随意収縮強度別（%MVC）による表面筋電図周波数特性

理学 療 法 学　策25巻 第71丿

』

425

〜431

頁 （］

998

イ

ii

_）

報 　 　告

随 意 収 縮 強

度 別 （

％

MVC

）

に よ る

　　　　

表

面

筋 電

図周 波

数特

性

＊

加 藤

　

浩

＊ ＊

　

藤野 英 次

郎

　

上

島 隆 秀

　

城 石 晴 子

　　　　

時 枝 美 貴

　

高

杉 紳

一

一

郎

　

林

　

和

生

要 旨

　

本 研 究の 目 的は

，

下肢の 個々 の筋で随 意

収

縮 強 度の違い が筋 電 図

周波数

に及ぼす 影 響につ い て 明 ら か にすること である。 対 象は健 常 男 性

20

名 （

219

±

1

．

9

歳

）

で あっ た。 電 極 貼 付 部 位は， 中殿 筋

・

大 腿 筋 膜 張 筋

・

大 腿 商 筋

・

外 側ハ ム ス ト リン グス

，

及び腓 腹 筋の

5

筋 とし た。 そ し て

各

筋の

100 ・50 ・25

％ 最 大 随 意 収 縮で の等尺性

筋

力を測 定 し_， 高 速フ

ー

リエ _変換 に よ る表 面 筋 電 図 周 波 数 解 析 を行い _{， 中}間周 波 数を

算

出し た。 さら に個々 の 筋で

各収

縮 強度に お ける積 分 値 を算 出し た

。

その

結

果

，収

縮 強 度を低 ドさせた

時

の _{周 波 数 特 性}は

，

中 間周 波 数 の 上昇

（

大腿

筋膜張筋）

，

低 下 （大 腿 直 筋

・

腓 腹 筋 ）， そ し て変 化を示さない （中殿 筋

・

外 側 ハ ム ス ト リン _グス） 筋の

3

パ タ

ー

ンに分 類さ れ た

。

さ らに積 分 筋 電 図か ら，

各筋

で

筋

力 値の 減少率以 上 に筋 活 動 量の 減 少が認められ た

。

こ れ らの _{結 果}か ら 下肢の _個々 の

_筋

における収 縮 強 度と活 動 様 式の特 徴 とし て，

 

個々 の筋が占め る筋 線 維

type

　

I

・

H

の

割

合の違い （速 筋 系と遅 筋 系の スペ _{ク ト}ル 変 動 0）大き さの違い

）

，

 

type　

I

線

維

に有 利に働 く運 動 単 位の加 重 効 果，

 

筋 力

値

と

筋

活 動量の曲線 的 関 係 など が考 えら れ た

。

さ ら に表 面 筋 電 図の特 徴 として

，

高い_{収 縮 強 度}で は筋 竃 波 形の干 渉に よ る

影響

が 大 き く， 正確 な 高 樹 波 成 分 定量

化

の問 題が示 唆さ れ た。 キ

ー

ワ

ー

ド



表 面 筋 電図， 周 波数

解析

， 運動 単 位 は じ め に

　

近年

，

筋の質 的評 価と して表面

筋

電 図周 波 数 解 析 （以下， 周

波

数

解析）

の研

究

は 注 目 さ れて い る 13 ｝ 。 ＊

　The 　｝）_{olver　SpcctraL　Chara}

じteristics　in　t］IL

・

　Surfuce

　）；⊥ectron ユyQgraplLy 　utDiffereiitVo ［ほntary 　Contructj〔）n

　Strctngth

＊

’

e

九州大学医学 剖〜附属病院 リハ ビ リテ

・

一

ショ ン部 　 〔〒812

．

．

8582櫃 瞬 県 さAl岡 市 身（区 馬 出3

−

］

−

1）

　工lirushi　Kat〔♪h

．

　 RpT

，

　 Eijirou　Fujinし｝

，

　 RPT

，

　 Takahide

　Kamishima

，

　RPT

．

　Haruko　

Shirols

⊥1［

．

　RPT

，

　M［k［Tokieda

，

　R三

｝

T

，

Sh［n

−

iehiro　T誌とISLIS

・

i

，

　MD

，

　 K｝tzuo　I［uyashi

，

　MD ；

　Dc

’

pnrtn／ent　of 　Rchabilitatioll

．

　Kyushu 　U1ユTversity　Medlcal

　工lospital 　 （

・

受イ寸1三「　1997！T…9_尹J24　H_！受Jlll卜［　1998年8月31　11） そ して主に等尺性運

動

に おける最 大 努 力 時や筋

疲

労

時の周 波 数 特 性か ら各 筋の筋 線 維 タイ プの割 合 や運 動 単 位 （mot 〔〕r　unit

）

の活 動 様 式 を推 測 する こ と が行われ てい るn

−

6〕。 しか し，

現

時 点で は高

速フ

ー

リエ _{変 換 （}

fast

　

Fourier

　

transform

： 以下

FFT

）による周 波 数

解析

は

，

解 析 する信 号波 形

（

筋電 波

形）

が

定

常 波 形で ある こ とが前 提7）と な る た め

，

測 定 方 法は静 的 測 定に よ るものが多 く，

ADL

な どの 臨 床研 究へ _{の応用は希 少である}

。

　

