低負荷・低速度でのエクササイズが棘下筋に与える影響
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(2) 82. 理学療法学 第 44 巻第 2 号. いことが考えられる。 近年，下肢筋に対する筋力トレーニング方法として， 低負荷・低速度での筋力トレーニング法が注目されてい 12‒14）. 。これは筋肥大に必要な負荷よりも低い負荷で，. る. 遅い運動速度で行うといったトレーニングである。この トレーニング法は低負荷であるので関節に加わる負担が 少ないトレーニング法である. 15）. 。これまで下肢筋を中. 心に低負荷・低速度での筋力トレーニングによって，筋 力と筋断面積を増加させることができたと報告されてい る。低負荷で行うことが推奨されている棘下筋に対する トレーニングに関しても，上記のように低速度で行うこ とで，棘下筋に加わる刺激が大きくなり，より効果的な トレーニングができるのではないかと考えられる。 一定負荷の運動によって，上腕二頭筋や上腕三頭筋， 大. 四頭筋，下. 三頭筋などの筋肉は，浮腫によって一. 時的に筋断面積が増加することが報告されている. 16‒19）. 。. 棘下筋も同様に，運動によって即時的な浮腫による筋断 面積の増加が起こる. 図 1 棘下筋断層画像の撮影位置 肩峰後角と下角を結んだ線（破線）に対して，肩 甲棘内側縁を通る垂直な線（実線）に超音波プロー ブをあてて撮影した． AA：肩峰後角，TS：肩甲棘内側縁，AI：下角. 20）. 。これは筋中の毛細血管の透過. 性の亢進や運動によって排出された代謝産物と炎症因子 によって水分が間質へと移動することで引き起こされ る. 19）21）22）. 。この間質への水分の移動による浮腫の程度. は，筋活動によって生じた組織損傷の増大に伴って増加 23）. 2．運動課題 対象者はランダムな順で以下の 3 条件について 1 週間 以上の間隔をあけてすべての運動を行った。. 。トレーニングによって生じた筋. 運動課題は側臥位で肩関節屈伸 0°位での外旋運動と. の組織損傷は，筋肥大を引き起こす重要な要素のひとつ. し，運動範囲は内旋 45°∼外旋 45°と設定した。肩関節. するとされている である. 24）. 。さらに浮腫そのものがその後のタンパク質. の合成経路を活性化するとも報告されている. 25）. 。この. ことから棘下筋の運動後の筋断面積を評価することに. 外転による代償運動を防ぐためにタオルを腋窩に挟んで 運動を行った。条件設定として，500 g の重錘を負荷し， 内旋 45°位から 5 秒で外旋 45°位まで外旋し，5 秒で内. よって，エクササイズによる棘下筋に生じた浮腫の程度. 旋 45°まで内旋，そしてその位置で 1 秒保持させる条件. を比較することで，棘下筋に加わった組織損傷を評価し. （0.5 kg・5 秒 条 件 ） と，500 g の 重 錘 を 負 荷 し， 内 旋. トレーニング効果の有無を検討することができると考え. 45°位から 1 秒で外旋 45°まで外旋し，1 秒で内旋 45°ま. られる。. で内旋，そして内旋 45°位で台上に 1 秒安静させる条件. 本研究の目的は，低負荷・低速度での肩外旋トレーニ. （0.5 kg・1 秒条件） ，2.5 kg の重錘を負荷し，内旋 45°. ングが棘下筋の筋断面積に対して与える即時的変化を比. 位から 1 秒で外旋 45°位まで外旋し，内旋 45°位まで 1. 較し，棘下筋にストレスを与えられるかどうかを検討す. 秒で内旋，そして 1 秒間台上で安静させる条件（2.5 kg・. ることである。仮説として，低負荷・低速度での運動は. 1 秒条件）の 3 条件を設定した。運動速度は電子メトロ. より高負荷，高速度での運動よりも，即時的に棘下筋の. ノームにて設定した。これを 10 回，3 セット行い，セッ. 筋断面積が増加すると考えた。. ト間の休憩は 1 分間とした。. 対象および方法. 3．超音波画像. 1．対象. 各条件の運動前と運動後に棘下筋の筋断面積を超音波. 健 常 男 性 10 名（ 年 齢 25.6 ± 3.7 歳， 身 長 172.8 ±. 画 像 診 断 装 置（GE ヘ ル ス ケ ア 社 製，LOGIQ BOOK. 7.1 cm，体重 68.3 ± 8.9 kg）の利き腕側を対象とした。. XP）を用いて測定した。筋断面積は Oyama ら. 対象者の上肢には特に整形外科的疾患や神経学的疾患の. 告をもとに，肩峰後角と肩甲骨下角を結ぶ線に対して肩. 既往はなかった。対象者には研究内容を十分に説明し，. 甲棘内側縁を通る垂直な線を引き，この垂直線上に画像. 口頭と書面にて同意を得た。なお本研究は京都大学医学. を合成する際の目印となる高エコーマーカーを貼付し. 部医の倫理委員会の承認を得て実施した（E1407）。. た。そしてこの垂直線に沿ってプローブをあてて画像を 撮影した（図 1）。. 20）. の報.
