時間的予測が筋反応の特性に及ぼす影響: 沖縄地域学リポジトリ

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(1)Title. Author(s). Citation. Issue Date. URL. Rights. 時間的予測が筋反応の特性に及ぼす影響. 高瀬, 幸一; 田口, 正公; 柿本, 真弓. 名桜大学総合研究(14): 11-16. 2009-02-27. http://hdl.handle.net/20.500.12001/7101. 名桜大学総合研究所.

(2) 名桜大学総合研究 ,( 1 4): 1ト1 6( 2009). 原著論文. 時問的予測が筋反応の特性に及ぼす影響高瀬幸一 1 )･田口正公 2) ･柿本真弓. I nf l uenc eofes t i mat i onoft i meonmus c l er eac t i ont i me s Koi ehiTakas e,Mas ahi roTaguchi ,and MayumiKaki mot o. 要. 旨. 本研究は,本研究は,時間的な予測が可能な状態と視覚の遮断による制限を加え時間的予測が不可能にした状態において EMD と各種筋反応時間を測定し,時間的予測の有無が EMDや各種筋反応時間に与える影響について検討した｡被験者は健常な女性1 7人を対象とした｡測定は,膝関節の伸展動作を対象. NORC) に対し視覚の遮断による制限をに行った｡その結果 ,EMDの値は時間的な予測が可能な試技 ( RESC)が有意に遅延していた｡同様に,総反応時間である TRT 加え時間的予測が不可能にした試技 ( および刺激から筋放電が生じるまでの時間である PMTの値に関してち,NORCに対しRESCが有意に遅延していた｡しかしながら, トルクの発生からピークトルク値に到達するまでの時間には,NORCと. RESC間で有意な差は認められなかった｡これらのことから,身体活動を遂行する際に予測が関与する場合は,筋一神経系におけるコーディネーションが適切に遂行されるが,予測が不十分であったり関与しなかったりする場合は,EMDや PMT,TRTに影響を及ぼし,パフォーマンスの低下や突発的なスポーツ障害の発生につながる可能性があるものと推察された｡キーワード :時間的予測 ,EMD,各種反応時間. Abs t ract Thepur pos eoft hi ss t udy l S,b y me as ur i ng e l e c t r ome c hani c alde l ay ( EMD)and mus c l e r e ac t i ont l me Si nt hec ondi t i ont hatt hes e ns eofs e e i ngl Si nt e r c e pt e dandt hee s t i mat i onoft i me e c t st hee l e c t r ome c hani c alde l ay i si nt e r r upt e d,t ol nV e S t l gat ehow t her e s t r i c t e dc ondi t l On aff .1 7he al t hywome ns ub j e c t sv ol unt e e r e dt opar t i c i pat ei nt hi s ( EMD)andv ar i ousr e ac t i ont l me s t udy.The i rav e r ageage ,he l ght ,andwe i ghtar e1 9, 8±2. 2ye ar s ,1 6 0. 0±5. 8 c m,5 0. 8±5. 2 kg( me an ±SD)r e s pe c t i v e l y.Theme as ur e me nti spe r f or me df ore xt e ns i onmov e me ntofkne eJ Oi nt .Andwe i nv e s t l gat e dt het r i albot hi nnor malc ondi t i on ( NORC)andt her e s t r i c t e dc ondi t i on ( RESC). Themal nr e s ul t sar easf ol l ows ニEMD ofRESC( 8 5. 7±4. 4 ms )i ss i gni f i c ant l yl onge r( p<0. 0 01 ) t hanNORC( 7 5. 1±4. 2 ms ) .Si mi l ar l y,t ot alr e ac t i ont i meandpr e mot orr e ac t i ont i me ,t he r ear e )be t we e nNO RI C( TRY:21 3. 4±1 9. 2 ms ,PMT:1 3 8. 4±1 7 . 5 ms )and s i gnl f i c antdi f f e r e nc e( p<0. 0 01 RESC( TRT:2 8 0. 0±2 2 . 4 ms ,PMT:1 3 8. 4±1 7 . 5 ms ) .Mor e ov e r,i n mov e me ntt i met ot hepe ak t or que ,t he r ei snos l gnl f i c antdl f f e r e nc ebe t we e n NO RC andRESC.The s er e s ul t ss ugge s t e d t hatc oor dl nat l Oni nne ur omus c ul ars ys t e mi si mpr ov e di ft hes ub j e c t sar eabl et opr e di c tt he t i me ;t hei nabi l i t yt opr e di c tt het i meaf f e c t sEMD andr e ac t i ont i me sandi sc ons i de r e dt oc aus e de c l i neofs por t spe r f or manc e ,andoc c ur r e nc eofs por t sI nj ur i e s . Ke ywor ds :e s t i mat i onoft l me ,EMD,v ar i ousr e ac t i ont i me 名桜大学人間健康学部〒9 0 5 8 5 8 5沖縄県名護市為又 1 2 2 0 1 e s ,Me l OUni v e r s i t y,1 2 2 0 1 ,Bl ma t a,Na go,Okl n a WaJa p a n Fa c ul t yo fHuma nHe a l t hSc i e nc 福岡大学スポーツ科学部〒8 1 4 0 0 1 4福岡県福岡市城両区七隈8 1 9 1 Fa c ul t yo fSp o r t sa n dHe a l t hSc i e nc e s ,Fu kuo kaUni v e r s i t y,8 1 9 1 ,Na na kuma,Jo na nku,Fukuo ka,Ja p a n. ー 11-.