ところ でパ _ワ

ー

_スペ ク トル （以下，ス ペ ク トル） は， 先に述べ たように 運動 単 位の活 動 様 式に影 響 8） さ れ る と言われてい る。 しか し

，

身 体 運 動の効 率

426 理 学 療 法 学 　 第25巻 第7 ，_ナ を

高

め る た め

収

縮 強 度と活 動

様

式の _{関 係}は， 手 指 筋と 下肢 筋で大 き な 違い が ある9Mo ）

。

例 えば日常 生 活に おい て手 指 筋は主に巧 緻 動 作が要 求さ れ

，

最 大 収 縮 を続け て 繰 り返 すような動 作は稀であ る。 しか し

，

下 肢 筋では最 大 収 縮に近い 瞬 発 力が 頻

繁

に

要求

さ れ る筋がある，， また，

一

_{方で は}

_姿

_勢 保 持や安 定 性のた めに持 続 的 低 収 縮 力が要 求さ れ る筋な ど があ り， 関節の 部 位に よ りその 役 割は 様々 で ある。 この こと か ら

。

下 肢の 個々 の

筋

で

収

縮 強 度と運 動 単 位の 活 動 様 式の関係は異なる こ と が予 測 さ れ る

。

つ ま りこ の違い は中間周 波

数

（median 　_power 　

frequ．

ency ：以 ド

MdPF

＊

）の違

い とし て 現 れ る はずである。 そこ で今回， 等 尺 性

最大随 意 収 縮 （mtlxiMuM 　voluntary 　contraction ：

以下

MVC

） を基 準とした 収 縮 強 度の_{変 化}で スベ ク トルが 下肢の _個々 の

_筋

で どの よ

う

に 変化 する か を検 討した

。

対

象

及び

方法

　 対 象は

，

健 常 男 性

20

名 （平 均 年 齢

2L9

±

1．

6

歳

，

平 均

身

長

172

±

2

．

3

　_crrt

，

平 均 体 重

62

．

5

±

5

．

1

　

kg

_） であっ た。 被 検 筋は中 殿 筋 （以下

GM

＞

・

大腿 筋 膜 張 筋 （以 下

TFL

）

・

大 腿 直 筋 （以下

RF

）

・

外 側 ハ _ムス ト リン グス _（以 下

LID

そ して腓 腹 筋 （以 下

GC

＞の

5

筋と し た

。

電極は小型生

体

用

表

面 皿電 極

（

B

本 光 電 社 製

NT −511G

） を 使 用 し

，

十 分な

前

処理

（

皮

膚

イン ピ

ー

ダン ス

5

キロ オ

ー

ム以

1

つ 後

，GM

（腸 骨 稜 と大 転 子の中 点よ り

3CIn

幅

）

，

TFL

（上前 腸 骨 棘 と大 転 子の 中 点より

3cm

幅 ）

，RF

（膝 蓋 骨

、

卜縁

10cm

か ら

3cm 幅），

　

LH

（

膝

窩

溝， 上方 1〔｝cm か ら

3cm

幅 ）そ し て

GC

（

膝

窩

溝， 下方

10cm

か ら

3cm

幅 ）に貼 付した。

　次

に

MYORET

　

RZ

−450

〔川

崎

重工社 製

）

を用 い て各 筋の

100 ・

50

．

・25

％

MVC

等 尺 性 筋 力 を 測 定 し た。 測 走 時 間は

100

％

MVC

時では

3 秒

間 と し前 後

0，

5

秒 問 を 除 い た

2

秒 間 を 解 析 し た

（

50 ・25

％

MVC

時で は各 収 縮強度に達してか ら

3

秒 間と し た）。 測

定

回数は

3

回

行

い 100％

MVC

時で は解 析 する

2

秒 間の平 均

筋

力が最 大の もの を 選 択 した （

50 ・25

％

MVC

時は

，

被 検 者 に

MYORET

の モニ _タ

ー画

_{面 を 見せ な が ら}

_筋力

_{を で} きるだけ

一

一

．

t

定

に保つ よ う指 示 し， 平 均 筋 力が各 収 縮 強 度に最 も 近い もの と し た）。 測 定 肢 位は計 測 精 度 と被 検 者の安 全 性を重 視し

，

MYORET

が 推 奨して い る ポ ジシ ョ ニ ン グ （

GM

・TFL

は側 臥 位

，

RFdLH

は座

位 ，

そ し て

GC

は仰 臥 位

）

と し た。 そして筋 力 測 定と同 期 してマ ル チ テ レ メ

ー

タ （日本 光 電 社 製

）

を川 い て

表

面 電

極

か らの

EMG

ア ナロ グ信 号を

導

出し た。 次に得られた信 号を

MacLab

／

8

　s （

ADI

社 製 〉で

AD

変 換

（

サ ン プ リン グ

周

波 数

lkHz ，

サ ン プリン グ時 間

2sec ）

しバ

ー

ソ _ナル コ ンピュ

ー

タ に取 り込ん だ。 そ して

FFT

に よるスペ _{ク ト}ル解 析 を行い _，　

MdPF

を 算 出 し た。

解析

の周 波数帯域 は

10

　

一

　

200

　

Hz

と し た。

MdPF

は

100

％

MVC

時 を

0

として

，

50

％

・

25

％

MVC

時の

MdPF

変

化率 （

以 下， ％

MdPFm

）

を

算

出 し た

。

ま た

，3

段階 の _収縮 レベ ル

_（

IOO ・

50 ・25

％

MVC

）に対 して

，

筋 活 動 量の _{変 化 を} 比 較 する ため

IEMG

を算 出した

。

　

