理学 療 法 学 第 18巻第 1号 13
〜
18頁 （1991年 ）報 告
振 動 刺 激
負荷
後
の
重
心 動
揺
の
変
化
振動 周波 数
と負 荷 時間
に よ る影響
＊岩 月
宏
泰
’）室
賀
辰 夫
2）木
山
喬 博
1） 要旨 健常者で は， 直立位に腓 腹筋を強制振動する と体重心の後方偏 位が生じ， 振動か ら解放さ れ た後に は 急 速な体重心の前方 移動が出現 する。 こ の振動停 止後の一
過性の立ち直りが，
振動周波 数 （70，
130Hz
）や負 荷 時 間 （O．
5，
1，2 ，3
分 ）の影 響を受 ける か否か を検 討し た。 結 果を以．
下に示 す。1
） 刺 激 停 止 直 後における前 後 成 分の最 大 振 幅 ：閉 眼で は130
Hz
が30
秒 間の負荷 時間で70
Hz
よ りも有意に大 きかっ た （pく0．
01
）e 2） 重 心 動 揺 距 離 ：70 Hz と 130 Hz を 比 較 すると開 眼で は有 意な羌 を認め なかっ た が，
閉 眼で は負 荷 時間に関わりな く70Hz
で有意 な増大がみ られ た （p＜O．
Ol
）。3
）重 心動 揺 面積 ：重 心動揺 距離と 同様に負 荷時間に関わ らず70Hz
の閉 眼条件で有意 な増 大が み ら れ た （p＜O．
01
）。
以 上の事 か ら，
振 動 刺 激が立 位 時の抗 重 力 筋の固 有 感 覚に及 ぼ す 攪 乱 効 果は，
周 波 数 70Hz 近 傍で 約30
秒 間の負荷時間 が 本 実 験 条 件の中で最 も大 きい ことが 認められ た。 キー
ワー
ド 立 ち直 り反 応，
重 心 軌 跡，
振 動 刺 激1
緒 言 理 学 療 法を実施する上で平 衡 反応を評 価 すること は重 要で ある。 し か し，
現 状で は定 性 的な手 法が主 体であ る た め， 定 量 的 な 測 定 方 法 を確 立 すること が必 要と考えら れてい る。 平衡反 応を定量的に捉え る ため の実 験 的 試み と して，
お も りを 用い て一
定の外 乱 刺 激 を 負 荷し たりD，
立位 姿勢を保 持さ せて直線加速度を加え る2＞ 等がある。 そ の他に，
立位 姿 勢の制 御に関 与す る末 梢入 力系の 反射 機 搆の特 性 を調べ る た めに，
感 覚 器に外 乱を与え た後に ＊POStUralSWay Of pQSt vibratOry StimUlation at birater
−
al Achilles tendons in the upright position
−
Effects ofloading variab 童e freque昇c玉es and duration Qn postural
sway
−
1）名 古 屋 大 学 医 療 技術短期大 学 部
，
理学療法学科Hiroyasu Iwatsuki
，
RPT，
Takahiro Kiyama，
RPT ：Dept
．
of Physical Therapy，
Nagoya University，
Collegeof Medical Technology t〕
名 古屋大 学 医 療 技 術 短 期 大 学 部
，
作 業 療 法 学 科Tatsuo Murega
，
MD ：Dept．
of OccupatiQnal Therapy，
Nagoya University
，
College of Medical TechnQIQgy（受 付日 1989年7月10H ／受 理日 1990年 7月25日） み ら れ る平 衡 反 応の測 定が行われてい る
。
抗 重 力 筋の闘 有 感 覚 系に対して は，
立位 時に下 腿三頭 筋へ 強 制 振 動 を 負 荷 する と，
体 重 心の後 方 偏 位 現 象が み られる3 ）こと から，
振 動 刺 激がよ く使 用さ れて い る。 こ の 振動 中にみ られる重 心の 後方偏位現象を観察 した報 告 は多い絢 が， 振 動刺激を定量的な固有感覚に対す る外 乱 刺激と して捉え， 負荷し た後の反 応 を 定 量 的に検 討 した 報 告は ない。 そこ で本研究で は，
健常者の直立位に腓腹 筋を振 動 負 荷し た後に生 じる一
過 性の立 ち直 り反応にっ いて重 心 軌 跡 か ら観 察 し，
