腹臥位股関節伸展運動時の筋活動パターンと
歩行時股関節・骨盤運動との関係
Relationship between the Muscle Recruitment Pattern during Prone Hip Extension
and Pelvic-Hip Motion during Gait
雨宮 耕平
1)来間 弘展
2)山内 智之
3)Kohei AMEMIYA, RPT, MS1), Hironobu KURUMA, RPT, PhD2), Tomoyuki YAMAUCHI, RPT, MS3)
1) Department of Rehabilitation, Fuchinobe General Hospital, 3-2-8 Fuchinobe, Chuo-ku, Sagamihara-shi, Kanagawa 252-0206,
Japan TEL +081 42-754-2222 E-mail: [email protected]
2) Department of Physical Therapy, Faculty of Health and Welfare, Tokyo Metropolitan University 3) Department of Rehabilitation, Nihon University Hospital
Rigakuryoho Kagaku 33(4): 689–693, 2018. Submitted Mar. 12, 2018. Accepted Apr. 9, 2018.
ABSTRACT: [Purpose] The aim of the present study was to examine whether the onset time of hip and trunk muscle
activity during prone hip extension is related to hip and pelvic motion during gait. [Subjects and Methods] Twenty-nine healthy subjects participated in this study. Surface electromyography of the erector spinae, lumbar multifidus, gluteus maximus, and semitendinosus activities during prone hip extension were recorded. In addition, the hip and pelvic angles at the time of terminal stance during gait were measured. The correlations between the onset time of hip and trunk muscle activities during prone hip extension and the hip and pelvic angles at the time of terminal stance during gait were analyzed. [Results] A negative correlation was found between the onset of bilateral multifidus and contralateral erector spinae activities during prone hip extension and the hip joint angle at the time of terminal stance during gait. [Conclusion] The results show that later onset of bilateral multifidus and contralateral erector spinae activities during prone hip extension resulted in a smaller hip joint angle at the time of terminal stance during gait.
Key words: prone hip extension pattern, gait, multifidus
