労働科学 79 巻, 4 号 (219) ~ (223) , 2003 J. Science of Labour Vol. 79, No 4
除草時の作業姿勢の違いが腰部 ・下肢筋活動へ及ぼす影響
江 口 淳 子 *INFLUENCE OF THE DIFFERENCE IN WORKING POSTURES DURING WEEDING ON
MUSCLE ACTIV
m
ES OF THE LOWER BACK AND THE LOWER EXTREMm ES
By
Atsuko EGUCHI *
Low back pains are believed to result from fati gue of the back extensor muscles, which is of ten brought about b y keeping the tr unk flexed for ward while working. In par ticular, farmers often complain of low back pains during and af ter weeding. The purpose of this study was to investi gate how the differences in four weeding postures influenced the surface electrom yographic (EMG) activi ties of the lower back and the lower extremi t y muscles. Twelve healthy men (20.9±1.8 years old) without disor ders of the lower back and the lower extremities volunteered to par ticipate in the study. Four weeding postures (half - sitting, squatting, half -kneeling and chair -sitting postures) were selected after a discussion with farmers. Bipolar surface electrodes were attached to the ri ght side of the lower back extensor (L3) , rectus femoris and tibialis anterior muscles and the lateral por tion of the gastrocnemius muscle. EMG si gnals were recorded for 50 seconds during keeping each of the four weeding postures and were normalized in relation to the maximal voluntar y contraction (%M VC) . A one- way anal ysis of variance (ANOV A) was performed on the m uscle ac t i vi t ies (% M VC) in each task (p< 0.05) . I n the low er back m uscles, t he performance during chair -si tting (4.6±3.6%) resulted in the lowest activity level and was significantly lower than that during the half kneeling posture (11.3±13.3%) . In the rectus femoris muscle, the level of muscle activities during chair -sitting (4.3 ±3.6%) was the lowest and was si gnificantl y lower than that during the half - si tting (12.1±9.6%) and squat ting (11.0±11.1%) postures. In the tibialis anterior m uscle, the m uscle activit y level dur in g squatting (41.6±32.5%) was si gnificantly lar ger than that during the other three postures and was appro_ximatel y 15 times that during the chair -si tting posture (2.8±2.1) . In the