振 動 周 波 数の違い と負 荷 時 間 の長さ に よ る影 響を検 討し た。H
対 象と方 法 対象は健常 者22
名 （男性7
名，
女性 15名 ）で あり，
年 齢は 19歳か ら23
歳 （平均年齢21．
7
歳）で，
身長は 1652 ± 8．
6cm，
体重は 57．
4± 8．
3
kg で あっ た。 方法 は前 報5）と同 様に被 験者の左右アキ レ ス腱上部に回転型 振 動 子 （振 幅 ；1．
5− 2．
O
mm，
重 量SOO
g，
平 和電子製14 理 学 療 法学 第 18巻 第 1号 TMT
−
18） を 弾 力ベ ル ト で固定し，
重 心計 （日本 電気 三栄 製，
1GO6 ） 上にRomberg 足 位で直立 位を保 持 さ せた。
そ して両側同時に同一
周 波 数の振動 刺 激 を与え，
振動を停止 した直後か ら30
秒 間の重 心 軌 跡 を 測 定し，
総 距 離と総 面 積を PC98Gl−VM
に て解 析 した。 振動周 波 数は70，130Hz
の2
種類と し，
70Hz，
130 Hz の順 序で行っ た。
負荷時間は30
秒， 1，
2，
3分 間の 4条 件と し，
こ の1
順序で振 動 刺激を与えて いっ た。 測 定は開 眼 及び閉 眼 条件で 行い， 各測定終了 後に 5分 以 上の休 息 を取ら せ た。 皿 結 果 1．
振動 停 止 後の重 心 動 揺 （図 1） 重 心は振 動 を停 止 すると同時に，
既 存の重心 点よ り後 方へ 偏 位し た後 ， 急速に前方へ 移 動 した。 そして前 後の 振幅を数 回 繰 り返 した後 徐々 に振動前にみ ら れた振 幅 と周 期に戻っ ていっ た。 重心の左右成 分は前 後 成 分と異 なり，
振動 前と殆ど差が み られ な かっ た。ま た振動を停 止し た直 後の前後 成分の最 大 振幅は， 周 波数の違い， 負荷時間の長さ に関わ らず
，
開眼時よ り』
閉 眼時で有意に増大した（p＜ O
．
Ol）。 負荷時間に お け る 最 大振 幅の閉 眼 ／開 眼 比は，
7G Hz が 30 秒間で 1，
72，
1 分間でL54
，2
分 間で 1．
69，
3分 間で1、
47
で あった。
130Hz で は 30秒 間で2．
11，
L
2分間で 1．
98，
3分 間で 1．
50
を 示し， 開 眼 条 件に対 する閉 眼 条 件の割合は30
秒 の負 荷 時間が最 も大 き かっ た。 各振動周波 数の振 幅は， 開 眼 条 件で 70Hz と130
Hz
の間に差を認めな かっ た が，
130Hz の閉眼条件で は
30
振 幅 m50 皿 − 10b 50 O−一一
70HzlEO一
一一
70Hz；EC 0．
5 1 2 3 振 動 負 荷 時間 （分） EO ：開 眼，
EC ：閉 眼 ＊ ：p＜0、
Ol 図1 振 動停 止直後にみ られた前後成分の偏 位 （mm ） 秒間と 1分 間の負荷 時 間におい て有 意 差 を 認め た（p＜ 0
，
01
）。
な お，
振 動 停 止 直 後の前 後に お け る動揺が減 衰 （最 大 振幅の1
／3
） するまで に要 した 時間は，
約 L5〜
3、
5 秒と振 動 周 波 数，
負荷 時間の影響を受けな かっ た。2．
重心動揺 総 距離表
1
に分散分 析の結 果 を示 した。
開 眼 と閉眼，
振動周 波数 負荷時 間の各因子に有意 差 を認めた （p＜ 0．
Ol）。
開眼条件で
30
秒 間の振動 負 荷 した際の重 心動揺 総距 離は，
70Hz
で761．
0
±97．
2
mIn，
130 Hz で 708．
1± 84．
2mm であり， 各振動 周波数ともに負 荷 時間の増 加 にともなっ て小さ く な る傾 向が み ら れ た。 閉眼条件で も 開 眼 条 件と同様に 30秒 間の重 心動揺総 距 離の値が最 も 大 き く，
負 荷 時 間の延 長に伴い小さ くなる傾向が みられ た。 さ ら に負荷2
分 間を除いた他の負 荷 時 間で は，
70 Hz が 130 Hz に比べ て有 意に大 きか っ た （表 2， p＜ O、
05 〜
p＜0．
01
）o重 心動揺距離の 閉 眼 ／開 眼比で は負 荷 時 間
O．
5
，1
，3
