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荷重がラット後肢筋の廃用性萎縮予防に及ぼす効果

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(1)

理 学 療 法 学 第

22

巻 第

3

号  108

113頁 (1995 年)

報    告

後肢 筋

性萎縮予 防

効果

週 内頻 度

検討

山 崎 俊 明

* *

信 英

立 野 勝 彦

要旨  荷重が廃用性 筋 萎 縮の進 行 抑 制に及 ぼ す効果を, 週内頻度 (隔日 と毎日) の違いか ら検 討し た。

24

匹の ラッ トを4群に分 け た

実 験 群は  2週 聞の寡運 動 (非荷重 )中に荷重しない 群

  寡運動 中に 1 時間荷重 を隔日 に加え た群,   寡運動 中に 1 時間荷重を毎日実施し た群と し

, 1

群を対照群と し た。 そ の後, ヒラ メ筋と艮指伸筋を摘 出し重 鼠 を測定し た。 さ ら に

ATP

染色に より筋線維タ イ プ を分類 (

1 ・

皿)し

断面積を測 定し た

その果,   非荷重お よ び荷重によ る影響は

長指伸筋よ りヒラ メ筋で著 明で あっ た   ヒラ メ筋の相対重 量 比およ び タ イ プ構成比率は 毎日1 時間荷重することで維 持可能で あっ た。   ヒラ メ筋 断面積は, 荷重 しない よ り隔日, 隔日 よ り毎日荷重の方が有意に大き かっ た。 以

E

よ り

1

時間の重は

廃 用 性 筋 萎縮の 進行抑 制が可 能であ り

隔日荷重よ り毎日荷重の が効果 的な こと が示 唆さ れ た。 キ

ド  廃 用 性 筋 萎 縮

荷 重 頻 度

ラ ッ ト は じ め に  下 肢 筋の廃 用 性萎縮予防に関して は, 荷重の重要 性が 報 告されて い る1)。 術後免荷 中の患者 等で は

荷重以外 の方 法によ り萎 縮 を抑 制 する し か ない2)が

荷 重が可 能 な患者では, 荷重時 間を増や せば効 果 的と考え ら れる。 しか しな がら臨 床におい て

長 期 臥 床 患 者に長 時 聞の荷 重を負荷す るこ とは困難な ことが そ こ で我々 は 廃用性筋萎縮 対策の臨床応 用 を考 慮 した荷 重によ る効 果 を検 索して い る。

 

荷重の効 果に関 して

,Thomason

ら3)は 懸 垂中の ラ ッ トを

泪 2 時間荷 重 した結 果

筋 湿 重 量 は非 荷 重のみの 群よ り有意に大 きか っ た と報 告して い る。 ま た

我々 は *Effect

 of Weight

bearing in Prevention  of Disuse Atro

  phy in Rat Hindljmb Muscles

 

Study of Weight

Bearing Frequency in a Week

金 沢 大 学 医 療 技 術 短 期 大 学 部

  (〒 92D西 川 県金沢市 小 立 野5

−.

1180 )

  Toshiaki  Yamazaki

  RPT

  Nobuhide  Haida

  RPT

 Katsuhiko  Tachino

 MD ; School of AHied Medical

  Professions

 Kanazawa  Univorsity

  (受付日 1994年6月24 日/受 理凵 1995年3月7口)

1時 間荷 重萎 縮 抑 制す 影 響 を検 討 し

ラッ ト ヒ ラ メ筋の タイ プ 1に関して は

,一

日1回 荷 重よ り2回荷重のが効果 的なこと, さ ら に筋 線維タ イ プ に よ る反 応の違いが あ るこ と を報告 し た4)。 そ して本研究 で は

荷重の週内頻度に関して検討す る。 その理由は

萎 縮 予 防の観 点か らすれ ば

頻 度を多 くした方が効 果を 期待で き る が

過 用や疲労 等の問題 が考え ら れ る5)こと

そ して萎 縮 進 行 筋に関 す る荷 重 頻 度の報 告が少ない6)こ と な ど か らで ある。   本 研 究の 目的 は

荷 重 がラッ ト後 肢 筋の廃 用 性 萎 縮 予 防に及ぼす効 果を, 週内頻度 (隔日 と毎日)の違いから, 組織化学 的に検索することで あ る。 対 象と方 法  対象は

