(57)【要約】【課題】筋肉損傷を引き起こすことなく運動筋の強度を高め得る、長期Ｅｃｃトレーニングの技術および／または装置を提供すること。【解決手段】本発明は、トルク制御伸張性トレーニングをヒト筋肉系に施すデバイスに関し、ヒト筋肉系にトルク移動を施す手段、トルク移動に抗する際に筋肉系によって生成される減速力データを表示する表示手段と、減速力データを検出および処理して、ヒト筋肉系へのトルク移動を調節する手段とを備える。本発明の一実施形態では、トルク移動を施す手段は、回転またはペダルクランクに連結された駆動モータを含む。この駆動モータはまた、コントローラによって制御され得る。このコントローラは、駆動モータの条件を操作し、そして駆動モータの動作条件を得るために、測定モータデータおよび減速データを検出およびアルゴリズムで処理する手段によって測定された変量を処理することが可能なコンピュータプログラムを含み得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転クランクに機械的に結合された駆動モータと、
該回転クランクの回転に抗するときに、該回転クランクの回転の減速を表示する表示手段と、
該駆動モータに結合されたコントローラであって、該駆動モータの動作条件を制御するコントローラと
を備えた、運動装置。
【請求項２】
伸張性運動のための方法であって、該方法は、
駆動モータに機械的に結合された回転クランクの回転に抗するステップと、
該回転クランクに結合された該駆動モータを制御することによって該回転クランクの毎分あたりの回転数を制御するステップと
を包含する、方法。
【請求項３】
前記回転クランクの毎分あたりの回転数を制御するステップは、
（ａ）使用者が該回転クランクの回転に抗するときに、該回転クランクの回転の減速を決定することと、
（ｂ）所望の結果を達成するために、パラメータおよびパラメータレベルを選択するステップと、
（ｃ）該回転クランクの回転に抗するときの該回転クランクの回転の減速と、前記選択されたパラメータおよびパラメータレベルとに基づいて、プログラム処方箋を作成するステップと、
（ｄ）該プログラム処方箋に従って、該回転クランクの毎分あたりの回転数を制御するステップと
を包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップｂからステップｄが、異なるパラメータおよびパラメータレベルを用いて反復される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記プログラム処方箋を将来の使用のために保存するステップをさらに包含する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記パラメータおよびパラメータレベルを選択するステップが、前記所望の結果を達成するために必要な所望のパラメータの値および範囲を算出するステップを包含する、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記運動装置の緊急停止を用いるステップをさらに包含する、請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（連邦政府により支援された研究または開発に関する陳述）
本案についての財務補助は、認可番号ＩＢＮ９７１４７３１として、国立科学財団を介して米国政府によって提供されており、米国政府は、本発明の特定の権利を所有し得る。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、一般的に、低いトレーニング強度で運動筋のサイズおよび強度を増大させる方法および装置に関し、そしてさらに詳細には、伸張性エルゴメータ法（ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ  ｅｒｇｏｍｅｔｒｙ）を用いることにより、低いトレーニング強度で運動筋のサイズおよび強度を増大させる方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
