肩関節内旋筋と外旋筋は肩関節の位置感覚に寄与する
岡 本 圭 司 1, 2, 安 田 知 弘 2*, 西 中 直 也 2, 神 崎 浩 二 2, 泉 﨑 雅 彦 1
1昭 和 大 学 医 学 部 生 理 学 講 座 生 体 調 節 機 能 学 部 門
2昭和大学藤が丘 病 院 整 形 外 科
*責 任 著 者
〒 227-8501 神 奈 川 県 横 浜 市 青 葉 区 藤 が 丘 1-30 昭和大学藤が丘 病 院 整 形 外 科
E-mail: [email protected]( 安 田 知 弘 ) TEL: 045-971-1151
抄 録: 腱 板 断 裂 に よ っ て 肩 関 節 の 可 動 域 の 減 少 や 回 旋 筋 群 の 筋 力 低 下 を き た す . 腱 板 は 回 旋 筋 群 の 筋 腱 で 構 成 さ れ て お り , そ の 断 裂 に よ り 回 旋 方 向 に お け る 肩 関 節 の 位 置 感 覚 異 常 が 起 こ る 可 能 性 は 排 除 で き な い . こ れ ま で に 腱 板 断 裂 後 の 位 置 感 覚 に 関 す る 報 告 は な く , さ ら に は 回 旋 筋 群 が 肩 関 節 の 位 置 感 覚 に 関 与 す る か ど う か の 報 告 も な い . そ こ で , 本 研 究 で は , 健 常 男 性 16 名 を 用 い , 肩 関 節 の 外 旋 筋 ま た は 内 旋 筋 に 対 し , そ れ ぞ れ の 筋 紡 錘 を 刺 激 す る 80 Hz の 振 動 刺 激 を 与 え , 回 旋 方 向 に お け る 肩 関 節 の 位 置 感 覚 異 常 が 生 じ る か 検 討 し た . 肩 関 節 位 置 計 測 器 で 被 験 者 の 右 肩 関 節 の 回 旋 方 向 の 位 置 感 覚 を 測 定 し た . 視 覚 的 に 把 握 で き る 模 擬 手 の 位 置 に 被 験 者 に は 見 え な い 自 分 の 右 腕 の 位 置 を 回 旋 方 向 に マ ッ チ さ せ る 試 験 を 行 い , 模 擬 手 の 位 置 と 右 腕 の 位 置 の 角 度 誤 差 を 評 価 し た . 右 腕 は 上 腕 と 前 腕 が 一 体 と な っ て 動 く よ う , 右 肘 関 節 を 曲 げ な い よ う に し た . 被 験 者 は 右 肩 関 節 を 用 い て 右 腕 全 体 を 動 か し た . マ ッ チ ン グ の 目 標 と な る 模 擬 手 の 位 置 は 回 旋 方 向 に 5 段 階 設 定 し た . こ の 結 果 , 外 旋 筋 へ 振 動 刺 激 を 与 え る と , 自 分 の 腕 , す な わ ち 肩 関 節 が 実 際 よ り も 内 旋 方 向 に あ る と い う 位 置 錯 覚 が 生 じ た . 一 方 , 内 旋 筋 へ 振 動 刺 激 を 与 え る と , 自 分 の 腕 , す な わ ち 肩 関 節 が 実 際 よ り も 外 旋 方 向 に あ る と い う 位 置 錯 覚 が 生 じ た . 肩 関 節 の 回 旋 筋 群 に 筋 紡 錘 を 刺 激 す る 振 動 刺 激 を 与 え る と , 回 旋 方 向 に お け る 肩 関 節 の 位 置 感 覚 異 常 が 生 じ る こ と が 明 ら か と な り , 回 旋 筋 群 が 肩 関 節 の 位 置 感 覚 に 寄 与 す る こ と が 示 さ れ た .
キ ー ワ ー ド: 位 置 感 覚 , 位 置 錯 覚 , 肩 関 節 , 回 旋 筋 , 腱 板
緒 言
肩 関 節 は 肩 甲 骨 の 関 節 窩 と 上 腕 骨 頭 で 構 成 さ れ る . 肩 関 節 の 運 動 は , 屈 曲 ( 前 方 へ の 挙 上 )・伸 展( 後 方 へ の 挙 上 ),外 転( 側 方 へ の 挙 上 )・内 転( 元 に も ど す ),
回 旋 ( 外 旋 ・ 内 旋 ) に 分 け ら れ る . 回 旋 で は , 上 腕 を 外 方 に 回 す 運 動 を 外 旋 , 内 方 に 回 す 運 動 が 内 旋 で あ る . 回 旋 を 担 う 筋 は , 肩 甲 骨 か ら 起 こ る 肩 甲 下 筋 , 棘 上 筋 , 棘 下 筋 , 小 円 筋 で , そ れ ぞ れ 上 腕 骨 頭 へ 至 り , そ れ ら の 筋 の 筋 腱 で 構 成 さ れ る 腱 板 は 肩 関 節 の 安 定 性 に 寄 与 す る . 回 旋 動 作 を 行 う 際 に は , な か で も 内 旋 筋 で あ る 肩 甲 下 筋 , 外 旋 筋 で あ る 棘 下 筋 の 働 き が 重 要 で あ る .