Wistar

系雄ラ ッ ト  (体重

223

±

17g

24

匹 で, 対象 筋は 遅筋と して ヒラメ筋 速 筋と して長 指 伸 筋 を 選 択 した。  廃用性 筋 萎 縮は

先 行 論 文2)4)同 様体 幹 骨 盤 帯に か け て ギ プスを巻き

非侵 襲 的に後 肢 を 懸 垂 する寡 運動法 (図 1 )によ 作製し た。 な お,後肢の活動は荷重

(2)

荷重が ラッ ト後 肢筋の廃用性 萎縮予 防に及ぼす 効巣 109 表

1 

体重 (g )に対する筋湿 重 量 (mg )の比 群 (n ヒラメ 長 指 伸 筋

1

  寡運 動中の ラッ ト       

1

{群 (

5

)  

0.

31

±

0.

03

    0

54±0

02 辮

簾:

1

対照 群   

C

群 (5)  0

43±

O.

02

   

0.

54

±

0.

02

以外制限さ れず

水の摂取は自由に可能である。 ま たt 懸 垂 を はずせ ば正常な四肢 荷重が可能と な る。  実 験 方 法は

ま ず対 象を4 群に

3

群を実験群

, 1

群を対照 群 (

C

群 :n

=5

) とした。 実験群は寡運動群 (

H

群:n

5 )

寡 運 動 中に 1時 間 荷 重を隔日に加え た 群  (

A

群 :n

=7

 および寡 運 動 中に1時 間 荷 重 を 毎 日加え た群 (

B

群 :n

=7

)と し た。 ま た, 荷重は ラッ トが比 較 的 低 活動で ある昼間に実施し

特に運動負 荷は 加えな かっ た なお

ギ プス の重 量 (体 重の約

10

%) が負 荷とな る可 能 性が あるため

対 照 群に も実験群と同 様に体幹部にギプスを 巻 き

懸 垂はしなかっ た。  実 験期間は

2

週 間と し た。 実験終了 後に, 休重 を 測 定 し

対 象筋を右下肢か ら摘 出 した

さらに各 筋 湿 重 量 測 定 後

組織化学 的分 析を行っ た まず 各筋の筋腹中央 部をコ ル ク上に垂直に立て て

液体窒素で冷却した イ ソ ペ ンタン内で急 速に凍 結 固 定し

,− 80

℃ で 密封保 存 し た。 次に凍 結切片 (厚さ :10μm )を作 成し

その 後

ATPase

染色 (routine ) を 実 施 した7)。 そ して各 筋あ たり約

200

本の筋線 維を淡 染し た タイ プ 1と, 濃染した タ イ プH に分類し構成比率を計算し た。 さ ら に筋萎 縮の 程 度を知る た め

筋 線 維横断 面積を 三次元画像解 析シス テム COSMO  ZONE  

98

日本 光 学工業 社 製 )を使い

デ ジ タイザ

(グラフテ ッ ク社 製マ イ タ ブレッ ト

H

)で 入 力し測定し た。 な お

測 定 結 果は 全て平 均 値±標 準偏 差でした

 統 計 学的 検 定には 分 散 分 析 を 行い

有 意 水 準は

5

% と し た

結 果

L

筋湿 重 量にっ い て (表 1) 筋湿 重 量は体重の響を受 ける た め

体重 (g)に対 n :粛寸象ラッ ト数

 1 :pくO

05

す る筋湿重 量 (mg )の比 (以下

相対重 量 比)を計算 し各 群 間で比 較 した。 ヒラ メ筋で は

H

群が

O.

31

±

0.

03,

A 群が O

35 ±O

e2

  B が0

41±O

03

  C が0

43±

0.

02

であ り,

A

群 とB 群 間に有 意 差 を認めた が

  H 群 とA 群間お よ びB 群とC 群間に差は な かっ た   長 指伸 筋で は

H 群が

0.

54

±

0.

02,

  A 群が

0.

55

±

e.

02,

B 群が

O.

55

±

0.

01

 

C

0.

54

±

O.

02

であり,

群間には な か っ た。  

2 .

