愛知工業大学研究報告
第40号B平成17年
3
1
関節角度にともなう筋音図の変化
Change o
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MMG
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夫 馬 孝 明
T
平 松 誠 治
tt
加藤厚生
it
Takaaki FUMA
，
Seiji HIRAMATU
，
Atsuo KATO
Abstract In this study we measured the ankle joint torque with the mechanomyogram
小
1MG)on several
angles ofthe human ankle during isometric dorsiflexion. Subject exercised that maximum voluntary
contraction (MVC) and ramp contraction between dorsiflexion angle of 30 degrees and planter
flexion al1g1e of 40 degr田s.問VCwas greatest in thel1eutral positiol1.The RMS amplitude of
MMG has changed with angle of the joil1t chal1ged. lt is thought that this result was influel1ced企om
musc1e length. 1n additiol1it was shown that fascicle al1g1e related as a cause of that chal1ge of the
RMS amplitud巴ofMMG.
1
.
はじめに
筋i音図(MMG:mech加omyogram)は奴縮に伴う筋の側方
向の機械的な変化を体表面1から記録したものである。また、
筋音隠は筋の電気的活動を反映する筋電図(EMG)と運動の
駆動力である筋力と中間に位置しており、筋機能のより詳
細な解析に利用できる可能性がある。
筋力発揮時の筋長によって筋力が変化することはよく
知られている。これは、筋長の変化によって筋の機械的特
性が変化するためだと考えられているがへこの機械的特
性の変化が筋活動にどのような影響を与えるかについて
は明確ではない。
そこで本研究では、足関節i角度を変化させ、筋長と筋力
の関係を調べるとともに、機械的活動商をうかがえる
MMGを用いて、この時の筋の活動状況の分析を行った。
2.
方法
本研究は健常男性16名を対象とした。被検者は緋鰻筋
を弛緩した状態にするように股、膝関節を70度照的させ、
リクライニングシートに習臥位で座り、胸部と腰部をベル
トで固定した。足部は足関節角度を規定できるよう関節ト
ルク概定装置に固定した。足関節外果とトルク測定器の回
転中心が一致するように、また下腿軸が水平になるように
測定装置の調整を行った。足関節トルクは被検者が筋を拍
緩した状態を基準にして、能動トルクを測定した。苦j-測は、
足関節角絡に等尺性最大随意背j爵トノレク (MVC:Maximal
T 愛知工業大学 大学院工学二研究科
r T 愛知工業大学工学部機械f学科
(殿町市)
(豊田市)
voluntary contractIon)と 同MVCから 10弘MVC/secの土問加
率で足関節背脂カを増加させるランプ状筋力発揮につい
て行った。二つの実験において力の発揮を確実にするため
に、被検者は事前に力発揮の練習を行った。
2
剖
1 M
V
G
まず、各足関節角度における MVCを測定した。足関節
角は下腿軸と足底のなす角とし、また足関節角
9
0
度を中
間位とする。 MVCの決定では、対象とする足関節角を背
屈30度 底屈40度の間10度毎とし、それぞれの足関節
角において約3秒間の最大努力の足背屈力発揮を 3回行わ
せた。足関節背周カは発揮筋力を維持するために被検者正
箇におかれたディスプレーに表示する。 3回のMVC
r
!JU定
の最も大きなトルクをMVCのトルクとする。
ト
2
ランプ状力発揮
MVCの測定後、背屈30度、中間位、底屈40度におけ
るランプ状力発揮を行った。被検者には正面に設置したデ
ィスプレー上に表示したターゲットに迫従して力を発揮
するよう指示した(発揮筋力の誤差開以内)。ターゲット
は最大筋力の5%(同MVC)を3秒間維持した後、 1秒 間 に
10児MVCの割合で徐々にカを増加させるように設定した
(悶.2c)。この時、前膝骨筋の筋腹
q
C:1:央:に貼付した加速度
計と、それを挟むように貼付した表面電極を用いてMMG
とEMGをそれぞれ導出した。導出された MMGおよび
EMGはそれぞれ専用の増幅器(MMG:メディセンス
愛知工業大学研究報告，第
4
0
号
B
，平成
1
7
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MPSI01 、 ENG: 日本光霞 WEB5000) によって帯域 1~
250Hz、 5~500Hz で増幅され、カ信号とともにデータレコ
ーダ
(TEACRD-130TE)
に記録された。次いで、記録され
た信号は
5
k
H
z
のサンプリングレートで
A
/
D
変換され信号
処理に使用された。
図
.
