強制呼吸での腰方形筋断面積の左右対称性と
前額面上の姿勢，呼吸機能の関係
Relations of Bilateral Symmetry in the Cross-sectional Area
of the Quadratus Lumborum Muscles to Posture in the Frontal Plane and
Respiratory Function in Forced Breathing
本間 友貴
1,2)平山 哲郎
1,3)茂原 亜由美
1,4)石田 行知
5)柿崎 藤泰
5)泉﨑 雅彦
1)Yuuki HOMMA, RPT, MS1,2), Tetsuro HIRAYAMA, RPT, MS1,3), Ayumi MOHARA, RPT, MS1,4),
Yukisato ISHIDA, PhD5), Fujiyasu KAKIZAKI, RPT, PhD5), Masahiko IZUMIZAKI, MD, PhD1)
1) Department of Physiology, Showa University School of Medicine: 1-5-8 Hatanodai, Shinagawa-ku, Tokyo 142-8555, Japan
TEL +81 3-3784-8113 E-mail: yuuki.h.1226@gmail.com
2) Department of Rehabilitation, IMS group Clover no Sato IMS Care Kaupili Itabashi 3) Department of Rehabilitation, Shoinjinjamae Clinic
4) Department of Rehabilitation, IMS group IMS Rehabilitation Center Tokyo Katsushika Hospital 5) Graduate School of Health Care Sciences, Bunkyo Gakuin University
Rigakuryoho Kagaku 33(3): 501–506, 2018. Submitted Dec. 15, 2017. Accepted Feb. 5, 2018.
ABSTRACT: [Purpose] The purpose of this study was to investigate the relations of bilateral symmetry in the
cross-sectional area of quadratus lumborum muscles with frontal posture and respiratory function. [Subjects and Methods] The subjects were 20 healthy males. Measurement items comprised the cross-sectional area of the quadratus lumborum muscles, frontal posture, thoracic extension rate, respiratory muscle strength, and pulmonary function. [Results] Bilateral asymmetry was observed in the cross-sectional area of quadratus lumborum muscles; the mass of the right quadratus lumborum muscle was larger than that of the left quadratus lumborum muscle. Significant positive correlations were found between bilateral symmetry of the cross-sectional area of the quadratus lumborum muscles and frontal posture, thoracic extension rate, and expiratory muscle strength; and there was a significant negative correlation with the pulmonary function index of residual volume. [Conclusion] The present study revealed relationships between bilateral symmetry in the cross-sectional area of the quadratus lumborum muscles and frontal posture and respiratory function.