分 間で 70Hz が130 Hz に比べ て有 意に大き く （p＜O．
Ol
），
閉眼条件で は開眼条件に比べ て約50％ の増 加 が みられ た （表3）。
3 ．
重 心 動揺総面積 重心動 揺 総面 積では開 眼 と閉眼，
振 動 周 波 数 負 荷 時 間の各因子に有意差 を認め た （表4，
p＜0．
Ol）。 開 眼 条 件で は70Hz が3G
秒間 負 荷で 15．
7± 7．
O cm2 で あっ た が，
1分以上の負荷ではいずれ も約 13．
5cm2 の値を示 した。
130Hz で は負荷 時 間に関わらず約 10 cm2 の値 を 示し た。 閉眼条件では，
70Hz
が30
秒聞負 荷の44．
5±2．
3 cm2 を最 大に負 荷時間の延長に伴い小さ く な る傾 向がみ られた。 130 Hz で は負荷時間に関 わ ら ず約20
cm2 と概ね一
定し て い た （表 5 ） 。IV 考
察
振 動 刺 激を骨 格 筋，
腱に負荷す る と緊 張 性 振 動 反 射 （TQnicVibration
Reflex
：TVR ）．
と し て知られてい る 被 刺 激筋に お け る 反射 性の不 随意 収 縮が生 じる。TVR
の発 現機 序と して，
Hagbarthle
）は 高 次中枢 を含め た多 シ ナ プス性の反 射経路で あ ること を示 唆 して いる。
この
TVR
の研 究は一
般に安静臥床時で行 わ れており， 立位で は余り行わ れて いない。 しかし，
Hayashi5 冫 らは 衝 立で体 を支え た 立位で，
腓 腹筋に振動負荷する と筋活 動が増 大 すること か ら，
立位において もTVR が出現す ること を確認してい る。振動刺 激負 荷 後の重心動 揺の変 化 15 表 1 重心 動揺総 距 離に おける開 閉 眼
，
周 波 数 負 荷 時 間の 3要 因 分 散 分 析 表 変 動 源 偏差平 方 和 自 由 度 平 均 平 方 和 寄 与 率 FA
B CA
＊B
A
＊C
B＊CA
＊B＊C
誤 差447，
0960，
1624．
4742，
25
3，
1216
，
7914
，
16403
，
86 1 1 31
3
3
3336
447，
0960
，
16 8，
1642．
25
1、
04
5．
60
4、
72
1．
20 78．
4110
．
’
551．
437．
410
．
180
．
980
．
830
，
21 371．
96＊
＊
50．
05
＊ ＊ 6．
79＊ ＊35．
15＊ ＊0，
87
4．
66
” ＊3．
93
林 A ：開 閉 眼，
B ：周 波 数，
C ：負荷時 間，
＊ ＊ ：p＜0．
01，
N＝
22 （注 ）F
値 は各 平均平方 和を 誤 差項の平 均 平方和で割っ た値であ る。 表 2 重心動揺総 距離 （Inm ） 負 荷 時 間 （分） 周波数（Hz） O．
5 1 2 3 70 開眼130CQntrol
70
閉 眼 130contro1761．
0
± 97．
2 1 n．
s．
708．
1
±84．
2
」 582．
8± 15．
41088．
1
±220．
1
］ ＊ 874．
8±161．
8」691．
2
±19．
6
692，
0
±25．
0
1711．
7
±120．
1 1687．
5
±32．
On
］F
’
675．
8
±72，
9
「1 ） s’
583．
1：ヒ： 14．
8 568，
8± 10．
6 ’1
難
’11
：
跡
1
器
1：
：
：
評
665．
6
±21．
3
597．
6
±38．
8
662，
1
：ヒ41．
2
］701．
9
±89、
on
ゴ
］’
593．
1：辷 8．
6976・
3
士41・
9
。1
， 860．
3±80．
9
」683．
6
±57．
1 ＊：p＜
O．
05，
＊ ＊ ：p＜O．
Ol，
Mean
±SD
重心 動 揺 総 距 離 （mm ） （control は振 動 負 荷 を 与えずに同条 件で測 定し た平 均 値と標 準 偏 差 ） 表
3
重心動 揺 総距離の閉 眼／開 眼比 負 荷 時 間 （分 ） 周波 数 （Hz）0，
5
工2
3
70
130control1・
44
±0・
16
。1。 1．
24±0．
15 」 1．
18±0，
171．
50
±0．
正4
1
1．
17±0．
