走行時の接地パターンの違いによる内側縦アーチの動態の検討 五十嵐 將斗 ＜要約＞ 後足部接地（RFS）は前足部接地（FFS）に比し下肢overuse障害の発生が多いことが報告されてい るが，これに関する運動学的なメカニズムは明らかではない．本研究の目的はFFSとRFSにおける走 行時の内側縦アーチの動態の違いを検討することとした．FFS群およびRFS群各7名のトレッドミル 走行を，三次元動作解析装置により記録し，体表マーカーの座標データから内側縦アーチ角を算出した． RFS群はFFS群に比し，初期接地時の内側縦アーチ角が有意に大きく（RFS群149.7±2.80°，FFS 群146.5±2.21°，P＝0.03），その変化量は有意に小さかったが（RFS群4.4±2.0°，FFS群6.5± 1.0°，P＝0.03），最大値には差を認めなかった．本研究は接地パターンの違いにより，内側縦アーチ の動態が異なることを示した．RFS群はFFS群に比し，内側縦アーチによる衝撃吸収能が低い可能性 がある． Ⅰ．背景 走行時の接地パターンは以下の3パターンに分 類することができる． rearfoot strike（RFS）：踵部が初めに接地する走 行パターン midfoot strike（MFS）：踵部と前足部が同時に接 地する走行パターン forefoot strike（FFS）：前足部が接地した後に踵 部が接地する走行パターン1~3)． 一般的に長距離ランナーではRFSが多いこと が報告されている4,5)．しかし，Hasegawaらは 札幌国際ハーフマラソンの参加選手の内，上位ラ ンナーではFFS の割合が多いことを報告した5)． また彼らは，FFS は RFS に比し接地時間が短く， 走行速度が速いと結論付けた5)． また，RFSではFFSに比し，股・膝関節痛， 腸脛靭帯炎，膝蓋大腿部痛，シンスプリント，疲 労骨折（中足骨を除く），足底腱膜炎などの下肢 overuse障害が多いことが報告されている6~8)． したがって，パフォーマンスおよび障害予防の観 点からFFSが推奨されている．しかし，RFSで 下肢overuse障害の発生が多いことに関する運動 学的なメカニズムは明らかではない． RFS と FFS では下肢kinematics，特に足部セ グメント間のkinematicsが異なることがいくつ か報告されており7~9)，RFS と FFS で内側縦アー チの動態も異なることが予想される9)．また，走 行時の内側縦アーチの過度の低下はシンスプリ ント，疲労骨折，コンパートメント症候群などの 下肢overuse障害の危険因子であることが報告さ れている10)．それゆえ，走行時の接地パターンの 違いによる内側縦アーチの動態を検討すること は，接地パターンの違いによる下肢overuse障害 の発生メカニズムを理解する上で重要である． したがって，本研究の目的はRFSとFFSにお けるトレッドミル走行時の内側縦アーチの動態 の違いを検討することとした．RFSはFFSに比 し，（1）初期接地（IC）時の内側縦アーチが低い， （2）内側縦アーチ低下のピーク値が大きい，（3） 内側縦アーチの変化量が大きいと仮説を立てた．
Ⅱ．方法 1．被験者 対象は本学に所属する健常男女各9名 （22.1±0.7歳，164.4±8.7cm，55.0±6.6kg）とし， 除外基準は下肢の骨折歴，手術歴および6ヵ月以 内に下肢の整形外科的疾患の既往があることと した．測定側は全例利き足とし，利き足はボール を蹴る足と定義した．なお, 本研究は本学保健科 学研究院倫理委員会の承認および各被験者から 同意を得て実施した． 2．手順 課題は裸足でのトレッドミル走行（MINATO 社製）とし，走行速度8km/h で3分間実施した． また，接地パターンに関する指示は与えず，被験 者本来の接地パターンでの走行とした．走行中に 修正Borg scaleを聴取し，主観的運動強度を1 分ごとに記録した． 