筋音図法による随意筋収縮時の運動単位活動様式の性差の検討
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(2) れ て き た 筋 電 図(Electromyogram:EMG)が. 筋 の 電 気 的 活 動 を 反 映 す る の に 対 し,MMGは. 機 械 的 活 動 を 反 映 す る と 考 え られ て い る 。EMGとMMGを. 併 用 す る こ と に よ り詳 細 な 筋 の 収 縮 様. 式 を 観 察 す る こ と が 可 能 と な り 、 こ れ ま で に も 小 児(Nonaka al・2002)、. 筋 疾 患 患 者(Akataki . et a1.1996)に. 筋の. et a1.2000)や. 高 齢 者(Akataki . et. つ い て 報 告 され て お り、 筋 機 能 の 新 た な評 価 方 法. と し て 確 立 しっ つ あ る 。 性 差 に つ い て は 、Evetovichら(1998)が ら れ な い と 報 告 し て い る 。 し か し 、 わ ず か3種. 、筋 の機 械 的活 動 に性 差は認 め. の 負 荷 しか 用 い て い な い な ど 、 詳 細 な 検 討 は され. て い な い。 そ こ で 、 本 研 究 で は 、 ラ ン プ 負 荷 に 追 随 し た 肘 関 節 屈 曲 時 の 収 縮 強 度 に 伴 うMMG、EMGの. 変. 化 か ら 、 上 腕 二 頭 筋 の 収 縮 機 能 の 性 差 を 詳 細 に 検 討 す る こ と を 目 的 と した 。. 2.方. 法. [被 験 者] 被 験 者 は 健 常 成 人 女 性10名(年 23.6±2.0歳)で. 齢21.2±1.0歳:平. 均 ± 標 準 偏 差)、 健 常 成 人 男 性9名(年. あ っ た 。 全 員 、 過 去 に 神 経 筋 疾 患 の 病 歴 は な か っ た 。 ま た 、被 験 者 全 員 に 対 し. て 事 前 に 測 定 手1順 の 説 明 を 行 な い 、 同 意 書 を 得 た0被 173.0±6.7cm、. 齢. 体 重 は 女 性49.9±5・1kg、. 験 者 の 身 長 は 女 性155.4±6.3cm、. 男 性63.9±4.0kgで. 男性. 、 身 長 ・体 重 と も に 有 意 な 男 女 差 が. み られ た 。. [手 順] 被 験 者 は 椅 座 位 で 右 上 腕 を 肘 関 節90度 測 定 台 の 上 に 水 平 に 置 き(図1)、 は3回. 屈 曲 位 、 上 腕 は 中 位 を 維 持 、 手 首 は プ レ ー トで 固 定 して. 最 大 努 力 で の 肘 関 節 屈 曲 を 約2秒. の 試 行 の 中 で の 最 大 値 を 採 用 し た 。 次 に 、 被 験 者 はMVCを. 間 行 な っ た 。 最 大 筋 力MVC 元 に 規 定 さ れ た タ ー ゲ ッ トを. 追 随 す る 、 ラ ン プ 負 荷 に よ る 等 尺 性 肘 関 節 屈 曲 を 行 な っ た 。 タ ー ゲ ッ トは 被 験 者 の 前 面 に 置 か れ た デ ィ ス プ レ イ 上 に 、5%MVCを3秒. 間 維 持 し た 後 、5%か. ら80%MVCま. で10%MVC/秒. の速. 度 で 直 線 的 に 増 加 す る よ う に 制 御 さ れ た 。 筋 出 力 は 即 時 的 に コ ン ピ ュ ー タ 画 面 に 表 示 され 、 被 験 者 の 視 覚 的 フ ィ ー ドバ ッ ク を 行 な っ た 。. [記 録] 肘 関 節 屈 豊 力 は 、 被 験 者 の 手 首 の 位 置 に 取 り 付 け た 歪 み ゲ ー ジ(30K-2;A&Dシ り 測 定 し 、 力 信 号 は ス ト レ イ ン ア ン プ(CDV-700A;共 筋 筋 腹 上 に で 周 波 数 応 答DCか ス:9mm×9mm、 か ら100Hzの た 。EMGは. 厚 さ5mm、. ら150Hzの 重 さ0 .75g)を. 和 電 業)で. ス テ ム)に. 増 幅 し た 。MMGは. 加 速 度 型 振 動 検 出 セ ン サ ー(MP10l-10;メ. よ. 上腕 二頭 デ ィセ ン. 装 着 し て 経 皮 的 に 導 出 した 。 導 出 さ れ た 信 号 は5Hz. バ ン ドパ ス フ ィ ル タ ー を 介 し て 生 体 電 気 用 ア ン プ(AB-621G:日. 本 光 電)で. 増幅 し. 双 極 誘 導 で 上 腕 二 頭 筋 筋 腹 上 で 加 速 度 計 を 挟 む よ う に 電 極 を 貼 り 、 体 表 面 上 よ り導.