Key words: quadratus lumborum, posture, respiration
要旨：〔目的〕本研究では，姿勢保持，呼吸作用を有する腰方形筋の断面積左右差と前額面上の姿勢，胸郭運動，肺 機能との関係性を検討することを目的とした．〔対象と方法〕対象は健常成人男性20名とした．安静時および強制呼 吸時における腰方形筋断面積，胸郭側方偏位量，胸郭拡張率，呼吸筋力，肺機能を測定した．〔結果〕安静時および 強制呼気時の腰方形筋断面積は左側に比べて右側が有意に大きいという左右差が認められた．腰方形筋断面積の左右 対称性と胸郭側方偏位量，胸郭拡張率，呼吸筋力との間には有意な正の相関，残気を示す肺機能指標値との間に有意 な負の相関が認められた．〔結語〕腰方形筋断面積の左右対称性は，前額面上の姿勢や呼吸機能と関係する可能性が 示唆された． キーワード：腰方形筋，姿勢，呼吸 1) 昭和大学 医学部 生理学講座 生体調節機能学部門：東京都品川区旗の台 1-5-8（〒 142-8555）TEL 03-3784-8113 2) IMS グループ クローバーのさと イムスケア カウピリ板橋 リハビリテーション科 3) 松陰神社前クリニック リハビリテーション科 4) IMS グループ イムスリハビリテーションセンター東京葛飾病院 リハビリテーション科 5) 文京学院大学大学院 保健医療科学研究科 受付日 2017 年 12 月 15 日 受理日 2018 年 2 月 5 日
I．はじめに
腰方形筋は骨盤，腰椎，胸郭（第12
肋骨）をつなぎ， 一側が収縮すると腰椎の側屈，骨盤の挙上，両側が収縮 すると腰椎の伸展に作用する1,2)．加えて，腰方形筋は 横隔膜や大腰筋との筋連結をもち2)，腰方形筋と大腰筋 の両側の収縮は第5
腰椎－第1
仙椎移行部を含めた腰椎 全体に優れた垂直安定性をもたらし，これらの筋に対す るエクササイズは腰部の不安定性に対して有益である3) とされている．McGill
らも様々な腰部運動中に腰方形 筋が活動することを見出し，腰方形筋の筋活動が腰椎の 安定化作用をもたらす4-6)と結論づけている．また，腰 方形筋は呼吸にも関与し，主に呼気補助筋として強制呼 気時に胸郭を下制する作用7)と，腰方形筋の前部線維 の活性により第12
肋骨部で横隔膜の付着部を安定させ る作用8,9)から，強制呼気および安静吸気に活動すると されている．したがって，腰方形筋には姿勢保持作用と 呼吸作用がある． 腰方形筋の姿勢保持作用の点に関しては，腰方形筋の 過活動が生じた場合，腰痛を発症する要因になる10)と の報告がある．その一つとして，腰方形筋の片側の過剰 収縮によって引き起こされる機能的脚長差があり，結果 的に骨盤帯の非対称性や腰椎の側屈を引き起こし11)， 腰部の不安定性や腰痛に直結する12-14)と言われている． 一方，呼吸作用の点に関しては，腰方形筋の左右差が呼 吸機能に与える影響は未だ明らかにされていない．しか し，Sh
ōbo
らは胸郭形状の非対称性により胸郭の運動性 が低下し，呼吸努力と呼吸数を増加させ，呼吸困難を引 き起こす可能性がある15,16)と報告している．仮に腰方 形筋に左右不均等な筋活動が生じた場合，左右非対称な 胸郭下制や横隔膜の固定部不良を招き，呼吸運動にとっ ては不利益となることが予想される．さらに，本邦の呼 吸リハビリテーションマニュアル─運動療法─17)や米 国心血管・呼吸リハビリテーション協会による呼吸リハ ビリテーション・プログラムのガイドライン第2
版18) の中で，姿勢や身体の左右非対称性を改善させるための 様々な治療介入は欠かせない要素として推奨されてい る．したがって，腰方形筋の左右差と姿勢や呼吸機能と の関係を検証することは，呼吸リハビリテーションにお ける有益な評価指標や治療根拠を付加する可能性が ある． そこで，本研究では，健常成人を対象に腰方形筋の断 面積を計測し，安静時および強制呼気時の腰方形筋断面 積の左右差と前額面上の姿勢，胸郭運動，肺機能との関 係性を検討することを目的とした．II．対象と方法
1
．対象 対象は呼吸器疾患，脊柱疾患の既往がない健常成人男 性20
名とした（年齢24.8
±3.6
歳，身長172.2
±0.1
cm
，体重63.7
±6.1kg
，BMI 21.5
±1.7 kg/m
2；平均± 標準偏差）．本研究は文京学院大学倫理審査委員会の承 認を得た（承認番号：2014-MSJ15
）．なお，すべての被 験者には本研究の趣旨を説明し，紙面にて同意を得たの ち実施した．2
．方法 測定肢位は両上肢下垂位での座位とした．課題動作は 強制呼吸とし，安静呼気位（以下，安静時），最大吸気 終位（以下，最大吸気時），最大呼気終位（以下，最大 呼気時）で各々3
秒間以上の静止時間を設けた． 腰方形筋断面積の測定は超音波診断装置（Hi Vision
Preirus
，日立アロカメディカル社製）を使用した．画像 表示モードはB