筋 線 維 タイ プ構成比率につ い て (図

2 ,

3

)   ヒラメ筋で は

対 照 群に比べ実 験 群の タイプ1が少な く

タ イ プ

ll

が 多い傾 向にあっ た

統 計 学 的に は H 群 と

C

群間

お よ び

A

群と

C

群間に有意 差を認め た が

H 群と

A

群間

,A

群と

B

群 間

お よ び B 群と

C

群問に 差は な かっ た。   長 指 伸 筋で は

各 群と もタ イプ 且 が大 部 分を占め (94

2

94

9% )

群 間に差は な く

ヒ ラ メ筋ほ ど非 荷 重 および 荷 重 負 荷に よ る影 響を受 けて いな かっ た。   3

筋 線 維 断 面 積にっ いて (表2

2

)   平均値で比較すると, ヒラメ筋の タ イ プ1で は

C群 に比べ

H

が 47% に

A 群が

59

% に

  B 群が 70% に 減少した。 特に

, A

群と

B

群間に お いて も統計 学的有 意 兼を認め た。 そ こ で断 面 積の分 布 比 率を各 群で比 較し たものが 図4である

C 群 と比 較 する と H 群は左に偏 移し

分布幅も狭くなっ ており

著 し く萎縮してい るこ と が分か る

ま た

荷 重 群 (A 群とB群 )はC 群とH 群のに位置し, 完 全で は ないが あ る程度萎縮の進行を 抑制で き たこ と

さ ら に A 群よ り B群が効果的な こと を示唆して い る。  ヒラメの タ イプ nで は, C 群に比べ H 群が 61% に,

A

群が

81

% に

B 群が

84

% に減少し

タ イ プ

1

と同 様 に A 群とB 群間に おい て も有意 差を 認めた。   長指伸筋の タ イ プ

1

で は,

C

群に比べ H 群が

87

% に,

A

群が

g3

% に, 

B

群が

97

% に減少し た。 タ イ プ

n

で は 同様にH 群が

72

% に

A 群 が 83% に

  B 群が 85% に

(3)

110

理 学 療 法 学 第

22

巻 第

3

H

A

B

C 群

ヒ ラ メ筋

長 指 伸 筋

     

100

μm       図 2  ATPase 染色によ る筋 組 織 像 淡 染さ れ た線 維は タ イ プ 1を

濃 染さ れ た線維は タ イプllを示 す

減少し た。 長指伸 筋の両タ イ プと も

, A

群とB 群間に 差は なく

タ イ プ構成 比率と同様に, ヒ ラ メ筋ほ ど非荷 表

2

  各 群の筋 線 維 断 面 積 (平 均 値±標 準 偏 差 ) 重 および荷 重 負 荷の影 響 を 受 けていなかっ た。

群 ヒ ラ メ筋 長指伸 筋 タイ プ1 タイ プll    タイ プ 1 タイ プ皿

H907

±295

AII54

±359

B1370 ±387

C

    1948±502t 894±189   788±164 1171±320

  842±185 1223±352

  878±168

1455±383

  903±206

1137±444 1312±593

1338±552

1573±731s

p<O

05

Hとの意差

(単 位 :μm2  本研 究で は臨床応用を考慮 し, 荷重の み の効 果を検 索 し た。 ところ が対 象ラッ ト は何 ら神経損傷 もなく

荷 重 中は自由に ケ

を移動できる ため運動 負荷となる可 能性が あっ た その た め夜 行 性の ラッ トが比 較 的 低 活 動 で あ る 日中に荷重 を実施し た。 実 際, 荷重直後は移 動し た が

その後は ほ とん ど移 動し てい な か っ た

また

荷 重中の ラッ ト足関節は実験 期 間が長くなる ほ ど底 屈位と なり, 踵接地まで に時 間を要して い た。 Riley ら s)

(4)

荷重 が ラ ッ ト後 肢 筋の廃 用 性萎縮 予防に及ぼす効 果 111 〔ヒ ラ メ 筋 〕 タ イ プ1        タ イ プH ・・

:=

      64

2%       35

8% ・群

= = :

驤 醗

      66

6%      33

4% ・群

= =

      70

O%       30

 G ・・

[= :=

      75

1%       24

9%       〔長 孑旨 イ申 筋 〕   タ イ プ1        タ イプll ・ ・

鑼 韆

霧蠶

   51

a

財       94

2% ・群

    5

8

%      94

2% ・・

覊 鑼 蠶

   5

1

%         94

9% ・群

戀 蠶

鑼 靆

    5

正%      94

9% 0 50 100% 0 50 lOO% 図 3 各 群の線 維タイ プ構成比率 (平均値 ) (% ) 50 40 分 布  

30

比 率  20 10 o0 1

O 2

0 断  面 積 3

 o 4

0  (×los μm2 ) 図

4 

ヒ ラ メ筋タ イ プ 1線 維の断 面 積 分布 ラ ッ ト の安静荷重状態で は, 足関節は約

60

° 背 屈 位

可 動 範 囲は背屈

60Q 〜

底屈 90° で あるが

懸 垂に より背 屈

0

°

底屈

90

° に減 少 す ると報 告 して いる。 以

E

よ り今 回の 方法が廃用 性 筋 萎縮に及ぼす 主 要な因 子と し て は

懸 垂 中より も体 重 を 支 えるための収縮が増 加し たこと

さ らに短縮し た ヒラ メ筋が荷 重に より伸張さ れ たことな ど が重 要であ る と考え られる。

 

