不動に伴う痛みに対する等尺性収縮運動の効果―行動学的評価による検討－
中川晃一・永田明日翔
要旨
本研究では，足関節不動モデルラットを用い，不動に伴う痛みに対する等尺性収縮運動の効果について行動学的手法を用いて検索した．実験動物には Wistar 系雄性ラット 31 匹を用い，1）右側足関節を４週間ギプスで不動化させる不動群（n=12），2）不動群と同様の処置を行い，不動側肢の腓腹筋に電気刺激による等尺性収縮運動を負荷する不動＋電気群（n=13），3）無処置の対照群（n=6）に振り分けた．結果，腓腹筋外側頭の筋圧痛閾値は 3 週目以降，対照群に比べ不動群と不動＋電気群が有意に低値を示し，不動＋電気群は不動群に比べ有意に高値を示した．また，遠隔部の足底部における機械的刺激に対する痛覚閾値は 2 週目以降，対照群に比べ不動群と不動＋電気群が有意に高値を示し，3週目以降では不動群に比べ不動＋電気群が有意に低値を示した．これらのことから，不動に伴う痛みは等尺性収縮運動による介入によって軽減できるのではないかと推察された．

はじめにすることが明らかにされつつある．
一方，近年，痛みに対する運動の効果として臨床におけるギプスやシーネによる関節固定，Exercise-Induced Hypoalgesia（以下，EIH）が注骨折や外傷による下肢の免荷状態，疾病や術後目されている．Umeda ら 4 ） は，健常人に対しての安静臥床は，関節拘縮や廃用性筋萎縮を引25％最大収縮力の等尺性収縮運動による手のき起こすだけでなく，痛覚過敏を惹起するとされ把握運動を 1 分間負荷すると，手指の圧痛閾値ている 1)．例えば，Hamaue ら 2）は，ラット足関節が上昇したと報告している．また，Hoffman ら 5）は，

不動モデルの足底部における痛みの発生状況

健常人に対して 75%最大酸素摂取量の有酸素を検索したところ，不動 2 週目から機械的刺激に運動によるトレッドミル走行を 30 分間負荷すると対する逃避反応回数が増加し続け，さらに脊髄手指の圧痛に対する主観的疼痛強度が低下し後角において感作の発生が認められたことから，たと報告している．さらに Koltyn ら 6）は，健常人痛覚過敏の発生が確認されたと報告している．まに対して 75％最大収縮力によるベンチプレスをた，同じ不動モデルを用いた大賀ら 3)の報告で10 回×3 セット，45 分間負荷すると手指の圧痛閾は，腓腹筋外側頭の筋圧痛閾値の変化を検索し値の上昇が見られたと報告している．この他にも，ており，結果，不動 2 週目より痛覚過敏が発生し同様な結果を示す EIH に関する研究は多く報告たとされている．このように，四肢が不動化されるされている．既にメタ分析を用いたシステマティッと皮膚および骨格筋において痛覚過敏が発生

クレビューにおいて高いエビデンスが得られてお- 41 -り 7），等尺性収縮運動，有酸素運動，抵抗運動

25％最大収縮力を発揮させるためにはどの程には疼痛の自覚的強度を低下，疼痛閾値を上度の強度の通電が必要であるのかを検討した．

昇させる効果があることはまず間違いない．

具体的には，8 週齢の Wistar 系雄性ラット 11 匹

こうした EIH という現象を踏まえて，先に述べたをペントバルビタールナトリウム（40mg/kg）の腹ギプス固定などといった不動に伴う痛覚過敏に腔内投与にて麻酔し，下腿後面に低周波治療対する介入方法を考えた場合，等尺性収縮運動器トリオ 300（伊藤超短波社）の電極（縦 2cm，横が有効である可能性がある．等尺性収縮運動は1.5cm）を添付した後，足関節が 90°底屈位になギプス固定中の四肢でも実施可能であり，実際

る よ う 足 底 部 に プ ッ シ ュ プ ル ゲ ー ジ （ AIKOHに臨床においては，ギプス固定中に惹起されるENGINEERING 社製）のプローブを密着させた．