(3) 棘下筋に対する低負荷・低速度エクササイズの検討. 83. 図 2 棘下筋の筋断面積 高エコーマーカーを基に超音波画像をオーバーラッピングして断面像を作成した．. 4．筋電図. 6．統計学的解析. 表 面 筋 電 計（Noraxon 社 製，Telemyo2400） を 用 い. 統計学的解析には，SPSS Statistics ver17（IBM 社製）. て棘下筋と三角筋後部の筋活動をサンプリング周波数. を用いた。まず，棘下筋の筋断面積測定の再現性を検討. 1,500 Hz で測定した。棘下筋の電極貼付位置は肩甲棘内. するために，検者内の級内相関係数（Intraclass Correc-. 側縁と肩峰後角を結んだ線の中点と肩甲骨下角を結んだ. tion Coefficient；以下，ICC）を算出した。次に，下筋. 線の中点とした. 26）. 。三角筋後部の電極貼付位置は肩峰. 後角と三角筋粗面を結んだ線の中点とした. 27）. 。. の筋断面積を従属変数として，運動条件と評価時期を 2 要因とする反復測定 2 元配置分散分析を行った。有意な. 得られた波形の正規化を行うために，棘下筋と三角筋. 交互作用が得られた場合には，条件内で運動前と運動後. 後部の最大等尺性収縮時の筋活動を 3 秒間測定した。最. を対応のある t- 検定を用いて比較した。また，筋断面. 大等尺性収縮は Daniels らの徒手筋力テストの肢位に基. 積の運動前後での変化率について，各条件間で Holm 法. づき，棘下筋は腹臥位肩関節 2nd 位最大外旋位で抵抗. 補正による Wilcoxon 符号付不順位和検定を行った。そ. 下にて外旋を行い，三角筋後部は腹臥位肩関節 2nd 位. して棘下筋と三角筋後部の平均筋活動量，筋活動量積分. 内外旋中間位で抵抗下にて水平外転を行うことで測定. 値について各条件間で Holm 法補正による Wilcoxon 符. した。. 号付順位和検定を行った。すべての検定の有意水準は 5％として行った。. 5．データ解析 得られた超音波画像は線上の高エコーマーカーを目印. 結 果. に画像編集ソフト（Adobe 社製，Photoshop Elements. 棘下筋の筋断面積の結果を表 1 に示す。棘下筋の筋断. 10）を用いて超音波画像をつなぎ合わせることで棘下筋. 面積測定の ICC （1,1）は 0.98 であり，高い検者内信頼性. の 断 層 画 像 を 作 成 し，Image J（National Institute of. が得られた。分散分析の結果，評価時期に有意な主効果. Health）で断面積を算出した. 20）. （図 2） 。断面積の算出. が得られ（F = 55.6，p ＜ 0.01） ，運動条件と評価時期の. はどの時点で撮影したのかわからないよう盲検化し，ひ. 間に有意な交互作用が得られた（F = 20.4，p ＜ 0.01） 。. とつの画像に対し 3 回棘下筋をトレースして面積の算出. 事後検定の結果，0.5 kg・5 秒条件と 2.5 kg・1 秒条件. を行い，この 3 回の平均値を解析に用いた。運動前の筋. で運動前と比較して運動後に有意に筋断面積が増加して. 断面積を基準として筋断面積の変化率を算出した。. いた。筋断面積の変化率は 0.5 kg・5 秒条件が他の 2 条. 変化率（％） ＝ （運動後の筋断面積−運動前の筋断面積）. 件と比較して有意に高値を示した（図 3）。また 2.5 kg・. / 運動前の筋断面積× 100. 1 秒条件が 0.5 kg・1 秒条件よりも有意に高値を示した。. 運動中の筋電図波形は全波整流化後，50 ms の二乗平. 筋電図の結果を表 2 に示す。1 回の外旋運動中の棘下. 均平方根を求め最大等尺性収縮時を 100％として正規化. 筋と三角筋後部の平均筋活動量，各条件間で有意な差は. した。運動 1 セット中の最初と最後を除いた間 8 回を解. みられなかった。一方，1 セット内の棘下筋の筋活動量. 析 に 用 い，1 回 の 外 旋 運 動 に お け る 平 均 筋 活 動（ ％. 積分値は 0.5 kg・5 秒条件が他の 2 条件と比較して有意. MVC）と 1 セットにおける筋活動量積分値（％ MVC・. に 大 き か っ た。 そ し て，0.5 kg・1 秒 条 件 と 2.5 kg・1. 秒）を算出し，3 セットの平均値を求めた。. 秒条件との間に有意差はみられなかった。次に，三角筋 後部の筋活動積分値は 0.5 kg・5 秒条件が他の 2 条件よ.