(3) 目的. 動作を開始するための刺激 (スタート) の種類は, 実際の日常場面で転倒等の際に不意に生じる外乱負荷に近. 人の身体運動においてあらかじめ筋の伸張が予測される場合 ( ドロップジャンプなど) は, フィードフォ. い形での実施を想定するために, 下腿部前面へのランダムな固有受容器反応で行った｡固有受容器反応は, $* +. ワード制御系により無意識的に主働筋あるいは拮抗筋を. #,!の他動運動モードにて, %(°1 の運動速度で下腿. 予備緊張 ( .

(4) . ) (阿江ほか, 小宮山ほか,. を機械的に屈曲 ( ##筋活動) 方向に動かし, 皮膚, 筋. . 図子と高松, ). 紡錐および総腓骨神経などの受容器にてレバーアームア. させ, 適切な動作が遂行できるように調整している｡し. タッチメントの作動を認知したら即座に伸展方向に反応. かしながら, 実際の運動局面において予期せぬ外乱的な. させた｡その際, 可能な限り速く強く行うよう指示 (((. 負荷 (伸張負荷) などが加わった場合や時間的な予測が. 2!#強度) を出し,. 十分に働かない場合は, 筋神経系の調整および制御の. を実施した｡. !"および各種反応時間の測定. 状態が適切でない (中枢神経機構の遅延, 運動単位の調. 筋の活動電位を導出するための被検筋は大腿直筋を対. 節, 弾性要素の緩みなど) ことが考えられ, それに伴い. 象とした｡大腿直筋の活動電位は, 剃毛およびエタノー. 反応開始から力を発揮 (収縮) するまでの筋反応時間に. ルによる消毒を実施した後, 皮膚抵抗を下げるために電. 遅れが生じ, 動作の開始やその後の動作の遂行などに影. 極ペーストを塗布し表皮を剥離させ, その後に直径(. 響を及ぼす可能性が考えられる｡特に, 運動動作の発現. の双極表面電極を極間&( の間隔で貼付し !3. を左右する . . . ( !") (#

