頚部の筋収縮速度が回転運動時の頭部外傷発生リスクに及ぼす影響の解明

• 研究課題/領域番号: 23K10653
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分59020:スポーツ科学関連
• 研究機関: 石川工業高等専門学校
• 研究代表者: 穴田 賢二 石川工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (30756531)
• 研究分担者: 藤岡 潤 石川工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (20342488) ; 北田 耕司 石川工業高等専門学校, 一般教育科, 教授 (70280378)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2025年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 頭部外傷 / 筋緊張 / 実体モデル

研究開始時の研究の概要

交通事故、スポーツ事故などおいて、頭部外傷による死傷者が多く発生している。衝撃を受けた際の頚部の筋緊張状態によって、頭部の挙動が変化することから、頭部外傷を検討する上で頚部の存在は重要である。頚部の筋緊張状態には、頚部の筋収縮速度も影響を及ぼすことが考えられる。そこで本研究では、（１）頚部の筋収縮速度を変化可能な頭頚部一体型モデルの開発、さらに、同モデルを用いることで（２）頚部の筋収縮速度が回転運動時の頭部外傷発生リスクに及ぼす影響の解明に取り組む。

研究実績の概要

交通事故，スポーツ事故，転倒・転落事故など様々な外力条件において頭部外傷が発生している。これら頭部外傷を防ぐためには，外傷の発生メカニズムを明らかにし，それに基づいた防護策の検討を推進する必要がある。実人体において，頭部は頚部と繋がっており，特に低衝撃条件において，頚部の筋緊張状態が頭部の回転運動に影響を及ぼすことが明らかにされてきた。一方で，人は衝撃に備えるといった行動をとることから，人体に衝撃が加わった際には，筋緊張状態（筋活性度）は時々刻々と変化する。さらに，筋活性度の変化速度，言い換えれば，筋の収縮速度は個人差や筋の部位によって異なることが分かっている。従って，同程度の最大筋力を有する人であっても，筋収縮の変化速度の違いにより，頭部の回転運動に差が生じ，最終的には頭部外傷発生リスクに影響が生じることが考えられる。
そこで本研究では，「頚部の筋収縮速度」－「頭部の挙動」－「頭部外傷の発生」の関係を体系的に解明することを目的とする。具体的には，以下の2つの課題を設定した。
a)頚部の筋収縮速度を変化可能な頭頚部一体型実体モデルの開発
b)頚部の筋収縮速度が回転運動時の頭部外傷発生リスクに及ぼす影響の解明
今年度は，「頚部の筋収縮速度を変化可能な頭頚部一体型実体モデルの開発」に必要となる人間の頚部の筋収縮速度に関するデータ取得に取り組んだ。最初に，実験システムの開発を行った。開発した実験システムは，被験者を仰向けに寝かせ，頭部を保持した状態から，任意のタイミングで保持状態を解除可能となっている。また，その際の被験者の頚部筋電位（表面筋電計）および頭部の回転角度（高速度カメラ）を取得可能となっている。次に同装置により，予備試験を行い，頚部筋電位データおよび頭部回転角度から，頚部の筋収縮速度を算出できることを確認した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

当初は、今年度中に被験者30名の筋収縮速度を取得する予定であった。しかし、再現性の高い実験システムの構築に当初予定よりも時間を要したため、やや遅れている状況である。

今後の研究の推進方策

2024年度早々に、被験者実験を行い、頚部の筋収縮速度データを取得する。
並行して、頭頚部一体型実体モデルの開発にも取り組む。こちらはシミュレーション解析を導入することで、効率的な実体モデルの開発を目指す。