廃用性筋萎縮の予防を目的として実施されていそして，通電して刺激強度を漸増させ，プッシュる8）．つまり，ギプス固定中の四肢の骨格筋に等プルゲージに表示される値を足関節底屈力とし尺性収縮運動を負荷すれば，EIH により不動にて記録した．なお，刺激周波数は 40Hz，パルス伴う痛覚過敏が軽減されるのではないかと期待

幅は 200μsec とした 9)．その結果を図 1 に示す．

できる．しかしながら，不動に伴う痛覚過敏に対電気刺激による最大底屈力は 4.7N であり，そのする等尺性収縮運動の効果を検討した報告は25％（1.2N）を発揮する刺激強度をグラフから読

現在のところ見当たらない．また，先行研究 4-7）でみ取ると 4mA であったため，これを本研究での検討されている EIH はすべて即時効果であり，2刺激強度に決定した．

週間以上の不動よって惹起される痛覚過敏が等

2．刺激サイクルと筋疲労の関係（予備実験 2）尺性収縮運動を繰り返し負荷することによって予防・軽減できるかどうかは不明である．

電気刺激による筋収縮が繰り返されると筋疲労が生じることがあり，その際に痛覚閾値の低下

そこで本研究では，ラット足関節不動モデルにが生じる可能性がある 10)．本研究ではそれを避対して等尺性収縮運動を繰り返し負荷し，骨格けるため，適切な通電時間と休止時間を設定す

筋と皮膚に生じる痛覚過敏がどのように変化するる必要がある．そこで，刺激サイクル（通電時間とかを検討した．

休止時間の繰り返し）と筋疲労の関係を検討した．

予備実験
本研究では，定量・定強度の等尺性収縮運動を再現するため，等尺性収縮運動の負荷方法として電気刺激による誘発を採用した．また，その強度としては，先行研究 4）を参考にして 25％最大収縮力に設定した．そこで，電気刺激の通電条件を決定することを目的とし，以下の予備実験を行った．

図 1 刺激強度による筋出力の変化

１．刺激強度と等尺性収縮力の関係（予備実験1）

刺激強度を 0 から 16mA まで漸増的に上昇させた際の足関節底屈力を示している．平均±標準誤差．

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対象と方法は予備実験１と同様とし，刺激強度実験動物には 8 週齢の Wistar 系雄性ラット 31

は予備実験１の結果に基づいて 4mA とした．通匹を用い，これらを無作為に 1）右側足関節を４

電は 1 秒通電－1 秒休止の刺激サイクルと，1 秒週間ギプスで不動化させる群（以下，不動群；通電－3 秒休止の刺激サイクルの条件でそれぞn=12），2）不動群と同様の処置を行い，不動側れ 15 分間行った．そして，足関節底屈力の変化に電気刺激による等尺性収縮運動を負荷する群を 1 分毎に記録した．その結果を図 2 に示す． 1（以下，不動＋電気群；n=13），3）通常飼育を行

秒通電－1 秒休止の刺激サイクルでは筋疲労にう群（以下，対照群；n=6）の 3 群に振り分けた．なよる足関節底屈力の低下が認められたが（図お，今回の実験は長崎大学が定める動物実験2-A），1 秒通電－3 秒休止では認められなかった

指針に準じ，長崎大学先導生命科学研究支援センター動物実験施設で実施した．
2）ギプス固定の方法
不動群と不動＋電気群に対しては，不動側の自発運動を制限する目的でギプス固定を行った．
具体的には，麻酔を行った後，右足関節を最大底屈位で中足指節関節（MP 関節）から膝蓋骨上縁より近位 2cm までの範囲をギプス包帯で 4週間不動化した．なお，不動期間中は浮腫の発生やギプスの緩みを防ぐ目的で 2～3 日毎にギプスの巻き替えを行った．
3）等尺性収縮運動の実施方法
不動＋電気群においては，右側の腓腹筋に電気刺激による等尺性収縮運動を負荷した．具
体的には，麻酔を行い，右側の下腿後面に縦2cm・横 1.5cm の電極を添付し，低周波治療器トリオ 300（伊藤超短波社）を用いて通電した．通電条件は予備実験の結果に従った（刺激強度：