(5) . を導出した｡活動電位は , 4,56374- 0608 !. ) は, 運動の開始時 $ . 7! %((((日本光電工業社製) を用いてモニタリングし,. や停止時の状態に反映する重要な筋内部の反応時間であ. 時定数( (' , 高域遮断周波数 )-9で記録した｡. り, 時間的な予測の有無が !"に及ぼす影響について明確にすることはスポーツパフォーマンスの向上やスポー. ３. 測定手順時間的な予測が可能な通常の試技を以下 +,7 #とし,. ツ障害の予防との関連において必要不可欠であると考えられる｡. 視覚の遮断による制限を加え時間的予測が不可能にした. 本研究は, 時間的な予測が可能な状態と視覚の遮断に. #とした｡状態による試技を以下 7 0. よる制限を加え時間的予測が不可能にした状態において. +,7 #は, 試技開始合図後(秒以内に予備刺激とし. !"と各種筋反応時間を測定し, 時間的予測の有無が. て光刺激を行い, その後約秒後にレバーアタッチメン. !"や各種筋反応時間に与える影響について検討した｡. トを作動させ, 時間的予測が可能な状態にして測定を行った｡ 7 0 #は, 試技開始合図後, 目を閉じるように指示し,. 方法. (秒か%(秒のランダムな時間間隔でレバーアタッチメン１対象. トを作動させ, 時間的予測が不可能な状態にして測定を. 被験者は, 健常な女子大学生名および看護専門学校に在籍する学生 %名 (年齢 ±& '才, 身長%( (± . 行った (図 )｡その際, 被験者への指示は, できるだけリラックスした状態を作るよう指示した｡. , 体重( ± &)), 計名を対象とした｡被験者全. 試技は十分なウォーミングアップおよび試技の練習を. 員に本研究の内容に対しインフォームドコンセントを実. 実施し, +,7 #および 7 0 #とも再現性の得られた試技 (失敗試技や顕著に対応が遅れた試技を除く) '回を. 施し, 実験参加への承諾を得た｡. 記録し, '回の平均値をデータとして採用した｡２および各種反応時間の測定測定は筋力測定装置$* + #,!((- (#. . .* /0) を使用し, 座位の姿勢で上体部, 腰部, 大腿部をシートベルトで固定し, 膝関節伸展動作における伸張性 ( ##) 筋活動時の !"および各種反応時間を測定した｡測定運動速度は%(゜1 . の角速度で行い, 可動範囲は膝関節の解剖学的完全伸展位を (°として, '(゜屈曲位から(°屈曲位までの%(゜の範囲で実施した｡レバーアームアタッチメントの設定は, レバーアームアタッチメントの中心部が膝関節外側顆の中心部から下方& の部分にセットした｡. − −. 図１時間的予測が可能な試技と時間的予測が不可能な試技の実施方法.

(6) 各種反応時間のデータは, 大腿直筋からのと . からの

(7) およびを同期させ, システムコンピュータで変換し, 解析データの計測を実施した (図 )｡４. および各種筋反応時間の計測は, 以下に記した｡ () シグナルの発現から筋トルクが出現するまでの時間とした｡ () (

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(10) )刺激開始からシグナルが発現するまでの時間とした｡ ( ) ! (

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(12) )刺激の開始から筋ト. 図２と各種筋反応時間の測定環境模式図. ルクが出現するまでの時間とした｡

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(15) # 筋トルクの発生からピークトルク値に到達するまでの時間とした｡また, 出力の特性を考慮し, 短縮性筋活動において実施した｡以上の各種筋反応時間の計測は, 図. に示した｡. ５. 統計処理 ! と !( 間の比較には, 対応のある検定を用い, 各パラメータすべての統計処理において危険率 ) ％水準を統計学的有意とした｡図３筋反応時間の計測. 結果１. ! と !( におけるの値を図 "に示した｡は, ! (*)+ ±"+ , ) に対し !( (-)+ * ±"+ ", ) の値が有意に長くなることが認められた (. /+ //)｡ ! を基準にした場合, !( のは "+ ％遅延していた｡２. およびおよび !の値を図 ), 0に示した｡ !, " においてもと同様に, ! (-+ ±*+ ), , !+ "±1+ , ) に対し !( (. 図４ ! と!( の (＊＊＊：./+ //). 1"+ "±+ *, 2!-/+ 1±+ ", ) の値が有意に長くなることが認められた (./+ // )｡ ! を基準にした場合, !( のは"/+ )％, !は + 03それぞれ遅延していた｡３. の値を図 *に示した｡は, , , !とは異なり, ! ( + 0±-+ 1, ) と!(. ("+ ±)+ ", ) との間に有意な差は認められなかった｡. 図５ ! と!( の (＊＊＊：./+ //). − −.