(3) 出 した 。EMGは. セ ン サ ー を は さ む よ う に 貼 付 した2つ. ハ イ パ ス フ ィ ル タ ー を 内 蔵 した 増 幅 器(AB-621G:日. の 表 面 電 極 に よ っ て 双 極 誘 導 し,5Hzの 本 光 電)に. 号 は い っ た ん デ ー タ レ コ ー ダ(RD-111T,TEAC)に. よ っ て 増 幅 した 。 増 幅 さ れ た 信. 取 り 込 み,5000Hzで. サ ン プ リ ン グ し,デ. ィ. ジ タ ル デ ー タ に変 換 した。. [信 号 解 析] ラ ン プ 負 荷 に よ るMMG、EMG信. 号 の よ う に 、 定 常 信 号 で な い 信 号 の 解 析 に は 短 時 間 フ ー リエ. 解 析 が 有 効 で あ る と され る(Akataki . et a1,2001)。. 短 時 間 フ ー リエ 解 析 で は 、 フ ー リ エ 変 換 に 一. 定 の 時 間 幅 を 持 つ 窓 関 数 を 付 加 す る こ と で 時 変 ス ベ ク トル が 得 ら れ る 。 本 研 究 で は0.6秒 の セ グ メ ン トを0.3秒 MMGとEMGの. の ガ ウ ス 窓 関 数 を 用 い て0.1秒. 毎 に シ フ トさ せ 、 パ ワ ー ス ベ ク トル を 得 た 。. 振 幅 は そ れ ぞ れ の 二 乗 平 均 値 の 平 方 根(root mean square)を. は,一. 元 配 置 のANOVAを. 3.結. 果 女 性 は 男 性 の56.3%、. の 差 は 統 計 的 に 有 意 で あ っ た(p<0.05)。MVCをCSAで. 図2はMMG振. 幅 のRMS値(RMSMMG)及. の で あ る 。 女 性 のRMSMMGは に 対 し(P<0.05)、RMSEMGは. 算 出 した。 統 計 処 理. 用 い て 収 縮 強 度 に よ る 主 効 果 を 検 討 し た 。 有 意 水 準 は5%と. 上 腕 二 頭 筋 の 最 大 筋 力MVCは. びEMG振. の長 さ. 筋 断 面 積CSAは56・1%で. した 。. あ っ た(表)。. こ. 正 規 化 す る と 、性 差 は み られ な く な っ た 。. 幅 のRMS値(RMSEMG)と. 筋 力 と の 関 係 をみ た も. 、 ほ とん ど の 筋 力 範 囲 に お い て 男 性 よ り も 有 意 に 低 い 値 を 示 した の 有 意 に 高 か っ た(p〈0,05)。.