反射マーカーを利き足の下腿・足部に計19個 貼付し，赤外線カメラ6台（Motion Analysis社 製）および3次元動作解析装置EvaRT4.4 （Motion Analysis社製）を用いて，3分経過後 の5ストライドを記録・解析した． その後，静的足部アライメントとしてアーチ高 率を計測した（図1）11)．アーチ高率は足背高（図 1：①）を切頂足長（図1：②）で除した値とし， 算出した． 3．データ解析 解析区間は立脚相とした．Matlab software R2009（The Mathworks社製）を用い，先行研 究に基づき接地パターン，ICおよびtoe offの瞬 間を同定した12,13,14)．これらはIC時の足関節底 背屈角度，床反力との誤差が少なく，妥当性が高 いことが報告されている． 接地パターンは第5中足骨頭マーカーと踵骨低 部マーカーの座標データから同定した12)．矢状面 上における第5中足骨頭マーカーと踵骨低部マー カーのピーク加速度の時期の差が-5ms以下を FFS，-5〜15msをMFS，15ms以上をRFSと した12)．ICに関して，FFSは第2中足骨頭マー カー，RFSは踵骨低部マーカーのピーク加速度の 瞬間と定義とした13)．Toe offは膝伸展角度が第 2ピークを迎えた瞬間と定義した14)． 内側縦アーチ角（図2）は踵骨・舟状骨・第一 中足骨頭マーカーを矢状面上に投影し，踵骨・舟 状骨を結んだ線と舟状骨・第一中足骨頭を結んだ 線のなす角とし，Visual 3D（C-Motion社製）を 用いて，（1）IC時，（2）最大値，（3）変化量を 算出した．変化量は最大値とIC時の差とした． 内側縦アーチ角が大きいことはアーチが低いこ とを示す． 図1．アーチ高率測定 ①足背高：全足長の50％の位置における足背の高さ ②切頂足長：踵骨後縁から第1 中足趾節関節中心までの長さ ③全足長：踵骨後縁から第1 趾先端までの長さ 図2．内側縦アーチ角 踵骨低部・舟状骨・第一中足骨頭マーカーを矢状面上に投影 した際のなす角
4．統計解析 統計解析にはSPSS ver.18（IBM社製）を対応 の無いt-検定を用いFFS群とRFS群における身 体特性および（1）IC時の内側縦アーチ角，（2） 内側縦アーチ角の最大値，（3）内側縦アーチ角の 変化量の違いを検討した（P＜0.05）． Ⅲ．結果 MFSの3名（男性2名，女性1名）と測定項 目（内側縦アーチ角の変化量）で平均値±2SDを 超えた男性1名の計4名を除外し，RFS群およ びFFS群各7名（男性3名，女性4名，表1） となった．群間で年齢，身長，体重，アーチ高率， 修正Borg scaleに有意な差は認められなかった （表1）． 内側縦アーチ角の群間差を表2に示す．IC時 の内側縦アーチ角はFFS群に比し，RFS群で有 意に大きかった（表2）．内側縦アーチ角の変化量 はFFS群に比し，RFS群で有意に小さかった（表 2）．内側縦アーチ角の最大値は両群で有意な差が 認められなかった（表2）． 平均内側縦アーチ角の時系列データを図3に示 す．FFS群は立脚初期で急激に内側縦アーチが低 下し，その後は緩やかに低下している一方で， RFS群では内側縦アーチの急激な低下は見られ なく，特に立脚初期において内側縦アーチの低下 が少ない． 表2．内側縦アーチ角 平均値±標準偏差 前 足 部 接 地 群 後 足 部 接 地 群 P値 初 期 接 地 時 （ ° ） 146.5±2.2 149.7±2.8 0.034 最 大 値 （ ° ） 152.3±1.6 154.2±2.3 0.295 変 化 量 （ ° ） 6.49±1.0 4.41±2.0 0.032 表1．対象特性 平均値±標準偏差 前 足 部 接 地 群 後 足 部 接 地 群 P値 N（ 男 性/女 性 ） 7 (3/4) 7 (3/4) − 年 齢 （ 歳 ） 22.0 ± 0.82 22.1 ± 0.69 0.730 身 長 （cm ） 165.8 ± 6.63 163.9 ± 10.40 0.693 体 重 （kg ） 53.3 ± 5.32 55.5 ± 6.75 0.506 ア ー チ 高 率 0.357 ± 0.03 0.355 ± 0.02 0.911 修 正 Borg scale 1.14 ± 1.34 2.41 ± 1.49 0.134 前足部接地 後足部接地 156 154 152 150 148 146 144 142 140 0 20 40 60 80 100 内側 縦 ア ーチ 角 （° ） 立 脚 相 （ ％ ） 図3．平均内側縦アーチ角時系列データ
