ラットヒラメ筋の廃用性萎縮に対する他動的筋伸張刺激の効果

理学療法学　第

20

巻第

2

号　

87 〜92

頁 （1993 年）

報　　告

ラ

ッ

ト

ヒ

ラ

メ

筋

の

廃

用

性萎縮

に

対

す

る

　　　　　他動 的筋 伸張刺激

の

効

果

組

織化学 的

分 析

＊

一

山 崎 俊 明

＊ ＊

灰

田

信 英

立

野

勝 彦

要旨 　 荷重が困難な長期 安静 臥床や免荷によ る廃用性筋萎縮 防止の

一

_手段と して

，

叩打によ る他動 的筋伸張 刺 激を考え， その効果を組織化学 的に検 討し た。 実験 的寡運動モデル （ラッ ト）を対象と し， ヒ ラメ筋 腱移行 部に_対する刺激を

，

筋の_状態 を変え （伸張 位と短縮位）て

一

口

20

分

，一

週聞に

5

_回で 二_{週 間実} 施し た。 　その_{結果， 筋}湿重量お よ び筋線維 構 成 比 率に は刺 激に よ る変化は な かっ た_。 筋線維 断面積は_， ヒ ラ メ 筋の大 部分を占め る タ イ プ 1で

，

伸 張 位 刺 激 群 が寡運 動群よ り有意に大 きか っ た_。 以 上より

，

筋伸張 位 で_{他動 的筋伸張刺激}を加え た場合， 完 全で は ないが筋線 維断面積の減少を防止 （萎縮を防止）で き るこ と が示唆された

。

キ

ー

ワ

ー

ド　廃 用 性 筋萎縮

，

伸 張 刺 激

，

筋 線 維タ イプ は じ め に 　廃用性 筋 萎 縮の防 止 は

，

理学療 法にお け る重 要な課 題 の

一

っ _であ_る

。

早 期か らの運 動は筋 機 能の維 持

・

改 善に 役立っ も_のと期 待_され

，

特_に下 肢_{で は}荷 重 を か け_ること が重要であ る1）

。

ま た

，

実 験 的 廃用性 筋 萎 縮モ デル に よ る実験で は

，

トレッ ド ミル に よ る運動が筋の萎 縮を半減 し

，

かっ _{筋 線 維 タ イ プ}の_{形 質}を維持する2）こ と が報告さ れて い る

。

　 従 来

，

荷 重が困 難な長 期 安 静 臥 床 や免 荷による筋 萎 縮 防止に対 して は

，

等 尺 性 収 縮

・

電 気 刺 激

・

他 動 運 動な ど が試みられている

。

しか し

，

臨床的に は患 者の理 解 力

・

モ チベ

ー

シ ョ ン

・

痛みな どの問題が適 応範 囲を 限 定 して い る。 近年， 電 気 刺 激によ る筋力強化の報 告 3）_{は多 く}

_，

刺 激条件 （刺 激 波 形

・

時間

・

強度

・

頻 度 等 ）や刺 激 電 極

“

_{Effect　of　Passive　Stretch　on　Disuse　Atrophy　of　Soleus} 　 Muscle　in　Rat

−

HistQchemical　Analysis

＿

”

_{金 沢}

大 学医 療技術 短 期大 学 部

　Toshiaki　Yamazaki

，

　RPT

，

　Nobuhide　Haida

，

　RPT

，

　Ka

−

　 tsuhiko　Tachino

，

　MD ：

School

　of 　Allied　Medical　PrQfes

−

　 SiOnS

，

　KanazaWa　UniverSity

　 （受 付日 1992年8月14日／受理 日1992年 ll月 iO囗） の_朝質

・

_大き さなどの_点か ら検討さ れて い る が， 痛み や 水 泡形成の_問題が効果を制 限して い る4）。 ギ プス固定に よ る不動徃筋萎縮に対して は