23 」 1．
16±0．
181．
28
±0．
20
1
1．
51
±0 ．
18
1
1．
29±0．
25nfl25 ±0．
19 ＊ 」 ＊ 1，
16±0．
13 1．
21
±0．
16 凍p＜
O．
Ol，
Mean ±SD
（control は振 動 負 荷 を 与 えずに同条 件で 測 定 した平 均 値と標 準 偏 差 ）
一
方，
TVR 出現 時には筋 伸 張 反射の抑 制やH 反 射の 振幅が小さくな ることが 認められて い る旧 4｝。
こ のH
反 射の振 幅抑制は脊 髄 障 害 患 者におい て TVR の消 失が み られる が，H
反射の振 幅抑 制は み ら れ ない12）とい う報 告 が あ る。 TVR とH
反 射にみられる各々 の変 化の違いか ら，H
反射の 抑制は上 位中枢か らの影 響 を 受け ない と 考え ら れ る。 脊 髄 内の抑 制 経 路にっ いての仮 説 と して，
1
）GIa
の 単 シ ナ プ ス 反 射 に お け る presynapticinhibitioni3
’
i5）， 2
） 振 動 刺 激が骨 格 筋に負 荷されると，
閾 値が低い小 型の運 動ニ ュー
ロ ンか ら，
大型の 閾 値の高 い運 動ニ ュー
ロ ンの順で興 奮し，
振 動に よっ て 脊 髓内抑 制回路が働くと逆に閾 値の高い大 型の細 胞か ら放 電 を停 止す る（size
principle
）16＞ という2っ の考え が ある。 直立位で抗重 力 筋に強 制 振 動を負 荷 した際の重 心の 後方 偏位は，
振 動 刺 激によっ て持 続 性に強 制 発 火させ ら れ た 腓 腹筋のGla
求心発 射が徐々 に加 重 されて い くた めに，
腓腹 筋が伸 長 （体 幹の前 傾 ） されているとい う過剰な感 覚 情 報が上 位の姿勢諷節機構に伝 わり．
こ れ を補正 する16
理学 療法学 第 18巻 第 1号 表 4 重心 動揺総 面 積に おけ る開 閉 眼，
周 波 数，
負荷時間の 3 要因分散 分析表 変 動 源 偏差平方 和 自 由 度 平均平方 和 寄 与 率 F AB
C
A
＊B A ＊CB
＊CA
＊B
＊C
誤 差 23059．
096756．
811790
．
921975
．
Ol 945．
751066，
391052
．
09
14702．
38
1
1
3
1
33
3336
23059．
096756．
81
596，
971975
，
01 315．
25355．
46
350，
46
43．
76
71．
0520．
821
，
846
．
110，
971．
091
．
080
，
13
526、
98宗 ＊154．
42
＊ ＊13．
64
” ’ 45．
14’ ＊ 7，
21＊ ＊8．
12”
8．
02
“ ’ A ；開 閉眼，
Bl 周 波 数，
C ：負 荷 時間，
” ：p＜ O．
Ol，
N磊
22 （注 ）F
値は各 平 均 平 方 和を誤差項の平 均 平 方 和で割っ た値で あ る。 表5 重疋♪動揺総面 積 （cm2 ） 負 荷 時 間 （分） 周 波 数 （Hz
）O．
5
1
23
70
開 眼130control
70
閉眼130control
15．
7
±：7．
0
1 n．
s，
10．
8
±6．
6
」 5．
3±O．
644，
5
±2，
3
1
＊ ＊20、
7
±8．
9
」 8．
9±1．
313．
7
±4．
8
］ n．
s，
1L6
±5．
4
」 5．
4±0．
939．
3
±6．
8
1 ＊ ＊23．
9
±8．
4
」8．
2± 1．
413．
9
±6．
4
］13．
6
ゴ：9．
5
1
n．
sn
．
s．
10．
2
±3．
1
」8．
2
±二1．
9
1 5．
2±0．
6 6．
1±O．
926、
5
ゴ：7．
5
130．
3
±9．
51
20．1
±5．
1
」21、
9
±2．
3
」 6．
3±1．
0 7，
0±0．
8＊
：p＜0．
05，
＊
＊
；p＜O．
OL （control は振 動 負 荷 を与えずに同条件で測定し た平均 値と標 準 偏 差 ） た めに後方にモー
メン トが働く と推 測 さ れているs）4） 。 振 動 停 止 後の急 速な前 方へ の重心移 動1
ま，