(4) 84. 理学療法学 第 44 巻第 2 号. 表 1 棘下筋の筋断面積 断面積（± cm2）. 運動前. 運動後. 変化率 %. 0.5 kg・5 秒条件. 12.6（± 2.1）. 14.4 （± 2.4）*. 14.9（± 7.7）†‡. 0.5 kg・1 秒条件. 12.8（± 1.7）. 12.7 （± 1.8）. ‒ 0.7（± 2.3）‡. 2.5 kg・1 秒条件. 12.6（± 2.1）. 13.5 （± 2.4）*. 7.0（± 7.0）. 値はすべて平均値（±標準偏差） *：運動前との間に有意差あり（p<0.05） †：0.5 kg・1 秒条件との間に有意差あり（p<0.05） ‡：2.5 kg・1 秒条件との間に有意差あり（p<0.05）. 面積の増加が生じたが，その程度は 0.5 kg・5 秒条件よ りも小さかった。トレーニングの条件設定に関して，負 荷量だけでなく回数やセット数を組み合わせたトレーニ ング容量が考えられる。これはトレーニングを行うこと による「仕事量」を表している。反復回数やセット数は 筋の収縮時間と考えることができ，負荷量を大きくする だけでなく収縮時間を大きくすることで，トレーニング 容量を大きくすることができる。Leite ら. 33）. は，健常. 男性に低容量条件のトレーニングと高容量条件トレーニ ングを行った際の即時効果を検討し，高容量条件のほう が即時的に成長ホルモンの分泌が高まると報告してい 図 3 運動前後での棘下筋の筋断面積の変化率 平均値（±標準偏差） ＊：有意差あり p<0.05. る。また Burd ら. 34）. は健常男性に 30％ MVC の負荷量. で異なる運動速度のトレーニングを実施し，その後の筋 タンパク質の合成量を比較した。その結果，運動速度が 遅いトレーニングのほうが，トレーニング後に筋タンパ ク質の合成が高まると報告している。そして筋タンパク. り も 有 意 に 大 き か っ た。 ま た，0.5 kg・1 秒 条 件 と. 質の合成は，筋が張力を発揮した時間に依存し，低負荷. 2.5 kg・1 秒条件との間に有意差はみられなかった。. でも運動速度を遅くし収縮時間を長くすることで，筋タ ンパク質の合成が促進されると結論づけている。また筋. 考 察. 活動量積分値は筋電図の振幅値を時間軸で積分したもの. 本研究の結果，0.5 kg・5 秒条件と 2.5 kg・1 秒での. であり，そのため運動における棘下筋の仕事量を表して. 外旋運動において棘下筋の筋断面積が有意に増加した。. おり，より大きな筋活動量積分値はより多くの運動単位. 先行研究においてエクササイズ後に即時的に筋断面積の. を動員していることを示す. 増加が生じることが示されている. 20）28‒30）. 。この即時的. 35）. 。本研究では内外旋運動. 1 回の棘下筋の平均筋活動量は低値であったが，運動 1. な筋断面積の増加は，運動によって局所血流が増加し，. セット中の筋活動量積分値は高値を示した。このことか. 筋中の乳酸などの代謝産物の蓄積によって水分の流入が. ら，0.5 kg・5 秒条件ではより多くの筋線維を動員して. 起こることで生じる浮腫であると報告されてい. 筋収縮を行っていたことが考えられる。よって 0.5 kg・. 21）31）32）. 。このエクササイズによる浮腫は，エクササ. 5 秒条件では運動速度を遅くすることで棘下筋の収縮時. イズによって筋に加わった組織損傷を反映するとされて. 間を長くし，運動全体での棘下筋の仕事量が大きくなっ. る. いる. 23）. 。しかしエクササイズによる浮腫の発生に関す. る報告の多くは伸張性エクササイズによるものであ 20）28）29）. たことで，トレーニングによる刺激を 2.5 kg・1 秒条件 よりも大きくすることができたと考えられる。. 