
ま た ，図4.11(A)に 示 し たEMGのRMSの 増 加 か ら ，2回 目 の 筋 収 縮 開 始 時 に お け る 生 理 的 疲 労 の 存 在 が 確 認 で き た ．筋 線 維 伝 導 速 度 の 低 下 や 乳 酸 の 蓄 積 の よ う な 電 気 的 特 性 変 化 は4 min間 の 休 息 の 間 に 回 復 す る こ と が 見 込 ま れ る(Orizio et al., 1999; Fitts, 1984)た め ，こ の 生 理 的 疲 労 は ，HSVが 検 出 し た 筋 の 力 学 特 性 変 化 に 関 係 し た 機 械 的 疲 労 で あ る と 判 断 で き る ．本 研 究 と 同 程 度 の 強 度 の 筋 収 縮 時 に 筋 の 力 学 特 性 変 化 と 共 にEMGのRMSが 増 加 す る こ と は 先 行 研 究 に よ っ て 既 に 報 告 さ れ て い る(Oka, 1996)が ，電 気 的 疲 労 の 影 響 を 排 除 で き る 筋 収 縮 後 の 休 息 中 の 力 学 特 性 計 測 か ら ，発 生 し た 生 理 的 疲 労 を 機 械 的 疲 労 の み に 関 連 付 け た の は 本 研 究 が 初 め て で あ る ．本 実 験 の 結 果 は ，筋 収 縮 後 も 長 く 残 留 す る 力 学 特 性 変 化 が ，肩 こ り の よ う な 慢 性 的 不 快 状 態 を 生 じ さ せ る こ と を 示 唆 し て い る ．ま た ，休 息 中 で も 計 測 で き るHSVは ，日 常 的 なPC作 業 の よ う に 低 筋 力 を 長 時 間 維 持 す る よ う な 運 動 条 件 で の 疲 労 検 出 に 有 用 と 考 え ら れ る ．