IEMG

_は

100

％

MVC

時 を

0

と して

，50

％

・25

％

MVC

時の

IEMG

変 化 率 （以

1

ド， ％

IEMG

＞ をそ れ ぞ れ算 出 し た

。

ま た解

析

時 間及び解 析 箇 所はスペ _{ク ト}ル_解 析のデ

ー

タと

一

致させた。

　

最 後に統 計 処理 と し て ％

MdPF

に 関 し て は，

各

筋ごとに％

MdPF

の 差を

検定 （

1

標 本 t

検定）

した。 また％

IEMG

に関 して は

，

50

％

・25

％

MVC

時に おける ％

IEMG

の _{平 均 値}のば らつ き を

検定 （

Kruskal−Wanis 検定）

し た

。

さ ら に

各

筋ご と に母 平 均 値 （

−

50

％

・−

75

％ ） か らの％

lEMG

の _差を そ れ ぞ れ

検定 （

母 平

均

の _差の

_検定〉

し た

。

結 果

L

同

一

被 検 者で の測 定デ

ー

タのば らつ _{き （表}

1

_）

　

同

一

被

_検者

で の 再 現性は

表 1

に 示す 通

_り

で あ ＊ ：縦 軸 をパ ワ

ー，

横 軸 を周 波 数 〔スペ ク トル）と してグラ フ 　 を 描い た 時

，

両 軸 の積か ら な るパワ

ー

ス ペ ク トルの 血積を 　 ちょうど2等 分 にする点

．

随 意収縮強 度 別 （％MVC ）に よる表 面 筋 電 図周 波 数 特 性 427 る。 収 縮 強

度

別に見て低い 収 縮 強 度ほ ど

MdPF

の変 動 係 数は大 き くなる傾 向が認め ら れ たu

2

．

％

MVc

と％

MdPF

の 関係 （表

2

）

　

各

筋に対 して

1

標 本

t

検 定 を

行

っ た結 果

，TFL

は ％

MVC

の 低 下 に伴い 高 周 波 化 し た。 逆 に

RF ・

GC

は ％

MVC

の低下 に伴い

_低

_{周 波}

_化

し た。

GM

・LH

は％

MVC

の _{低 下}に関 係 な く周 波 数 変 化は認め ら れ な かっ た。 表 1　岡

一

被 検 者で の再現 性

GM

　　

TFL

　　LH 　　 RF 　　

GC

100

％

NIVC

　　　2

．

62　　　

3．

30

　　　

3、

91

　　　

3．

63

　　　

3．

65

50％

Pt

（

IVC

　　　　2

，

95　　　3

．

80　　　4

．

Oi　　　

3．

86

　　　

3．

68

25

％

1

＞

IVC

　　　　

3、

57　　　

4．

0

ユ　　　4

．

17　　　4

．

44

　　　

4、

02

CV 〔％）

．

100

・

50

・

25％ MVC でそ れ ぞ れ3回ずつ 測 定 し た時の各 筋に お け る MdPF の_{変 動 係 数 （}CV_{） をPtす}

．

_{値 は被 検 者20人}の 中 央値 （median ）である

．

3

．

％

MVC

と ％

IEMG

の 関 係 　

1

）

Kruskal−Wa

圭

lis

検 定 　

50

％

・

25

％

MVC

時に お け る ％

IEMG

の ば ら つ きを

検定

した。 即 ち 測 定 筋

5

筋の平 均 値にばら つ きが ある か検 定した。 その 結 果， 両 収 縮 強 度で そ れ ぞ れ

有

意 差は認め ら れ な かっ た。

　2

） 母 平 均の差の検 定

（

表

3

）

　

次に

各

筋ご と に

50

％

・25

％

MVC

時 の ％

IEMG

が 母 平 均 （

−

50

％

・−

75

％

）

か ら差が あ る か

検定

し た。 その結 果，

50

％

MVC

時で は

，

全 て の筋で％

IEMG

は

一50

％ よ り負の値 を示し有 意 差が認められた

。25

％

MVc

時で は， 全て の 筋 で

一75

％ よ り

負

の 値を示し

GC

を除 く全ての _筋 で有 意 差 が 認め られ た。 考 察

L

収 縮 強 度

・

運 動 単 位 活

動様式

とスペ _{ク トル の} 　 関 係

　

従

来よ り筋 力 値の増 加 要因と し て 運動 単 位の種 類と総 数による調 節

（

recruitment

）

と a 運 動ニ ュ

ー

ロ ンの 放電頻 度の上昇 （rate　coding _{） そ し} て運 動 単 位の活 動 時 相に よ る加 重

（

synchroniza

−

tion

）の

3

要因 は よく

知

ら れてい る12）13｝。 そ して これ らの要 因に関して

Milner−Brown

ら14 ）は弱い 筋 収 縮 時には

，

主に運 動 単 位の動 員が 中 心 と な り， 表 2 ％

MVC

と ％

MdPF

の 関係 50％MVC 25％1＞IVC

GM

0．

］

3

±

6．

91

0．

38

±

6．

79

TFL

1

：

ll

蠶

ユ

LH RF

GC

鑑 簾

　