非荷重 お よ び荷 重 負 荷に よ る影 響が

指 伸筋よ りヒ ラ メ明で あっ たこと は

従 来の報 告 9

12)を支 持 す る もので あっ た。 こ の点か ら考え る な らば

臥 床や非荷 重によ り廃用性 筋萎縮を生じやすい下 肢 筋があ る とい え る。 特に人 間で は

抗重力筋が相当 する と予 想 され

そ れ らの筋に対す る 選択 的 治 療が将 来 的に可能と な る か も し れ ない  ヒ ラメ筋 線 維タ イ プ構 成 比率にして は, 寡運 動 群お よ び隔 日荷 重 群の タイ プ 1が少ない傾 向にあっ た。 その原 因を考え る と

本研究で使用 し た週齢の ラ ッ トは

正常な状態で あ れば当 然 成 長す る が

寡運動 は未熟な筋の成 長

時 的に停 滞 さ せる可能性が報 告さ れて いる12>13)こと か ら

長 指 伸 筋に比べ タ イ プ分化 い ヒ ラ メ筋14)が分 化の途 中で停 滞 したこ と が推 測さ れ る。 第二 に

不 使 用によっ て成 長が阻害された結果 現れ た変

(5)

112

理学 療法学 第

22

巻第

3

号 性で あ り

脱分化 (タ イ プ移行)が考え られる15)

タ イ プ

H

線 維の分 類を実施して いない の で明確な こと は言え ないが

これ ら原因が複合 的に生じ たと考えられる。 ま た

毎 日荷重 群と対照群間に差が な かっ たこと は, 筋の 形質維持に は垣日の荷 重が重 要なこと を示 唆してお り

臨 床 的にも参 考に な ると思 われ る。

Krippendorf

ら 且6) は ラッ ト ヒラメ筋につ い て

非 荷 重 後の再 荷 重は萎 縮 筋 に病 理 的変 化 を おこ し

その程 度は再 荷 重 時 間に依 存し ている と述べいる。 また,

Schultz

ら 12)

ッ トを 対象と し た研 究か ら

非荷重は24 時問 以 内に骨 格 筋 衛 星細胞の分裂 活動に反 応 を もた らすこ とを示唆 している

り細 胞 周 期に関 係し た時 間的要素が関与 している 可 能 性が考 え られ

毎日つ ま り

24

時間 以 内に再荷重 する こと が形 質 維 持には重 要と思わ れ る。  筋の萎 縮に関し て は

ヒ ラ メ線 維 断面 積の結 果 か ら

,一一

1

時間の荷 重で は完 全に萎 縮の進 行を抑 止 す るこ と は困難であっ た

けれども

荷 重し ない より隔日

隔日 よ り毎日荷重の方が効 果 的で あっ た。 当然の結 果の ようだ が, 正常筋と異な り萎縮 筋で は安 全な運 動許容 範 囲が狭い こと が予想される17)ことか ら, 本研 究の負 荷 方 法 (すな わ ち強度は体重

持続 時間は 1 時間に

定と し, 頻 度の み変化さ せ た方法)は

萎縮の抑制が可 能でかっ 過用に至 らない程 度で あっ た と考え られ

今 後の効 果 的 荷重負荷方法に関 する研 究に とっ て有 用な方 法と思わ れ る。  な お

本研究は平 成

5

年 度 文 部 省 科 学 研 究 費 補 助 金 (奨励研究

A

, 課題番号

05771064

)の助 成 を受 けて実 施 し た もの の

で あ り

本 論 文の要 旨は

第 29回日本 理学療法士学 会に おいて発表した。 文 献

1St

Pierre D

 Leonard  D

 et al

:Recovery  of mus じle

  frQrn tetrodotoxin

induced disuse and  the infiuence of

  daily exercise

 1

Contractile properties

 Exp Neurol

   98:472

488

1987

2) 山 崎 俊 明

灰 田 信 英

他 ; ラッ ト ヒラメ筋の廃 用 性 萎 縮に

  対す る他動 的伸張刺 激の効 果

組 織 化 学 的 分 析

理学 療 法  

学20 :87

92

 1993

3)Thomason DB

 Herrick RE

 et al

:Activity influences

  Qn  soleus  muscle  myosin  during rodent  hindlimb  sus

  pension

 