図 2 刺激時間による足関節底屈力の変化

4mA，刺激サイクル：1 秒通電－3 秒休止，周波A：1 秒通電－1 秒休止による電気刺激．B：1 秒通電－
3 秒休止による電気刺激．平均±標準誤差．

数：40Hz，パルス幅：200μsec）．また，ギプス固定により関節拘縮が発生することを考慮し，通電は（図 2-B）． よって，本実験での刺激サイクルは 1秒通電－3 秒休止に決定した．

材料と方法
1. 実験プロトコル1）実験動物

図 3 等尺性収縮運動と筋圧痛閾値測定の方法
A：電気刺激による等尺性収縮．B：Randall-Selitte を用いた筋圧痛閾値の測定．

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足関節を最大底屈位に固定して行った．運動頻実験開始時と終了時（不動から 4 週目）のみ，度は 1 日 10 分間，週 5 回で，実験期間は 4 週

足関節の ROM を測定した．具体的には，第 5 中間とした（図 3-A）．

足骨，外果，膝関節裂隙中央をランドマークとし，2．評価方法

麻酔下のラットを側臥位に固定して，丸型テンシギプス固定の直前と 1，2，3，4 週目に，以下にョンゲージで足関節を背屈方向に押し（0.3N），

述べる方法で筋圧痛閾値と足底部の機械的刺膝関節裂隙中央と外果を結ぶ線と外果と第 5 中激に対する痛覚閾値，ならびに体重と足関節可足骨を結ぶ線との外角を分度器で測定した．

動域（Range of Motion：以下，ROM）を測定し3．実験期間終了後た．

実験期間終了後，全てのラットを麻酔した後，

1） 腓腹筋外側頭の筋圧痛閾値

両側の腓腹筋外側頭を摘出，筋湿重量を計測し，筋圧痛閾値の測定は，圧刺激鎮痛効果測定

体重 1kg あたりの相対重量比を算出した．その装置（Randall-Selitte，UGO BASIL 社製）を用い後，トラガントガムに包埋し，液体窒素で冷却して行った．具体的には，先端直径が 8mm のプロたイソペンタン液内（-80℃）で急速凍結した．凍ーブで皮膚上から腓腹筋外側頭を 32g/秒の速結した試料は，クリオスタット（Leica 社製）を用い度で漸増的に加圧し，逃避反応が出現する圧力て 7μm 厚に薄切し，連続横断切片とし，組織学値を測定した（図 3-B）．測定は 5 回行い，最大値的検索に供した．横断切片には，ヘマトキシリン・と最小値を除外した 3 回の測定値の平均値をデエオジン（以下，HE）染色を施した．そして，光学ータとして採用した．

顕微鏡を用いて検鏡し，筋線維損傷や筋浮腫な

2） 足底部の機械的刺激に対する痛覚閾値

どの筋病理学的所見の有無を確認した．

足底部の機械的刺激に対する痛覚閾値は，

4．統計処理von Frey filament （以下，VFF）テストにより評価各指標の解析には，一元配置分散分析（以下，した．今回は，4g と 15g の VFF（ニューロサイエンANOVA）を適用し，有意差を認めた場合は，事ス社製）を使用し，足底をそれぞれ 10 回刺激し，後検定に Fisher の PLSD 法を適用して多群間の後肢の逃避反応の出現回数をカウントした．なお，比較を行った．なお，すべての統計手法とも有意4g の VFF はアロディニアを，15g の VFF は痛覚水準は 5%未満とした．

過敏を評価できるとされている 11) ．
3） 足関節 ROM 測定

図 4 腓腹筋の筋圧痛閾値の変化
：不動側（右側），：非不動側（左側）．：対照群との有意差（p＜0.05）, #：不動群との有意差（p＜0.05）．平均±標準誤差．