モード，プローブは5–10 MHz
のリニ ア式プローブを使用し，リアルタイムバイプレーン機能 にて左右同筋の画像を同時に表出した．測定部位はMRI
を用いた先行研究19-22)を参考に，第3
腰椎棘突起 レベルとし，短軸操作にて計測した．プローブを固定し た後，深度，周波数，ゲインは筋の輪郭および筋膜の境 界が最良に表示できるように個人に合わせて適宜微調整 し，安静時と最大呼気時の画像を記録した．得られた超 音波画像はコンピュータに取り込み画像解析ソフトウェア（
ImageJ 1.47v
，National Institutes of Health
製）を用いて断面積（単位：
mm
2）を計測し，BMI
で正規化した． 断面積の左右対称性の指標としては，断面積左右比率 （単位：％）＝（左側／右側）×100
を求めた19-22)．この 比率は100
％が左右対称，100
％を下回る場合は右側が 大きいという非対称性を示し，100
％を上回る場合は左 側が大きいという非対称性を示すものとした．各3
施行 のデータの平均値を個人の代表値とした．なお，本研究 における超音波測定の信頼性を検討した結果，安静時お よび最大呼気時断面積の級内相関係数（1
，3
）＝0.98
～0.99
であった． 胸郭側方偏位量と胸郭拡張率の測定には3
次元動作解析装置（
Vicon NEXUS, Vicon Motion Systems
社製）を使用した．赤外線カメラ
8
台，直径9.5 mm
の赤外線反 射マーカを使用し，サンプリング周波数100 Hz
でPC
に取り込んだ．胸郭側方偏位とは前額面上の骨盤に対す る胸郭位置の偏りを評価する指標であり，胸郭中心点と 骨盤中心点を用いて算出した．胸郭中心点は胸骨剣状突 起と第10
胸椎棘突起を結ぶ中点とした．骨盤中心は上 前腸骨棘と上後腸骨棘の中点を算出し，その左右各々の 中点とした．得られた3
次元座標から，胸郭中心点と骨 盤中心点のX
座標上の差を胸郭側方偏位量（単位：mm
）＝胸郭中心点（X
）－骨盤中心点（X
）として算出し， 身長で正規化した．安静時および最大呼気時で計測し， 極性表記は負を左側，正を右側とした．胸郭可動性の指 標である胸郭拡張率は剣状突起レベル，第10
肋骨レベ ルで計測した．仲保23)，正保ら24)の方法を参考に各レ ベルの正中線上を中心に前面，後面にそれぞれ7
個ずつ，1
周が14
個になるようにマーカを貼付した．なお，マー カ間の距離は被験者の体格を基準に両肩峰間距離の15
％とした．胸郭拡張率は各レベルのすべてのマーカ 間距離の合計から算出し，強制呼吸での最大吸気時と最 大呼気時の差を安静時で除した値を胸郭拡張率（単 位：％）＝（（最大吸気時－最大呼気時）／安静時 ×100
） として算出した．各々3
秒間以上の静止時間の中で安定 した1
秒間のデータを採用し，各3
施行のデータの平均 値を個人の代表値とした．なおデータの算出には解析用 プログラミングソフトウェア（Body Builder
，Vicon
Motion Systems
社製）を用いた． 肺機能検査はボディプレチスモグラフ（BX-9
，ミナ ト医科学社製）を使用した．測定項目は肺活量（以下，VC
）， 最 大 吸 気 量（ 以 下，IC
）， 予 備 呼 気 量（ 以 下，ERV
），機能的残気量（以下，FRCpleth
），全肺気量（以 下，TLC
），残気量（以下，RV
），残気率（以下，RV
／TLC
），とした．呼吸筋力は電子式診断用スパイロメー タ（AS-507
，ミナト医科学社製）を使用し，Black
とHyatt
ら の 方 法25)に 従 い， 最 大 吸 気 筋 力（ 以 下，PI
max
）と最大呼気筋力（以下，PE max
）を計測した． なお，呼吸筋疲労に配慮し計測と計測の間に十分な休憩 時間を設けた．測定値は呼吸機能検査ガイドライン26) に基づき，3
回以上計測し妥当性と再現性を確認した後， 最良の測定結果を示す値を個人の代表値とした．肺機能 指標値および呼吸筋力は年齢および体格による影響を最 小限にするため，表1
に示す予測式27-29)に対する割合 を算出した． 得られたデータの正規性はShapiro-Wilk
検定を用い て検討した．腰方形筋断面積の左右比較は対応のあるt
検定を用いて検討した．胸郭側方偏位量は平均値と95
％信頼区間（以下，95
％CI
）を用いて検討した．腰 方形筋断面積左右比率と胸郭側方偏位量，胸郭拡張率お よび呼吸機能との関係はPearson
の積率相関係数を用い て検討した． 全ての解析は，統計ソフトウェアSPSS ver. 22.0 J for
Windows
を用い，有意水準を5
％とした．III．結 果
腰方形筋断面積の左右比較について，安静時は右側39.0
±3.6 mm
2/BMI
，左側37.0
±3.4 mm
2/BMI
で有 意に右側が高値を示した（p
＜0.01
）．最大呼気時は右側40.8
