着地動作における膝関節周囲筋前活動と膝関節外反角度およびモーメントの関係
生田 亮平
＜要約＞ 膝前十字靱帯（ACL
）損傷において，女性の着地動作中の膝外反角度およびモーメントの増加は損傷 リスクとされ，接地後早期の膝関節運動の制御には接地前筋活動（前活動）が重要とされているが，膝 周囲筋前活動と膝外反角度およびモーメントの関係は明らかではない．本研究の目的は女性の着地動作 における膝周囲筋前活動と膝外反角度およびモーメントの関係を検証することとした．対象は健常女性17
名とし，動作課題にはdrop vertical jump
を用い，三次元動作解析装置を用いて膝外反角度およびモーメントを算出した．また，筋電計を用いて膝周囲筋の前活動を算出した．結果は，大腿二頭筋に対 する半腱様筋の前活動比率と，接地後
50ms
時および着地動作における最大の膝外反角度およびモーメ ントとの間に有意な負の相関を示した．大腿二頭筋に対する半腱様筋の前活動比率はACL
損傷リスク とされる着地動作中の膝外反角度およびモーメントを減ずるために考慮する必要性が示唆された．Ⅰ．はじめに
膝前十字靱帯（ACL
）損傷は，主なスポーツ外傷 の1
つであり，長期的なスポーツ競技からの離脱， 変形性膝関節症への移行，経済的負担などの面から 重篤な外傷であるとされている．ACL
損傷は約70%
が非接触型損傷とされ，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1)．非 接触型ACL
損傷発生率は男性に比べ女性で2
～8
倍高く2)，女性における非接触型ACL
損傷リスク の検討が広く行われてきた．Hewett
ら3)は前向き調 査によって女性アスリートのdrop vertical jump
（
DVJ
）における最大膝関節外反角度（以下，膝外 反角度）および膝関節外反モーメント（以下，膝外 反モーメント）がACL
損傷を予測することを報告 した．また，Ford
ら4)はDVJ
において，女性は男 性に比べて最大膝外反角度および膝外反モーメント が有意に高いことを報告している．女性の着地動作 における膝外反角度および膝外反モーメントの増加 はACL
損傷リスクとして認識されており，ACL
損 傷発生率の性差の一因であることが示唆されている．ACL
損傷場面の調査より，ACL
損傷は初期接地 （IC
）後50ms
以内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運動はACL
損 傷において重要であることが示唆されている5) 6)． しかし，膝関節運動の制御を行う筋収縮は，その筋 活動電位が観察されてから30
～50ms
遅れて発生す ることが示されているため7) 8)，着地動作における 接地後早期の膝関節運動の制御には接地前からの筋 活動（前活動）が必要である． 膝関節周囲筋（以下，膝周囲筋）の前活動と膝外 反角度および膝外反モーメントとの関係を検討した 先行研究として，Palmieri-Smith
ら9)は女性の前方 ホップ着地における最大膝外反角度と外側広筋，大 腿二頭筋前活動との間に有意な正の相関があり，内 側広筋前活動との間に有意な負の相関があると報告 した．一方で，Brown
10)らは女性の片脚着地におけ る膝周囲筋前活動と最大膝外反角度および膝外反モ ーメントとの間に有意な相関はないと報告しており， 女性の着地動作における膝周囲筋前活動と膝外反角 度および膝外反モーメントとの関係に一致した見解 は得られていない． 膝周囲筋筋活動に関する先行研究では，女性は荷 重位での膝屈曲動作や前方ホップ着地において内側 に比べて外側の筋活動が高いことが示唆されている 11) 12)．しかし，着地動作における膝周囲筋前活動の 内外側比率と着地後の膝外反角度および膝外反モー メントとの関係を検討した報告は見当たらなく，膝 周囲筋前活動の内外側比率に着目することは重要で あると考えられる． 本研究の目的は女性の着地動作における膝周囲筋 前活動と接地後の膝外反角度および膝外反モーメン トとの関係を検証することとした．仮説は，外側の 膝周囲筋前活動と膝外反角度および膝外反モーメン トとの間に有意な正の相関を認める，内側の膝周囲 筋前活動と膝外反角度および膝外反モーメントとの 間に有意な負の相関を認める，さらに，大腿四頭筋およびハムストリングス前活動の内外側比率と膝外 反角度および膝外反モーメントとの間により強い負 の相関を認めることとした．
Ⅱ．対象と方法
1. 対象 健常女性17
名（年齢21.6
±1.2
歳，身長162.0
±5.3cm
，体重53.1
±5.5kg
）を対象とした．除外 基準は下肢の骨折およびACL
損傷の既往を有する 者，過去6
ヶ月間に下肢の整形外科的な既往を有す る者とした．なお，対象には事前に研究の背景や目 的，考えられる危険性などを説明し，十分に理解を 得てから，参加に同意が得られた者を対象とした． また，本研究は本学保健科学研究院の倫理委員会の 承認を得て行った． 2. 方法 計測は三次元動作解析装置EvaRT4.4
（Motion
Analysis
社製）を用いて，赤外線カメラ6
台（Hawk，Motion Analysis
社製，200Hz
）と床反力計2
枚 （Type9286
，kistler
社製，1000Hz）
，
表面筋電計 （マルチテレメーター，日本光電社製，1000Hz
） を同期させ記録した．赤外線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（図1
）．筋電計の導出筋は大腿直筋 （RF
），内側広筋（VM
），外側広筋（VL
），半腱様 筋（ST
），大腿二頭筋（BF
）とし，SENIAM
に 準じた位置に電極を貼付した13)（図1
）． はじめに各被験者の最大随意等尺性収縮（MVIC