肩 関 節 の 運 動 障 害 を き た す 疾 患 に 腱 板 断 裂 が あ る 1).腱 板 断 裂 は ,単 発 外 傷 以 外 , 加 齢 と と も に 増 加 し , ま た 投 球 動 作 を 行 う 運 動 選 手 や 肉 体 労 働 に 携 わ る も の に 多 く 発 症 す る 2, 3). 治 療 法 と し て は , 薬 物 治 療 , 運 動 療 法 に よ る 腱 板 機 能 訓 練 な ど の 保 存 的 治 療 と , 断 裂 腱 板 を 縫 合 す る 腱 板 修 復 術 や 人 工 関 節 置 換 術 等 の 手 術 療 法 が 行 わ れ る 4). 術 後 も , 運 動 療 法 に よ る 機 能 訓 練 が 適 宜 実 施 さ れ る . 腱 板 は 肩 関 節 の 安 定 を 担 う 重 要 な 役 割 を し て お り , 可 動 域 の 拡 大 と 筋 力 強 化 を 意 図 す る リ ハ ビ リ テ ー シ ョ ン が 行 わ れ る 5).
骨 格 筋 は 実 際 の 運 動 を 担 う だ け で な く ,運 動 感 覚 を も 担 っ て い る .運 動 感 覚 に は , 四 肢 ・ 関 節 の 位 置 感 覚 , 四 肢 ・ 関 節 の 動 き の 感 覚 , 四 肢 の 努 力 感 な ど が あ る 6). な か で も , 骨 格 筋 に あ る 筋 紡 錘 は , 四 肢 ・ 関 節 の 位 置 感 覚 を 担 う 最 も 重 要 な 感 覚 受 容 器 で あ る .筋 紡 錘 は 筋 線 維 の 間 に 存 在 し ,伸 展 刺 激 に よ り 興 奮 し ,そ の 興 奮 は Ⅰ a 群
感 覚 線 維 と Ⅱ 群 感 覚 線 維 介 し て 脊 髄 へ 伝 わ る . 後 索 内 側 毛 帯 路 を 経 由 し て 上 位 中 枢 へ 伝 わ り , 四 肢 ・ 関 節 の 位 置 感 覚 が 生 じ る . 四 肢 ・ 関 節 の 位 置 感 覚 に 筋 紡 錘 が 関 与 す る こ と は , こ れ ま で 振 動 刺 激 を 用 い て 生 じ る 四 肢 ・ 関 節 の 位 置 感 覚 異 常 の 研 究 で 明 ら か に さ れ て い る 7 ). 振 動 刺 激 は 細 か い 伸 展 刺 激 で あ り , 骨 格 筋 に 振 動 刺 激 を 加 え る と 筋 紡 錘 が 反 応 し , Ⅰ a 群 感 覚 線 維 の 興 奮 が 高 ま る . 筋 紡 錘 は , と り わ け 80−
100 Hz 程 度 の 振 動 刺 激 に 対 す る 反 応 が 大 き い こ と が 示 さ れ て い る 8).こ の よ う な 骨 格 筋 の 振 動 刺 激 は 四 肢 ・ 関 節 の 位 置 感 覚 異 常 を 伴 い , 振 動 刺 激 を 受 け た 骨 格 筋 が あ た か も 伸 展 さ れ た よ う な 錯 覚 を 生 じ る 7, 9 -14 ). こ の こ と は , 筋 紡 錘 が 四 肢 ・ 関 節 の 位 置 感 覚 に 関 与 す る こ と を 示 す 証 拠 と さ れ て い る 7).
肩 関 節 は 腱 板 断 裂 に よ り 可 動 域 の 減 少 や 回 旋 筋 群 の 筋 力 低 下 を き た す . で は , 肩 関 節 の 位 置 感 覚 は 腱 板 断 裂 を 起 こ し た 肩 関 節 に お い て も 健 常 に 維 持 さ れ る の か . 腱 板 は 回 旋 筋 群 の 筋 腱 で 構 成 さ れ て お り , そ の 断 裂 に よ り 回 旋 方 向 に お け る 肩 関 節 の 位 置 感 覚 異 常 が 起 こ る 可 能 性 は 排 除 で き な い . こ れ ま で に 腱 板 断 裂 後 の 位 置 感 覚 に 関 す る 報 告 は な く , さ ら に は 回 旋 筋 群 が 肩 関 節 の 位 置 感 覚 に 関 与 す る か ど う か の 報 告 も な い . 本 研 究 の 目 的 は , 回 旋 筋 群 の 筋 紡 錘 を 刺 激 す る 振 動 刺 激 を 与 え , 回 旋 方 向 に お け る 肩 関 節 の 位 置 感 覚 異 常 が 生 じ る か 明 ら か に す る こ と で あ る . つ ま り , 健 常 状 態 の 回 旋 筋 群 は 肩 関 節 の 位 置 感 覚 に 寄 与 し て い る か ど う か の 検 討 で あ る . も し 振 動 刺 激 で 位 置 感 覚 異 常 が 生 じ れ ば , 回 旋 筋 群 が 肩 関 節 の 位 置 感 覚 に 寄 与 す る こ と を 示 す こ と が で き る . さ ら に こ の こ と は , 将 来 , 腱 板 断 裂 の 患 者 で の 位 置 感 覚 異 常 の 有 無 を 検 討 す る 合 理 的 な 理 由 と な る .
研 究 方 法
1 . 対 象
対 象 は , 神 経 学 的 疾 患 , 肩 関 節 疾 患 の 既 往 が な く , 右 手 を 利 き 手 と す る 健 常 成 人 男 性 16 名 で あ る ( 平 均 年 齢 21.9 歳 ) で あ る . す べ て の 被 験 者 に 本 研 究 の 趣 旨 な ら び に 実 施 方 法 を 説 明 し , 研 究 へ の 協 力 の 同 意 を 得 た . な お , 本 研 究 は 昭 和 大 学 藤 が
丘 病 院 臨 床 試 験 審 査 委 員 会 の 承 認 を 受 け 実 施 し た ( 承 認 番 号 xxx) .