±3.8 mm
2/BMI
，左側39.1
±4.1 mm
2/BMI
で有 意に右側が高値を示した（p
＜0.01
）．腰方形筋断面積左 右比率について，安静時の平均値は94.8
±1.8
％，最大 呼気時の平均値は95.8
±3.4
％であった．胸郭側方偏位 量について，安静時の実測値は－6.8
±2.7 mm
，正規 化後の平均値は－4.0
±1.6 mm/m
，95
％CI
は－3.2
～ －4.7
，最大呼気時の実測値は－5.3
±3.7 mm
，正規化 後の平均値は－3.1
±2.1 mm/m
，95
％CI
は－2.1
～－4.1
となり，本研究における安静時および最大呼気時の胸郭 中心点は骨盤中心点に対して左側に偏位していた．胸郭 拡張率について，剣状突起レベルは9.5
±1.3
％，第10
肋骨レベルは7.6
±1.4
％であった．腰方形筋断面積左 右比率と胸郭側方偏位量，胸郭拡張率との関係を表2
に 示した．腰方形筋断面積左右比率と胸郭側方偏位量，剣 状突起レベルおよび第10
肋骨レベルでの胸郭拡張率と の間にはそれぞれ有意な正の相関を認めた．呼吸機能検 査の結果を表3
，腰方形筋断面積左右比率と呼吸機能と の関係を表4
に示した．安静時および最大呼気時の腰方 表1 肺機能指標および呼吸筋力の予測式 肺機能指標値27) VC（l） =（2.85－0.010×年齢（歳））×身長（m） IC（l） = TLC（l）－FRC（l）28) ERV（l） =（1.12－0.004×年齢（歳））×身長（m） FRCpleth（l） =（0.005×年齢（歳）+1.67）×身長（m） TLC（l） = 3.40×身長（m） RV（l） =（0.010×年齢（歳）＋0.55）×身長（m） 呼吸筋力29) PI max（cmH2O）= 45.0－0.74×年齢（歳）＋0.27×身長（cm）＋0.60×体重（kg） PE max（cmH2O）= 25.1－0.37×年齢（歳）＋0.20×身長（cm）＋1.20×体重（kg） VC：肺活量，IC：最大吸気量，ERV：予備呼気量，FRCpleth：機能的残気量， TLC：全肺気量，RV：残気量，RV/TLC：残気率，PI max：最大吸気筋力，PE max：最大呼気筋力．形 筋 断 面 積 左 右 比 率 と ％
FRCpleth
， ％TLC
， ％RV
，RV/TLC
との間にはそれぞれ有意な負の相関が認めら れ，％PE max
との間には有意な正の相関が認められた． その他のパラメータとの有意な相関は認められなかった．IV．考 察
本研究結果より，腰方形筋断面積には左右差が認めら れ，前額面上の姿勢，呼吸機能との間にはそれぞれ有意 な正および負の相関が認められた． 腰方形筋断面積の左右差に関しては，クリケットのボ ウラーを対象に腰方形筋断面積の左右差を調査した研究 があり19-21)，その報告と本研究では筋断面積の左右差 という点では共通している．先行研究では，ボウリング という一方向への腰椎の側屈を伴う投球の動作特性30) のため，利き手側の断面積が大きくなりやすいと述べて いる．しかし，本研究の対象者からは体幹の側屈が顕著 に，かつ繰り返される日常生活動作や，プロ選手レベル に特化したスポーツ歴などは確認されなかったため，左 右差のパターンにおいては相違がある可能性がある．姿 勢による影響は，Kim
らの側弯症患者を対象とした腰 方形筋断面積の左右差の調査により示されている．その 結果は，腰椎凸側の腰方形筋が伸張し断面積が小さくな り，凹側が短縮し断面積が大きくなる22)としている． そのため，姿勢や脊柱アライメントにより筋長が変化す ることで断面積に左右差が生じるものと報告している． 姿勢と脊柱アライメントの関係については，柿崎は骨盤 に対して胸郭位置が左側へ偏ると，下位胸椎以下，腰椎， 仙骨までが連鎖して左回旋を生じる31)としている．ま た，腰方形筋が付着する第12
肋骨は浮遊肋として大き な可動性を有する32)ため，この脊柱の連鎖によって左 右の肋骨位置に偏りが生じることが考えられる．ゆえに， 本研究では胸郭の左側方偏位による脊柱，肋骨アライメ ント変化が，左右の腰方形筋の筋長に影響を及ぼすこと で，断面積の左右差と胸郭側方偏位量との間に正の相関 が認められたものと推察される．しかし，これらは本研 究の対象ではなかったため，将来的にさらなる検討が必 要であると考える． また，腰方形筋断面積の左右差と胸郭側方偏位量でみ られた関係性は，胸郭可動性と呼吸筋力にも関連するも のと考える．呼吸における肋骨運動は主に肋骨頭関節と 肋横突関節で構成される肋椎関節にて滑り運動を伴った 回旋運動によって，上位肋骨では胸郭の前後径，下位肋 骨では胸郭の横径を変化させる．前額面上での体幹アラ イメントの正中化は，脊柱アライメントに生じる捻じれ を軽減させ，肋椎関節の適合性を変化させることが考え られる．