Ⅳ．考察 本研究の主な所見は，FFS群に比し，RFS群 はIC時の内側縦アーチが低く，内側縦アーチの 変化量が小さかったことである． 静的内側縦アーチは足趾伸展により上昇する と報告されており，これはwindlass mechanism と呼ばれている15~17)．FFSは前足部で接地する ため，踵部から接地するRFSに比し，足趾伸展 が大きいことが考えられる．それゆえ，windlass mechanismが影響し， FFS群のIC時の内側縦 アーチが高くなったと考えられる． 本研究の仮説とは異なり，内側縦アーチ角の最 大値はFFS群とRFS群において有意な差が認め られなかった．FFSは前足部での接地に続き踵部 が接地すると報告されており，立脚相において RFS と同様に全足底接地する相があると考えら れる1~3)．内側縦アーチは全足底接地した際に， 機能的に形態を変形し，衝撃を分散する機構を有 している（truss mechanism）18)．そのため，全 足底接地した際にtruss mechanismが働き，両群 で内側縦アーチが同程度につぶれたため，内側縦 アーチ角の最大値に有意な差が認められなかっ た可能性が考えられる． 内側縦アーチ角の変化量は仮説に反して，RFS に比し，FFS群で大きかった．これは内側縦アー チ角の最大値において有意な差が認められなか ったが，IC時の内側縦アーチ角に有意な差が認 められたため，IC時の内側縦アーチ角が大きく 影響した可能性が考えられる．先行研究において， FFSで前足部背屈・外転および後足部外反角度変 化量が大きいことが報告されている9)．これらの 運動は内側縦アーチに影響するため19,20)，本研究 結果を支持する． Daoudらの報告によると，股・膝関節痛，シ ンスプリント，足底腱膜炎，下肢疲労骨折の発生 が，FFSのランナーに比しRFSのランナーで多 い8)．接地パターンの違いで垂直床反力が異なり， FFSに比しRFSでは荷重速度が大きいことが報 告されている2,7,8)．本研究はFFS群に比し，RFS 群で内側縦アーチの変化量が小さく，さらにRFS 群で荷重率のピークが生じる立脚初期に変化量 が小さいことを示した．これらのことがRFSに おける荷重速度の増大と関連し，RFS群で下肢疲 労骨折（中足骨を除く）の発生が多いことの一因 となる可能性がある．また，RFSではIC時から 内側縦アーチが低下しているため，FFSに比し立 脚相を通してより長い時間内側縦アーチが低下 していることが考えられる．これは内側縦アーチ の支持組織である足底腱膜と後脛骨筋への伸長 ストレス大きくすることが考えられる21)．これら のことがRFS群で足底腱膜炎およびシンスプリ ントの発生が多いメカニズムに関与している可 能性がある． 本研究は，走行速度を8km/hとしたが，走行 速度は接地パターンや，IC時の足関節角度に影 響を与えることが報告されている22,23)．また走行 速度の増加は立脚時間を減少させるため，truss mechanismに影響を与える可能性がある24)．こ れらのことから，今後速度の影響も考慮する必要 がある． また，本研究は運動学的な検討のみであり，力 学的な検討を行っていない．接地パターンの違い により床反力が異なることが報告されており2,7,8)， 接地パターンの違いによる，より詳細な下肢 overuse障害の発生メカニズムを理解するために は力学的な検討も同時に行う必要がある． 謝辞 本卒業研究にあたり，ご指導下さった諸先生方， 客員研究員の越野裕太氏，本学大学院修士の奥貫 拓実氏，ならびに実験に協力して頂いた本学学生 の皆様に感謝申し上げます.
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