：

1

_：

lli

：

_：

茎

_ユ

：

1

_：

_：

_{鰍 ：}

_｝

Mean ± S

．

　D

．

．

’

p〈0

，

05

，

’

Sp 〈0

．

Ol

．

lOO％MVC 時の MdPF を 墓 準 とした時の50％

，

25％MVC 時の MdPF 変 化 率 〔％MdPF ＞を示 す

．

プ ラスは100％MVC 時の MdPF より高周波 化

，

マイ ナスは低 周 波 化 した こ とを 示 す

．

「注」表1_枦の値の求め方 （％MdPF ）：［（50％ or　25％ ］，EVC）

，

，

’

100％MVC

−

1］×100 表 3　 ％MVC と％［EMG の 関係 50％MVC 25％

MVC

GM

一

₆₂

_，

₆ゴ：109

神

一

_8王

_．

₄：ヒ　5

．

3

“

＊

TFL

一

₅₉

_．

_{7± 14}

_．

₆

＊

−

_8L5 ：ヒ

7．

T

LII

RF

一

₅₄

_．

_8±7

_．

₄

’



・

−

₅₉

_．

₅± 15

，

5

半

一78，

7±

6，

0’

　　　　　

− 86．

6±　7

．

7M GC

一

₅₈

_，

₃

± 10

，

7’

−

₈₀

_．

₂土　9

．

8 PtdeaiL± S

，

　D

．

，

　Sp く0

．

05

．

挿 p＜0

，

0］

．

lOO％MVC 時の IEMG を 基準と し た 時の50％

，

25％MVC 時の IEMG 変 化 率 （％工EMG ） を示 す

．

差を示 す

．

ド段は母 平均 （

−

75％ ｝ との有 意 差 を 示 す

．

「注

．

1

表 中 の 値 の 求 め 方 （％ 工EMG ）：［（50％ of

・

25％MVC 〕／100％MVC

−

1］x100

428 理 学 療 法 学 　 第

25

巻 第

7

｝_」

・

強い

_筋収

_縮へ 移 行 す_{る に}つ _れて放 電 頻 凌の上昇が 大 き く関 与 する と述べ _てい る。 こ の運動 単 位の動 員 閾 値につ い て は

Henneman

ら15 ｝に より

筋収

縮 に おい て

線維

径の 小 さい type　

I

_{線 維}が ま

ず

動 員 され， 収 縮 強 度が高ま るにつ れ て線

維

径の 大 きい type　

H

線 維が動 員 さ れる とい う 大 きさの 原理 （size　

principle

）

が

提

唱 さ れ てい る。 これ と関 連 し動 物 種で は な くヒ トに おい て

Warmoits

ら16｝は 弱い

_筋収

縮で は type　

I

線 維が活 動 し

，

強い 筋 収 縮で は

type

　

H

線 維 が主に活 動 する と報 告 して い る

。

ま た，

Sale17

＞ は，

40

％

マ

02

　max 以 下の 低 強 度の運 動で は

，

type 工線

維

が収 縮 し， 運動 強 度 が増 すにつ _れて type　

II

線 維の運動

単位

ま で

動員

さ れ る と

報

告してい る

。

その_他にも様々な報 告】S）　Yj〕 があ り

，

大 き さの _{原 理}はヒ ｝

・

に対し ても適用 でき る と

考

えら れ る。 つ ま り

，

運 動 単位の動 員と放 電 頻 度の上昇は

各筋

の筋 力 値 を増 大さ せ， そ れ は周 波 数 解 析に おける平 均 周 波 数の ヒ昇を意 味し てい る。

2．

下肢 筋にお ける収 縮 強 度と 運動 単

位活

動

様

式

　

の特 異 性

　

一

般 的に個々 の

筋

で は運 動

．

単

位の動 員 と放 電 頻 度の 上

昇

の

_割

_合は異 なる と言わ れて い る。

De

Luca

ら9）10 ）に よ れ ば

第

1

背

側 骨問筋は

MVC

の

50

％ 程 度で すべ て の運 動 単

．

位が

動

員さ れ るの に 対し， 大腿

直

筋で は 】〔〕

0

％近 くまで運

動単

位が動 員 され続 ける と

報告

し てい る。 ま た

Sale17

） に よ れば三角 筋は

MVC

の

80

％の 高い 運

動

強度ま で 運 動 単 位が動 員さ れ るの に対し， 母 指 内 転 筋で は

50

％の低い運 動 強 度ですべ _{ての 運}

_動単

_{位が動 員} さ れ る。 そ し て， そ れ以上の収 縮では放電

頻度

が 上昇 するこ とで 調

節

さ れる と

_報

告して い る。 こ の

様

に筋 力 値 を増 加さ せ る た めの運

動単

位の 活 動 状 態

_，

即 ち運 動 単 位の動 員や放 電 頻 度の上昇の割 合 は個々 の筋で か な

り

異な ると考 え られ る。 今回の 結 果か ら も

，

収 縮 強 度を低下 さ せ た 時の 周 波数 特

憔

が，

MdPF

の

、

ヒ昇 （即 ち 高 周 波 化

），

低 下

（

即 ち低 周 波 化 ）， そ し て変

化

を 示さない 筋の

3

パ タ

ー

_{ン に分 類 さ れ}

_，

_{下 肢の個}々 の筋で

各

収 縮 強 度に おける 運動

単位

の

活動様式

に は

特

異

性

がある と考 えら れた （図

D

。 こ の特 異 性につ い て

，

  筋 線

維

タ イプ の

_割

合，

 