lateral por tion of the gastrocnemius muscle, the muscle activit y level during chair -sitting
(9.7±7.3%) was significantly lower than that during the half - sitting (23.0±12.2%) and half-
kneeling (17.6±7.2%) postures. All the subjects stated that the chair -sitting posture was more comfor table than the other three postures. This was because the latter postures brought about a lar ger load on the lower back and lower extremity muscles. The results indicated that the chair -sitting posture should be recommended during weeding from the viewpoint of m uscle fatigue induced by excessive muscle activities.キ ーワード : 除草作業 ; 作業姿勢 ; 腰部筋 ; 下肢筋 ; 表面筋電図
K ey w or d s : Weeding ; Working postures ; Low back muscles ; Lower extremity muscles ;
Electrom yogram
* 宿毛診療所
1. はじめに 長時間にわたり同一姿勢をとらなければならな い職種にとって, 職業性腰痛は大きな問題の ひと つであり , 労働衛生の分野でも注目さ れてきた。 特に作業時の姿勢やその環境の影響は大きい。 こ れらに関し ては, 工場労働者の作業負担度や作業 姿勢の評価についての研究
'
) や, 介護 や看護動作 時の姿勢が 腰部 に及ぼす影響についての研究 2-8) , また農作業時 の姿勢 やその環境に関する研究9) や 農作業姿 勢と健康状態の関 連につ いての研究'
o) などがある。 当診療所は農村地域にあ るため農業従事 者が多 く, そのため農作業時における筋 ・ 筋膜性の腰部 痛の訴えが多 い。 中でも除草作業時あるいは作業 後に腰部痛が生じるという 訴えがよく聞かれる。 し かしながら除草時 における作業姿勢の研究は見 当たらない。 姿 勢が 生体 に 及ぼす 影響を 評価 す る 方法 とし て, 長町式作業姿勢診断図のよう に, 作業姿勢に より身体エネルギー消費の大小を評価するもの''
) や, ア ンケ ート 調査にて主観的に疲労 感を 評価す るもの , 生理学的指標となる酸素摂取量や心拍数 を用いるものがある。作業効率の指標では, 小瀬 らが 保健医 療 従事 者の腰痛 につ いての調 査とし て, 作業 ・ 動作 ・ 姿勢を記録するタイムスタディ 法を用 いている3)。また吉川らは, 美容師を対象 に 2 つの異なったシャンプー台での作業 における 腰部負担を , 傾斜角モニターを使用した体幹傾斜 角との関 係から 述べ ている'
2) 。 腰 背筋 に つ い て の指標とし ては, 筋電図により筋活動パターンや 筋 活動量 で 評 価 するも の も 用 いら れて いる2-8)。 筋電図を用いた作業姿勢の研究では, 垰田らはフ ォークリフト運転 者の作業環境 に対し て, 回転座 席を使用することによ って身体負担を軽減するこ とができると示し ている13)。また, I w ak ir i らは 立 位での 皿洗い作 業において, 下肢をサ ポートす ることで背筋 や下肢筋への負担が軽減することを 示し て いる14)。 し かし なが ら農作 業時 の姿勢 に 関する筋電図学的研究とし ては, ハツカ ダイコン 収穫時の作業姿勢の違いが腰背部へ及ぼす影響に ついて, van Dieen らによる報告15) があるが, 除 草作業時 についての報告はない。 本研究の目的は, 農作業の中でも腰痛が生じる ことが多 いとされる除草作業時の, 4 つの姿勢の 違いが腰部 ・ 下肢 筋 活動へ与え る 影響 につ いて , 表面 筋 電図を 用いて比較 ・ 検 討するこ と であ っ た。 11. 対象と方法 A. 