J

 Appl Physio163 :138

144

1987

4) 山 崎 俊 明

立 野勝 彦

他 : ラッ ト廃 用 性 筋 萎 縮に対 する荷

  重 刺激の効 果  

日 の荷重時聞か ら の検討

金大 医短紀要    17 :63

67

 !993

5)池上晴夫 :運動処方

理論と実際

朝倉書店

1990

pp

  213 

215

6)St

Pierre D

 Gardiner PF : The effect of immobiliza

   tion and  exercise  on  muscle  function :areview

  Physiotherapy Canada 39:24

36

1987

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口本 医 事 新 報 社

   /987

 pp

10 21

8)Rilcy DA

  Slocum GR

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  loading:soleus  histochemistry

  ultrastructure

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66

1990

9)Martin TP

  Edgerton VR

  et  al

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   2318

2325

1988

10)Rilcy DA

 Ellis S

 et al

:Hypogravity

induced atrophy

  of rat  soleus  and  extensor  d量gitorum  Iongus muscle

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568

1987

11)Musacchia XJ

 Stef『en 

JM,

 et al

:Skeletal muscle  re

  sp ⊂)nse tQ spaceflight

 whole  body suspension

 and re

  covery  in rats

 

J

 Appl Physiol 69 :2248

2253

199 

12)Schultz E

 Darr KC

 el al

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  unweighting  on  satellite cells of growing  skeletal

  muscle

 J Appl Physiol 76 :266

270

1994

13)Haida N

 Tachino K :Effect of hindlimb suspensiQn  on   young  and  adult gastrocnemius  muscle  in mouse

理 学   療 法 学 16: 3

9

 1989

14) 岡 田理 美

埜 中征 哉

他1ラッ ト筋 線 維の発 育

分 化に関    す る組 織 化 学 的研 究

神 経 内 科 15:363

370

1981

15) 板 井 美 浩

戸 塚  学

他 :Rat ヒ ラ メ筋 廃 用 性 萎 縮 後の回   復 過 程 に お け る 組織 化学 的 変 化

体 力 科 学40 :298

306

   1991

16Krippendorf  BB

 Riley DA :Distinguishing urlloading

  versus  reloadirlg

induced changes  in rat soleus  muscle

  Muscle

 

Nerve l6 :99

108

1993

上7) 灰 田信 英 :廃用 性 筋 萎縮の基 礎 科学

理学 療 法学 21:94

(6)

nvigabs'i

・y

FacKMoiagffI,tek$me'i;Eijlctw:'e-stM

113

<Abstract>

Effectof

Weight-Bearing

in Preyention of Disuse Atrophy inRat Hindlimb Muscles

-Study

of Weight-Bearing Frequency ina

Week-Toshiaki

YAMAZAKI,

RPT,

Nobuhide

HAIDA,

RPT,

Katsuhiko

TACHINO,

MD

School

of

AltiedMladicallhofessions,Kkenagawa Ubeiversity

The purpose of thisstudy was to investigatethe effect of weight-bearing frequency ina

week inprevention ofdisuse muscular atrophy.

Hindlimb suspension

(HS)

was used te produce muscular atrophy inWistar rats

(n=24).

Weight-bearing

{WB)

was stationary ground support

(1

hourlday). Groups were 1)HS only, 2)

HS+WB

(every

other day),3)HS+WB

(everyday),

and 4)controL After 2 weeks, right soleus

muscle

(SOL)

and extensor

digitorum

longus

muscle

(EDL)

were weighed. Muscle ATPase

histochemical staining,

followed

by

morphometrical analysis,

demonstrated

that

SOL

responded more markedly tonon-WB and WB than EDL. The muscle-to-body weight ratio and

the

percentage

distribution

of rnuscle

fiber

type

in

SOL

were maintained

by

eyeryday

WB.

Muscular

atrophy could not be prevented perfectly. But cross-sectional area inSOL indicated

that

it

is

possibleto

delay

the progression of

disuse

muscular atrophy

by

WB

(1

hour/day), and

参照

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