筋シナジーと多関節運動トレーニングによる効果の関係

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K13155
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 鈴木 崇人 国立研究開発法人理化学研究所, 情報システム本部, 特別研究員 (20638960)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 筋シナジー / 下腿三頭筋 / 大腿四頭筋

Outline of Annual Research Achievements

日常生活における多くの動作が多関節運動であり、多関節にわたる複数の筋を協調させることが重要であるが、その制御メカニズムは未だ十分に明らかではない。複数の筋が小規模なグループ(筋シナジー)にまとめられて制御されている、という筋シナジー仮説に基づく研究も数多く行われてきたが、他の運動制御に関する仮説との比較から筋シナジー仮説の優位性を検証することも求められていた。本研究は、他の運動制御に関する説と比較しながら、足底屈筋群の等尺性・等速性収縮時の筋活動を詳細に検討し、それと垂直跳び時の筋活動の解析を合わせることで共通の筋シナジーを抜き出し、筋シナジーとトレーニング効果の関係を明らかにすることを目的とする。1年目で一つの足関節角度における等尺性収縮において確認された筋シナジーが動的な運動中にも関与することを確認するため、2年目の研究として、下腿三頭筋の等速性収縮中の活動に対する膝伸展筋群の活動の影響を検討した。下腿三頭筋の活動は収縮速度だけでなく収縮時の筋の長さにも影響を受けるため、複数の関節角度における等尺性収縮の実験も合わせて行った。その結果、実験機材の測定精度が足りないことや受動トルク測定の問題点が明らかとなり、実験設定を修正した。また下腿三頭筋と膝伸展筋群を活動させた場合、不随意に股関節伸展筋群が活動してしまう場合があるため、等尺性収縮中の下腿三頭筋の活動に対する股関節伸展筋群の活動の影響を確認する実験を行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初1年目に予定していた、下腿三頭筋の等尺性収縮中の筋活動を筋シナジー仮説と非制御多様体(Uncontrolled Manifold: UCM)仮説の観点から解析して説明力を比較する実験については実験機材の変更があったため、当初2年目に予定した等速性収縮の実験を優先して行った。等速性収縮の実験では、設定速度で受動的に足関節を動かして各関節角度での受動トルクを事前に取得し、その値を等速性収縮中の足底屈トルクの値から引く必要がある。張力を増加させる方向と減少させる方向の受動トルクを同一に扱ってしまい、その両条件では粘弾性要素の特性から関節角度と張力の関係が変わってしまうことを考慮に入れていなかった。また小型のゴニオメータを用いて足関節角度を統制していたが精度が不十分であり、実験機材の変更を検討している。以上より、再実験を行っている段階である。
また動的随意運動では、足底屈筋群と膝関節伸展筋群以外の対象としていない股関節伸展筋群が不随意に活動してしまうことがあり、統制することが困難である。これまで明らかにした足底屈筋群と膝関節伸展筋群の関係と同様の関係が、足底屈筋群と股関節伸展筋群の組合せにおいても存在する可能性があり、その実験の必要性を再確認した。そこで、等尺性収縮中の下腿三頭筋の活動に対する股関節伸展筋群の活動の影響を確認する実験を行い、30条件(足底屈強度10条件×股関節伸展強度3条件)において検討した。現段階では股関節伸展筋群の活動時には腓腹筋内側頭の活動が低下する可能性が示唆されている。
以上のことから、やや遅れている、と考えられる。

Strategy for Future Research Activity

等尺性収縮中の下腿三頭筋の活動に対する股関節伸展筋群の活動の影響を確認する実験は、これまでの実験設定と似ているために実験に対する障害が少ないので、優先して行う。
等速性収縮中の下腿三頭筋の活動に対する膝伸展筋群の活動の影響を確認する実験では、足関節角度をより精密に測定するため足関節専用の大型ゴニオメータを導入する。大型のゴニオメータによって短腓骨筋の活動を測定するための電極を貼付する場所が狭くなり、貼付が困難になることが予想されるが、ゴニオメータと電極の貼付方法を検討する。また足関節角速度をより精密に制御するため、足底屈トルクを測定するダイナモメータの制御方法を変更する。等速性収縮の条件として、短縮性収縮と伸張性収縮を設定しているが、各条件に対してそれぞれ張力が減少する方向と増加する方向に動かした時の対応する受動トルクを取得して、能動的発揮張力を計算する。
下腿三頭筋の等尺性収縮中の筋活動を筋シナジー仮説とUCM仮説の観点から解析して説明力を比較する実験については使用するフォースプレートを変更した。フォースプレートの寸法が変わったためフォースプレートを固定する機材も変更することを検討する。

Causes of Carryover

実験設定を修正して再度行う必要があり、また今後の論文掲載料などを支払うことも考慮して、2年目までの研究費を残すことにした。足関節専用のゴニオメータを購入するほか、実験謝金や英文校正費、論文掲載料に使用する。