この肋椎関節肢位の変化によって付着する靱帯 の張力も減弱することで肋椎関節の柔軟性が向上するた め，腰方形筋断面積左右比率と胸郭可動性との間に正の 相関を認めたものと推察される．呼気筋力との関係につ いては，呼吸筋力が姿勢変化に伴う筋の長さ張力の影響 を受け収縮効率が増減する33,34)と言われている．その ため，前額面上での体幹アライメントの正中化によって， 表2 腰方形筋断面積左右比率と胸郭側方偏位量，胸郭拡張率との相関 安静時 最大呼気時 胸郭側方偏位量（mm/m） 安静時 0.52* 0.52* 最大呼気時 0.61** 0.65** 胸郭拡張率（％） 剣状突起レベル第10肋骨レベル 0.54*0.54* 0.58**0.55* n＝20，Pearsonの積率相関係数：r，*：p＜0.05，**：p＜0.01． 表3 呼吸機能検査の結果 ％VC 111.2±14.7 ％IC 101.1±15.6 ％ERV 128.3±22.1 ％FRCpleth 147.7±24.7 ％TLC 124.2±16.9 ％RV 169.3±37.7 RV/TLC（％） 31.0±5.0 ％PI max 91.1±14.7 ％PE max 92.2±14.3 平均値±標準偏差． 表4 腰方形筋断面積左右比率と呼吸機能との相関 安静時 最大呼気時 ％VC －0.30 －0.25 ％IC －0.32 －0.25 ％ERV －0.20 －0.21 ％FRCpleth －0.55* －0.52* ％TLC －0.54* －0.48* ％RV －0.63** －0.60** RV/TLC（％） －0.62** －0.61** ％PI max 0.08 －0.02 ％PE max 0.74** 0.70** n＝20，Pearsonの積率相関係数：r，*：p＜0.05， **： p＜0.01．下部胸郭に付着する呼気筋群の筋長が至適長に近づいた ため，筋出力が発揮しやすい環境が下部体幹につくられ ることで，腰方形筋断面積左右比率と呼気筋力との間に 正の相関が認められたものと推察される．腰方形筋は呼 気補助筋であるため，今後は腹斜筋や腹直筋など主要な 呼気筋の情報も同時に調査する必要があると考える． 肺機能については，上記の腰方形筋断面積左右比率と 胸郭可動性，呼気筋力との間の正の相関から，下部体幹 の脊柱，肋骨アライメントや腰方形筋を含めた呼気筋群 の左右対称性に影響を及ぼし，腰方形筋断面積左右比率 と％
RV
との間に負の相関を認めたものと考えられる． 腰方形筋断面積左右比率と％FRCpleth
，％TLC
との間 の負の相関については，各々を構成する％RV
との間に は負の相関を認めたが，％ERV
，％VC
との間には有意 な相関を認めなかった．また，腰方形筋断面積左右比率 とRV/TLC
との間の負の相関については，％RV
およ び％TLC
との間に負の相関を認めており，腰方形筋の 左右対称な筋量は残気量の低下に関与し，肺の過膨脹軽 減に寄与する可能性がある．慢性閉塞性肺疾患（以下，COPD
）は，肺の過膨脹や呼気の障害が主な病態である． 腰方形筋断面積左右比率と残気を示す肺機能指標値との 間で認められた近似関係を外挿すると，COPD
患者の 呼吸機能に類似する可能性がある．今後はCOPD
患者 を対象に上記の可能性を検証する必要があると考える． 姿勢や呼吸筋，呼吸機能との関係性については，特に 高齢者やCOPD
患者が陥りやすい胸椎の後弯，円背姿 勢35-37)な ど の 矢 状 面 上 の 不 良 姿 勢 と 呼 吸 機 能 の 関 係34,38-43)を検討した報告が多い．そのなかで，本研究 では前額面に着目することで，腰方形筋断面積の左右差 と前額面上の姿勢や呼吸機能との関係性を示すことがで きた．呼吸リハビリテーションへの応用としては，腰方 形筋の左右差を軽減するような運動療法を施行し，呼気 筋トレーニングや姿勢改善，呼吸機能への効果を検証す ることが今後の課題である．また，本研究の限界として は，断面積で示される筋量は筋力，筋活動を直接的に示 すものではないことが挙げられる．断面積に関しては， 筋線維の直径と筋の発揮張力は高い相関が認められてい る44)一方で，生体における筋断面積と筋力の相関は中 等度である45)との報告もある．そのため，筋力計や筋 電図など様々な機器を組み合わせることで，筋の左右差 についても多角的に評価する必要があると考える． 引用文献1) McGill SM, Santaguida L, Stevens J: Measurement of the trunk musculature from T5 to L5 using MRI scans of 15 young males corrected for muscle fibre orientation. Clin Biomech (Bristol, Avon), 1993, 8: 171-178.
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