(4) 図3は. 各 値 をCSAで. RMSMMG/CSAは2.4Nm/cm2の. 正 規 化 し た 後 のRMSMMG及. 性 差 は み られ な か っ た 。. 最 大 筋 力 に 対 す る 相 対 値(%MVC)の. ぞ れ の 最 大 値 を1と. 筋 力 の 関 係 を 示 して い る。. レ ベ ル 以 降 は 女 性 が 有 意 に 低 く な り(p〈0.05)、 収 縮 強 度 に 伴 い 性 差. が 顕 著 と な っ た 。 一 方 、RMSEMG/CSAに. RMSMMGを. びRMSEMGと. 関 係 を 示 し た の が 図4で. あ る 。RMS値. は 、それ. して 規 格 化 し、 各 群 の 収 縮 強 度 に対 す る振 幅 の 変 化 パ タ ー ン を 比 較 した。. (a)は 女 性 と 男 性 の 比 較 、(b)は. 、Akataklら(2001)の. を 挿 入 し て 比 較 し た も の で あ る 。 振 幅 と%MVCの. 男 性 高 齢 者(平. 均 年 齢69.8±4.7歳)の. 関 係 で は 、 男 性 で は25%MVCで. み ら れ る の に 対 し 、 女 性 で は 顕 著 で は な か っ た 。 ま た 、 男 性 は60%MVC以. 結果. 急激 な増加 が. 降 、顕 著 に 減 少 す る. 変 豊 点 が み られ る の に 対 し 、 女 性 に お い て 変 豊 点 は み られ る が 、 男 性 ほ ど 顕 著 な 減 少 で は な か っ た 。 女 性 と 高 齢 者 の 比 較 で は 、45%MVCま. で は ほ ぼ 同 じパ タ ー ン を 示 し た が 、 女 性60%MVC以.
(5) Fig.3 Inter-individual. means and standard. and EMG as function. of the torque. deviations normalized. (vertical. line) of the root mean squared. amplitude. of the MMG. by the CSA.. 降 振 幅 が 減 少 した の に 対 し、 高齢 者 で は減 少 は み られ な か っ た 。 女 性 は 、 収 縮 強 度 が 低 い 時 は 高 齢 者 と 、収 縮 強 度 が 高 い 所 で は成 人 男 性 と類 似 した パ ター ン を 示 した 。. Fig.4 Inter—individual means and standard the CSA as a function (a) Female vs Male. deviations. of the percentage (b) Female vs Aged. (vertical. lines) of root mean squared. of the maximal voluntary. contraction. amplitude. (%MVC).. normalized. by.
(6) 4.考. 察. 先 行 研 究 で は 、MMG信 1998)、. 号 は 筋 重 量(Orizio. 筋 ス テ ィ ッ フ ネ ス(Barry. l985;. 1993;. Dobmnz. Evetovich. 1990)等. l998)、. 皮 下 脂 肪 層(Evetovich. 、 様 々 な 要 因 に よ っ て 影 響 を受 け る. こ と が 報 告 さ れ て き た 。 本 研 究 の 女 性 は 、 絶 対 筋 力 と の 関 係 で み たRMSMMGは さ く 、RMSEMGは. 男 性 よ り有 意 に 小. 有 意 に 大 き か っ た 。 こ の 性 差 は 一 義 的 に は 筋 重 量 に よ る も の と 考 え られ る 。 上. 腕 二 頭 筋 と 下 腿 三 頭 筋 で は 女 性 は 男 性 よ り も 有 意 にMVCは と 同 様 に 性 差 は な く な る(Ikai 本 研 究 に お い て もMVC/CSAの しか し、CSAあ. and Fukunaga. 1968;Kanehisa. 低 い が 、CSAで. 正 規 化 す る と年 齢 差. et al. 1994;. Maughan. et al, 1983)。. 性 生差 は み られ な か っ た 。. た り のEMG振. 幅 は 性 差 は み ら れ か っ た の に 対 し 、MMG振. 