要旨：〔目的〕本研究では腹臥位股関節伸展運動（prone hip extension：PHE）時の筋活動パターンと歩行時の股関節・ 骨盤の関節運動との関係性について検討した．〔対象と方法〕対象は健常若年男性29名とした．PHE課題では，股 関節伸展運動を行わせた際の脊柱起立筋，多裂筋，大殿筋，半腱様筋の筋活動開始時間を測定した．歩行課題では 立脚後期における股関節伸展角度，骨盤前傾角度・回旋角度を測定した．PHE時の各筋活動開始時間と，歩行立脚 後期の各関節角度について相関分析を行った．〔結果〕PHE時の多裂筋，対側脊柱起立筋の活動開始時間と歩行立脚 後期の股関節伸展角度に負の相関を認めた．〔結語〕PHE時に多裂筋，対側脊柱起立筋の活動開始が遅延する者ほど， 歩行立脚後期の股関節伸展角度が小さかった． キーワード：腹臥位股関節伸展運動パターン，歩行，多裂筋 1) 渕野辺総合病院 リハビリテーション室：神奈川県相模原市中央区淵野辺 3-2-8（〒 252-0206）TEL 042-754-2222 2) 首都大学東京 健康福祉学部 理学療法学科 3) 日本大学病院 リハビリテーション科 受付日 2018 年 3 月 12 日 受理日 2018 年 4 月 9 日
I．はじめに
腹臥位股関節伸展運動（prone hip extension：以下，
PHE）はエクササイズとして用いられるとともに，腰椎 骨盤帯の安定性評価のテストとしても用いられている． このテストは，股関節伸展運動時にハムストリングス， 大殿筋，脊柱起立筋，多裂筋などの活動開始タイミング と，腰椎骨盤帯の過剰な運動の有無を評価するものであ り，徒手筋力検査など，最大筋力を測定する評価とは異 なった評価である．Janda1)は，機能的な運動とは単一 の筋によって起こるものではなく，複数の筋の協調した 活動により遂行されるため，最大筋力よりも運動に関わ る各筋の活動開始タイミング（筋活動パターン）の方が 重要であるとしている．そして，腰椎骨盤帯に機能障害 を有する者では筋活動パターンや運動学的パターンが変 化し1,2)，それは筋力低下の有無に関わらず生じる可能 性があるということから，この評価方法の重要性を示唆 している． このテストに関する先行研究は，健常者におけるPHE 時の正常な筋活動パターンに関する検討3–5)や，PHE時 の筋活動パターンについて，健常者と慢性腰痛者との違 いを比較した検討6,7)などがあるが，筋活動パターン評 価のみでは慢性腰痛者の判別は困難であるという報告8) もあり，運動学的解析も組み合わせた検討が必要と指摘 されている．これについて，Brunoら9)は健常者におい て大殿筋の活動遅延がPHE中の腰椎の過剰な運動に関 連していたと報告しており，一方でTateuchiら10)は健 常者において多裂筋の活動遅延がPHE中の骨盤前傾増 大に関連していたと報告している．また，末廣ら11)は PHE時の多裂筋の活動遅延が慢性腰痛者における腰椎 不安定性のテスト陽性所見と関連していたと報告してい る．このように，PHE時の大殿筋や多裂筋の活動開始 タイミングに応じ，腰椎骨盤帯の運動学的な変化が生じ ることが明らかとなっている．しかし，臨床応用を考え た場合，PHE時の筋活動パターンが歩行などの日常生 活動作とどのように関連するのかという点が重要と考え られ，先行研究においても課題とされている3,9,10)． PHEと最も関連付けて考えられている日常生活動作 は歩行立脚後期における股関節伸展である1,4,9,12)．正常 歩行の立脚後期においては約10° の股関節伸展が生じる が，股関節伸展が不十分である場合，回転軸が股関節か らより身体近位部に移動し骨盤前傾および腰椎伸展の増 大を認め1,4,13–15)，歩行効率の低下や腰椎のメカニカル ストレス増大につながる可能性がある．PHEはこのよ うな問題点をスクリーニングするためのテストと考えら れているが，その関連性についてこれまでに科学的な裏 付けはされていない．また，正常歩行における立脚中期 以降の股関節伸展運動は受動的トルクによるものであり 股関節伸展筋群は活動しないため16)，PHEと歩行立脚 後期における股関節伸展運動を対比することが適切なの かどうか疑問が生じる．しかしながら，踵接地～荷重応 答期においては大殿筋やハムストリングス，脊柱起立筋， 多裂筋などが活動を高め，荷重応答の衝撃を吸収すると ともに下肢・体幹のアライメントを適正に保ちながら股 関節を伸展させて重心を前方に移動させる16–18)．