理 学 療 法 学 第
22
巻 第3
号 108〜
113頁 (1995 年)報 告
荷
重
が
ラ
ット
後肢 筋
の
廃
用
性萎縮予 防
に
及
ぼ
す
効果
一
週 内頻 度
か
ら
の検討
*山 崎 俊 明
* *灰
田
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。
その結果, 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,
一
日1
時間の荷重は,
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 方が効果 的な こと が示 唆さ れ た。 キー
ワー
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 ことが多い。 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 トを一
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 *Effectof 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 MedicalProfessions
,
Kanazawa Univorsity(受付日 1994年6月24 日/受 理凵 1995年3月7口)
一
回 1時 間の荷 重が萎 縮 抑 制に及ぼす 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回荷重の方が効果 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)と同 様に体 幹か ら骨 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 り作製し た。 な お,後肢の活動は荷重荷重が 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) ヒラメ筋 長 指 伸 筋 図1
寡運 動中の ラッ ト1
{群 (5
)0.
31
±0.
03
0.
54±0.
02 辮簾:
;
:
:
:
濫
:
:
コ
・1
:
:
:
器
対照 群C
群 (5) 0.
43±O.
02
0.
54
±0.
02
以外制限さ れず,
餌・
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 群に分け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 ク片上に垂直に立て 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 ZONE98
(日本 光 学工業 社 製 )を使い,
デ ジ タイザー
(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 差で示した。
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 量は体重の影響を受 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 群が0.
41±O.
03,
C 群が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
群が0.
54
±O.
02
であり,群間に差は な か っ た。
2 .
筋 線 維 タイ プ構成比率につ い て (図2 ,
図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,
図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
群が 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 群の間に位置し, 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。 ヒラメ筋の 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110
理 学 療 法 学 第22
巻 第3
号H
群A
群B
群
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。考
察
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
±295AII54
±359*
B1370 ±387’
C
1948±502t 894±189 788±164 1171±320’
842±185 1223±352*
878±168*
1455±383艦
903±206’
1137±444 1312±593*
1338±552‡
1573±731s*
: p<O.
05,
H群との有意差.
(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 ケー
ジ内を移動できる 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)は ,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 ・・
匚
:=
=
蠶
64.
2% 35.
8% ・群匚
= = :
驤 醗
66.
6% 33.
4% ・群匚
= =
懿
70.
O% 30,
G% ・・[= :=
驫
≡
75,
1% 24.
9% 〔長 孑旨 イ申 筋 〕 タ イ プ1 タ イプll ・ ・黶
鑼 韆
霧蠶
鬱
51.
a
財 94.
2% ・群蠶
5.
8
% 94,
2% ・・釀
覊 鑼 蠶
霧
5,
1
% 94,
9% ・群[
驤
戀 蠶
鑼 靆
霾
5,
正% 94,
9% 0 50 100% 0 50 lOO% 図 3 各 群の筋線 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 えるための筋収縮が増 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
,
長指 伸筋よ りヒ ラ メ筋で著明で 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 ラメ筋の筋 線 維タ イ プ構 成 比率に関して 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,
第一
に,
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 長を一
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 プ分化が遅 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 と述べている。 また,Schultz
ら 12)は,
ラ 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。
つ まり細 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 メ筋の筋線 維 断面 積の結 果 か ら,一一
日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 時間に一
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 の一
部で 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1)St
・
Pierre D,
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.
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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 inaWeek-Toshiaki
YAMAZAKI,
RPT,
Nobuhide
HAIDA,
RPT,
Katsuhiko
TACHINO,
MD
School
of
AltiedMladicallhofessions,Kkenagawa UbeiversityThe 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 soleusmuscle
(SOL)
and extensordigitorum
longus
muscle(EDL)
were weighed. Muscle ATPasehistochemical staining,
followed
by
morphometrical analysis,demonstrated
thatSOL
responded more markedly tonon-WB and WB than EDL. The muscle-to-body weight ratio andthe
percentagedistribution
of rnusclefiber
typein
SOL
were maintainedby
eyerydayWB.
Muscular
atrophy could not be prevented perfectly. But cross-sectional area inSOL indicatedthat