(16) マンスに大きく影響を及ぼしていることが伺えられる｡そこで本研究の結果から, および

(17) , は時間的予測の影響を受け, 時間的な予測ができない場合は, 有意に遅延することが明らかになった｡特に本研究におけるオリジナル性の高いところとしては, が予測の影響を受けることが明らかになった点である｡これまでにこのは, 筋腱複合体における直列弾性要素 () の伸張や収縮要素 () の収縮 ( ), 筋線維 % & ' のタイプ ( !"#$ $ 線維の比率) ( () , 管に沿った活動電位の伝導. 図６1 との (＊＊＊："2 *. ). ( ), 筋小胞体からの２＋の放出 ( ) などの複雑な生理的要因を介して生じ, その時の筋活動の状態)筋活動様式 ( 高瀬ほか, ), 筋長 (%&# ' * ), 力の発揮レベル (+ , # (# # # ' * (), 0# # # ' * () や加齢疲労 (./ # ' * (高瀬ほか, . ) によって左右されることが明らかにされているが, 予測の有無がに及ぼす影響についての研究はこれまでになされていなかった｡が予測の影響を受ける要因としては, 予測が関与しない場合は筋神経系の調整および制御機構が不適切な状態にあると考えられ, それにより筋の" #- !. 図７1 との

(18) . が適切に働かず, 運動単位の動員の減少や, 筋腱複合体におけるや並列弾性要素 (

(19) ) の弛みによって筋. 考察. の弾性的な助長が得られなかったことなどが影響しているものと推察される｡また, 予測の有無による伸張反射. 通常, 人の随意運動は, 身体各部位の時間的・空間的. 感受性 (中澤と山本, . ) の違いもの遅延に影. 状態の調整や身体にかかる慣性, 外力などの末梢情報を. 響を及ぼしている可能性が考えられる｡さらに/,. 意識的および無意識的に調整してなされている｡しかし,. # ' *() や笠井 (( ) は, α運動ニューロンの. 予測が不十分な反応動作および予測が関与しない外乱的. 興奮レベルととの間に負の相関関係があると報告し. な状態による反応動作などにおいては, 通常の随意運動. ており, 予測の有無によるα運動ニューロンの興奮レベ. 時の調整および制御機構とは異なり, 反射および反応動. ルの違いも少なからずの遅延に関与しているもの. 作開始前の筋神経系の興奮状態やその後の筋活動の状. と考えられる｡反応開始時の力発揮に関わるは,. 態が運動の遂行に反映してくる｡. 反応動作の適切な遂行に対し重要な役割を成す｡従って,. それらに関連して, 図子と高松 () は, リバンド. 予測が不十分な反応動作および予測が関与しない外乱的. ドロップジャンプにおける時間的空間的予測が踏切時間. な状態による反応動作などにおいては, このの遅. の短縮に及ぼす影響について調べ, 視覚を遮断した試技. 延をできるだけ押さえることが適切な動作の遂行に対し. は遮断しない試技に比較して, 踏切時間は有意に増大し,. 重要であると考えられる｡. 滞空時間が有意に短縮したと報告し, 本研究のや.

(20) は, 感覚受容器の興奮から神経接合部までの神. 筋反応時間を対象とした結果とは異なるパラメータ (予. 経伝達時間)即ち刺激の開始から筋の+が出現するま. 測と踏切のパフォーマンスとの関連) から予測の影響を. での時間である｡この

(21) は, 予告刺激の有無や測定. 指摘している｡また, 岡田ほか (. ), 浅井ほか (. ). 条件の変化で変動 (& ( ) することが知られて. らは, 高齢者を対象として, 不意に生じる加速度的な外. いる｡従って

(22) の遅延に関しては, 当然のことなが. 乱的な負荷がその後の姿勢保持能力 (動的平衡性) に大. ら筋の内部的な要因よりも錐体路や錐体路細胞による中. きな影響を及ぼすことを指摘している｡このように予測. 枢神経機構の遅延 (/, # ' * 笠井, ( ). の有無は, 身体運動における運動の遂行時間やパフォー. が大きく影響し, 感覚受容器興奮から神経接合部までの. − −.