2 . 肩 関 節 位 置 計 測 器
肩 関 節 位 置 計 測 器 ( Yasuhisa Koki Bio Mechanics Co., Ltd., 東 京 ) を 台 上 に 設 置 し ,被 験 者 の 右 肩 関 節 の 回 旋 方 向 の 位 置 を 測 定 し た( Fig. 1A).被 験 者 は 台 の 前 の 椅 子 に 座 っ て 実 験 を 行 っ た . 肩 関 節 位 置 計 測 器 は 上 下 の 2 つ の パ ネ ル を 備 え る . そ れ ぞ れ パ ネ ル の 上 に は , プ レ ー ト が 設 置 さ れ て い る . 上 部 パ ネ ル の プ レ ー ト 上 に は 模 擬 手 を 設 置 し , 下 部 パ ネ ル の プ レ ー ト 上 に は 被 験 者 の 右 側 の 肘 と 前 腕 を 設 置 し た . 右 の 肘 関 節 は 曲 げ な い よ う に 指 示 し , 肩 関 節 の 回 旋 運 動 に よ る 上 腕 の 動 き と 前 腕 の 動 き が 一 致 す る よ う に し た .
そ れ ぞ れ の プ レ ー ト の 根 本 に は ヒ ン ジ 部 が あ り , プ レ ー ト は ヒ ン ジ 部 を 中 心 に し て 弧 を 描 く よ う に 動 く . 被 験 者 の 右 側 の 肘 と 前 腕 を 設 置 し た 下 の プ レ ー ト の 場 合 で は , 右 肩 関 節 の 回 旋 運 動 に 連 動 し て 弧 を 描 く よ う に 動 く . 右 肩 関 節 の 位 置 は 回 旋 方
向 の 角 度 で 表 し . 内 旋 60°を 30°,内 旋 30°を 60°,内 旋・外 旋 0°を 90°,外 旋 30°を 120°,外 旋 60°を 150°と な る よ う に 表 示 設 定 し た ( Fig. 1B) . 上 下 そ れ ぞ れ の プ レ ー ト の ヒ ン ジ 部 に は ,角 度 を 測 る た め の ロ ー タ リ ー エ ン コ ー ダ ー( E6H- CWZ6C, OMRON, 京 都 )を 組 み 込 み ,1 パ ル ス あ た り の 角 度 は 0.1°で あ る .そ れ ぞ れ の プ レ ー ト の 角 度 は リ ア ル タ イ ム で 測 定 器 画 面 に 表 示 さ れ , 必 要 時 に そ れ ら の 値 を 用 紙 に 記 録 し た .
下 部 パ ネ ル の プ レ ー ト 上 に あ る 被 験 者 の 右 側 の 肘 と 前 腕 は 上 部 の パ ネ ル に 隠 れ , 右 肩 か ら 肘 に か け て は 黒 い 布 で 覆 っ た た め , 被 験 者 は 上 腕 を 含 め て 右 腕 全 体 を 見 る こ と は で き な い( Fig. 1A).す な わ ち ,視 覚 で は 右 肩 関 節 の 位 置 を 知 る こ と は で き な い . ま た , 被 験 者 は 測 定 器 画 面 の 角 度 表 示 も 見 る こ と は で き な い .
3 . 振 動 刺 激 装 置
偏 心 モ ー タ 型 振 動 子 を プ ラ ス チ ッ ク ケ ー ス ( 50 mm × 60 mm × 88 mm) に 組 み 込 み , 振 動 を 発 生 さ せ る . 振 動 は 70–80 Hz で , 皮 膚 面 に 対 す る 振 動 の 振 幅 は 1 mm で あ る ( Yasuhisa Koki Bio Mechanics Co., Ltd.) . 本 研 究 で は , 振 動 刺 激 装 置 を 検 者 が 手 で 保 持 し , 内 旋 筋 と し て 肩 甲 下 筋 , あ る い は 外 旋 筋 と し て 棘 下 筋 に 対 し て , 振 動 刺 激 を 加 え た . 査 読 者 コ メ ン ト に 応 じ て , 方 法 を 追 記 し て く だ さ い .
4 . 課 題 動 作 前 の 回 旋 筋 群 の コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ
筋 紡 錘 の 錘 内 筋 に は シ ク ソ ト ロ ピ ー と い う 性 質 が あ る 15, 16).そ の 性 質 の た め ,筋
紡 錘 の 反 応 性 , す な わ ち 伸 展 ま た は 振 動 刺 激 に 対 す る 反 応 性 は History-dependent で あ る .先 行 す る 筋 収 縮 が そ の 後 の 筋 紡 錘 の 反 応 性 を 変 化 さ せ る と い う 性 質 で あ る . 四 肢 の マ ッ チ ン グ 研 究 で は , コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ を 行 う こ と で 筋 紡 錘 の 反 応 性 を リ セ ッ ト し ,安 定 し た デ ー タ が 得 ら れ る 17 ).こ れ ま で 行 わ れ て き た 四 肢 の マ ッ チ ン グ 研 究 の 多 く で , シ ク ソ ト ロ ピ ー を 意 識 し た コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ が 利 用 さ れ て い る . 本 研 究 で は , 上 腕 二 頭 筋 を 用 い た 先 行 研 究 に 習 い , 課 題 動 作 前 に 逐 一 , 回 旋 筋 群 の コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ を 行 っ た 11-1 4).