，

他動運動と して_振動刺激 を与え た報 告5）も あ る が

，

その効 果に関して は刺 激 時 間 や筋タ イ プによ る違い のた め明 確な結論は出て いない。 ま た

，

電 気 刺 激による筋 力 強 化におい て は筋を伸 張 位に した方が効 果 的6）であ り

，

骨 格 筋の伸 張は筋 容 量 や 収 縮 タン パ _ク量の_維持に重 要7）_{と考え られている} 。 　そこ で本研究で は

，

安静に よ る臥床に近似し た実験 的 寡 連動　（

Hypokinesia

／

Hypodynamia

）モ デル を対象 に

，

荷 重で き ない状態を想定し

，

理解力や痛みの問 題が 少ない他動 的叩打によ る筋 伸張 刺激を加え

，

廃 用 性 筋 萎 縮に及ぼす影 響を組 織 化 学 的に検 索 することを 目的と し た。

L

対 象と方 法 　 対象は

8

週齢の

Wistar

系雌ラッ ト （体重

181

±

6g

） 18匹で， ヒ ラメ筋を対 象筋と し た

。

　 本研 究で は刺激 強度を調節する ことが難し い た め， Tachino ら6）の報告を参 考に刺 激さ れ る側の _筋の _状態 を

88

理学 療 法 学　第

20

号 第

2

号 図 1　寡 連 動 実 施 中の ラッ ト 変化さ せて

，

_伸張位と短縮位でその _効果を比較し た。

　

廃 用 性 筋 萎 縮は

，Merey8

）_の 実験 的 寡 運 動モ デルを

一

部 改 変し作 製した。 具体的に は

，

胴部か ら骨 盤 帯

・

尾 部 にか けて ギプス を巻 き

，

骨 盤 帯 背 側 部に ジョ イン トを取 りつ け， ケ

ー

ジ上 部に張っ た針金か ら懸

i

垂し

，

後 肢が床 に触れない程 度に調 節し た （図 1）。 ラッ トは前 肢 を使 い ケ

ー

ジ_内を移動で き， 水

・

餌は自由に摂取可能で あ る。 　 実験は対象を 四群に分け 慌群を実験群

，一

群を対照群 （

C

群 ：

3

匹） とした。 実 験 群は寡 運 動 群 （

H

群 ：

3

匹 ）

，

寡運動に ヒ ラ メ_筋伸 張 位で刺 激を与え た群 （D 群 ：6 匹）

，

そ して寡 運 動に筋 短 縮 位で刺 激 を 与 え た 群 （P 群：6 匹）と し た （表 1 ）。 なお， 伸張位はヒ ラ メ筋が 伸 張さ れ る足関節 45度 背 羅 位

，

短 縮 位は同 筋が焼 縮 位 と な る足 関節

6

 度底屈 位とし た。 　刺 激 方 法は

，

エ

ー

テル _{麻酔 ド}の ラ ッ ト右 ド腿部を水 平 に テ

ー

プで固定 し

，

フ ァ ン クシ ョ ンジJ

．

ネレ

ー

タに接続 した重 直に上 ドする金 属 刺 激 俸 （直 径41nm ）に て

，

ヒ ラ メ筋腱移行 部を叩 打 した （図2）

。

　刺 激頻度はヒラ メ筋の大部分を占める タ イ プ

1

に有利 に作 用 する低 頻 度 刺 激9）と して

10Hz ，

強度は振 動 刺 激 によ る報告5）_を 参考に

，

伸 張位で皮膚が約

21nm

陥凹 す る

一

定 強 度と し た。 刺激時間は 電気刺 激の報告 10）_{か ら}

_，

表 1　 各 群の実 験 方 法 　 　 　 　 　図

2

　筋 伸 張 刺 激 実 施 中の ラ ッ ト 　 写 真は足 関 節を背 屈 位に し， ヒラ メ筋 伸 張 位 （

D

群 ） で刺激して いると ころ。 長 時 間では阻 血など が起こ り逆 効 果 な 点や臨床応 用を考 慮 し

一

日20分とし

，一

週間 に 5回実 施し た。 な お

，

対 照 群に は正常な後肢荷重お よ び移 動が可能な範 囲で

，

胴 部に ギ プス を巻き， 懸垂 を し ない で実 験 群と同 様に

，一

日20 分麻酔をか け た。 　実験期問は二 _{週 間}と し

，

体 重 測 定 後 ヒ ラ メ筋 を 摘 出 （刺激群は右 側のみ

，

C

・

H 群は両 側 ）　し筋 湿 重 量 を 測 定 後

，

組 織 化 学 的に検索した。 ま ず

，

凍結切片を作製し

，

そ の連続切片を ATPase 染色ll）_{し た} 。 そ して写真 撮影 （212 倍） し筋線 維をタ イ プ

1 ・2A ・2C

に_分類し た。 各筋にっ _き約 200 木の_{筋線維断 面積}を

一

三次 元 画像 解 析シ ステ ム

COSMOZONE

　