振 動中の下腿三 頭 筋が伸 長 状 態で あ る とい う入 力が急激に消失し た た め に，
前傾へ の命 令 が消 失 した後，
慣 性に より後方モー
メ ン トが生じ，
新た に これ を補正する ために前方へ の モー
メ ン トが み られたもの と考え られ る。 本 研 究で は振 動 停 止 後に お け る立 ち 直り反 応の軌 跡と 考え ら れ る重 心動揺 距離に おいて振 動 周 波 数，
視 覚 入 九 負 荷 時 間の 因 子の 水準 間に有 意な差が み ら れた。
振 動 刺 激 からの 脱 負 荷によっ て生 じた重 心の移 動は，
重心動揺 総面積， 距 離におい て 開 眼 条 件で は負 荷 時 間，
振動周波数の違い に よ る差 は 明 らかで な かっ た が，
閉 眼 条 件で は振動周波数に よっ て有 意 差が みられた。 これ は 振 動 周 波 数に関 わ らず振 動 刺 激か ら解 放された後の重心 動 揺は視 覚系に よ る補正が大き く関わっ ていることが考 え ら れ る。 さ らに閉眼条件で は重 心 動 揺総面 積 と総 距 離が 130 Hz の高 周 波 振 勤よりも70
Hz の低 周波 振動の方が有 意 に大き かっ た。 これ は視 覚 入 力 を排 除し たことによっ て，
Mean ±SD
振動刺激で誘発さ れ た抗重 力筋におけ る固有感覚系の攪 乱 状 態 を反 映 した もの と考え ら れ る。 Desmedt ’6） は振 動 刺 激に よっ て生ずる被刺 激 筋の過 剰なGla
か らの求心 性 入 力に対して，
振 動 刺 激に よ るH
反 射 振 幅 抑 制 率が 100Hz 以 上の高 周波 振 動よりも 100Hz 未満の低 周 波 振 動で高い傾 向が み ら れ る と報告 して い るQ 岩 月ら7 ｝S ）は立 位 時に お いて下 腿三頭 筋に振 動 負 荷 した 際 の 被 刺 激 筋の 脊 髄前 角 細 胞の 活 動 状 況 を silent period か ら検 討し た結 果，
70 Hz が 最 も活 動 性が低 く，
130Hz
で活 動 性が高 まる こと を確 認 して いる。 振動 周 波数の違い に よ る重 心 動 揺の変 化 を もたらす 要 因と して，
振動によ る被刺 激筋の筋紡錘 系の活 動と脊 髄 内の抑 制 回 路が関連して いると考 えて いる。 ま た，
振 動 周 波 数に関わ らず 閉 眼 条件で は振 動 負 荷 30 秒間にお け る重 心動揺総距離と総 面 積 が最 も大 き く，
負 荷時間 1分 間以上で は有意な差 を 認 め な かっ た。 これ は振 動 刺 激によ る 過剰な求心 性入力が 1分以上 負 荷され る と立位 姿勢の保 持ばド腿三頭 筋 からの固 有 感 覚 を 除い振動刺激 負荷後の重 心 動 揺の変 化 17 た末 梢 入 力に よ る反射機構だけでな く上 位 中 枢 か らの制 御が高ま
っ
た事に よ る と考え られた。V
ま と め 健 常 者に直 立 位 を 保 持さ せ，
左右 腓 腹 筋に』
70Hz と 130Hz の周 波 数で振 動 刺 激を同時に与え た後の重 心 軌 跡を検討し，
以 下の結果 を得た。 1．
閉 眼 条件で はいず れ の負 荷 時 間で も重 心 動 揺 総 面 積と総距離が 130Hz より70
Hz
で有 意に大 き く なる傾 向がみ られ た （pくO．
Ol
）。 2．
刺 激 停 止 直 後にお け る前後成 分の最大 振 幅は，130
Hz
の閉 眼 条 件で 負 荷 時 間に関わ ら ず開眼条件に比 して約 100mm と最も増大した。 3．
振動刺 激が立位 時の 抗 重 力 筋の固 有 感 覚に及ぼす 攪 乱 効 果は，
周波 数70Hz
近傍で約 30秒 間の負 荷 時 間 が本 実験条件の中で最 も大 きい こと が認め られた。
木稿を終え る にあたり
，
御 指導を頂いた中 京 大 学須佐 美憲史先 生，
名 占屋 大 学 医 学 部 大 学 院 生 金 子さ ゆ み さ ん に深謝致し ます。本稿の要 旨は第
23
回日本 理 学 療 法 十学会に て発表し た。
参 考 文 献 1）奈良 勲，
井上 真 理 恵，
村上 紀子，
薬師八 重子・