対象 対 象は腰部およ び下 肢 に疾患のな い健常男 性 12 名 (平均 20.9 ± 1.8 歳) であ った。対象者全員 に研究目的, 方法について十分説明を行い, 同意 を 得 た後 に実験を 行 つた 。 な お実験 中 , 室 温 は 24 ℃ に保った。 B. 方法 測定と解析には表面筋 電計 (NOR A XON 社製 M yoSystem 1200 U.S.A ) を用いた。サンプリン グ周 波 数は 1,000 H z, バ ンド パスフィ ルタ ーは 10~ 500 H z に設定し た。十分な皮膚処理をし た 後, 銀/ 塩化銀表面電極 (B lue Sensor N - 00S, M edicotest A / S Denmark ) を, 電極間距離を 3.0 cm 間隔とし て, 第 3 腰椎の高さの腰部脊柱起 立筋, 大腿直筋, 前脛骨筋, 外側 腹筋の筋腹に, 筋線維の走行に対し て平行に貼付し た。 アース電 極は肩甲骨下角に貼付し た。 電極は全て右側の み に貼付した。 除草作業の模擬的作業姿勢は, S 診療所に通院 し ている農業従事 者 10 人から聞き取り調査を行 った結果, 実際によく用いら れている中腰位, 蹲 踞 位 , 右片膝立ち 位 , 椅子 座位の 4 姿 勢とし た (図 1 A - D) 。どの農業従事 者も除草作業中, 常 時同一姿勢を保持し ているわけではなく, 長時間 にわたる場合は姿勢転換をし ているとのことであ ったが , 本研究では姿勢による違いを検討するた め , 途中での姿勢転換は行わなかった。中腰位は 膝を軽度屈曲位とし , 臀部が膝よりも高い位置に あることとし た (図 1 A ) 。蹲踞位は膝を最大屈 曲位にし , 臀部が膝よりも低い位置にあることと し た (図 1 B) 。右片膝立ち位は右膝を 90 度屈曲 位にて前方へ出し , 左膝は床面へ着くこととし た (図 1 C) 。椅子座位は高さ 15 cm の台へ腰掛ける こととし た (図 1 D) 。上肢の位置や動きによる 影響を除くため, 上肢は自然下垂位で動かさない養1
p
, 一 、' 一一「
' 1・・1,1f
A. Half-sitting B. Squatting C. Half-kneeling
中腰位 躊踞位 片膝立ち位
Fig. 1 Four working postures dur ing weeding
図 1 4 つの除草作業姿勢 g n .it 位 座
a
子
椅 DTable t Electrom yographic activities ( % M VC) of four m uscles in four working postures
表 1 4 つの姿勢における 4 つの筋の筋活動量 ( % M VC) 脊柱起立筋 大腿四頭筋 前 脛骨筋 1排腹筋 中腰位 躊踞 位 片膝立ち 位 椅子 座位 9.5 ±10.2 6.0± 4.8 11.3±13.3
-l
」*
4.6± 3.6 * 一 * 6 1 0 6 9 1 9 3 ± ± 十一 十一 1 0 0 3 2 1 8 4 1 1 *]
0 5 7 1 4 32 3 2 ± ± ± 十一 5 6 1 8 5 1 5 2 4 *l
2 1 2 3 2 ' 9 7 7 1十一 ± ± ± 0 9 6 7 3 3 7 9 2 1 1 数値は平均値±標準偏差 単位 ; % n= 12 * : p< 0.05 こととし , どの姿勢も軽度屈曲した手指が床へ軽 く着く程度とし た。視線は指先を見つめるよう に 指示し た。 はじ め に ダニ エ ルス ら 16) の 徒 手 筋 力 テ スト (MM T : Manual M uscle Test) の“正常”に準 じて最大随意収縮 (M VC : M aximal Voluntar y Contraction) を発揮させ, その間の筋電図を 5 秒 間記録し た。十分な休憩後, ランダムに 4 つの姿 勢を順にとらせ, 姿勢が安定し たことを筋電図モ ニターの波形 にて確認し た後, 筋電図をそれぞれ 1 分間記録し た。各検査の間には 5 分間の休憩を 取り, 疲労の影響を受けないようにした。 記録し た波形は全波整流し た後, 姿勢開始直後, 終了直前のそ れぞ れ 5 秒間を 除去し た 50 秒間の 平均活動電位を , M VC の平均活動電位を基準に して正規化し ( % M VC) , これを筋活動量の指標 とした。 統計学的 解析は一元配置分散分析 ( A NOV A :Anal ysis of Var iance) を用い, 各筋の筋活動量
( % M VC) を比較し, 4 つの姿勢による違いが 及 ぼす影響を検討した。なお, Post hoc test とし て Fisher の PLSD を用い, 有意水準を 5 % 未満