この 際に求められる筋活動は，PHEで活動する筋群と同様 である．そして，踵接地～荷重応答期で股関節伸展運動 が不十分であると，そのアライメントは立脚期を通して 持続し，結果的に立脚後期においても股関節伸展角度が 減少し，過剰な骨盤前傾・腰椎伸展を引き起こす16)． これらのことから，PHEは踵接地～荷重応答期におけ る股関節伸展運動と類似した課題であり，PHE時の筋 活動パターンと，歩行立脚後期の股関節伸展および骨盤 の角度との関連性を見出せる可能性がある． 先行研究も踏まえて考えると，PHE時の大殿筋もし くは多裂筋の活動開始タイミングの変化に伴い歩行立脚 後期の股関節および骨盤帯の運動学的パラメータも変化 する可能性があるが，これらの関係性を科学的に検証し た報告はない． よって，本研究では健常者におけるPHE時の筋活動 パターンと歩行立脚期の股関節・骨盤の運動との関係性 を明らかにすることを目的とした．
II．対象と方法
1．対象 対象は，腰椎や股関節に既往のない健常若年男性29 名 と し た． 年 齢21.2（19～29） 歳， 身 長172.6 ± 5.0 cm，体重63.3 ± 7.4 kg：平均± 標準偏差であった． 取り込み基準は股関節伸展および足関節背屈の他動可動 域が10° 以上であり，課題動作施行で腰痛が出現しない 者とした． 本研究はヘルシンキ宣言に則った研究であり，研究開 始に先立ち平成27年度首都大学東京荒川キャンパス研 究安全倫理委員会の承認を得た（承認番号15065）．ま た，研究実施の際には対象者に口頭および書面で研究主 旨を十分に説明した後，署名にて同意を得た． 2．方法 PHE時の筋活動測定について，開始肢位は両上肢を 体側に位置したベッド上腹臥位とし，頸部は中間位とし た．測定課題は，口頭指示後に膝関節伸展位を保持した まま，最大伸展位まで股関節伸展運動を行う課題とし た．対象者への口頭指示は，「膝を伸ばしたまま真っす ぐ脚を挙げてください」とした．なお，測定側は軸足側 （ボールを蹴る足と逆側）とし，運動速度は任意とした． 筋活動の測定には表面筋電計（WEB-1000，日本光電社 製）を用い，サンプリング周波数1000 Hzにて後述する三次元動作解析装置と同期してパーソナルコンピュー タに記録した．アルコール綿で皮膚処理を行った後，各 測定筋に対し電極を貼付した．測定筋とその電極位置は，
下野19)，およびSENIAM WEB SITE20)を参考に，両側
脊柱起立筋（L1棘突起の2横指外側），両側多裂筋（上 後腸骨棘尾側端とL1–L2の間を結ぶ線上でL5高位）， 測定側大殿筋下部線維（大転子レベルより下方の筋腹中 央），測定側半腱様筋（坐骨結節と脛骨内側上顆を結ぶ ラインの中央）とした． 得られた筋電図波形は100 ms毎の二乗平均平方根
（Root Mean Square）により整流平滑化を行った．各筋
の活動開始の定義は，Hodgesら21)と同様に，安静時平 均振幅＋3SDを50 ms以上継続して超えた最初の点と した．3試行の平均値を算出した後，各筋の活動開始時 間は次の式（筋活動開始時間＝各筋の活動開始時間－大 殿筋の活動開始時間）により，大殿筋の活動開始時間を 基準（0 ms）として標準化し解析に用いた．大殿筋より も早く活動した場合には負の値，遅く活動した場合には 正の値として表記される．これらの処理にはMicrosoft Excel 2010（Microsoft社製）を用いた． 歩行時の関節運動測定は，赤外線カメラ10台で構成
された三次元動作解析装置（VICON NEXUS，VICON
社製）と，床反力計（フォースプレート，Kistler社製） 2枚を使用した．Plug-in-gait下肢モデルに準じ，両側 の上前腸骨棘，上後腸骨棘，大腿中央外側部，大腿骨外 側上顆，下腿中央外側部，腓骨外果，踵骨隆起部，第二 中足骨頭に直径14 mmの赤外線反射マーカーを貼付し た（計16個）． 測定は，縦に配置した2枚の床反力計に一歩ずつ接地 できるように数回の練習を行った後，約8 mの歩行路 を自由速度にて歩行させた．解析対象は軸足側とし，歩 幅や歩行開始のタイミングは任意とした．三次元動作解 析装置と床反力計のサンプリング周波数はそれぞれ100 Hz，1000 Hzとしてパーソナルコンピュータに記録し た．また，マーカー軌跡に対するノイズキャンセレー ションとして6 Hzのローパスフィルターを用いた． 床反力垂直成分データが10Nを超えた時点を踵接地 のタイミングとした．そして，非解析側の踵接地を解析 側の立脚後期と定義し，解析側立脚後期における股関節 伸展角度，骨盤前傾角度，骨盤回旋角度を抽出した．な お，骨盤前傾角度および骨盤回旋角度は，骨盤に設定し た局所座標系と歩行路に定義した絶対空間座標系の相対 角度として算出した．股関節伸展角度は骨盤に設定した 局所座標系と大腿に設定した局所座標系から算出した． それぞれの角度は静止立位時の角度を基準として標準化 し，3試行の平均値を解析に用いた．これらの処理には