2
中間{立でのランプ状力発揮時における典型的な
MMG(a)
、
E
M
G
(
b
)
、
T
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c
)
の記録
中間位、底屈
4
0
度を示している。図
.
3
a
において
MMG
の
RMS
振幅は各関節角度で
3
0
見
MVC
までは変化が小さく、
およそ 30~60弘IMVC の区間で上昇した。その後中間位と
底屈位では、
7
0
弘
MVC
付近ーから減少したが、背服位だけは
減少しないで
7
0
対
MVC
以上も若干の端加傾向をみせた。
関節角度毎に見ていくと、
4
0
払
MVC
以上では、中間位で
RMS
振幅が最大で、底属位あるいは背脂位はこれより小
さかった。また、
EMG
の
RMS
振幅は、底屈位、中間位、
背屈位の順に振I隔が大きくなった。
3
闘
2
.2
平埼周波数
間
.
4
は図
.
3
と 同 じ 測 定 か ら 得 ら れ た
MMG(a)
と
EMG(b)
の背屈位、中間位、底屈位における平均周波数で
ある。間中、
DF30
0 は背照
3
0
度、
Neu
仕a
1
が中間位、
P
F
4
0
0
が底屈
4
0
度を示す。
MMG
の平均周波数は各関節角度に
1
2
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4
2
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側
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銅
1
誠
VG
関.
1
は各関節角における
MVC
の被検者平均を示すo
MVC
はほぼ中間位から背屈もしくは底屈するにしたがっ
て減少する傾向を示した。この減少は底屈側よりも背屈側
で若干急、唆であった。
3
健
2
ランプ状力発揮
図
.
2
はランプ状力発揮時に得られる
MMG(a)
、
EMG(
旬、
トルク信号(c)の記録例である。被検者は足関節背屈カタ
ーゲットに追従して足関節トノレクを発生し、土問未満の誤
蒸で
5
お
MVC
からほぼ
8
0
九
MVC
近傍まで筋力を増加させて
いる(圏幽
2
c
)
。この時、
MMG
の振幅は
7
秒(約
4
0
九
MVC)
近傍で急増し、その後ほぼ一定値を維持していた。一方で、
EMG
の振幅は発揮筋力とともに単調に増加していた。
次に、関節角度がこうした振1憾の変化に及ぼす影響の一
般 的 パ タ ー ン を 調 べ る た め 、 筋 力 を 増 加 さ せ 始 め る
同
MVC(3
秒)からターゲットにほぼ追従できなくなる、お
よそ
8
0
弘
MVC(10.5
秒)までの期間について、
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M
S
)
振1隔を
0
.
1
秒侮に算出し(区間幅
O
.6
秒)、
この
RMS
値の被検者平均を求めた。
3
圃
2.1 R
M
S
振幅
居
.
3
に背屈
3
0
度、中間位、底屈
4
0
度における
MMG(a)
と
EMG(b)
の
RMS
振幅とトルクの被検者平均を示す。図
中のひ
'
F
3
0
0 、
N
e
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t
r
a
1
および
P
F
4
0
0 はそれぞれ，背屈
3
0
度、
3.