一 般 に 筋 紡 錘 の 反 応 性 を 変 化 さ せ る コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ に は , 「 伸 展 位 で の 筋 収 縮 と そ の 後 の 弛 緩 」 , 「 短 縮 位 で の 筋 収 縮 と そ の 後 の 弛 緩 」 , 「 中 間 位 で の 筋 収 縮 と そ の 後 の 弛 緩 」が あ る 15).コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ 後 の 筋 紡 錘 の 反 応 性 は ,「 伸 展 位 で の 筋 収 縮 と そ の 後 の 弛 緩 」 で 低 下 し , 「 短 縮 位 で の 筋 収 縮 と そ の 後 の 弛 緩 」 で 増 大 す る . 「 中 間 位 で の 筋 収 縮 と そ の 後 の 弛 緩 」 で は , そ の 間 に な る 15).
( 1 ) 振 動 刺 激 を し な い 場 合 ( コ ン ト ロ ー ル ) の コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ
振 動 刺 激 を 加 え な い 場 合 に は , 筋 紡 錘 の 反 応 性 を 低 下 さ せ る こ と を 意 図 し , 内 旋 筋 ま た は 外 旋 筋 の 「 伸 展 位 で の 筋 収 縮 と そ の 後 の 弛 緩 」 と い う タ イ プ の コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ を 行 な っ た .
内 旋 筋 の 筋 紡 錘 の 反 応 性 を 低 下 さ せ た い 場 合 に は , 右 肩 関 節 の 位 置 は 160°で コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ を 行 っ た( 他 条 件 は ,屈 曲 ,外 転 0°,肘 関 節 屈 曲 90°).160°
で は 内 旋 筋 は 伸 展 位 と な る . そ の 位 置 で 内 旋 方 向 に 検 者 に 抵 抗 す る よ う に 3 秒 間 収
縮 さ せ , そ の 後 の 3 秒 間 は 脱 力 す る よ う に 指 示 し た . 収 縮 時 に は 自 覚 的 な 最 大 筋 力 の 50% 以 上 を 維 持 す る よ う に 指 示 し た .
一 方 ,外 旋 筋 の 筋 紡 錘 の 反 応 性 を 低 下 さ せ る 場 合 に は ,右 肩 関 節 の 位 置 は 20°で コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ を 行 っ た ( 他 条 件 は , 屈 曲 , 外 転 0, 肘 関 節 屈 曲 90°) . 20°
で は 外 旋 筋 は 伸 展 位 と な る .
( 2 ) 振 動 刺 激 を 行 う 場 合 の コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ
上 記 の ( 1 ) で は , 内 旋 筋 ま た は 外 旋 筋 の い ず れ か に 「 伸 展 位 で の 筋 収 縮 と そ の 後 の 弛 緩 」 と い う コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ を 行 っ た . ( 2 ) で は , 内 旋 筋 , 外 旋 筋 の 両 方 に「 中 間 位 で の 筋 収 縮 と そ の 後 の 弛 緩 」と い う コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ を 行 っ た .( 1 ) の よ う に , 「 伸 展 位 で の 筋 収 縮 と そ の 後 の 弛 緩 」 と い う コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ を 行 う と , 筋 紡 錘 の 反 応 性 が 低 下 し て , 振 動 刺 激 へ の 反 応 性 す る こ と が 予 想 さ れ る . そ の た め ( 2 ) で は , 「 中 間 位 で の 筋 収 縮 と そ の 後 の 弛 緩 」 , す な わ ち 右 肩 関 節 の 位 置 は 内 旋・外 旋 0°( 90°)で ,内 旋 筋 ,外 旋 筋 の 順 番 で の 両 方 の コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ を 行 っ た ( 他 条 件 は , 屈 曲 , 外 転 0°, 肘 関 節 屈 曲 90°) . 最 初 に , 内 旋 方 向 に 検 者 に 抵 抗 す る よ う に 3 秒 間 収 縮 さ せ , そ の 後 の 3 秒 間 は 力 を 抜 く よ う に 指 示 し た . 次 に , 外 旋 方 向 に 同 様 に コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ を 行 っ た .
5 . 課 題 動 作 プ ロ ト コ ー ル ( マ ッ チ ン グ 動 作 )
本 研 究 の 課 題 動 作 は , 見 え な い 右 腕 の 位 置 を , 見 え て い る 模 擬 手 の 位 置 に マ ッ チ
さ せ る こ と で あ る . そ の 際 の 右 腕 の 位 置 と 模 擬 手 の 位 置 の 角 度 の 誤 差 を 求 め た . 上 の プ レ ー ト に 模 擬 手 を 設 置 し , 模 擬 手 の 手 掌 は 左 方 向 に 向 け た . 下 の プ レ ー ト に は , コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ を 既 に 実 施 し た 右 腕 を 設 置 し た . 右 腕 を 設 置 後 , 下 の プ レ ー ト は 20°ま た は 160°に 移 動 し た . 続 い て , 検 者 は 模 擬 手 が 設 置 さ れ た 上 の プ レ ー ト を 動 か し ,30°,60°,90°,120°,150°の い ず れ か の 位 置 に セ ッ ト し た . 次 に , 検 者 は 右 の 内 旋 筋 ( 肩 甲 下 筋 ) ま た は 外 旋 筋 ( 棘 下 筋 ) の 直 上 の 皮 膚 に 振 動 子 が 入 っ た プ ラ ス チ ッ ク ケ ー ス を 軽 く 押 し 付 け ,振 動 刺 激 装 置 の ス イ ッ チ を 入 れ た . 刺 激 が 3 秒 程 度 経 過 し た ら , 刺 激 を 続 け た ま ま , 検 者 は 被 検 者 に 対 し , 見 え な い 右 腕 の 位 置 を 見 え て い る 模 擬 手 の 位 置 に マ ッ チ さ せ る よ う に 指 示 し た . 被 験 者 が マ ッ チ し た と 宣 言 し た 時 の 下 の プ レ ー ト の 角 度 を 記 録 し た . そ の 際 に は 模 擬 手 の 設 置 さ れ た 上 の プ レ ー ト の 角 度 も 記 録 し た . 上 下 の プ レ ー ト の 角 度 が 本 当 に マ ッ チ し た と き は 誤 差 が 0°で あ る . 模 擬 手 の 設 置 さ れ た 上 の プ レ ー ト の 角 度 に 対 し て , 下 の プ レ ー ト が 内 旋 方 向 に あ る と き 、 誤 差 は マ イ ナ ス で 表 記 し , 下 の プ レ ー ト が 外 旋 方 向 に あ る と き 誤 差 は プ ラ ス で 表 記 し た .例 え ば ,模 擬 手 の 位 置 が 30°の と き ,被 験 者 が 右 肩 関 節 の 角 度 が 40°で 両 者 が 一 致 し た と 感 じ た 場 合 , そ の と き の 誤 差 は +10°
と な る ( Fig. 1B) .