Microsoft Excel2010（Microsoft社製）を用いた．
統計解析は，まずPHE時の各筋の活動開始時間およ び，歩行立脚後期における股関節伸展角度，骨盤前傾角 度，骨盤回旋角度のデータについて，Shapilo-Wilks検 定にて正規性を確認した．次に，PHE時の各筋活動開 始時間と，歩行立脚後期における股関節伸展角度，骨盤 前傾角度，骨盤回旋角度について相関分析を行った．な お，各データ間の相関係数算出において，いずれのデー タも正規分布であった場合はPearsonの積率相関係数を， い ず れ か の デ ー タ が 非 正 規 分 布 で あ っ た 場 合 は Spearmanの順位相関係数を用いた．解析にはSPSS. ver.23.0（IBM社製）を用い，有意水準は5％とした．
III．結 果
大殿筋を基準（0）にした際の各筋の活動開始時間を 表1に示した． PHE時の各筋活動開始時間と，歩行立脚後期におけ る股関節伸展角度，骨盤前傾角度，骨盤回旋角度につい て，PHE時の同側多裂筋（p＜0.01，r＝－0.60），対側 多裂筋（p＜0.01，rs＝－0.36），対側脊柱起立筋（p＜ 0.05，r＝－0.36）の活動開始時間と，歩行立脚後期の 股関節伸展角度にそれぞれ有意な負の相関関係を認めた （表2）．すなわち，PHE時に両側の多裂筋，対側脊柱起 立筋の活動が遅延する者ほど，歩行立脚後期における股 関節伸展角度が小さかった．また，歩行立脚後期におけ る股関節伸展角度と骨盤前傾角度に負の相関関係を認め た（表3）．IV．考 察
本研究では，PHE時の股関節・体幹伸筋群の筋活動 パターンと，歩行立脚後期における股関節・骨盤の運動 との関係性について検討した．本研究の主な結果として， PHE時の両側多裂筋および対側脊柱起立筋の活動開始 時間と，立脚後期の股関節伸展角度に負の相関関係を認 めることが示された．また，歩行立脚後期における股関 節伸展角度と骨盤前傾角度に負の相関関係を認めた．す なわち，PHE時に大殿筋に対し両側多裂筋，もしくは 対側脊柱起立筋の活動が遅延する者ほど，歩行立脚後期 の股関節伸展角度が減少し，骨盤前傾角度が増加する傾 向にあることが明らかとなった． 表1 PHE時の各筋活動開始時間 活動開始時間（ms） 半腱様筋 －201.7 ± 177.7 同側脊柱起立筋 －165.0 ± 132.6 対側脊柱起立筋 －183.5 ± 115.2 同側多裂筋 －240.7 ± 96.2 対側多裂筋 －222.3 ± 88.3 平均値±標準偏差．本研究の結果は，PHE時に両側多裂筋，対側脊柱起 立筋が遅延する者では，PHE中の股関節伸展運動が減 少し，骨盤前傾運動が増大するというTateuchiらの報 告10)や，PHE時に両側多裂筋および対側脊柱起立筋が 遅延する者で腰椎骨盤帯の不安定性を示すとした末廣ら の報告11)に類似した結果といえる． 多裂筋の活動開始時間が歩行時の股関節伸展に関連す る要因について，健常者において多裂筋は四肢の運動に 先行して収縮することで腰椎骨盤帯の安定性を高め る21)とされている．このことから，PHE時に多裂筋が 大殿筋に対し早期に収縮する者では，歩行時にも腰椎骨 盤帯の安定化が反映され，骨盤の過剰な運動を伴わずに 股関節伸展が可能であったのではないかと考えられる． また，Hungerfordら22)は，仙腸関節痛を有する患者に おいて，患側への重心移動課題で腹斜筋や多裂筋の活動 遅延を認めたと報告している．Silfiesら23)は，素早い 肩関節屈曲課題において，慢性腰痛者では腹斜筋群，多 裂筋，脊柱起立筋の活動遅延を認め，そのなかでも更に 腰椎不安定性を有する者で多裂筋と脊柱起立筋の活動遅 延を認めたと報告している．これらの報告もまた本研究 の結果に類似したものと考える． 