） 時の筋活動をSENIAM
に準じて記録し13)，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DVJ
とした（図2）．DVJ
での最初の台からの着地のIC
から膝最大屈曲 までを解析相とし，SIMM6.0.2
（MusculoGraphics
社製）を用いて各試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．なお，IC
は床反力計の 垂直成分が10N
を超えた時点とした．静的立位姿 勢時の膝関節角度を中間位とし，膝外反モーメント は各被験者の身長および体重で標準化した．膝外反 角度および膝外反モーメントはIC
後50ms
時，解 析相における最大値をそれぞれ統計学的解析に用い た．筋電位データはband-pass filter
（20-500Hz
） で処理した後，全波整流処理を行い，low-pass filter （10Hz
）を用いて平滑化した．処理された筋電位デ ータから，IC
前50ms
間の積分値を算出し，各筋のMVIC
時における筋電位により標準化した．MVIC
時の筋電位は50ms
のmoving window
を用いて 図1
マーカー，電極貼付位置 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．電極は大腿直筋，内側広筋，外側広筋，半腱 様筋，大腿二頭筋に対して SENIAM に準じた位置に貼付した．図
2
Drop vertical jump（DVJ）
MVIC
試技中の50ms
間積分値の最大値を算出した． さらに，標準化された各筋の積分値から，大腿四頭 筋およびハムストリングスの外側に対する内側の前 活動比率（VM/VL
，ST/BF
）を算出した． 3. 統計学的解析 統計学的解析は，Pearson
の相関係数を用いて， 各筋の前活動積分値および前活動比率（VM/VL
，ST/BF
）と，IC
後50ms
時および解析相における 最大の膝外反角度，膝外反モーメントとの関係を検 討した．PASW18.0
（IBM
社製）を用い，有意水 準は5%
未満とした．なお，各被験者データは成功3
試行の平均値を用いた．Ⅲ．結果
表1，2
に全被験者の各データの平均値を，図3
に全被験者の膝外反角度および膝外反モーメント， 膝周囲筋前活動の平均時系列波形を示す．BF
前活動とIC
後50ms
時の膝外反角度との間 に有意な正の相関を認めた（R
＝0.59
，P
＜0.05
）． 前活動比率ST/BF
とIC
後50ms
時の膝外反角度 （R ＝-0.50
），IC
後50ms
時の膝外反モーメント （R ＝-0.55
）および最大膝外反角度（R ＝-0.49）
， 最大膝外反モーメント（R ＝-0.54
）との間に有意 な負の相関を認めた（すべてP
＜0.05
）（図4
）．そ の他に統計学的に有意な相関は認めなかった．Ⅳ．考察
本研究結果は，BF
前活動とIC
後50ms
時の膝外 反角度との間に有意な正の相関を示した．また，前 活動比率ST/BF
とIC
後50ms
時の膝外反角度およ び膝外反モーメント，また，最大膝外反角度および 膝外反モーメントとの間に有意な負の相関を示し， 仮説は一部支持された． 女性の着地動作における最大膝外反角度および最 大膝外反モーメントはACL
損傷を予測することが 報告されており4)，本研究結果から前活動比率ST/BF
はACL
損傷に関連する可能性が示唆された． また，ACL
損傷はIC
後50ms
以内に生じると報告 されている5) 6)．本研究結果から BF 前活動および前 活動比率ST/BF
はIC
後50ms
時の膝外反角度と有 意な相関を認め，BF 前活動を減じることはACL
損 傷リスクとされる接地後早期の膝外反角度を減ずる ために重要である可能性が示唆された． 本研究では，膝周囲筋の各筋の前活動と膝外反角 度および膝外反モーメントとの関係において，どの 筋においても最大外反角度および膝外反モーメント との間に有意な相関を認めなかった．これは女性の 片脚着地における膝周囲筋前活動と最大膝外反角度 および膝外反モーメントとの間に有意な相関がない と報告した先行研究10)を支持するものである．一方， 前活動比率ST/BF
とIC
後50ms
時および解析相に おける最大の膝外反角度，膝外反モーメントとの間 に有意な負の相関を示した．このことから，膝外反 角度および膝外反モーメントとの関係において，膝 周囲筋前活動の内外側比率に着目することは重要で あると考えられる． また，前活動比率VM/VL
と膝外反角度および膝 外反モーメントとの間に有意な相関を認めなかった． 過去に，大腿四頭筋およびハムストリングスは膝内 反・外反モーメントアームを有しているが，ハムス トリングスは大腿四頭筋と比較して，膝内反・外反 モーメントアームが大きいと報告されている14) 15)． これらの報告から，ハムストリングスの方が膝内 反・外反運動により影響を与えた可能性が考えられ る．そのため，前活動比率ST/BF
と接地後の膝外 反角度および膝外反モーメントとの間に有意な負の平均値±SD
膝周囲筋前活動(%MVIC)
RF
31.9 ± 14.9
VM
45.1 ± 22.3
VL
40.1 ± 16.6
ST
24.9 ± 11.0
BF
14.9 ± 6.4
膝周囲筋前活動内外側比率
VM / VL
1.1 ± 0.3
ST / BF
1.8 ± 0.7
平均値±SD
膝外反角度(
°)
IC
後50ms
時2.8 ± 4.9
最大値0.2 ± 0.1
膝外反モーメント(Nm/(m*kg))
IC
後50ms
時11.4 ± 5.5
最大値0. 4 ± 0.1
表1
膝外反角度およびモーメントの平均値 表2
膝周囲筋前活動の各筋および内外側比率の平均値相関を示し，前活動比率