模 擬 手 が 設 置 さ れ た プ レ ー ト の 角 度 は 5 段 階( 30°,60°,90°,120°,150°),
マ ッ チ ン グ 動 作 開 始 時 の 右 肩 関 節 の 位 置 は 2 段 階( 20°,160°),振 動 刺 激 は 3 種 類( 内 旋 筋 ,外 旋 筋 ,振 動 刺 激 な し )と な り ,5×2×3 で 30 種 類の マ ッ チ ン グ 動 作 が あ る . す べ て の マ ッ チ ン グ 動 作 は ラ ン ダ ム な 順 番 で 行 い , 最 終 的 に 各 マ ッ チ ン グ
動 作 は 5 回 行 っ た . つ ま り , 各 被 験 者 は 150 回 の マ ッ チ ン グ 動 作 を 行 っ た . 各 マ ッ チ ン グ 動 作 5 回 分 の 誤 差 の 平 均 値 を 求 め , そ の 被 験 者 に お け る , そ の マ ッ チ ン グ 動 作 の 誤 差 と し た .
マ ッ チ ン グ 動 作 開 始 時 の 右 肩 関 節 の 位 置 は 20°と 160°で あ る が , 解 析 に あ た っ て は 両 者 の 平 均 値 を 採 用 し た . 最 終 的 に は , 模 擬 手 が 設 置 さ れ た プ レ ー ト の 角 度 は 5 段 階 ( 30°, 60°, 90°, 120°, 150°) , 振 動 刺 激 は 3 種 類 ( 内 旋 筋 , 外 旋 筋 , 振 動 刺 激 な し ) と な り , 5×3 で 15 種 類 の マ ッ チ ン グ 動 作 と し て 解 析 し た .
6 . 統 計
統 計 ソ フ ト ( IBM SPSS Statistics, 日 本 IBM, 東 京 ) を 用 い , く り 返 し の あ る 二 元 配 置 分 散 分 析 に よ る 解 析 を 行 っ た .模 擬 手 角 度( 30°,60°,90°,120°,150°)
と 振 動 刺 激 ( 内 旋 筋 , 外 旋 筋 , 振 動 刺 激 な し ) と い う 被 験 者 内 の 2 要 因 を 設 定 し , そ れ ぞ れ の 主 効 果 の 有 無 ,主 効 果 間 の 交 互 作 用 の 有 無 に つ い て ,有 意 水 準 5%で 検 定 し た . Mauchly の 球 面 性 の 検 定 が 有 意 の 場 合 は , Huynh-Feldt 補 正 を 行 っ た . ま た , 各 模 擬 手 角 度 に お け る 刺 激 効 果 の 比 較 も 追 加 し ,統 計 ソ フ ト( Prism,GraphPad,San Diego, USA) を 用 い , く り 返 し の あ る 一 元 配 置 分 散 分 析 お よ び テ ュ ー キ ー の 多 重 比 較 検 定 を 行 っ た .
結 果
解 析 対 象 と し た 15 種 類 の マ ッ チ ン グ 動 作 に よ る 誤 差 を 示 す ( Fig. 2) . 30°に お い て , 振 動 刺 激 を 与 え ず に マ ッ チ ン グ を 行 っ た 場 合 , そ の 誤 差 は 3.3±0.9°
( 平 均 ±標 準 誤 差 ) と な っ た . こ れ は , 模 擬 手 角 度 が 30°の 場 合 , 右 肩 関 節 の 角 度 が 3.3°外 旋 方 向 に あ る と き に 上 下 の プ レ ー ト 位 置 が マ ッ チ し て い る と 感 じ た と い う こ と で あ る . こ の こ と は , コ ン ト ロ ー ル の 状 態 で も 3.3°程 度 の 誤 差 が あ る こ と を 意 味 す る . 同 様 に 模 擬 手 角 度 が 30°の と き , 外 旋 筋 に 振 動 刺 激 を 与 え る と , 誤 差 は 大 き く な り , 12.9±1.4°と な っ た . こ れ は , 右 肩 関 節 の 角 度 が 12.9°も 外 旋 方 向 ( 概 ね 42.9°) に あ る に も か か わ ら ず , 被 験 者 は マ ッ チ し て い る と 感 じ た こ と に な る . 一 方 , 内 旋 筋 に 振 動 刺 激 を 与 え た 場 合 の 誤 差 は 4.0±1.1°で あ り , 振 動 刺 激 を 与 え な い 場 合 ( コ ン ト ロ ー ル ) の 3.3±0.9°と ほ ぼ 同 様 の 誤 差 で あ っ た . 一 方 , 模 擬 手 の あ る プ レ ー ト の 角 度 が 150°に あ る と き は , 振 動 刺 激 を 与 え な い 場 合 の 誤 差 ( -1.7±0.9°) と 外 旋 筋 へ の 振 動 刺 激 を 与 え た 場 合 の 誤 差 ( -0.1±
0.9°) に ほ と ん ど 差 が な か っ た . し か し , 内 旋 筋 に 振 動 刺 激 を 与 え た 場 合 の 誤 差 は -5.9±1.2°と な り , 右 肩 関 節 の 角 度 が 5.9°内 旋 方 向 に あ る に も か か わ ら ず , 被 験 者 は マ ッ チ し て い る と 感 じ た .