- 44 -結果

動＋電気群が増加し始め，不動 4 週目では 2 群とも対照群に比べ有意に高値を示した．また，不動群と不動＋電気群を比較すると，不動＋電気

1．体重
不動から 1 週目以降，対照群に比べ不動群と群が有意に低値を示した．不動側の VFF15g に不動＋電気群が有意に低値を示したが，不動群対する逃避反応回数も同様な傾向を示し，不動と不動＋電気群の間には有意差は認められなかから 2 週目以降，対照群に比べ不動群と不動＋った．

電気群が有意に高値を示した．また，不動群と2．腓腹筋外側頭の筋圧痛閾値比べ不動＋電気群が有意に低値を示した．一方，不動側（右側）の筋圧痛閾値は，不動から 3 週

非不動側（左側 ）におい ては， VFF4g および目以降，対照群に比べ不動群と不動＋電気群

VFF15g に対する逃避反応回数とも，3 群間に有が有意に低値を示した．また，不動群と不動＋意差は認められなかった．（図 5）

電気群の 2 群を比較すると不動＋電気群が有意

4．足関節 ROMに高値を示していた．一方，非不動側（左側）で実験開始時は 3 群の全てのラットとも 160°と同は，3 群間に有意差は認めなかった．（図 4）値であったが，不動から 4 週目においては，対照3．足底部の機械的刺激に対する痛覚閾値

群に比べ不動群と不動＋電気群が有意に低値不動側の VFF4g に対する逃避反応回数は，不動から 3 週目以降，対照群に比べ不動群と不を示した．（図 6）5．相対重量比と筋組織像

図 5 足底部の機械的刺激に対する痛覚閾値の推移
：不動側の VFF4g に対する逃避反応回数，B：不動側の VFF15g に対する逃避反応回数，C：非不動側のVFF4g に対する逃避反応回数，D：非不動側の VFF15g に対する逃避反応回数．平均±標準誤差．： 対照群との有意差（p＜0.05），#：不動群との有意差（p＜0.05）．

- 45 -

図 8 不動側（右側）の腓腹筋の HE 染色像
A：対照群，B：不動群，C：不動＋電気群．
Scale bar=10µm．

刺激による等尺性収縮運動（40Hz，4mA，10 分）を 4 週間負荷した．吉村ら 12）の報告によれば，本研究と同様なラット足関節不動モデルの不動側

図 6 不動側（右側）足関節 ROM

後肢に対して電気刺激（1Hz，4mA，60 分）によ

：実験開始時，：実験終了時．平均標準誤差．
：対照群との有意差（p＜0.05）．

る等尺性収縮運動を負荷すると関節拘縮の発生が軽減したとされている．これに対して，本研究では，不動群と不動＋電気群の両群に足関節の関節拘縮は認められたものの，2 群間に有意差は認められなかった．また，一般に等尺性収縮運動を負荷することにより廃用性筋萎縮の発生が軽減することが知られているが 13），本研究の不動＋電気群では 4 週間のギプス固定により発生した廃用性筋萎縮は軽減されなかった．つまり，

図 7 腓腹筋外側頭の相対重量比

今回設定した電気刺激による等尺性収縮運動が

：不動側（右側），：非不動側（左側）．平均標準誤差．：対照群との有意差（p＜0.05）

筋組織に与える生物学的作用はさほど大きいも不動側（右側）の腓腹筋の相対重量比は，対に，筋組織像に筋損傷などを示唆する所見は確のではなかったと推測でき，それを裏付けるよう照群に比べ不動群と不動＋電気群が有意に低認されなかった．

値を示したが，非不動側（左側）では 3 群間に有一方，行動学的手法による痛覚閾値の評価を意差は認められなかった（図 7）．また，腓腹筋のみると，不動群の腓腹筋外側頭の筋圧痛閾値お組織像を検鏡したところ，不動群と不動＋電気よび足底部の機械的刺激に対する痛覚閾値は群において筋線維サイズの縮小は観察されたが，低下し，痛覚過敏の発生が認められた．これは，筋線維損傷や筋浮腫といった筋病理学的所見