。本研究で用いた運動はごく低負荷での等張. 本研究の内外旋運動 1 回における棘下筋の平均筋活動. 性運動であり，運動中の平均の筋活動は 10％ MVC 程. 量はいずれの条件においても 10 ∼ 15％ MVC 程度と有. 度とかなり低値であったが，即時的に棘下筋の断面積の. 意差を認めず低値を示した。Bitter ら. 増加が得られた。よって低負荷・低速度での運動である. 量の等尺性外旋運動を実施し，負荷量を増大させても棘. 0.5 kg・5 秒条件での運動では，低い筋活動であっても. 下筋の筋活動は漸増せず三角筋の筋活動が高まり，相対. 長時間筋収縮を起こすことで棘下筋にストレスが加わっ. 的に棘下筋の貢献度は低くなると報告している。本研究. ていたと考えられる。2.5 kg・1 秒条件でも同様に筋断. においても 0.5 kg・5 秒条件，0.5 kg・1 秒条件と比較. る. 27）. は種々の負荷.
(5) 棘下筋に対する低負荷・低速度エクササイズの検討. 85. 表 2 棘下筋と三角筋後部の平均筋活動・筋活動量積分値 平均筋活動 （%MVC）. 棘下筋. 三角筋後部. 0.5 kg・5 秒条件. 15.1 （± 6.6）. 3.0 （± 1.3）. 0.5 kg・1 秒条件. 11.1 （± 4.2）. 3.4 （± 1.7）. 2.5 kg・1 秒条件. 16.1 （± 7.1）. 4.7 （± 2.7）. 筋活動量積分値 （%MVC・秒）. 棘下筋. 三角筋後部. 0.5 kg・5 秒条件. 1,329.8 （± 576.0）*†. 266.9（± 114.9）*†. 0.5 kg・1 秒条件. 264.7 （± 102.0）. 81.5 （± 40.7）. 2.5 kg・1 秒条件. 404.6 （± 170.4）. 113.0 （± 64.9）. 値はすべて平均値（±標準偏差） *：0.5 kg・1 秒条件との間に有意差あり（p<0.05） †：2.5 kg・1 秒条件との間に有意差あり（p<0.05）. して 2.5 kg・1 秒条件の棘下筋の筋活動は増加しなかっ. の結果，臨床的によく用いられる条件と考えられる. た。しかし負荷量を増加させても棘下筋と同様に外旋作. 0.5 kg・1 秒条件では，筋活動も低く即時的な筋断面積. 用をもつ三角筋後部の筋活動は高まらず，棘下筋に対す. の増加もないことから筋に対して十分なストレスが加. る三角筋後部の筋活動比に変化はなかった。これは，. わってないことが示唆された。しかし低負荷でも運動速. 2.5 kg・1 秒条件では低負荷条件と比較して負荷量が大. 度を遅くし持続的な筋収縮を起こすことで，1 回の筋活. きいことに加えて運動速度も速いことから，外旋運動を. 動は低くとも筋活動積分値が増加し，2.5 kg・1 秒条件. 開始する際により大きな加速度が必要であると考えられ. よりも大きな筋断面積の増加が生じた。よって患者に応. る。そのため 2.5 kg・1 秒条件では一時的に棘下筋と三. 用する際には，低負荷であっても低速度な運動であれ. 角筋後部の筋活動が高まるが，本研究では内外旋運動 1. ば，より大きい負荷で運動を実施するよりも低負荷な運. 回の平均筋活動量を用いたため値に反映されなかった可. 動でありながら，エクササイズによって棘下筋に対して. 能性がある。加えて，肩関節外旋運動の際には肩甲骨の. 大きなストレスを与えることができ，その後トレーニン. 外旋も生じるとされており，肩甲上腕関節外旋角度に対. グを継続した際に筋力増強と筋肥大効果を見こまれる運. して肩甲骨外旋角度は 1：2.4 の割合で生じると報告さ. 動であると考えられる。. れている. 36）. 。この肩甲骨外旋運動を引き起こす筋とし. て僧帽筋中部線維が挙げられるが，Cools ら. 37）. は肩関. 本研究の限界は，介入研究ではなく即時効果を検討し たのみであるため，実際に筋力増強効果や筋肥大効果が. 節 1st 位での内外旋運動では僧帽筋中部が選択的に筋活. あるかどうかはわからないことである。よって，今後，. 動を高めると報告している。