こ れ ら の デ ー タ を 二 元 配 置 分 散 分 析 で 解 析 し た と こ ろ , 主 効 果 で あ る 模 擬 手 角 度 効 果 (P < 0.001) お よ び 振 動 刺 激 効 果 (P < 0.001), 両 者 の 交 互 作 用 (P <
0.001), い ず れ も 有 意 で あ っ た . 模 擬 手 角 度 が 大 き く な る に つ れ , 誤 差 は 外 旋 方 向
( プ ラ ス 値 ) か ら 内 旋 方 向 へ ( マ イ ナ ス 値 ) 変 化 し た . 振 動 刺 激 を 外 旋 筋 へ 与 え た 場 合 と 内 旋 筋 へ 与 え た 場 合 を 比 べ る と , 外 旋 筋 へ 与 え た 場 合 の 方 が 誤 差 は 外 旋 方 向 に 大 き か っ た . 有 意 な 交 互 作 用 か ら , 振 動 刺 激 を 与 え な い 場 合 の 誤 差 は , 模 擬 手 角 度 が 大 き く な っ て も 変 化 が 少 な い こ と が 示 唆 さ れ る .
そ れ ぞ れ の 模 擬 手 角 度 に お い て , 誤 差 を 一 元 配 置 分 散 分 析 で 解 析 し た . す べ て の 模 擬 手 角 度 に お い て , 誤 差 に 有 意 な 群 間 差 を 認 め た ( す べ て P < 0.001) . 続 く テ ュ ー キ ー の 多 重 比 較 検 定 に よ る 群 間 比 較 で は , 模 擬 手 角 度 が 30°と 60°の と き , 外 旋 筋 へ の 振 動 刺 激 ( ● ) は , 内 旋 筋 へ の 振 動 刺 激 ( ○ ) お よ び 振 動 刺 激 が な い 場 合 ( ▲ ) と 比 較 し て , 外 旋 方 向 へ の 有 意 な 誤 差 を 発 生 さ せ た ( す べ て P <
0.001) . し か し , 30°と 60°で は , 内 旋 筋 へ の 振 動 刺 激 ( ○ ) と 振 動 刺 激 が な い 場 合 ( ▲ ) の 誤 差 に 有 意 な 差 を 認 め な か っ た . 90°, 120°で は , い ず れ の 群 間 に も 誤 差 に 有 意 な 差 を 認 め た . 一 方 , 150°で は , 他 の 模 擬 手 角 度 と は 異 な り , 外 旋 筋 へ の 振 動 刺 激 ( ● ) と 振 動 刺 激 が な い 場 合 ( ▲ ) の 誤 差 に 有 意 な 差 を 認 め な か っ た . し か し , こ の 150°に お い て , 内 旋 筋 へ の 振 動 刺 激 ( ○ ) と 外 旋 筋 へ の 振 動 刺 激 ( ● ) の 間 (P < 0.01) , 内 旋 筋 へ の 振 動 刺 激 ( ○ ) と 振 動 刺 激 が な い 場 合
( ▲ ) の 間 (P < 0.05) , そ れ ぞ れ に 有 意 差 を 認 め た .
考 察
本 研 究 で は , 肩 関 節 の 外 旋 筋 へ 振 動 刺 激 を 与 え る と , プ ラ ス の 誤 差 を 生 じ た . つ ま り , 自 分 の 肩 関 節 す な わ ち 自 分 の 腕 の 位 置 が 目 標 と す る 模 擬 手 よ り も 外 旋 方 向 に 位 置 す る に も か か わ ら ず , 模 擬 手 と 自 分 の 腕 が マ ッ チ し て い る と 感 じ て し ま う . 言 い 換 え る と , 肩 関 節 の 外 旋 筋 へ 振 動 刺 激 を 与 え る と , 自 分 の 腕 が 実 際 の 位 置 よ り も 内 旋 方 向 に あ る と 感 じ る と い う こ と で あ る . 一 方 , 肩 関 節 の 内 旋 筋 へ 振 動 刺 激 を 与 え る と , 60°, 90°, 120°, 150°で は , マ イ ナ ス の 誤 差 を 生 じ た . こ れ は 自 分 の 腕 の 位 置 が 目 標 と す る 模 擬 手 よ り も 内 旋 方 向 に 位 置 す る に も か か わ ら ず , 模 擬 手 と 自 分 の 腕 が マ ッ チ し て い る と 感 じ て し ま う . つ ま り , 肩 関 節 の 内 旋 筋 へ 振 動 刺 激 を 与 え る と , 自 分 の 腕 が 実 際 の 位 置 よ り も 外 旋 方 向 に あ る と 感 じ る と い う こ と で あ る . 肩 関 節 の 内 旋 筋 へ 振 動 刺 激 を 与 え て の 30°の マ ッ チ ン グ で も , 外 旋 筋 へ 振 動 刺 激 を 与 え た 場 合 ( 12.9±1.4°) に 比 べ れ ば , 内 旋 筋 へ 振 動 刺 激 を 与 え た 場 合
( 4.0±1.1°) は , マ イ ナ ス 方 向 に あ る . こ れ ら の 結 果 を ま と め る と , 肩 関 節 外 旋 筋 へ の 振 動 刺 激 は 肩 関 節 が 実 際 よ り も 内 旋 方 向 に あ る と い う 位 置 感 覚 異 常 を 生 じ さ せ , 肩 関 節 内 旋 筋 へ の 振 動 刺 激 は 肩 関 節 が 実 際 よ り も 外 旋 方 向 に あ る と い う 位 置 感 覚 異 常 を 生 じ さ せ る . こ の 結 果 は , 回 旋 筋 群 が 肩 関 節 の 位 置 感 覚 に 寄 与 す る こ と が
示 唆 さ れ る .