(23) 神経伝達時間が遅延したためであると考えられる｡これ. !

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(29) . らのことから (＝) は, と. "% ( '. 0'! % , -

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(36) "$ . たことに関しては, やの遅延 (.

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(41) + & ,. ". !, '". た後, 筋出力が一旦発生してしまえば, と. ! $ ,

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(43) , % $ '"& ! (00 ,. "%. との間における筋の運動単位の動員や筋腱複合体の調. - & $ ' . 節機構の働きに差がないことが考えられる｡従ってこれ. 笠井達哉 ()) 脊髄の興奮性と反応時間の関係下肢底屈・背屈反応動作について体育学研究 . らの要因から, 筋出力が発生し最大筋力 (ピークトルク. . 値) に至るまでに要する時間には, 予測の有無が影響を.

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(48) '"!. 及ぼさないことが示唆された｡. % $ + '.. 7'6 .. 8$ '"

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(50) % $ '"0. ! ,. 0% . これらのことから, 身体活動を遂行する際に予測が関. '% 5$. & . 与する場合は, 筋神経系におけるコーディネーション (機能の調整) が適切に遂行されるが, 予測が不十分で. 4'+$ # () ! '+ & ,

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(55) " ( 0'! % &, $ . に影響を及ぼし, パフォーマンスの低下や突発的なスポーツ障害の発生につながる可能性があるものと推察. 小宮山伴与志・笠井達哉 ())) 足関節底屈・背屈切り. された｡また, 今後の課題として, や, . 替え動作時の筋放電休止期予備緊張量の違いと筋. は加齢による影響を受けることが明らかになっているの. 出力量の違いにおける影響 ( (0'! % &, $ . で (高瀬ほか, ), 転倒防止との関連性から, 高齢. ). 者における時間的予測の有無がや, に. () !. 0

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(76) ",. '.. 8. が不可能にした状態においてと各種筋反応時間を. % - 5". .. 8'! & ! (00 0- & $ ' . 測定し, 時間的予測の有無がや各種筋反応時間に. . 与える影響について検討した｡その結果, 以下のことが. 中澤公孝・山本伸一郎 () 伸張反射の合目的的利用バイオメカニクス研究 . 明らかとなった｡は, 時間的予測の有無の影響を受け, 時間的な. ) . , % ! '+. '! +

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(83) . が有意に遅延することが認められた｡また, , . +'3. +. "%, '" $ % $ '"& , %

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(85) " . それぞれにおいてもと同様な結果であった｡しか. . しながら, は時間的な予測の有無の影響が認めら. 岡田修一・高田義弘・平川和文・濱. 宏志・浅見高明. () 高齢女性の加速度外乱に対する立位姿勢保. れなかった｡. 持能力と日常生活活動量との関係体力科学 . 参考文献. 高瀬幸一・田口正公・川上. 貢・高柳清美 () '",. 阿江道良・渋川侃二・金原勇・山口幸雄 () 跳躍の. "% ! $ ,・, ,. "% ! $ ,・2 & '+. % ! $ ,筋活動時における運. 踏切における神経・筋の働きに関する研究―予備緊. 動速度と. , % ! '+. , -

(86) "$ ,

(87) .

(88) 日本バイオメ. 張を中心に―日本バイオメカニクス学会編. カニクス学会回大会論集身体運動のバイオメカ. 運動の科学Ⅲ. 身体. 運動の制御杏林書院東京 . . ニクス高瀬幸一・田口正公・柿本真弓 () 高齢者における.

(89) の特性九州体育・スポー . , % ! '+. , -

(90) "$ ,

(91) . 浅井英典・大柿哲朗・小宮秀一 () 中高年女性の転. ツ学研究 . 倒経験の有無による体力および動的平衡性の相違について体育学研究 . #$ % %

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(102) . * .

(103) . ,5"! 54 図子浩二・高松. 薫 (6) リバウンドドロップジャン. . . . + . . プにおける踏切時間を短縮する要因下肢の各関節. . ,#-! #. の仕事と着地に対する予測に着目して体育学研究. .

(104) + / + & 0. 1 0 + . . − −. 5", ! #.

(105)