98

（_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 皿）で 入 力 し測 定し た。 さ らに各タ イ プ の構 成 比 率 を計 算し た。 　なお

，

統 計 検 定にはt検 定 を 用い

，

有 意水準は

5

％ とした

。

2

．

結 果

，

1．

筋湿 重 量にっ いて （表 2） 実験群の ヒ ラ メ筋湿 重量 は

，C

群より有 意に小さく

，

表2 　筋湿重量およ び体 重に対す る 筋 湿 重 量の比 　　 　　　 　　　 　　 　　　 　　 （平均±_{標準偏差 ）} 群 実験 方法 群 文寸照 群 　C 君羊 （n

＝3

） 　 　 　 　H群 （n

＝

3） 実 験 群 　D群 （n

＝6

） 　 　　　

P

群 （n

＝6

） ギ プスの み 寡 運 動 群 寡 運 動＋伸 張 位 刺 激 群 寡運動＋短縮位 刺激群 ヒ ラ メ筋 湿 重 量　体重に対す るヒ ラ メ筋 　 　（mg ）　 　　 湿 重 量の比 （mg ／g）

C

（n

−

6）

H

（n

＝6

_） D （n

；6

_） P （n

＝

6） ll4±

5

＊ 74±1176 ±

876

±

6

O．

59：ヒ0

．

05＊

0．

43

：ヒ〔1

．

04 0

．

47±

0．05

0

，

47±0

，

03 n ：対 象ラ ッ ト数 ＊ p＜

O．

05

，

H 群との有 意 差

　

n ：対 象ヒ ラメ_{筋 数}

ラ ッ トヒラメ筋の廃用性 萎 縮に対 する他 動 的筋伸張 刺 激の効果 表 3　 各 群の筋 線 維タ イ プ構 成 比 率 　 　 　 （平 均±_{標 準 偏 差}

_，

_{単 位 　 ％ ）} 89 表 4 　各群の _{筋線 維 断 面 積}

　　　　

（平均±_{標 準 偏 差}

_，

_{単 位} 1_{μm2 ）} 　 　 　 　 C 群 タ イ プ 　 　 　 　 （n

＝

6）

H

群 （n

−

6）

D

群 （n

＝

6）

P

群 （n

二

6） タイ プ　

C

群 H 群

D

群 P 群

1

　　　

81．0

：ヒ2

．

2＊ 2A 　 15

．

7±2

．

2＊ 2C 　 　3

．

3：辷0

．

2 73

．

6±3

．

2 23

．

2±3

，

8 3

．

2±1

．

1 72

．

8：ヒ5

．

6　73

．

5±3

．

6 25

．

0±5

，

7　24

．

6±3

，

7 2

，

2±0

．

31

．

9±0

_．

4

＊

1

2A

＊ p＜

O．

05，

H 群との 有意 差　n_対象ヒラメ_{筋 数}

2C

2216

±

510

＊ 　 （982） 1753±

296不

　 （正92）

1498

±

334＊

　 （40） 1662±₇₉₁ 　 （924） 979±298 　 （293）

813

±₂₅₂ 　 （41） 1777±596＊ 正447士620＊ 　（989）　　　　　　（

804

） 1011±217　　907±288＊ 　 （349）　　　　　　（269） 917±234　 　924±326 　 （　30）　　　　　（　

19

） H 群は

C

群の

65

％ に

，D

_群

・P

_群は

67

％ に減 少 し た が

，

実 験 群 間に差 は な か

っ

た。 　体 重に対 す るヒ ラ メ筋 湿 重 量の比は

，H

群は

C

群の

73

％ に減 少し

，

D 群

・

P群はと もに80％ に と どま

っ

た が

，

実 験 群間 に差は な か っ た

。

　