一般に、少なくとも最低の身体活動が筋量を維持するのに必要であることが受け入れられている。このような最低の活動が足りない場合、筋肉系が萎縮し、そして筋量が低減してしまう。筋活動はエネルギー消費性である。すなわち、身体活動中に筋肉系による酸素消費量が非常に増大する。たとえば、安静時での健康者の酸素消費量は、身体活動により１０〜１５倍増大し得る。十分な量の酸素が筋肉に届かない場合、身体活動は制限される。酸素が十分に送達されないのは、肺での酸素受入れにおける障害に起因するか、または筋肉へ酸素が十分に運ばれないことに起因し得る。心臓のポンプ機能が不十分であることは心臓機能不全を示す。筋肉の減少は心筋の活動が十分でない結果として心疾患を煩っている者に起こる。このことは、心臓のポンプ機能のさらなる低下をもたらすことになり、したがって悪循環となる。本発明は、このプロセスまたは状態を妨げるために使用され得る。
【０００４】
筋肉が力を出すときに、強度増大（ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ｇａｉｎｓ）が起こる。力を発生している間に筋肉が収縮する場合、短縮性（Ｃｏｎ）ポジティブワークを発生する筋肉において仕事がなされる。力を発生している間に筋肉が伸張する場合、筋肉には、伸張性（Ｅｃｃ）ネガティブワークを発生する。筋力が加えられた抵抗力に勝る場合、その筋活動は、「短縮性」を意味し、そして筋力が加えられた抵抗力よりも小さい場合、その筋活動は、「伸張性」を意味する。「加速性仕事（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ  ｗｏｒｋ）」は、短縮性筋収縮に起因し、そして「減速性仕事（ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ  ｗｏｒｋ）」は、伸張性収縮に起因する。例えば、山を登ることはもっぱら短縮性仕事を要し、そして同じ山を降りることはたいてい伸張性仕事のみを要する。身体面から見ると、どちらの場合にも等しいエネルギーが変換される。登りの際には位置エネルギーが増えるが、降りの際には同量のエネルギーが失われる。物理的に同量のエネルギーが変換されるが、登りに関して筋肉系によって消費されるエネルギー量は、降りに関して失われるエネルギー量よりもさらに多い。物理的に等しい伸張性仕事に関して費やされるさらに５倍〜７倍のエネルギーが、短縮性仕事に関して費やされる。
【０００５】
強度増大の大きさは、それがＥｃｃまたはＣｏｎ仕事であるかにかかわらず発生される力の大きさの関数である。短縮性によるよりも伸張性により大きな力が出され得るため、Ｅｃｃトレーニングは、Ｃｏｎトレーニングよりも多大に筋肉に「過剰な負荷を与える」能力を有する。したがって、Ｅｃｃトレーニングは、強度がより増大することになる。
【０００６】
さらに、Ｅｃｃ収縮形態は別の固有の属性を有する。力を発生するのに要される代謝消費が大幅に低減され、筋肉が低い代謝消費で高い筋肉張力を得る際に、伸張性収縮する筋肉が「多少とも」得られる。換言すれば、Ｅｃｃ収縮は、Ｃｏｎあるいは等尺性収縮（ｉｓｏｍｅｔｒｉｃ  ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ）に対して最大の筋力を発生するだけでなく、より大幅に低減された酸素要求量（Ｖｏ２）でそのように筋力を発生し得る。この観察は、準最適Ｅｃｃサイクルの酸素要求量が同じ仕事負荷でのＣｏｎサイクルに関してのものの１／６〜１／７だけであることを報告したＢｉｇｌａｎｄ−Ｒｉｔｃｈｉｅ  およびＷｏｏｄｓの先駆的研究（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｅｌｅｔｒｏｍｙｏｇｒａｍ  ａｎｄ  ｏｘｙｇｅｎ  ｕｐｔａｋｅ  ｄｕｒｉｎｇ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ａｎｄ  ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｗｏｒｋ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ（Ｌｏｎｄ））２６０：２６７−２７７、１９７６）以降、十分に実証されている。
【０００７】
代表的に、高い仕事率（３０〜４５分に対し２００−２５０Ｗ）でのひと仕事（ｓｉｎｇｌｅ  ｂｏｕｔｓ）のＥｃｃ運動は、トレーニングを受けていない被験者に筋肉痛、筋肉の弱化、および筋肉障害をもたらすことになる。したがって、Ｅｃｃ筋収縮が必然的に筋肉痛および筋肉損傷を引き起こすという一般的な概念が依然としてある。おそらく、このことがＥｃｃ収縮と筋肉損傷との間の関係を確立しているために、Ｅｃｃトレーニングに長く晒すことおよび筋肉損傷および強度に関するその効果を調べた調査はほとんどない。それにもかかわらず、Ｅｃｃ収縮は、例を少し挙げれば、歩行、ジョギング、あらゆる傾斜の降り／歩行、または椅子に腰を下ろすといった通常の活動にもよくある。これらの活動が、いずれの筋肉障害および損傷もなく起こることは明らかである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、筋肉損傷を引き起こすことなく運動筋の強度を高め得る、長期Ｅｃｃトレーニングの技術および／または装置を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（発明の要旨）