運 動 単 位の加 重 効果， そ して，

  積

分

筋

電図の

特

徴の

3

点か ら

考察

する

。

　

1

） 筋 線 維タイプの割 合

　

周

波数解

析 に おい て遅 筋 線 維 （以 下

，

type　

T

線 維 ）は低 周 波 帯を

，

速 筋 線 維 （以下

，

type 矼

線維）

は高 周 波 帯 を反映 する8）と言わ れ てい る。 つ ま り

RF ・

GC

は

従

来の大 き さの原理 に従い収 縮 強 度の

_低

下 に伴い

type

　

H

_{線 維}の活 動が減 少し， 低 周 波 化 したもの と考え ること ができる。 し か し

一

_方で ， 逆に

TFL

は収縮強 度の

低

下 に

伴

い

高

周 波 化し，

GM

・LH

は変 化 が 認め られ な かっ た。 この原 因と し て

筋

線 維 type の

割

合の違い が

考

え ら れ る。

　

筋

線

維

type

の

割

合に関し て，

永

田 20〕 はヒ トで

type

　

H

_{線 維}の占め る割 合は

，

　

RF

_（

57，

2

_{％ ）}

・GC

（

49

．

2

％

）・LH （

33

．

1

％ ）であると報 告 してい る。 さ らに

永

田8）は速 筋

系

は

type

　

H

線 維 を

多

く含み ス ペ ク トル 周 波 数の 変 動が 大 き く

，

遅 筋 系は type　

I

線 維 を多 く含み スペ ク トル周 波 数の 変 動 が 小 さい と述べ てい る。 これ らの 事か ら， 身 体 運 動におい て

RF ・GC

は ジャ ンプ着 地や急 停止 な ど

高

い

_収

縮 力や 瞬 発 性が主に要 求さ れ るの で _，

type

　

H

線 維の

_占

め る割 合やス ペ _{ク ト}ル _{周 波}

_数

の 変 動が大 きい _{速 筋 系}で ある と考え ら れ る

。

逆 に

GM

・TFL

は 歩 行 立 脚 時における姿 勢の水 平 位 Md 　0　　　 　　　　　 　　　　　 　　　　　 　　　　　 　　％MVG 　 　 図 1 ％MVC とMdPF の関 係 〔概念図） RF

・

GC のような瞬 発 性が主に要 求される速 筋 系では100％ MVc まで Mdpr は ヒ昇 し続 ける

．一

方

，

　GM

・

TFL のような 持 続 性 や 反 復 性 が

i

モに 要求さ れ る筋や LHの よ う な 遅 筋 系で は

，

MdPF のピ

ー

ク値は 比較 的 低い _収縮 強度で達 成される

．

随 意 収 縮強度 別 （％

MVC

）に よ る表面筋電図 周 波 数 特 性 429 保

持 ・安定

が 主 な働 きであ り

高

い

_収縮力

や

瞬発性

はあ ま り要 求 さ れ ない _{。 対 馬} ら21〕の _{報 告}で は歩 行

時

の

GM

筋 活 動 量は最 大 筋 活 動 量の

_{約 25}

％ で ある と してい る。 ま た

LH

は同 時

収

縮に よ る膝 関 節の固定

・

安 定 性の向 上

，

そ して立 位 保 持のため の主 要

姿勢筋

と し ての働き が主22）である と言わ れてい るc つ ま り

GM

・LH ・TFL

は低い 収 縮

力

で

持

続

性

が主と して要

求

さ れ る

筋

であ り，

抗

重 力 筋や姿 勢 保 持

・

安 定 筋として の働 きが 強い _{遅 筋}

系

であると

_考

えら れる。

　

以 上 か ら， 速

筋系

と遅

筋系

は

筋線維

タ イ プの

占

め る 割 合の違い _{か ら}

，

_{下 肢 筋}の収 縮 強度 と周 波 数 の _関

_係

は 画

一

的で ない と

考

えら れ る。

　2

） type　

I

線 維に有 利に働 く運 動 単 位の加 軍 効 　 　 果

　

type

　

I

線維

を

支

配 し てい る 運

動単位

は，

低

頻 度で電 位 変 化

（

後 過 分極 電 位

）

の持 続 時 間が長い

　

f こ とが知ら れ てい る23）2

．

d ）。 これ は後 過 分 極 電 位 が

持

続 し てい る 間 は次の イン パ ルス 放 電

_（

放 電 頻 度の上昇 ）が起 きに くい こと を示 してい る。 し か し

，

逆にこれは 運 動 単 位の加 重 を容 易にし

，

高い 筋 出 力を発 揮出

来

る

。

これ に関して，

Stashuk

ら 25） は筋 力の増 大で運 動 単位の加 重が起 きやす く なる こ と を報

告

し てい る。 また，

Datta

ら 26 ） はヒ トで 低 域

値

と

高

域

値

の運

動単位

の力

瞳 効

果につ い て

検

討 し

，

閾値の近い 運 動

．

単位どお しが 加 重 しやすい と報 告 してい る。

　

こ の こと か らtype 王線 維を多 く含む遅 筋

系

で は， 運 動 単 位の活 動 様 武 とし て放 電 頻 度より も動 員や

加

重 を 主 と し た調

節

が

考

えら れ る． し か しこ の 運動

単

位の加 重は活 動

様式

の中で唯

一

周 波 数を 低下 さ せ る特 異 性 を持っ てい る。

GM

，

　