2 ．

筋線 維構成比 率につ いて （表

3

） 　ラ ッ トヒ ラ メ筋の 大 部 分を占め る タ イプ 1線 維の構 成 比 率は

，

C 群が81

．

0

士

2，

2

％

，

　

H

群が

73．

6

±

3．

2

％

，

　

D

群が

T2．

8

±5

．

6

％

，

　P_群が 735 ±

3．

6

_％ で あ り

，

実験 群 は

C

群よ り有 意 に少な か っ たが

，

実 験 群 間に差は な かっ た。 　タ イ プ 2A は

，

　 C _群が 15

．

7± 2

．

2％

，

　H 群が 23

，

2±

3．

8

％

，D

群が

25．

0

±

5．

7

％

，

　P 群が24

．

6±

3．

7％で あ り

，

実 験 群で は主に タ イ プ 1の_{減 少分}が増 加して い る傾 向に あっ た

。

　売 _p＜ 0

．

05_， H _群との_{有 意 差　 （} 測線維数を示 す

．

） 内数 字は

，

計 　タ イ プ

2C

は

，

絶対 数が少なく各群 2

〜

3％ 程 度 し か見 られ な か

っ

た。 　 3

．

筋線維断而積につ い て _{（表 4 ）} 　 実 験 群の筋 線 維 断 面 積は

，

各 タイ プ とも

C

群より有 意にノ

J

丶_さか っ た

。

　

タ イ プ

1

で は

，

H 群が 1662± 791_{μ m2}

，

　 D _群が 1777 土

596

_{μm2 ，}　 P 群_が 1447± 620_{μ In2} で，　 D 群はH 群よ り有意に大き かっ た_。 しか し

，

逆に

P

群はH 群よ り有 意に小さ か

っ

た。

　

タ イ プ 2A で は

，

　

H

群が

979

±

298

_μm2

，

　

D

群が

1011

±

217

μm2

，

　

P

群が

907

±

288

μm2 で

，

　

H

群と

D

群 問に差はな か っ た が

，

P 群 は H 群よ り有 意に小 さ かっ た

。

　 20 分 布 比

₁₀

率 （％） 　 　0 　 　 0 　 　20 分 布 比 ₁₀ 率 （％） 1

．

0 2

．

0　　　　　3

．

0　　　　　4

．

O

C

　

群

　

（×

103

μmZ ） 00

◇

丶

＼

　 20 分 布 比 ₁₀ 率 （％） 　 　 0 　 　 0

＼

一

4．

0

20 分 布 比 　 　10 率 （％） 00 1

．

0 2

．

0　　　　　

3．

0　　　　　4

_．

_O

H

　

群

　 　

（×103μm2 ＞ 1

．

0

2．

0

3．

0

1．

0

　　　　

D

　　

君羊

　　　　　