(p < 0.05) とした。
m . 結
果
4 つ の作 業姿 勢 に おける 各筋 の筋 活動 量 ( % M VC) は表 1 に示す通りであ った。脊柱起立 筋 で は 椅子 座 位 で の 筋 活動 量が 一 番小 さ く ( 平 均4.6 ±3.6 %) , 片膝立ち位 (平均 11.3 ± 13.3 %)
に比べ有意に小さかった。大腿四頭筋でも , 椅子 座 位 で の 筋 活 動 量 が 一 番 小 さ く ( 平 均 4.3 ± 3.6 %) , 中腰位 (平均 12.1 ±9.6 %) と牌踞位 (平 均 11.0 ± 11.1 %) に比べ有意に小さかった。前脛 骨 筋 で は , 蹲 踞 位 で の 筋 活動 量 ( 平 均 4 1.6 ± 32.5 % ) が 他の 3 姿 勢 に比べ有意に大きか った。 特に椅子 座位 (平均 2.8 ± 2.1 %) と比べて約 15 倍大きか った。 J排腹筋 では , 中腰位 (平均 23.0 ± 12.2 %) と片膝立ち位 (平均 17.6 ± 7.2 %) に比べ 椅子座位 (平均 9.7 ± 7.3 %) は有意に小さい値を 示し た。 この 4 姿勢での自覚症状について聞き取 り調査を行ったところ, 一番楽な姿勢は, 被検者 全員が椅子座位と回答し た。他の 3 姿勢は, 腰の 痛みより下肢の辛さ・の訴えが主であ った。
IV. 考
察
筋活動量の指標である% M VC は, 腰部の脊柱 起立筋では, 椅子 座位が一番小さい値を示し た。 中腰位と片膝立ち位は筋活動量が多く, 同じ傾向 を 示し た。 一方, 踞位と椅子 座位は筋活動量が 少なく, 同じ傾向を示した。この 2 群を比較する と, 図 1 に見られるよう に, 筋活動量の少ない牌 踞位と椅子 座位では, 股 ・ 膝関節を大きく屈曲さ せており, 体幹を大きく前傾させなくても上肢を 床へ届かせることができている。一方, 中腰位と 片膝立ち位は股 ・ 膝関節の屈曲が小さく, 上肢を 床へ届かせるために体幹を大きく前傾させなけ れ ばならない。 そのため後方から姿勢を 保持する脊 柱起立筋の筋 活動量が多 くな ったと考え ら れる。 柴田らは, 脊柱起立筋は姿勢保持に関する伸筋で あり, 腰椎を支点とし て体幹質量を牽引するので, 上体の傾斜が大きくなるほど支点から体幹重心ま での距離が 延長し モーメントが増加するためその 緊張度が高まるとし ており4), 本研究の結果を支 持するものである。 大腿四頭筋 では中腰位と蹲踞位で筋 活動量が多 かった。 中腰位は股 ・ 膝関節が軽度屈曲 位である ため骨 ・ 関節での支持ができず, 抗重力姿勢を保 持するため には筋での支持が必要となり . 大腿四 頭筋の活動量が大きくなったと考え ら れる。 また 踞位では抗重力姿勢を 保持するため に大腿四頭 筋の活動量が大きくなったと考え る。椅子 座位で は, 後方から椅子で臀部を支持するため , 抗重力 姿勢を 保持するための筋 活動量 は少なくてすんだ と考えら れる。 前 脛骨筋 では牌 踞位で筋 活動量が 大 きか った。 降踞位は臀部の位置が後方にあるため重心が足部 の後方に偏り易くなる。そのため上肢を床へ届か せるためには足関節の背屈を保持し , 大腿と体幹 _ _ t-
_ 1、l _ '1、、 _CO _ ; _ _ 目l 力 へ 1 さ 7 lア しl り , 足 関即一月 J出 働きをする前脛骨筋の活動量も, 大腿四頭筋と同 様に大きくなったものと考えられる。同じような 姿勢でも椅子座位では, 後方で椅子によって臀部 を支持できるため, 前脛骨筋の活動量が少なくて すんだものと考え られる。 中腰位や片膝立ち位で は重心の位置が前方にあるため , 前脛骨筋の活動 量も少なかったと思われる。 , 腹筋では中腰位と片膝立ち位で筋活動量が多 く, 牌踞位と椅子座位では筋活動量が少なかった。 中腰位と片膝立ち 位は重心が前方へあるため, 抗 重力肢位を 保持するため に大腿四頭筋と同様に1排 腹筋 の活動量も多 くな ったと考え ら れる。一方 , 重心の位置が後方にある牌踞位と椅子 座位では筋 活動量が少なくても姿勢を保持できたものと考え る o 以上, まとめると除草作業時において, 筋電図 学的側面から検討し た結果, 椅子座位が脊柱起立 筋および下肢の筋活動が少なく, 筋疲労をもたら さない好まし い姿勢であると考えら れる。自覚的 症状でも椅子座位は楽な姿勢とされ, 除草作業で 最も好まれる姿勢といえる。 van Dieen らもハツ カ ダイコ ン収穫作 業時 における 2 つの作業姿勢 ( 膝立ち 位と椅子 座位) での背筋筋 疲労を周波 数 解析にて比較し た結果, 椅子座位での作業のほう が , 筋疲労が 少ないと報告し ている'