性 差 が 顕 著 で あ っ た 。 こ れ はMMG振. 幅 はCSAあ. た りで も. 幅 は 皮 下 脂 肪 層 に よ っ て 減 衰 され る性 質 を持 ち 、 女 性 は 男. 性 よ り も 皮 下 脂 肪 層 が 厚 い こ と か ら 、MMG振. 幅 へ の 影 響 が 大 き か っ た も の と考 え られ る。 脂 肪. 層 の 男 女 差 に 加 え て 、 収 縮 強 度 に 伴 うMMG振. 幅 の 変 化 パ タ ー ン が 男 女 で 異 な る こ と か ら、 運 動. 単 位 の 動 員 様 式 に も 男 女 で 差 が あ る の で は な い か と推 察 さ れ た 。 Miller et al.(1993)は 合%FTは. 、 上 腕 二 頭 筋 の 総 筋 線 維 数 に 占 め る 速 筋 線 維FT(fast. 、 成 人 女 性 で56.5%、. 成 人 男 性 で57・0%と. twitch fiber)の. 割. 、 筋 線 維 タ イ プ の 分 布 に性 差 は な い と して. い る 。 し か し、 男 性 のFT線. 維 断 面 積 は 遅 筋 線 維ST(slow. twitch fiber)断. 面 積 よ り44%大. きいの. に 対 し て 、 女 性 で は19%し. か 差 が な く 、 男 性 ほ どFT線 維 とST線 維 の 断 面 積 の 差 が 顕 著 で な い こ. と を 報 告 し て い る 。 男 性 は 顕 著 な 筋 線 維 タ イ プ に よ る 明 確 な 断 面 積 の 違 い が あ る の で 、FT線 が 動 員 さ れ る30%MVC以. 降MMG振. と 思 わ れ る 。 さ ら に こ のMMG応. 維. 幅 の 急 増 が み られ た の に 対 し 、 女 性 で は み られ な か っ た もの 答 の 差 異 は 、 融 合 し た 強 縮 状 態 が 関 与 して い る と 思 わ れ る 。 強. 縮 張 力 は 単 収 縮 張 力 よ り顕 著 に 大 き く 、 運 動 単 位MU(Motor. Unit)の 発 火 頻 度 に 伴 い 急 増 す る 。. 融 合 し た 強 縮 は 筋 出 力 を 増 大 さ せ る 際 の 効 果 的 な 戦 略 で あ る が 、 女 性 は 男 性 に 比 べ てtwitch contraction (O'Leary. and. relaxation. 1998)こ. timeが. 長 い(Belangar1983)、. あ る い はtwitch/tetanus. ratioが 低 い. とか ら、 低 い 発 射 頻 度 で 融 合 を起 こ して 、 収 縮 強 度 を 上 げ て い る もの と考 え. られ る。 ま た 、60%MVC以. 降 、MMG振. 幅 が 減 少 す る の は 、 融 合 した 強 縮 の 際 に は 、 活 動 筋 線 維 の 側 方. へ の 径 の 変 化 が 減 少 す る こ と に よ る。 女 性 に お い て 減 少 率 は 男 性 よ り も低 い もの の 、 男 性 と同 じ よ う に60%MVC以. 降 の 振 幅 の 減 少 が み られ た の に 対 し、 高 齢 者 で は み られ な か っ た 。 これ は 、. 高 齢 者 で は 、 速 筋 線 維 の 選 択 的 脱 落 が あ る た め 、 速 筋 線 維 を 動 員 し て 収 縮 力 を 高 め る 代 わ りに 、 リ ク ル ー トメ ン トを 続 け る こ と で 収 縮 力 を 上 げ て い る と 考 え ら れ て い る(Akataki. 2002)。. 女性. は 、 速 筋 線 維 の 径 が そ れ ほ ど大 き くな い こ とは 高 齢 者 に 類 似 して い る が 、 高 齢 者 の よ うに速 筋線 維 の 脱 落 は 生 じ て い な い た め 、 強 縮 に よ るMMG振 こ の よ う に 、MMGに. み ら れ る 性 差 は 、FT線. て お り 、 筋 機 能 の 詳 細 な 分 析 にMMGは. 幅 の 減 少 が み ら れ た と 考 え ら れ る。 維 の 形 態 的 差 異 や 、 運 動 単 位 の 動 員 様 式 を反 映 し. 有 効 で あ る こ と が 確 認 され た 。.