伸張性収縮する筋肉は、より大きな力を発生し、そしてその発生のためにエネルギーをあまり必要としないため、Ｅｃｃトレーニングは、運動筋に有益な機能的変化（強度の増大）および構造的変化（筋線維サイズの増大）の両方をもたらす固有の特徴を有する。例えば、Ｅｃｃ仕事は、その仕事が短縮的に行われる場合、筋肉にほとんどまたは全く影響を及ぼさないＶｏ２レベルで筋肉に過剰な負荷を与え得るため、心臓および呼吸の働きが苛酷に制限されることにより筋量の維持が今まで困難であった患者において、強度および筋肉のサイズの増大が可能となり得る。
【００１０】
本発明は、トルク制御伸張性トレーニングをヒト筋肉系に施すデバイスに関し、ヒト筋肉系にトルク移動を施す手段、トルク移動に抗する際に筋肉系によって生成される減速力データを表示する表示手段と、減速力データを検出および処理して、ヒト筋肉系へのトルク移動を調節する手段とを備える。本発明の一実施形態では、トルク移動を施す手段は、回転またはペダルクランクに連結された駆動モータを含む。この駆動モータはまた、表示手段に必要に応じて結合もされ得るコントローラによって制御され得る。このコントローラは、駆動モータの条件を操作し、そして駆動モータの動作条件を得るために、測定モータデータおよび減速データを検出およびアルゴリズムで処理する手段によって測定された変量を処理することが可能なコンピュータプログラムを含み得る。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、デバイスは、駆動モータと回転クランクとの間に配置された少なくとも１つのフライホイールも備え得る。駆動モータは、１つまたは複数のチェーンにより回転クランクに連結可能であり、このチェーンはまた、歯付きベルトまたはカルダン軸の形態をとり得る。デバイスはまた、駆動モータとフライホイールとの間に少なくとも１つのアイドラも備え得る。
【００１２】
本発明のなお別の実施形態では、デバイスは、このデバイスを安定させるために、駆動モータと回転クランクに沿って固体フレームに連結される調節可能なシートを備える。この調節可能なシートの近くに配置された駆動モータのためにオン／オフスイッチが存在し得、それによって、使用者は、トレーニングのために使用者が座っている位置から装置をオン／オフに切り替え得る。
【００１３】
本発明はまた、上述した装置を用いたトルク制御伸張性運動トレーニングのための方法を包含し、この方法は、回転クランクにおける動作パラメータを選択する工程、検出した測定データを処理する工程、駆動モータの動作条件をモニタリングする工程、回転クランクにおける生成された減速力および動作パラメータを表示デバイスに表示する工程、および選択した動作条件にしたがって、駆動モータを制御する工程を包含する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（例示的な実施形態の詳細な説明）
本発明は、伸張性エルゴメータ法を用いて、低いトレーニング強度で運動筋のサイズおよび強度を増大させる方法および装置に向けられている。本発明の装置は、トルク移動をヒト筋肉系に施す手段を備えている。この装置は、図１および図２に示した伸張性エルゴメータ装置１０に向けられており、モータ１２、回転またはペダルクランク１４、少なくとも１つのフライホイール１６、および調節可能なシート１８を備えている。モータ１２、回転クランク１４、およびシート１８はすべて、フレーム２０に連結され、好ましくは、このフレーム２０は装置１０を安定させるのを補助するために鋼からなっている。モータ１２は、１つ以上のチェーン２２によって回転クランク１４に機械的に連結され、このチェーン２２は、歯付きベルトまたはカルダン軸の形態をとることもできる。装置１０はさらに、トルク移動に抗する際に使用者の筋肉系が生成する減速力データを表示する表示手段２４（たとえばモニタ）を備える。磁気センサ２６は、ペダル速度をモニタリングする。
【００１５】