TFL ，

そし て

LH

が

高

い

筋

出力で

周波数

が 上

昇

し な かっ たの は

，

遅 筋 系で起 きやす くなる運 動 単 位 加 軍 効 果に よ るもの で は ない か と

考

えら れ る。 　

3

） 積 分筋 電 図の特 徴

　

％

M

▽

C

と％

IEMG

の 関係で は ， 各 筋の 問で筋 活 動量の _{減 少 率}に 差 は認め ら れ な かっ たが ，

筋力

値

の 減 少

率

以 上 に

筋活動

量の

減

少が認め ら れ た。 こ れに 関して

，

筋 張 力と

IEMG

が直 線 的 関 係に あること は

，Lippold27

｝ に よ り報 告 さ れ てい る。 し か し，

一

一

_方

_{で Basmajian ら}28 ） は筋の _{種 類}に よ り曲

線

的 関係を示 す ものがある こ とを報 告してい る。 こ の こ と か ら筋 力 値の減 少 率 以 上に筋 活 動 量 の減 少が起 きた筋で は， よ り少ない

筋活

動量で効 率よ く

筋

力を発 揮 して い ることが 考 え られる。 こ の こ とか ら個々 の筋で

各

収 縮 強

度

に お け る 運

動

単

．

位の活 動 様 式は異 なっ て い る こ と が考 え られ ， 下 肢 筋ごとの特 異 性の存 在が示 唆さ れ る。

3．表

面

筋

電 図の問 題 点

　

次に表 面 筋 電 図の _{特 徴}か ら

考察

を

す

ると

，針筋

電図で は

筋

活 動の

導

出 範 囲は極めて 限局 さ れ た も の で ある。 そ して その導 出さ れ た波 形は 電極と活 動し てい る神 経 筋 単 位との相

対

的

位置

関係に よっ て変 容 する と言わ れて い る29）。 これに対 し表 面 筋 電 図は針 筋 電 図よ

_り

比

較的

広

範

囲の

_筋

_{電 位}を反 映 するこ とで

，

筋 全

体

の

活動

を反 映 する特 徴があ る

。

し か し

，

こ の こ と は換 言 すれ ば針 筋 電 図に比 べ _{非 常}に波 形の干 渉 等の影 響 を受 けやすい こ と を 意 味し てい る。 理論 的に周 波 数

解析

で は干 渉 波 形 を

FFT

する こ とで周 波 数 成 分に分 解 し， 周 波 数 領 域 の 性 質 を調 べ _る こ とが で き る。 し か し，

100

％

MVC

時

の 測

定

電極 間の _{活 動 電 位}は非 常に

複雑

化

す

る

。

さ らに周辺 か らの活 動 電 位の影 響 も 増 大 する。 その ため干 渉 波の 中か ら電 極間の 基

本

波 を 完 全に抽 出 する こ と は困 難である と考え る。 これ に関して 赤 星30）は針 筋 電 図におい て高 動 員 閾 値の運 動 単 位で は筋 出 力の増 加につ _れ ， 動

員

さ れ る 運

動単位

の

_数

と その発

射

頻 度の

_増加

に より電

気

的 干 渉が

著

しくな り， 個々 の運 動 単 位で の筋 電 波 形の 同 定が非 常に困 難である こ と を 述べ てい る

。

ま た

，神

戸ら31）は

表面筋電

図を用い た

FFT

による スペ ク トルを求め る方 法では

，

波 形の干 渉

等

の

_影響

で

放

電 頻 度の分 析が十 分で きない と 述べ て い る。 こ の ように

100

％

MVC

時で の周 波 数 解 析 を行 う場 合， 筋電 波 形の干渉に よ る

影

響 が 大 き くな る。

故

に高 周 波 成 分を 正確に

定

量化 する た め に は， 近

年

住目 さ れてい る最大エ ン トロ ピ

ー

_法

32）33｝ な どの新た な手 法の

導

入が 必要である と考え る。

430 珥｛室_{浮療 法}

’

」

_｝： ） 1 ） 2 ）

3

｝ 4 ＞ 5 ） ） 7 ） 8 〔

耽

工e） u ） ユ2） 13＞ 14） i5） 16）

引

用文 献 Ng　

JK

−

F

，

　et　aJ

．

： 1｛cliability 　of　elecLromyographic

power　spectral　anaiysis　of　

back

　muscte 　endurancc

in

　

heatthy

　subjects

．

　Arch　Phys　Med 　Rehabi］77：

259−

264

，

　1996

．

Vaz　MA

，

　et α

9．

：

The

　

behavior

　of　rectus 　

femoris

and 　vastus 　

laterahs

　

during

　

fatigue

　and　recovery _：

an 　eEectromyographic 　study

．

　 Electromyograph

Clin

　Neurophysiol　36：221

−

230

，

1996

．

神戸晃 男

・

他 ：健 常人大 腿四頭筋の パ ワ

ー

ス ペ ク トル解 析

．

理 学 療 法 学19：42亅

一

426

，

1992

．

’