5)。 しかし ながら , 彼らも ハツカダイコ ンの収穫作業時 に , 椅子を使用すると 移動が 不 便であ ると述べ て い る。同様に, 移動が必要な除草作業でも, 実際に は椅子 座位方式 は移動が不便で, また除草位置や 畑の形状により姿勢を使い分けなけ ればならな い とのことだった。 こ れに対し ては, 身体負担の軽 減と作業効率の向上の両面を考慮したキ ャスター 付きの椅子が考案されている。 実際の作業場面で は, 実用性や作業効率の面も考慮すると姿勢転換 も必要である。 今回 は筋電図学的に脊柱起立筋の 筋 活動から 腰 部 ・ 下肢 筋 の 負 担を 検 討し たが , Nachemson 17) が述べ ているよう に, 腰痛では姿 勢の変化による椎間板内圧の変化も重要な要素の 一つであることを忘 れてはいけない。今回は腰部 痛のない健常成人での比較を行ったが, 実際の農 作業従事者は中高年者が多く, また腰痛と共に膝 の痛みの訴えも多 く, 今後は対象者の年齢や性別 , I 未 い / こく 0 1思 ーノ、、;「し, 史 7 'ロf イ丁つていきたい。 作業内 容とし ては, 上肢の影響を排 除するため に静止動作とし たが , 今後は実際の場 面により近い設定とし て, 草を引き抜く動作など 他の要因との関係も検討し ていきたい。 また研究 法とし て, 今回は筋電図記録が 1 回のみであり, 再現性 につ いての確 認が 必要と思 わ れる 。 ま た, 一般に筋電位の高低と筋張力との比例関係が負荷 指標となるといわれているが , 本研究では姿勢の 変化にともない筋長も変化し ているため , 一概に は負荷指標となりにくい面がある。こ れらの点は 今後の課題としていきたい。 文 献 1) 西条富 美代 . 姿勢と動作 一 作業姿勢と負担 一 . 理学療法科学 1995 ; 10 (3) : 127-134. 2) 平 林弦大, 杉原敏道, 郷貴大, 小 川恵一, 笠原 秀則. 動作 介助における 介助量 と対 象者の筋 活 動量の関係. 理学療法学 1999 ; 26 (5) : 187-191. 3) 小 瀬奈緒美, 吉 村理, 高柳清美. 保健医療従事 者の腰痛について. 日本災害医学 会会誌 1999 ; 47 (2) : 114-119. 4) 柴田しおり, 柴田真志, 片山 恵, 吉 岡隆之, 平 田 雅子 . 起き上がり援助技術 方法の違いが 看護 者の生体負担に及ぼす影響. 日本 看護研究学会 雑誌 2000 ; 23 (5) : 43-53. 5) 香 城綾, 佐藤紀久江 , 紙屋克子 . 高 齢者の起き 上がり動作支援技術の検討 一 起き上がり動作の 観 察 と 2 つ の 支 援 方 法 の 比 較 一 . 労 働 科 学 2001 ; 77 (9) : 347-360. 6) 加藤麻樹. 介助作業の 標準 化に関する研究 ・ そ の 2 . 九州看護福 祉大学紀要 2001 ; 3 ( 1) : 169- 173. 7) 伊丹 君和 , 藤田 きみ ゑ, 古 株 ひろみ, 他 . 看護 作業時の ひねりが 看護者の腰部に及ぼす影響 に ついての検討. 滋賀県立 大学 看護短期大学 部学 術雑誌 2001 ; (6) : 33-38. 8) 伊丹君和 , 藤田きみゑ, 矢口 潤哉, 他. 看護作 業時の ひねりが 看護 者の腰部に及ぼす影響 につ いての検討 (第 2 報) . 滋賀県立大学看護短期大 学部学術雑誌 2002 ; (6) : 37-42. 9) 榊 原久隆 , 宮 尾 克 , 近藤高明 , 山 田信也 . 梨 , り んご栽培従事 者の筋骨 格系 症状 と作業 姿 勢 . 産業医学 1993 ; 35 : 530-536. 10) 春日彩子, 源田直司 , 矢奥泰章 , 豊田毅, 松田 亮三 , 車 谷典男 . グリ ー ンアスパラ栽培の作業 実態とその問 題点 . 労 働科学 2001 ; 77 (8) : 318-325. 11) 長町三生. 高齢者のための作業環境改善 . 労 働 衛生 1992 ; 33 (8) : 18-20. 12) 吉 川徹 , 原邦 夫 , 伊藤昭好, 酒井一博. 2 つの 異なる シャンプー台使用時の美容師の作業姿 勢 からみた作業負担の軽減効果. 労働科学 2002 ; 78 (2) : 57-65. 13) 垰田和史, 辻村裕次, 北原照代, 西山勝夫. 回 転座席使用 によ るフ ォークリ フト運転 者の 身体 負担軽減効果の検討. 産業衛生学雑誌 2002 ; : 180-187.
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