伸張性エルゴメータ装置１０を構成する際、標準Ｍｏｎａｒｃｈサイクルエルゴメータ（ｃｙｃｌｅ  ｅｒｇｏｍｅｔｅｒ：自転車エルゴメータ）のパワートレインを用いることができる。調節可能なシート１８は、リカンベントシート（ｒｅｃｕｍｂｅｎｔ  ｓｅａｔ：横臥シート）であってもよく、装置１０は、たとえばモータ１２とフライホイール１６との間の１つ以上のアイドラを備えた３馬力直流（ＤＣ）モータによって、駆動される。フライホイール１６から回転またはペダルクランク１４への変速比は、好ましくは約１：３．７５である。先に述べたように、安定性のために、構成部材はすべて鋼フレーム２０に取り付けられる。モータコントローラ２８は、モータ速度を制御し、好ましくは、モータ速度および負荷の双方について０〜１０ボルト出力を有する。磁気センサ２６は、ペダルの毎分回転数（ｒｐｍ）をモニタリングし、好ましくは、トレーニングセッション中にこの回転数が乗り手／使用者に表示される。コントローラ２８からの電圧およびアンペア数出力が、アナログ−デジタルボードと専用コンピュータによりモニタリングされる。モータ１２はまた、使用位置から装置をオン／オフに切り替えるために、使用者がアクセス可能なオン／オフスイッチ３０を備える。一旦、所定のパラメータに達すると、自動的にモータを停止するようにプログラムされ得る安全停止（ｓａｆｅｔｙ  ｓｈｕｔ  ｏｆｆ）を備えることもできる。
【００１６】
エルゴメータ装置１０は、もとの標準エルゴメータの摩擦帯域を用い、モータ１２が固定ｒｐｍで前方向にフライホイール１６を動かす際に既知の負荷（重量による）を加え、そしてモータのアンペア数／電圧を読み取ることによって較正されることが可能である。したがって、固定負荷および固定ｒｐｍの場合、前方向で行われる較正はまた、逆方向のフライホイールを較正するように機能する。これに従って、Ｅｃｃ仕事率は、使用者が固定速度でペダル運動に抗することによって維持される。
【００１７】
図３および図４は、図１および図２に示した伸張性エルゴメータ装置１０を用いたトルク制御運動トレーニング方法４０を示すフローチャートである。この方法４０は、好ましくは、伸張性エルゴメータ装置１０の機能を制御するソフトウェアプログラムによって行われる。この方法は、ステップ４２でトレーニングセッションを開始することで始まり、ステップ４４で１つ以上の第１のパラメータが読み取られる。ステップ４６で装置１０の動作制御が読み取られ、次にステップ４８で使用者が装置１０機能についての特定パラメータを制御および表示することができる。ステップ４８で所望の制御が表示されると、ステップ５０でプログラム処方箋が作成され、装置についての動作制御にそのプログラム処方箋が送られる。使用者は、所望の時間期間での所望設定（プログラムされた処方箋）でトレーニングまたは運動をし終えると、ステップ５２でトレーニングセッションを終了するかどうかを決定する。使用者は、予めプログラムされたトレーニングセッションを終了することを選択した場合、ステップ４６に戻って動作制御を読み取り、ステップ４８〜ステップ５０にわたり、予めプログラムされたパラメータの別の設定に基づいてトレーニングを続ける。あるいは、使用者がステップ５２でトレーニングセッションを終了することを選択した場合、ステップ５４でトレーニングセッションのパラメータを保存することができ、次にステップ５６でトレーニングセッションを終了する。
【００１８】
次に図４に目を向けると、図３中の制御および表示ステップ４８についてのさらに詳細な手順を示すフローチャートが示されている。トレーニングセッションについてのパラメータを制御および表示する際の第１のステップは、ある所望の結果を達成するのに必要なパラメータ値およびパラメータ範囲をステップ６０で計算することを含む。ステップ６２では、緊急停止が適切であるか否かに関して決定を行う。適切である場合、緊急停止がステップ６４で行われ、この緊急停止は、次に表示ステップ６６で同じことを表示することによって反映される。ステップ６２で緊急性がない場合、ステップ６８で、トレーニングプログラムについての制限設定が許容可能であるか否かに関して決定を行う。制限が許容可能でない場合、ステップ７０でタイマーを停止および再設定し、ステップ７２でトレーニングセッションを停止する。ステップ７２でのこの停止は、次に表示ステップ６６で表示される。トレーニングセッションについての制限設定が許容可能である場合、使用者は、ステップ７４で開始ボタンを押すかどうかを決定する。ステップ７４で開始ボタンが押されない場合、ステップ７０でタイマーが停止および再設定され、ステップ７２でトレーニングセッションが停止される。ここでもまた、ステップ７２での停止が表示ステップ６６で表示される。あるいは、使用者がステップ７４で開始ボタンを押すことにした場合、ステップ７６でタイマーは作動され、ステップ７８でトレーニングセッションが制御モードに入る。この制御モードは、次に表示ステップ６６で表示される。