ド中崇文

・

他 ：_変形性膝 関節症に おける膝 周 囲 筋 の 筋電 ［X］学 的 研 究

一

筋 電 積 分 値 お よび周 波 数 解 析 か ら

一．

日整 会 誌

69

：

675−

68

・

1

，

1995

．

正門 由 久

・

他 ：_表面筋電 図 周 波 数 分析に よ る筋 疲 労の検 討

．

同

一

筋 内 での topographical　analysis

− ．

　リノ、

1

矢

’

￥：

3

_ユ：

409−

4_／

3，

1994

．

De

　

Luca

　

CJ，

　et α

1．

：

Use

　of　the　surfac ：e　

EMG

　sig

−

na 監_{for　perForrnance}of

back

muscles

，



pt

．

’

luscle

Nerve　l6：2ユ

0−216

，　］

993．

古田広 行

・

池 ： ウ t［

一

ブレッ ト変 換の基礎とコ ン ピュ

ー

タ支援 診 断へ の応 用　 第 1部

．

日本 放 射 線 　 　 　 　 　A 九 　　　　　　　　住技 術 学 孟志　52：玉8

−

26

，

　1996

．

　 　 　 　 　A 本 永 田　晟 ：か らだ

・

運動の科 学

，

朝 倉 書 店

，1988，

PP 　

44−47．

De

　

Luca

　

CJ，

　_et　al

．

_：Controls　scheme 　govcrning

COnCUrrent ／IV　aCtiVe 　

hurrian

　mO しOr　UIIitS　

dUrinL

，

voluntary 　contractions

．

　

J



Physiot

　329： 129

−

142

，

1982

．

Dc

　Luca 　

CJ

： Control　propertics　⊂）

f

　motor units

．

正n： Desmedt 　

JE

_（cd ）

Computer−

aided 　

Electro

−

myography and _Expert　Systems

．

　Elsevier

．

　New

YOI

’

k

_，

⊥989_，　pplO3

−

113

．

Viitasale　

JT，

　et　al ： ［sornetric 　cndurance

，

　

EMG

power　spectrum

，

　and　

fiber

　colnpositi（m　

in

　human

quadriceps　muscle

．

　

In

：

Asmussen

　E

，

　

Jorgensen

　K

（eds ）　

Biomechanics

．

　

University

　 Park 　 Press

，

BaLtimore

，

1978

，

　_pp　244

−

250

．

正 門i［1久 ：運 動 単位の 発射

．

調節

一

Motor　unit 　fir

−

ing

　

behavior

　

ill

　man

− ．

臨 床 脳 波 35：717

−

723

，

1993

，

1［

1

門 由 久 ：Motor　unit　synchronization

一

運 動 単 位

o）

1

百

1

_{其月予邑身寸}

一．

　臨床」

1

畄孛皮　

34

：

38

 

一

384

，　1992

．

Miiner−Brown

　HS

，

　

SteiD

　RB

，

　Yemm 　R：

Changes

in　firing　rate　of　human 　motor 　units 　

during

　

lin

−

eariy　changing 　ve ］vntary 　contractions

．

　

J

　

Physiol

230：371

−

390

，

　1973

．

Hennernan

　

E，

　

Somjen

　

G，

　

Carpenter

　 DO ：

Functional

　significanceofcel size _irlspinaI motorneurons

．

　

J

　

Neurophysie128

_；

560−

580

，　1965

．

Warmolts

　

JR

，

　 Enget　

WK

： Open

−

biopsyelec

．

tromyograPhy

−

correlatioll 　o 「 rnotor 　unit

behavior

with 　

histochemical

　musclc _「iber　type　in　hurrlan

第25巻 第7号

17

） 18＞

19

）

20

） 21）

22

） 23）

24

）

25

）

26

） 27 ） 28） 29）

3

  30

32

）

33

）

limb

　muscle

，

　

Arch

　

Neurol

　

27

：

512．

．

5

ユ7

，1972．

Sale

　

DG

：

Infiuence

　of　exercise　and tralning　on

motor 　_ullit　activatien

．

　

Ex ．

　

Sperts



Sci

　l5：95

−

151

，

19

．

　87

．

Milner−Brown

　

IIS，

　

Stein

　

RB ，

　

YeLnm

　

R

：

The

　con

−

tractile　properties　of　hurnarユ 11notor　lmits

during

volumt

．

ary 　isometric　conLracLions

．

　

J

Physiol　2301

359　

370，

　1973

．

Desmedt

　

JE

：The　size　principai　of　motomcuroll

recruitrnent 　in　

ballistic

　or　ramp voluntary con

−

tractions　il1且nan

．

　In：DesJTユedt　

JE

_（ed ）Motor　Unit Types

，

　Recruitment　and 　Plasticity　in　Health　and

Disease．

　

Progr

　

Clin

　

Neurophysiol

　

9

：

97−136，1983．

永出　晟 ：筋 と筋 力の科 学

．

不昧 堂 出 版，

1984

， p

57，

対

．

馬 栄 輝

・

他 ：重 量負 荷 歩 行が 股関 節 外 転 筋に及 ぼ す影響

一

一

健 常 者 を 対 象 と し た 基 礎 研 究

一，

理 学 療 法 学

22

：

2

ユ

6−2

亅

8，

1995

，

巾 村 隆

一 日

他 ：基 礎 運 動

「

」

if

： _第

3

_版

．

_{医 歯 薬 出 版 株} 式 会 社

，

1987

，

P296

．

Kernell

　