振 動 刺 激 を 用 い た 位 置 感 覚 研 究 で は , 左 右 の 四 肢 位 置 の マ ッ チ ン グ 研 究 が 多 く 行 わ れ て い る . な か で も , 肘 関 節 の 屈 曲 を 起 こ す 上 腕 二 頭 筋 , 伸 展 を 起 こ す 上 腕 三 頭
筋 に 振 動 刺 激 を 加 え , 位 置 感 覚 異 常 を 起 こ す 研 究 が 多 い . 例 え ば , 上 腕 二 頭 筋 へ の 振 動 刺 激 は 肘 関 節 が 伸 展 す る よ う な 錯 覚 を 引 き お こ す 7, 9 -14 ). こ れ は , 振 動 刺 激 を 与 え ら れ た 上 腕 二 頭 筋 が あ た か も 伸 展 し た と 感 じ る こ と に よ る . つ ま り , 振 動 刺 激 は 振 動 刺 激 が 受 け た 筋 が 伸 展 し た よ う な 感 覚 と , そ れ に 付 随 す る 関 節 の 位 置 錯 覚 を 生 じ さ せ る . 一 方 , 上 腕 三 頭 筋 へ の 振 動 刺 激 は , 肘 関 節 が 屈 曲 す る よ う な 錯 覚 を 引 き 起 こ す 7). 本 研 究 で 肩 関 節 の 外 旋 筋 へ の 振 動 刺 激 を 行 っ た が , こ れ に よ っ て 外 旋 筋 の 筋 紡 錘 活 動 が 高 ま っ た こ と は 十 分 に 予 想 さ れ る . そ れ に よ っ て , 肩 関 節 の 外 旋 筋 が 伸 展 さ れ た 感 覚 , す な わ ち 肩 関 節 の 内 旋 方 向 へ の 位 置 錯 覚 が 生 じ た と 考 え ら れ る . そ の た め , 肩 関 節 の 位 置 , す な わ ち 連 動 す る 腕 の 位 置 が 模 擬 手 の 位 置 よ り も 外 旋 方 向 に 位 置 す る に も か か わ ら ず , 内 旋 方 向 へ の 位 置 錯 覚 が 加 わ る こ と で , 被 験 者 は マ ッ チ し た と 感 じ , プ ラ ス の 誤 差 が 生 じ た と 考 え ら れ る . 同 様 に 肩 関 節 の 内 旋 筋 へ の 振 動 刺 激 に よ っ て , 肩 関 節 の 内 旋 筋 が あ た か も 伸 展 さ れ た と い う 感 覚 , す な わ ち 肩 関 節 の 外 旋 方 向 へ の 位 置 錯 覚 が 生 じ た と 考 え ら れ る . そ の た め , 腕 の 位 置 が 模 擬 手 の 位 置 よ り も 内 旋 方 向 に 位 置 す る に も か か わ ら ず , 外 旋 方 向 へ の 位 置 錯 覚 が 加 わ る こ と で , 被 験 者 は マ ッ チ し た と 感 じ , マ イ ナ ス の 誤 差 が 生 じ た と 考 え ら れ る . 30°に お い て , 内 旋 筋 へ の 振 動 刺 激 を 与 え た と き の 誤 差 と 振 動 刺 激 を 与 え な い 場 合 で の 誤 差 は ほ と ん ど 同 じ で あ っ た . こ の こ と は , 30°に お い て 内 旋 筋 へ の 振 動 刺 激 は ほ と ん ど 影 響 し な い と 考 え ら れ る . 他 の 角 度 に 比 べ , 30°で の 内 旋 筋 は 最 も 弛 ん だ 状 態 ( slack な 状 態 ) で あ り , 筋 紡 錘 の 反 応 性 が 最 も 低 い 状 態 で あ る 15). そ の た め , 振 動 刺 激 へ の 反 応 が 鈍 く , 振 動 刺 激 に よ る 位 置 錯 覚 が 生 じ な か っ た と 考 え ら
れ る . 一 方 , 150°で の 内 旋 筋 は 最 も 緊 張 し た 状 態 ( tense な 状 態 ) で あ り , 筋 紡 錘 の 反 応 性 が 最 も 高 い 状 態 で あ る . そ の た め , 振 動 刺 激 へ の 反 応 が 高 く , 大 き な 位 置 錯 覚 を 生 じ さ せ た と 考 え ら れ る . こ の こ と は , 外 旋 筋 に も 言 え る . 30°で の 外 旋 筋 は tense な 状 態 で あ り , 150°で は slack な 状 態 で あ る . 外 旋 筋 へ の 振 動 刺 激 で 生 じ る 位 置 錯 覚 が 30°で 大 き く , 150°で ほ と ん ど 見 ら れ な か っ た 結 果 は , 外 旋 筋 が tense な 状 態 な の か slack な 状 態 な の か に 起 因 す る と 考 え ら れ る .