大賀ら 3）の先行研究で示されている不動が原因は 3 群の全てのラットで認められなかった（図 8）．

で発生する痛覚過敏と考えてまず間違いないであろう．そして，不動期間中に電気刺激による等考察尺性収縮運動を負荷した不動＋電気群では，腓腹筋と足底部のいずれにおいても，痛覚過敏が本研究では，ラット足関節不動モデルのギプ軽減した．つまり，不動に伴う骨格筋と皮膚の痛ス固定期間中に，不動側の腓腹筋に対して電気覚過敏は，等尺性収縮運動によって軽減できる- 46 -ことが示された．その作用メカニズムについては，た不動に伴う痛覚過敏の発生要因としては，感本研究の結果のみから考えることはできないが，覚入力の低下が考え られてい る 16) ．そし て，先行研究を基に，考えられる可能性ついて以下

Hamaue ら 17）は，足関節不動モデルラットの足底に述べるとする．

に対して振動刺激による感覚入力を継時的に行まず，本研究では，等尺性収縮運動による痛うと，脊髄後角の中枢性感作が抑制され，その結覚過敏の軽減は，電気刺激を直接行った腓腹果，痛覚過敏の発生が予防・軽減されたと報告し筋のみならず，遠隔部に位置する同側肢の足底ている．これを踏まえて本研究を考えると，不動部でも認められた．この結果から，等尺性収縮運＋電気群に感覚入力がなされたと捉えることがで動による痛覚過敏の軽減効果は，腓腹筋そのもきる．つまり，等尺性収縮運動によって生じる骨のの変化ではなく，中枢神経系を介した何らか格筋からの感覚入力，または電気刺激そのものの作用によるものではないかという仮説が成り立によって，Hamaue ら 17）の報告と同様な機序につ．例えば，Goldfarb ら 14）の報告では，運動によより痛覚過敏が軽減した可能性がある．って内因性オピオイドシステムの活性化が引き起

このように，等尺性収縮運動が不動に伴う痛覚こされ，末梢および中枢における β エンドルフィ過敏を抑制したメカニズムは複数考えられるが，ンの放出によって疼痛の感度が低下することが本研究の結果のみではどのメカニズムが作用し示されており，これが EIH のメカニズムの 1 つとたか推測を脱することはできない．ただ，どのメカ考えられている．また，Koltyn ら15）の報告では，ニズムが作用したとしても，不動期間中におけるオピオイド拮抗薬を投与した健常人に対して運25％最大収縮力という低強度の等尺性収縮運動を負荷した場合でも EIH が誘発されたことから，動の介入によって，不動に伴う痛みの発生が軽非オピオイドによる鎮痛機構の存在も指摘してお減できたのは事実であり，臨床応用も十分可能

り，それには内因性カンナビノイドが深く関わってであると考えられる．今後は，本研究で明らかにいると考えられている．そして今回，内因性オピできなかった痛覚過敏に対する等尺性収縮運動

オイドシステムまたは内因性カンナビノイドのいの作用メカニズムを明らかにし，より効果的な等ずれか等尺性収縮運動により作用した可能性が尺性収縮運動の条件が検討される必要があると考えられる．ただ，これまでの研究はすべて，考える．

EIH を運動による即時効果として捉えており，長期効果を検討したものは見あたらない．これに対謝辞して，本研究では定期的な繰り返しの等尺性収縮運動を負荷しており，痛覚過敏の軽減効果は今回の実験において，ご指導，ご協力いただ

不動から 3 週目以降に明らかとなった．これらのいた長崎大学大学院医歯薬学総合研究科運動ことを考えると，本研究で見られた痛覚過敏の軽障害リハビリテーション学研究室の先生方に厚く減効果は EIH によるものとも言い切れない．

御礼申し上げます．

一方，今回の足関節不動モデルラットで見られ- 47 -

参考文献
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（指導教員：中野治郎）- 48 -