他：下肢 関 節 固 定 時の立 位 重 心 動揺に及ぼ す外 力の影 響，
理・
作・
療法，
20：190一
192，
1986，
2） 浅井 仁， 川村光 俊，
奈 良 勲，
立 野 勝 彦 1平 衡 反 応の定 暈的検 査の試み，
理 学 療 法 学，
14 ：21−
25，
1987．
3） Eklund
，
G．
：Further studies of vibration−
inducedeffects on balance
．
Upsala．
J、
Med．
ScL，
78 ：65−
72，
L973，
4）H比 野 隆
一
・
， 小野田嶺雄，
古池保 雄，
橋爪真言・
他：立 位姿 勢における下 腿三頭 筋 伸 張 反 射 活 勳に関 する
一
考 察，
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18
ve#taza\
eg18igee1e
<Abstraet>
Postural
Sway
of Post VibrateryStimulation
atBilateral
Achilles
Tendons intheUpright Position
-Effects
ofVarious
Frequencies and LoadingTimes-Hiroyasu IWATSUKI, RPT, Takahiro KIYAMA, RPT
Dopariment
of
PhysicalThempy, IVdgoyaUitiversit),,
Collegeof
Medical 7)?chnologly Tatsue MUROGA, MDDopartment
of
OcctipationalThetmpy,IVttgoyaUitiversitbJ,Collageof
MladicalllgchnolQgy
The
purpose of thisstudy was tomeasure quantitativechanges of posturalsway aftervi-bratory
stimulation.The
subjects of thisstudy were22
healthy
young persons,rangingin
agefrom
19
to23
yearsold.A
rotating vibrator(HeiWa
E.
I.
TMT-18,
amplitude;1.5-2.0
mm, weight;500
g) wasfixed
by an elastic bandage on the upper partsof the bilateralAchillestendons, while the subjects were standing upright on a stabilogram(IG
06SANEI).
Vibratory
stimulation was performed at afrequency
of70
Hz
or130
Hz
for
variable times(e.
g.30
sec'ond,1
, 2 and3
minute).
The
totallength
and area of sway center of gravity wasmeasured for
30
secondimmediately
afterthe
vibratory stimulationhad
been
stopped.Resultswere as follows;
1) The totaliength and area of sway of gravity at the frequency of 70Hz was increased more compared with
that
atthe
frequency
of 130Hz
with the eyes closed2)
The ratio of the'totallength
ofbody
sway with the eyes closed to thatwith the eyes open underthe
vibratoryloading
for
30
second washigher
than
for
1
min. over.
On
thebasis
of results,it
was suspected that30 second-vibration loadingwith thefrequen-cy of