そのため 2.5 kg・1 秒条件. 実際のトレーニング効果を検討するために，数週間程度. では僧帽筋中部の活動によって代償された可能性も考え. の介入研究が必要である。また本研究の対象者が健常男. られる。. 性であったことである。棘下筋に対する筋力トレーニン. 一般的に筋力増強や筋肥大を図る際の負荷量は少なく. グが必要な者の多くは腱板損傷があり筋萎縮を起こして. とも 1RM の 70％の負荷量が必要であり，これ以下の負. しまっている患者や，オーバーヘッドスポーツの選手で. 38）. 。一方. 筋力低下を起こしてしまっている者などであると考えら. で，肩関節疾患患者や術後の患者において，このような. れる。そのためこのような者を対象として実際にトレー. 高負荷でのトレーニングでは，代償運動が生じやすいこ. ニング効果があるかどうかを検討しなければ，リハビリ. とや，関節に加わる力が増加することによる疼痛が発生. テーションやスポーツの現場において有効なトレーニン. しやすいこと，さらに手術で修復した組織の再損傷が生. グ方法であるかはわからない。よって，今後，このよう. じやすいことが考えられる。そのため，リハビリテー. な対象に対する研究が必要である。. 荷量では筋の肥大は起こらないとされている. ションの現場では低負荷での筋力トレーニングが行われ ている。しかし，臨床現場で用いられている低負荷での トレーニングでは棘下筋の筋力増強や筋肥大を引き起こ すことはできないことが報告されており. 9‒11）. ，従来実. 結 論 本研究の結果，低負荷であっても低速度での運動であ れば，棘下筋は即時的に筋断面積が増加することから，. 施されている低負荷での棘下筋筋力トレーニングに関し. エクササイズによって棘下筋にストレスを与えられるこ. て，そのトレーニング効果について疑問が残る。本研究. とが明らかとなった。このことは，より高いトレーニン.
(6) 86. 理学療法学 第 44 巻第 2 号. グ効果が得られる可能性が示唆されるため，棘下筋の筋 力低下や筋萎縮を起こしている患者に対して，効果的な リハビリテーションプログラムとなりうるかもしれな い。そのため今後介入研究を行うことによって実際に筋 力増強効果や筋肥大効果があるかどうか検討する必要が ある。 文 献 1）Wilk KE, Arrigo CA, et al.: Current concepts: the stabilizing structures of the glenohumeral joint. J Orthop Sports Phys Ther. 1997; 25: 364‒379. 2）Apreleva M, Hasselman CT, et al.: A dynamic analysis of glenohumeral motion after simulated capsulolabral injury: A cadaver model. J Bone Joint Surg Am. 1998; 80: 474‒480. 3）Sharkey NA, Marder RA: The rotator cuff opposes superior translation of the humeral head. Am J Sports Med. 1995; 23: 270‒275. 4）David G: EMG and strength correlates of selected shoulder muscles during rotations of the glenohumeral joint. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2000; 15: 95‒102. 5）Burkhart SS: Arthroscopic treatment of massive rotator cuff tears. Clinical results and biomechanical rationale. 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