D

；The　

iimiLs

　of　firing　frequency　in　cat

lumbosacral　motor 〕eurones _possessingdifferent

Litnecourse ofafter hypcrpoiarization

．

Acta

Physiol　Scand　65；87

−

100

，

19　65

，

Kerneli

　

D

：

Rhythmic

　_prDperties 　of　motorleurones

innervating

　musclc 　

fibers

　of　

different

　speed 　

in

　m

．

gastroc：nemius 　mcdialis 　of　the　cat

．

　Brain　Res　l60：

159

一

ユ62

，

　1979

．

Stashuk

　

D，

　et α

1．

：

Update

　on　the　

dccomposition

and　anatysis　Qf　EMG 　signals

．

　In：Desmedt 　

JE

_（ed _）

Computer

−Aided

_Electr〔｝myography 　and 　

Expcrt

Systems，

　

Elsevier

，

　

New

　

York，

1989

，

　pp　

39−

53

．

Datta

　

AK ，

　et　al

．

；

Synchronization

　of　mo しor　unit

activity duringvo1ロntary contraction illman

．．

］

Physiol　422：397

−

4ユ9

，

　ユ990

．

Lippo［

d

　

OCJ

：

The

　relation　

betwee

且ユ

integrated

action　potentials　

in

　a　

human

　rnuscle　and　

its

　

iso

−

metric　tension

．

　

J

　PhysioL　117：492

−

499

，

／952

．

Basmajian　

JV

，

　De 　Luca　

CJ

_：

Musc

_⊥cs　

Alive．

5th ed

，

　

Williams

＆

Wilkins

，

　Baltimore

，

1985

．

鮫 島 宗 弘 ：表 面 筋 電 図の局 波 数 分 析 的デ

ー

タ処理 とその臨 床 医

．

学 的応用

，

北闘東医学

21

：

292−319，

197ユ

、

赤星和人 ：運動 単 位 活 動 電 位の振 幅 な らび に持 続 時間に関する基礎 的研 究

．

リハ _{医 学} 33： 167

．

175

，

王996

．

神尸

．

晃男

・

他 ：健 常人大 腿四頭 筋の パ ワ

ー

スペ ク トル解 析

．

理 学 療 法 学19；421

−

426

，

】992

．

永田　 晟

・

他 ：表 面筋 電 図の 自 己 回 帰モデル

，

体 ブJ不斗学 　38：71

，

　1989

．

時 系 列 解 析 研究会 〔訳） ：最 大エ ン トロ ピ

ー

法に よる時 系 列 解 析の最 近の進 歩

一

医 学

・

生物 学へ の 適 用

一．

時 系 列 解 析 研究会

，

1995

，

pp　5

−

23

．

ltwrkil-llXftitljVti,XU

(%)LiTVC)

e:lk6XdeifiXagiXjiSithtwl"i･[th

431

<Abstract>

The

Power

Spectral

Characteristics

in

the

Surface

Electromyography

at

Different

Vbluntary

Contraction

Strength

Hiroshi

KATOH,

RPT,

Eijirou

FUJINO,

RPT,

Takahide

KAMISHIMA,

RPT,

Haruko

SHIROISHL

RPT,

Miki

TOKIEDA,

RPT,

Shin-ichiro

TAKASUGI,

MD,

Kazuo

IIAYASHI,

MD

Depar'tment

of

Rehabilitation,

ifyushu

Universdy

Medical

Hbspital

The

purpose of

this

study was

to

clarify whether

the

difference

of voluntary

con-traction strength

influences

the

_power

spectrum of

the

surface electromyogram

in

each

rnuscie of

lower

limbs.

Twenty

healthy

males

(21.9

±

1.3

_year-old) were examined.

The

power

speetrums of

five

muscles

in

each

_person

were measured

including

_gluteus

medius musc}e, tensor

fasciae

latae

muscle. recttis

femoris

muscle,

lateral

hamstrings,

and

gas-trocnemius

rriuscle.

And

rnuscle strength at

IOO,

50,

and

25%

of the maximal

volun-tary

contracti.on

in

isometric

contraction was measured, and the median _power

frequency

was calculated

from

the

surface

EMG

signals

by

fast

Fourier

transform.

In

addition,

the

inte.uratien

values of

the

individual

muscles

in

each contraction strength were caleulat-ed.

As

a resuEt,

the

spectral characteristics at

lowered

muscle strength were classified

into

three

_patterns

(an

increase,

a

elecrease,

and no change of the median _power

fre-quency).

Tn

addition,

from

the outcomes of

integrated

electromyogram

(IEMG),

the

decrease

ratio of muscle activity

in

excess of

that

of muscle strength was shown.

These

results suggested

that

ihe

characteristics of contracl/ion strength and style of _activity

in

the

individual

muscaes of

lewer

limbs

were

1)

the

difference

of

the

ratio of

muscu-lar

fiber

type

I e ll_of

individual

_muscles

(the

difference

_{of spectrum change}

between

fast

muscles system and slow muscle systems),

2>

the synchronization effect of the

motor units which work advantageously

in

the typeI

fiber,

and

3>

curve relation

between

muscge strength and

'I'EMG.

Furthermere,

from

the

characteristic of the

sur-face

electromyography,

the

problem of quantification of a more exact

high

frequency

band

was suggested

because

the

influence

of

the

interference

of

the

wave

became

larg-er

in

high

contraction strength.