（×

IO3

μm2 ） 図

3

　 各 群の筋 線 維 断 面 積 分 布 （● ：タ イ プ

LO

　 タイ プ

2A ，

2

．

0　 　 　 　3

．

O

P

　 　 群 △ ニタ イ プ

2C

） 　 4

．

0 （×103_μm2 ）

90 理学 療 法 学 　 第

20．

弓第

2

号 20 分 ₁₅ 布 比 　 　10 率 （％） 5 00 1

_．

₀ 断 2

．

0 面　 　 積 3

．

0 　 4

．

0 （× 103μm2 ） 図

4

　タ イ プ

1

線維の断面積 分布 　タ イ プ

2C

では

，

実 験群間に差は な かっ た。 　以 ヒの_結果を， 各群の筋線維断面積の分布 比 率 （％） と して図3に示し た

。

　 ま た

，

特に ヒ ラ メ筋の大 部 分 を 占め る タイプ1にっ い て は

，

各群を図4にま と めて示し た

。

D 群の ピ

ー

ク値は

H

群と

C

群の ほ ぼ中央に位 置し

，

P群の ピ

ー

ク値は

H

群とほぼ同じであっ たQ

3

．考

察 　 筋力低下の予防に与え る要素と して は

，

強度

・

持続時 間

・

頻度な ど が あ り

，

強度を あ る閾 値まで

．

ヒげること が 重要で あ る2）

。

今 回は足 関 節肢位を変え るこ とで刺激強 度 を 調節 し

，

背屈 位 （ヒ ラ メ筋伸張位）にすることで刺 激 強 度を上 げた

。

こ こ で問 題と な るの は

，

他動 的叩 打に よ る筋伸 張 刺 激 以 外に

，

背 屈 位に保 持 することが筋 伸 張 刺激と なる可能性であ る。 そ の影響の程 度にっ い て は

，

本研究では確認できな かっ たの で

，

刺 激 時 間 および足 関 節可動域の問題も含め

，

今後確か める必 要が ある。 　寡運動により筋湿重量 は対照群の

65

％ に

，

_体重に_対 す る筋湿 重 量 比 は73％ に減少し

，

廃 用 牲 筋 萎 縮が著 明 であっ た

。

実 験 群 （H

・

D ・P

群 ） 間に差が な かっ た こ とは

，

今 回の刺 激は筋 湿 重 量に影響を及ぼさ なかっ た と 考え られる。 しか し

，

D

・

P群はH 群よ り大きい傾 向が あ り

，

二週 間 とい う 実 験 期 聞 及 び 重 量 測 定 とい う検出 感 度の点か ら

，

有 意な差が認 め ら れなかっ たこと も考え ら れ

，

筋湿重量の 75％を占める水 分 量12）や

，

総タ ン パ ク 量 な ど に わ ず か な変 化の可能性が推 測さ れ る。 　 ラッ トヒ ラ メ筋 （赤 筋 ）の分 化は自筋に比べ遅 く

，

生 後は すべ てタ イ プ

2C

であ る が

，

20日頃よりタイプ2A

・

_{2B に分 化し}

_，30

_{日頃には タ イ プB は見ら れ なくな} り， 90日以降で は90％以 上タ イ プ

1

にな る 13） 。 今回の ATP 染 色の結 果で は

，

全 群において タイプ 1

・2A ・

2C に分 類され

，

タ イ プ2B は み られず

，

対 照群の_構成 比 率 も従 来の報 告5）13）14）_に類 似し た値であっ た_。 　 実 験 群の タ イ プ 1は

，

72

．

8

〜

73

．

6

％ と対 照 群に比べ 少なく

，

寡 運 動に よる影響が大き く

，

筋伸張刺激は構成 比 率に影 響を及ぼ さ な かっ たと考え られる

。

そ の分タ イ プ

A

が実 験 群では増 加してお り

，

分 化の過 程且3）_{から み} れ ば

，

寡 運 動に伴う成 長の

一

時 的停 滞15）の可 能 性が要 因 の

一

っ と して考え ら れ る。 タ イ プ

2C

は原 始 的な筋 線 維 と呼 ば れ

，

脱 分 化 した ものや再 生中の線維と考え られて

　　　　　　　　　，

お り14）

，

その推移は タ イブ変 換過程を論じ る場合興 味 深 いが

，

本 研 究で は2

〜

3％ と絶 対 数が少な く分 析は出 来なかっ た。 　 断面積に関し て は

，

伸 張位 刺 激 を加え る と タ イ プ 1の 減少 が

，

寡 運 動 群に比べ_{有意に少 な か}っ た

。

っ ま り伸 張 位 刺 激は

，

廃 用による筋 線 維タ イプの形 質 変 化 （搆 成比 率の_変化）を防止で き な かっ た が

，

筋 萎 縮を ある程度 防 止で き ること が 確 認で き た

。

メカニ ズム と して は

_，

原田 ら9）が述べて い る よ うに 10Hz の低 頻 度 刺 激が タ イプ 1 に有 利に作用し

，

非荷重 に起因す る筋 伸 張 刺 激の減 少を 補っ た と考え られ る_。 仲 張は タン パ ク質転換の重要な因 子であり16）

，

筋 線 維に負 荷さ れ る純 粋に機 械 的な作用に よっ て原 形 質膜が伸 展し

，

筋 原 線 維が活 性 化 することに

ラッ ト ヒ ラ メ筋の廃 用 性 萎 縮に対 する他 動 的 筋 伸 張 刺 激の効 果 91 よ って核 内の遺伝 子表現 が影 響 さ れる17）とい う説があ る。 ま た筋 腱 移 行 部は タン パ ク合 成が最 も盛ん である18）こと な ど か ら