本 研 究 で は 各 マ ッ チ ン グ の 前 に 逐 一 コ ン デ ィ シ ョ ニ ン グ を 実 施 し た . マ ッ チ ン グ 試 験 で 介 入 を 行 う と き , そ の 介 入 の 正 確 な 評 価 を 行 う た め に は , 筋 紡 錘 の 反 応 性 を コ ン ト ロ ー ル し て お く こ と が 必 要 と さ れ る 17 ). 等 尺 性 収 縮 と 弛 緩 と い う 単 純 な 動 作 で あ る が , 多 く の 研 究 で 利 用 さ れ て い る 18 -21). 本 研 究 で は , 振 動 刺 激 が な い 場 合 は 筋 紡 錘 活 動 を 低 下 さ せ る コ ン デ ィ シ ョ ン グ を 行 な っ た . こ れ は , 振 動 刺 激 で 筋 紡 錘 活 動 を 高 め る 介 入 の コ ン ト ロ ー ル と し て 適 切 で あ る と 考 え た か ら で あ る . 本 研 究 で は , 回 旋 筋 群 に 筋 紡 錘 を 刺 激 す る 振 動 刺 激 を 与 え る と , 回 旋 方 向 に お け る 肩 関 節 の 位 置 感 覚 異 常 が 生 じ る こ と が 明 ら か と な り , 回 旋 筋 群 が 肩 関 節 の 位 置 感 覚 に 寄 与 す る こ と が 示 唆 さ れ た . 今 後 は 腱 板 断 裂 の 患 者 で の 位 置 感 覚 異 常 の 有 無 を 明 ら か に し て い く 予 定 で あ る .
謝 辞 本 研 究 は 昭 和 大 学 ス ポ ー ツ 運 動 科 学 研 究 所 に よ る 助 成 を 受 け た も の で あ る .
利 益 相 反 本 研 究 に 関 し 開 示 す べ き 利 益 相 反 は な い .
文 献
1) 柴 田 陽. 【 骨 ・ 関 節 疾 患 の 診 療 の 最 前 線(II)】 肩 の 痛 み と 肩 関 節 疾 患 の 診 療 の 最 前 線. 医 学 と 薬 学. 2018;75:1027-1030.
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Figure legends
Fig. 1 Apparatus
A: The device has upper and lower panels. Subject’s right arm was placed on a paddle on
the lower panel. A dummy arm was placed on a paddle on the upper panel. Subjects could
not see their right arm, but they could see the dummy arm. Subjects were asked to match
the position of their hidden right arm with that of the dummy arm while their right
external or internal rotation muscle was vibrated. B: The dummy arm was set at one of
five angles (30˚, 60 ˚, 90 ˚, 120 ˚, 150 ˚) in random order. When the subject declared that
the position of the right arm matched that of the dummy arm, the angle of the right arm
was measured. In this figure, the dummy arm was set at 30 ˚. When the subject declared a
match with the right arm placed at 40 ˚, the position error was considered to be 10 ˚.
Fig. 2
Pooled data for the group (n = 16). A two-way ANOVA revealed a signifi cant interaction
between the angle effect and the vibration effect (P < 0.001). The angle effect and the
vibration effect were also significant (P < 0.001). Tukey multiple-comparison post hoc
tests showed significant differences (*P < 0.05, **P <0.01, ***P < 0.001). Values are
means ± standard error of the mean.
160˚
150˚
120˚
90˚
60˚
30˚
20˚
160˚
150˚
120˚
90˚
60˚
30˚
20˚
40˚
10˚
Dummy arm
Subje ct s rt. arm
’ Upper panel
Lower panel
Fig. 1 Okamoto et al.
A
B
* *
* *
*
* *
Angle effect < 0.001 Vibration effect < 0.001 Angle x Vibration < 0.001
Fig. 2 Okamoto et al.
External rotaion muscle vibration Internal rotation muscle vibration No vibration
Dummy arm position (˚)
Matching error (˚) * *
* *
* ** *
* *
* ** *
* * **
* *
*
The contribution of shoulder rotation muscles to shoulder position sense
Keiji Okamoto1, 2, Tomohiro Yasuda2, Naoya Nishinaka2, Koji Kanzaki2 and Masahiko Izumizaki1
1Department of Physiology, Showa University School of Medicine
2Department of Orthopaedic Surgery, Showa University Fujigaoka Hospital
Abstract –– Signals coming from muscle spindles located in limb muscles are used to determine the perceived limb position. We examined whether the sense of shoulder rotation position is altered by increases in muscle spindle signals in the external rotation muscles and the internal ration muscles of shoulder in young and healthy male subjects (n = 16).
To increase muscle spindle discharge, we applied 70–80 Hz muscle vibration to those muscles in the right arm. Subjects were asked to match the position of their unseen right arm to that of a visible dummy arm while either the external rotation muscles or the internal ration muscles were vibrated. Position sense illusions in the vibrated shoulder in this matching task were compared between conditions in which the muscles were vibrated or not vibrated. The felt position of the right shoulder was influenced by vibration of the external rotation muscles and the internal ration muscles. When the external rotation muscles were vibrated, subjects felt their right shoulder to be more internally rotated than it was. Conversely, when the internal rotation muscles were
vibrated, they felt their right shoulder to be more externally rotated than it was. In addition, the illusory sensation of the shoulder internal
rotation caused by vibration of the external rotation muscles was more obvious when the shoulder was positioned in a more internally rota ted
position. However, the illusory sensation of the shoulder external rotation caused by vibration of the internal rotation muscles was more obvious when the shoulder was positioned in a less internally rotated position. To conclude, the present study shows that signals coming from
muscle spindles located in shoulder rotation muscles contribute to the sense of shoulder position.
Key words: position sense, position sense illusion, shoulder , rotation muscles, rotator cuff