【００１９】
（本発明の伸張性エルゴメータ装置を用いるトレーニング法（ｒｅｇｉｍｅ，養生法）の例）
（６週間のトレーニング法）
被験者およびトレーニング法：１８歳〜３４歳（平均２１．５歳）の９人の健康な被験者を、２つの運動トレーニンググループ：１）図１および図２に示したようなＥｃｃサイクルエルゴメータを用いた、男性２人（１人は座りきりの者、１人は規則的に適度な運動をしている者）、女性２人（１人は規則的に適度な運動をしている者、１人はトライアスロン競技者）のグループ、または２）従来的なＣｏｎエルゴメータを用いた、不規則的に運動をしている男性２人および軽く運動をしている女性３人のグループのうち一方に無作為に割り当てた。このＥｃｃグループおよびＣｏｎグループはどちらも、トレーニングの頻度および持続時間（ならびに５０〜６０のペダルｒｐｍ）を段階的に増やしながら６週間のトレーニングを行った。第１週の間、各グループは１０〜２０分間のトレーニングを２回行った。次に第２週の間、両グループとも３０分間の運動を３回行い、最終的には、第３週から第６週の間は、一週間に３０分間の運動を５回行った。初めの４週間で、Ｅｃｃグループは、Ｃｏｎグループの３倍高い仕事率が見られ始めた。第５週の間、両グループ間のＶｏ２を等しくするよう試みて仕事率を調節した。
【００２０】
測定：骨格筋強度の変化を評価するために、トレーニング前、トレーニング後、およびトレーニング中に、膝伸展によりもたらされた最大容量等尺性強度をサイベックス（Ｃｙｂｅｘ）ダイナモメータで測定した。被験者が緩いマスクをして、開放性（ｏｐｅｎ）肺活量測定システムを用いたトレーニングの間、週に１度Ｖｏ２を測定した。視覚的疼痛指標（ＶＡＳ：ｖｉｓｕａｌ  ａｎａｌｏｇ  ｓｃａｌｅ）を用いて下肢の筋肉痛の自覚を判断した。被験者は、指標強度に基づいた自覚的運動強度（ＲＰＥ）を報告するよう求められた。
【００２１】
この検査の成果は、Ｅｃｃ仕事率が初めの４週間ではね上がり、少なくとも２週間それを維持する場合、最小限の筋肉痛だけで、ＶＡＳが示すように筋肉損傷をともなわずに、また検査中のいかなる時でも脚強度が損失することなく強度増大が形成されることを示した。実際、脚強度は、Ｅｃｃグループにおいて有意に増大した（図６を参照）。Ｅｃｃ仕事の漸増的なはね上がりにより、典型的または予期される筋肉損傷のほぼ全てが防止され、Ｅｃｃトレーニングの初めの数週間に付随するすべての筋肉痛が排除された。仕事率を変えることにより運動Ｖｏ２を等しくさせるための努力にもかかわらず、第５週のトレーニング中、ＥｃｃのＶｏ２はＣｏｎよりも小さく、第６週になるまで等しくならなかった。脚強度の増大（ゲイン）は、Ｅｃｃトレーニンググループの場合は見られたが、Ｃｏｎグループの場合は強度に何の変化も起きなかった。
【００２２】
図５に関して、身体および脚の自覚的運動で見られた唯一の有意差は、Ｅｃｃグループがより多くの自覚的脚運動を有した第１週のトレーニングの間でのＲＰＥ（脚における）においてである。
【００２３】
心臓にまさにごくわずかしか要求しない、本発明の方法および装置を用いての強度増大は、意味深い臨床的用途を有し得る。健康な高齢者において高強度の抵抗トレーニングにより強度および筋量が高められたにもかかわらず、心臓血管病を患う多くの者は、骨格筋量および機能を高めるのに十分な強度で運動を行うことが不可能である。この母集団の運動強度は、安静時を著しく上回るレベルで燃焼筋（ｆｕｅｌ  ｍｕｓｃｌｅ）に十分な酸素を送達する心臓血管系の能力が不十分であることにより、厳しく制限されている場合が多い。多くの高齢の患者の場合、代謝制限を誘発する症状は、３ＭＥＴＳと同じくらいの低さであると推定され、これは、エルゴメータで約５０Ｗでのｃｏｎサイクリングに等しい。このような仕事率は、筋肉を十分に緊張させたりまたは筋萎縮および随伴性機能の低下（ｔｈｅ  ｃｏｎｃｏｍｉｔａｎｔ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｄｅｃｌｉｎｅ）を防止するには不十分である場合がある。慢性心不全および／または閉塞性肺疾患を患う患者のこの集団は、本発明の方法および装置を用いることによって各自の運動リハビリテーションを行っている間、各自の筋量を維持することができ、おそらくは、筋強度の増大が見られることさえある可能性がある。