結果
3
3
関節角度にともなう筋王子図の変化
(
a
)
MMG
(a)
MMG
O
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Torque(出MVC)
40
20
ハ
u
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MMG(a)とEMG(b)の平均周波数
の事実である。本研究においてもほぼ中間位で MVCは
最大となり(図 1)、そこから底脂、背屈するにつれて MVC
は 低 下 し た 。 こ れ ら の 結 果 は 足 関 節 背 脂 jJを検討した
Marshらの結果とほぼ 4致し、正確な MVCが得られたと
考えられる 3)。
4
・
2
ランプ状力発揮
4
・
2
・
1 R
M
S
撮櫨
関.3aにおいて、 MMGの RMS振幅は 40弘以上の筋力で
は、中間イ立が最大で、あった。背屈イ立では弛緩している筋が
多く収縮する筋が少ない。一方、底屈位では、筋が伸長し
ているため収縮し難いことが推察される。また、筋長によ
って結自身のスティフネスが変化すると設われている 2)。
関.4
MMG(a)とEMG(b)のRMS娠中高
おいて、トルクの上昇に伴い平均周波数が高くなる傾向を
示した。また角度思
J
I
に見ると、背屈するにつれて平均周波
数は高くなり、底屈していくと低くなる傾向を示したo
EMGの平均照波数は、 MMGに比べると緩やかに変化し
た。また、足関節角度との関係は MMGの平均周波数と同
襟に背脂 30度の時最も高く、足関節が底思するにつれて
平均周波数が低下した。
4.
関.3
4. 1
湖
V
G
筋力発揮時の筋長によって筋力が変化することはj可知
考察
34
愛知工業大学研究報告，第
40
号
B
，平成
1
7
年，
Vo
1
.40-B
従って、これらの要国によって、
MMG
の振幅が小さくな
ったものと推察される。
発揮筋力に関する
MMG
の振[I屈の変化は筋活動の生理
学的要因を反映すると言われてし、る。 20~30弘MVC にみら
れる振幅の急増は筋力調撃のために速筋線維が使用され
た時点と一致するとされるl)。
70%MVC
以上
l
こおいて中間位と底矧伎での
RMS
振幅の
減少は、筋線維の収縮が融合したことを表わしているとさ
れる1)。しかし、背屈位の振幅は減少しないで若干の上昇
傾向を示した。図
.
5
は前腔骨筋ょに置かれた
MMG
セン
サを摸式的に表わしている。背屈すると前腔骨筋の羽状角
も)
L
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(附問日)
十
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図 .5 羽;j)~筋の短縮の模式図
が大きくなり筋線維の方向の振動が混入しやすくなる。こ
のため背屈位では、中間位や底屈位に比べ、筋線維の方向
の振動の影響を受けやすいと推察される。筋線維の方向の
振動は筋力とともに増えると推察されるので、振動の大き
くなる、大きな筋力の時、特に背屈位において融合による
MMG
振幅削成少を補った可能性がある。
凶
.
3
b
における、トルクの増加にともなう
EMG
の
RMS
振幅の増加は、これまでの研究で報告二された結果と同様で
あった5)へ … 方 、 背 屈
3
0
度(筋長が短し、)の時
EMG
娠中高
が中間位や底!話位に比べて大きかった。この結果は、
Z
h
a
n
g
の大腿四頭筋に関する計測結巣と類似した九
4. 2
.
2
平均周波数
ほ
1
.
4
において、
MMG
の平均周波数が足関節を底屈する
につれて低くなるのは、
EMG
の平均周波数の低下を反映
したものと検察される。または、筋長の変化による筋線維
の張カの変化が
MMG
の平均周波数に影響を及ぼしたと
考えられる。
5
.
まとめ
MMG
の振i協はその大きさと変化の様相ともに筋力発
揮時における関節角度によって変化した。ごの振幅の土器械
は関節角度毎
i
こ若干の差異が見られた。この差異の原因の
一因として、~~状角が関係する可能性を示した。 EMG の
振l隠では大きさに若干Bの相違があったものの変化の儀相
はほぼ類似していた。
参 考 文 献
(
1
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