，

張力依存 性が高い と思わ れ る筋 腱 移 行 部へ の 刺 激が

，

タンパ _{ク合 成を促 進}19）_{ま た は分解を抑制し}た20） と考え ら れ る。

　

振 動 刺 激による染 矢らの_報告5）で は

，

長時間刺激 （

一

日120分 ）で タ イ プ変換と筋萎縮の_防1_ヒが確認さ れて い る。 椿原 21）_{は筋 線 維 直 径の変 化 とタ イ プ変 換 は独 立の事} 象で あ る と述べ て お り， 本実験におい て タイ プ変 換が防 止で き な か っ た 理由の

一

っ と して

，

刺激時 間に よ る影響 が推 測 され る。 　短 縮 位 刺 激で は

，

逆に筋萎縮を助 長する傾向が み ら れ た。 原 因 と しては

，

毎 日の麻 酔など実 験 処 置に よ るス ト レ スが_刺激の効果を

．

h

回っ た 5） 可 能 性が あ る。 メ カニ ズ ム と して は

，

ス トレ スがホ ル モ ン分 泌に影 響し

，

タンパ ク合成

・

分解のバ ラン スを_障害 し た22）ことも考え られ

，

効果 的な刺激 方法

・

量に関 して はよ り詳 細な検 討が必 要 で ある。 ま　 と　 め 　ラッ ト ヒ ラ メ筋の廃 用 性 筋 萎 縮に対 し

，

叩 打に よ る他 動 的筋伸 張 刺 激 を加 え

，

その影 響 を 組 織 化 学 的に分 析 し た結果

，

　 1

．

筋 湿 重量 は

，

実 験群閤に差は な かっ た_。 　

2 ，

筋 線維 構成比率は， タ イ プ

1

で実 験群は対照群よ り小さ かっ た が

，

実 験 群 間に差は な かっ た_。 　

3 ，

筋 断 面積は

，

ヒラメ筋の大部分を占め る タ イ プ

1

で

，

伸 張 位 刺 激 群が寡 運 動 群より有意に大きく

，

筋 萎縮 を あ る程 度 防 止で きる こと が確認で き た

。

　な お

，

本論文の要 旨は

，

第 27回 日本理学 療 法

II

学 会 におい て_{発 表}し た。 文 献

1）St

−

Pierre　D

，

　Leonard D

，

　et　ai

．

：Recovery of　muscle

　 frDm　tetrodotoxin

−

induced　disuse　and 　the　infiucnce　of

　 daily　exercise

．

1

．

Contractile　_properties

．

　Exp　Neurol

　 98：472

−

488

，

1987

．

2） 灰田信 英 ：運 動 療 法の科 学 的 基 礎

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92

eeIFtutzaetft

ee20ljeg2ll

<Abstract>

Effeet

of

Passiye

Stretch

on Disuse

Atrophy

of

Soleus

Muscle inRat

-Histochemical

Analysis-Toshiaki

YAMAZAKI,

RPT,

Nobuhide

HAIDA,

RPT,

Katsuhiko

TACHINO,

MD

Schoet

ofAllied

IL4edicul

PrQfessions,

Kanueawa

Uitiversity

The purpose of thisstudy was toinvestigatethe effect of _passive stretch on disusemuscle

atrophy. Myotendinous

jun6tion

of stretched or shortened soleus muscle

in

rat

(n=18)

was

sti-mulated at 10Hz, 20 minutes/day, 5 timeslweek for 2 weeks by means of tapping. Muscle ATPase histochemical staining, followed by morphometrical analysis, demonstrated _that type

1

fiber

instretch-stimulated group had significantly largercross-sectional areas

in

comparison

to

hindlimb

suspension group.

Muscle

wet weight and the _percentage

_distribution

of muscle

fiber

type

did

not change significantly as a result of stimulation.

The results suggest that

disuse

muscle atrophy

is

partly prevented

by

passive