【００２４】
（８週間のトレーニング法）
被験者およびトレーニング法：平均年齢２３．９歳（範囲年齢１９歳〜３８歳）の健康な男性１４人の被験者を、それぞれ等しい平均最大酸素摂取量（Ｖｏ２ｐｅａｋ）を有する７人ずつの被験者からなる２つのグループをつくるために体系的にグループ分けした。この２つのグループを、２つのグループ：１）図１および図２に示したようなＥｃｃサイクルエルゴメータ、または２）従来的なＣｏｎサイクルエルゴメータを用いたグループのうち一方に無作為に割り当てた。２週間のトレーニング後、Ｃｏｎグループの１人の被験者が脱落し、Ｅｃｃグループについてはｎ＝７およびＣｏｎグループについてはｎ＝６の人数が残った。
【００２５】
各被験者に従来的なＣｏｎエルゴメータでのＶｏ２ｐｅａｋテストを行い、被験者の最大心拍数（ＨＲｐｅａｋ）をＶｏ２ｐｅａｋで得られた心拍数として定めた。トレーニング運動強度は、被験者の両グループにおいて固定および同一のパーセンテージのＨＲｐｅａｋ（％ＨＲｐｅａｋ）に設定し、８週間のトレーニングのトレーニングセッションごとにわたって心拍数をモニタリングした。％ＨＲｐｅａｋは、トレーニング期間中、両グループについて同様に初期５４％ＨＲｐｅａｋ〜最終６５％ＨＲｐｅａｋまで漸増的に上昇した（図７を参照のこと）。トレーニング期間を、トレーニングの頻度および持続時間を段階的に増やしながら８週間に延ばした。第１週の間、被験者はすべて、１５分間を週に２回乗用した。トレーニング頻度は、第２週および第３週の間は２５分〜３０分を３回／週、第４週の間には３０分を４回／週、および第５週および第６週の間には３０分を５回／週であった。トレーニング頻度は、３回／週まで低減されたが、トレーニング持続時間は、Ｅｃｃ被験者の主観的な「疲労」感のため、第７週および第８週の間は３０分のままであった。ペダルｒｐｍは、両グループについて同一であった（５０ｒｐｍで開始し、第５週までには７０ｒｐｍにまで段階的に増やした）。
【００２６】
測定：測定はすべて上述した６週間のトレーニング法と同じであるが、そのほかに以下がある：トレーニングセッションごとのＥｃｃエルゴメータでの総仕事（ジュール）を、モータからの０〜１０ボルト出力から直接求めた仕事率（ワット）と積分することで計算し、この仕事率は、各トレーニングセッションの総持続時間にわたり、既知の仕事率に較正される。トレーニングセッションごとの総仕事は、各トレーニングセッションの持続によって較正されたエルゴメータに表示された仕事率を乗算することによってＣｏｎリカンベントエルゴメータに関して計算される。この検査を開始する２日前に、中間高さレベルで広筋外側から針生検を行い、８週間の検査から１、２日後に筋線維の超微細構造および線維面積を測定し終えた。毛細血管対線維の比は、電子顕微鏡写真による毛細血管断面および線維断面により毛細血管および線維の数を計数することによって求めた。
【００２７】
ＥｃｃおよびＣｏｎサイクルエルゴメータトレーニング仕事負荷は、数週間のトレーニングにわたりトレーニング運動強度が増大するにつれて段階的に増えた。両グループは同じ％ＨＲｐｅａｋで運動を行い、トレーニング中のどの時点においても両者間に著しい違いはなかった。しかし、図８に示したように、Ｅｃｃグループについての仕事の増加はＣｏｎグループよりも著しく大きかった。身体についての自覚的運動は、ＥｃｃグループとＣｏｎグループの間に顕著な違いはなかったが、図９に示したように、脚の自覚的運動は、８週間のトレーニング期間にわたりＥｃｃグループにおいて著しく大きかった。図１０に示すように、左脚についての等尺性強度の改善は、Ｅｃｃグループについてすべての週（第２週は除く）で著しく大きかったが、Ｃｏｎグループにおいてはどの時点でも強度の変化は何も見られなかった。Ｅｃｃグループについては、トレーニング前／トレーニング後の右脚／左脚Ｘの有意な相互作用もあったが、Ｃｏｎグループについては、何の相互作用も見られなかった。さらに、図１１に示すように、Ｅｃｃの線維面積は、トレーニング後では著しく大きかったが、Ｃｏｎグループについては線維面積に何の変化もなかった。最終的に、Ｅｃｃの毛細血管対線維の比は、線維の断面積に見られた増大に対応して、トレーニング後に有意に増加した（４７％）が、Ｃｏｎグループでは有意に増加しなかった（図１２を参照のこと）。
【００２８】