一方で，この結果について疑問となるのは，腰部多裂 筋は骨盤前傾，腰椎伸展作用を持つ筋であるという点で ある．すなわち，多裂筋が早期に収縮するならば骨盤前 傾や腰椎伸展が生じ，股関節伸展はむしろ減少するので はないかと考えられるが，本研究の結果は異なってい る．この点について，Wilkeら24)は生体力学的シミュ レーションにおいて，腰部多裂筋の張力増加により，腰 椎の屈曲のみでなく，伸展を含めた全ての方向の可動域 が減少したことを示している．すなわち，多裂筋の作用 は骨盤前傾や腰椎伸展といった関節運動よりも，腰椎骨 盤帯安定化としての作用の方が大きいということを示し ている．また，もう一つの理由として，多裂筋の四肢の 運動に先行した活動には運動方向特異性が存在するとい う点が挙げられる．肩関節の運動において，多裂筋は屈 曲運動のみで先行した活動を認めたと報告されてい る25,26)．これは，立位での肩関節屈曲に伴う腰椎屈曲・ 骨盤後傾の動きに抗して腰椎骨盤帯のアライメントを保 持するための活動であると考察されている．本研究に置 き換えて考えると，PHE，歩行時の踵接地～荷重応答期 ともに股関節伸展運動が要求されるが，股関節伸展筋は リバースアクションとして骨盤後傾に作用する．それに 抗して腰椎骨盤帯のアライメントを保持し股関節伸展運 動を遂行するために，先行した多裂筋の静止性収縮が生 じていたのではないかと推察した． また，対側脊柱起立筋の活動開始時間が歩行時の股関 節伸展に関連する要因としては，胸腰筋膜を介した大殿 筋と脊柱起立筋の連結が考えられる．Vleemingら27)は， 大殿筋は仙結節靭帯や仙棘靭帯を介して胸腰筋膜と連結 を持ち，腰椎骨盤帯コントロールのために脊柱起立筋と 相互依存の関係にあると報告している．Janda1)もこれ らの関係性について言及しているが，大殿筋の収縮不全 のために，同側もしくは対側の脊柱起立筋が代償的に早 期に収縮することがあると述べており，望ましい反応で はないとしている．本研究において，対側脊柱起立筋の 活動タイミングと歩行時の股関節伸展に相関関係を認め たのは，脊柱起立筋の先行収縮により腰椎骨盤帯のコン トロールを行う者が一定数存在したためと考えられる． 本研究の課題として，歩行中の筋活動を測定していな い点が挙げられる．本研究では，PHEと歩行立脚期の 股関節伸展運動を類似した課題と想定し，それらの関連 性を検証したが，実際には歩行立脚期においてPHEと 同様の筋活動が生じているのかは明らかではない．しか しながら，腹臥位股関節伸展運動パターンテストと，歩 行などの機能的な課題との関連性を示した報告はこれま 表2 PHE時各筋活動開始時間と歩行立脚後期股関節伸展角度・骨盤前傾 角度・骨盤回旋角度との相関係数 股関節伸展角度 （+：伸展） 骨盤前傾角度 （+：前傾） 骨盤回旋角度 （+：後方回旋） 半腱様筋 －0.23** 0.12 0.12 同側脊柱起立筋 －0.25** 0.02 0.07 対側脊柱起立筋 －0.36** 0.20 －0.13 同側多裂筋 －0.60** 0.17 －0.07 対側多裂筋 －0.36** 0.21 －0.23 *：p＜0.05，**：p＜0.01． 表3 歩行立脚後期股関節伸展角度と骨盤前傾角度・ 骨盤回旋角度との相関係数 骨盤前傾角度 （+：前傾） 骨盤回旋角度 （+：後方回旋） 股関節伸展角度 （+：伸展） －0.63** －0.11 **：p＜0.01．
でになく，本研究において得られた知見は理学療法場面 における評価の一助となる情報を提供するものであると 考えている．また，対象者を19歳から29歳の健常若 年者としており，本研究の結果を30歳以上の対象者や， 有疾患者に一般化するには注意が必要である．今後は対 象年齢を拡大することや，有疾患者との相違についての 検討が必要である． 本研究では，PHE時の筋活動パターンと，歩行立脚 後期における股関節・骨盤の運動との関連性について検 討した．PHE時に大殿筋に対し両側多裂筋，もしくは 対側脊柱起立筋の活動が遅延する者ほど，歩行立脚後期 の股関節伸展角度が減少し骨盤前傾角度が増加する傾向 があることが明らかとなった．これは体幹筋の先行収縮 による腰椎骨盤帯の安定化が関与していると考えた． 利益相反 本研究において開示すべき利益相反はない． 引用文献
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