(7) 文献 1.. Akataki. K, Mita. contraction 2.. Akataki. of biceps. brachii. Akataki. of the biceps. 4 . Barry 1985; 5. Sports. McComas. TK, Housh. 1998;. Nerve,. relationship. voluntary. 1996;. during. isometric. 19: 1252-7.. voluntary. isometric. ramp. 84: 19-25.. in motor. unit activation. strategy. in force. production:. a. 25:505-12. a noninvasive. response. monitor. times and rate of force. AJ.. Contractile. properties. of. TJ,. Weir JP , Johnson. response. GO,. to maximal. Smith. of motor. unit fatigue . Muscle. Nerve,. development. in males. and females. . Med. Sci. in. myotonic. dystrophy. KT, Perry. SR. Gender. . J Neurol. Neurosurg. concentric. Ebersole. and eccentric. isokinetic. muscle. comparisons. actions. . Med. of the. Sci. Sports. 12: 1697-1702.. Ikai M, Fukunaga. T. Calculation. ultrasonic. measurement.. Kanehisa. H, Ikegawa. RJ, Watson. of muscle. Int Z Angew S , Fukunaga. and men. Eur J Appl. Maughan. muscles. DB,. 永 哲 夫 、 金 久 博 昭 。 日 本 人 の 体 肢 組 成.1990;朝. women 11.. Nerve , 2002;. during. 1983; 46:625-31.. Evetovich. Exerc,. 10.. change. myography:. palsy . Muscle. and force. Physiol , 2001;. M, Ito K. Age-related Muscle. cerebral. activities. 18:31-36.. mechanomyographic. 9 .. Eur J Appl. SR, Ball RD . Acoustic. 1986;. AY,. Psychiatry,. 8.福. muscle.. I. Electro-mechanical. Exerc,. Belanger. 7 .. with spastic. and electrical. 8: 189-194.. Bell D, Jacobs. 6.. brachii. investigation.. DT, Geiringer. in patients. M . Acoustic. M , Itoh Y. Mechanomyogram. K, Mita K, Watakabe. mechanomyographic. N, Watakabe. muscles. K, Mita K, Watakabe. contractions 3 .. K, Itoh K, Suzuki. strength. Physiol,. 1994;. per unit. of muscle. 68: 148-154. JS, Weir J. Strength. cross-sectional. area. of human. muscle. cross-sectional. area and strength. by means. of. 1968; 26: 26-32 .. T. Comparison. Physiol,. 倉 書店. between. untrained. .. and cross-sectional. area of human. skeletal. muscle . J Physiol,. 1983;. 338:. 37-49. 12.. Miller. AEJ,. characteristics. 13.. Nonaka. Nygaard flexion. 15.. O'Leary Physiol. 16.. Orizio. JD;. Eur J Appl. H, Mita. properties 14.. MacDougall. Physiol,. K, Akataki. in preadolescent E, Houston. boys.. Hope. Pharmacol, C, Solomonow. soundmyogram. Electromyogr. Scand,1983;. DO.. Gender. differences. in. strength. and. muscle. fiber. . K. Mechanomyographic. Clin Neurophsiol, K, Saltin. 2000;. investigation. of muscle. contractile. 40: 287-93.. B. Morphology. of the Brachial. Biceps. muscle. and elbow. 117:287-292.. Influence. of gender. on post-tetanic. potentiation. in human. dorsiflexors. . Can. J. 76:772-9.. M, Baratta. and EMG. , sale. M , Yabe. Y , Jorgensen. K, Sale DO. 1998;. MA. 1993; 66: 254-262. K, Watakabe. M, Suzuki. in man. Acta Physiol DD,. Tarnopolsky. RV, Veicsteinas. characteristics. A . Influence. in cat gastrocnemius. of motor. . J Electromyogr. units. recruitment. Kinesiol,. and firing. 1993; 2: 232-241. rate .. on the.
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