この調査は、トレーニング運動強度が上昇し、初めの５週間にわたって両グループについて等しくなり、次いで、さらに３週間維持される場合、ＥｃｃグループとＣｏｎグループとを比較した結果、総仕事として測定された筋力の発生に大きな違いが見られることを示した。Ｅｃｃグループでのこの増大した力の発生は、等尺性強度および線維のサイズの有意な増大を刺激したが、Ｃｏｎグループでは等尺性強度および線維のサイズの有意な増大はいずれも起こらなかった。
【００２９】
本発明の方法および装置は、臨床的環境で用いられて、心臓血管系の酸素供給能力に厳しい応力（ｓｔｒｅｓｓ）をかけることなく運動筋に大きな応力（１００Ｗを超える仕事負荷）を送達するＥｃｃ骨格筋パラダイムを可能にさせる。慢性心不全および／または閉塞性肺疾患を患う患者は、本発明の方法および装置を用いて、少なくとも各自の筋量を維持することができ、おそらくは、筋肉のサイズおよび強度の増大が見られることさえある可能性がある。
【００３０】
上記の説明は、本発明の例示的な実施形態である。上記説明は、限定することを意図するものではなく、むしろ本明細書に記載された例示的な実施形態は、本発明のいくつかの例示的な用途を記載しているにすぎないことが理解されるであろう。併記の特許請求の範囲に記載した本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書で説明された構成要素およびステップに種々の変更、削除、および追加が行われ得ることが理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明を、同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面に関連して以下に説明する。
【図１】図１は、本発明による伸張性エルゴメータの側部立面および部分断面図である。
【図２】図２は、図１に示した本発明による伸張性エルゴメータの上面図である。
【図３】図３は、図１および図２に示した伸張性エルゴメータを用いたトルク制御伸張性運動トレーニングのために方法を示すフローチャートである。
【図４】図４は、図１および図２に示した伸張性エルゴメータを用いたトルク制御伸張性運動トレーニングのために方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、従来の短縮性エルゴメータならびに図１および図２に示した伸張性エルゴメータを用いての６週間のトレーニング訓練中において、全身および脚運動の測定（値）ならびに総仕事および酸素消費（ｏｘｙｇｅｎ  ｃｏｓｔｓ）を比較した棒グラフである。
【図６】図６は、従来の短縮性エルゴメータならびに図１および図２に示した伸張性エルゴメータを用いての６週間のトレーニング訓練中および訓練後の、脚の痛みおよび等尺性脚強度測定値を比較した棒グラフである。
【図７】図７は、従来の短縮性エルゴメータならびに図１および図２に示した伸張性エルゴメータを用いての８週間のトレーニング期間中において、最大心拍数によって測定された伸張性トレーニング強度および短縮性トレーニング強度を比較した棒グラフである。
【図８】図８は、従来の短縮性エルゴメータならびに図１および図２に示した伸張性エルゴメータを用いての８週間のトレーニング期間中に行われた伸張性仕事率および短縮性仕事率を比較した棒グラフである。
【図９】図９は、従来の短縮性エルゴメータならびに図１および図２に示した伸張性エルゴメータを用いての８週間のトレーニング期間中の、Ｂｏｒｇスケールを用いた、身体および脚についての自覚的運動強度を比較した棒グラフである。
【図１０】図１０は、従来の短縮性エルゴメータならびに図１および図２に示した伸張性エルゴメータを用いての８週間のトレーニング期間前、期間中、および期間後の、等尺性膝伸展強度（ｉｓｏｍｅｔｒｉｃ  ｋｎｅｅ  ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）の変化を比較したグラフである。
【図１１】図１１は、従来の短縮性エルゴメータならびに図１および図２に示した伸張性エルゴメータを用いての８週間のトレーニング期間前および期間後の、毛細血管・線維の断面積を比較した棒グラフである。
【図１２】図１２は、従来の短縮性エルゴメータならびに図１および図２に示した伸張性エルゴメータを用いての８週間のトレーニング期間前および期間後の、毛細血管と線維との比および毛細血管密度を比較した棒グラフである。
【図１】
2006231092.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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