Vol.44

第 44 巻Vol.44目

次

巻 頭 言
紙媒体から電子媒体へ
信州大学繊維学部・リサーチフェロー
石本記念デサントスポーツ科学振興財団 理 事

梶

原

莞

爾

（1）

第 44 回助成金研究報告【最優秀入選】〈障がい者スポーツ系〉
バドミントン競技用車いす開発のための片手チェアワークによる駆動特性評価

For the Development of Wheelchairs for Badminton Competition Evaluation ofDriving Characteristics by One-Handed Chairwork
長岡技術科学大学

大

橋

智

志

（3）

〈体力医学系〉
汗中の乳酸に応答して図柄が変化するスポーツウェアの開発

Development of a New Sportswear with a Pattern That Changes in Response toLactic Acid in Sweat
北見工業大学

兼

清

泰

正

（16）

【優秀入選】
片側大腿切断者におけるランニング時の着地衝撃に関連する障害リスク評価

The Effects of Running Speeds on Loading Rates in Individuals with Unilateral
Transfemoral Amputation
東京理科大学

安

間

亮

（28）

樹

（36）

高強度運動後の筋血流・酸素化動態からみたクールダウンの効果 : MRI を用いた検討

Effects of Cool Down on Muscle Blood Flow after High-Intensity Exercise:A Magnetic Resonance Imaging Study
北

里

大

学

堀

田

一

屋外暑熱環境下における運動中の高輻射熱が身体冷却リカバリー時の体温動態に及ぼす影響

The effects of High Solar Radiation during Exercise on Body Temperature
Responses during Body Cooling Recovery in Hot Outdoor Environments
北海学園大学

内

藤

貴

司

（46）

悠

綺

（56）

環境条件の違いにおける発汗による衣服の張り付き不快感の評価

Evaluation of Clothing Discomfort Sensation Caused by Perspiration in
Different Environmental Conditions
信州大学大学院

唐沢

CPX に基づいた運動療法によるうつ病の個別化治療

Cardiopulmonary Exercise Test (CPX)-based Exercise Program for Depressive Disorders
山口大学大学院

中

川

伸

（67）

仮想現実サイクリング運動時の競争他者が心血管応答および運動パフォーマンスに及ぼす影響～自律神経生理尺度を活用したメンタルバイオマーカーの開発

The Effects of Competitors on the Cardiovascular Response and Performance during
Virtual Reality Cycling Exercise – the Development of a Mental Biomarker Utilizing
Physiological Parameters
順天堂大学大学院

山

中

航

（76）

若年成人における歩行および同等速度のジョギングによる座位行動ブレイクが食後血糖・脂質動態に及ぼす急性影響

Acute Effects of Breaking up Prolonged Sitting with Walking and Slow-speed
Jogging on Postprandial Glycaemia and Lipid Responses in Young Adults
中村学園大学

熊

原

秀

晃

（85）

生体内における生理的環境下での関節接触面解析手法を用いた肩関節疾患の病態解明

Evaluation of Shoulder Joint Diseases Using Joint Contact Area Analysis in Vivo
北海道大学病院

門

間

太

輔

（94）

也

（98）

求心性および遠心性収縮運動による運動単位動員特性の変化～高密度表面筋電図を用いた解析～

Acute Changes in Motor Unit Discharge Property After Concentric Versus
Eccentric Contraction Exercise in Knee Extensor
中

京

大

学

廣

野

哲

運動が炎症誘発性筋力低下を抑制する分子機構の解明

Mechanisms of Exercise-Induced Improvement of Muscle Dysfunction in Polymyositis
名古屋市立大学大学院

檜

森

弘

一

（104）

アイシングに伴う骨格筋再生の阻害は筋代謝機能をも低下させてしまうのか？

Does Icing Therapy Decrease Both Regenerative and Metabolic Capacities
Following Skeletal Muscle Injury?
金

沢

大

学

芝

口

翼

（112）

みず紀

（120）

身体活動による骨格筋の形態学的変化は脳の健康増進に寄与するか？
：認知機能と情動の改善を目指した戦略の構築

Do Physical Activity Induced Morphological Changes in Skeletal Muscle
Contribute to Improvement in Brain Health: Development of Strategic
Measures Towards Improvement of Cognitive Function and Mood
公益財団法人明治安田厚生事業団体力医学研究所

須藤

ヒト身体がもつ冗長自由度は目標指向性運動の学習を難しくしているのか？
：効果的な運動学習方法論の確立を見据えてDoes The Redundancy in Human Body Make Learning Goal-Directed Motor
Tasks More Difﬁcult?
: Insights into Establishing an Effective Motor Learning Program
筑

波

大

学

佐

渡

夏

紀

（128）

日本外傷データバンクを用いたスポーツ関連外傷の疫学データの推移と予後関連因子に関する研究

Epidemiological Study in Sports-Related Trauma Using The Japan Trauma Data Bank
大

阪

大

学

中

尾

俊一郎

（137）

運動による白色脂肪組織の量的・機能的適応を制御する因子としての骨格筋 AMP キナーゼの可能性

Effect of Skeletal Muscle-Speciﬁc AMP Kinase Inhibition on Exercise-Induced
Quantitative and Functional Adaptations of White Adipose Tissue
京都大学大学院

横

川

拓

海

（147）

深度センサを用いた Scapular dyskinesis 検出手法の確立

Establishment of Scapular Dyskinesis Detection Method Using a Depth Sensor
東京医科歯科大学大学院

井

原

拓

哉

（156）

一寸木

洋

平

（164）

岳

（174）

全身振動刺激トレーニングの神経生理学的効果の検証

Study on Neural Effects of Whole-Body Vibration Training
東京国際大学坂ダッシュトレーニングによる下肢筋活動への影響

Effects of The Lower Limb Muscle Activity During Uphill Sprint Training
東京大学・早稲田大学

欠

畑ランニング中の足部アーチ変化および足底荷重分布パターンの定量化

Quantitative Analysis of Foot Arch Deformation and Plantar Load Distribution
Pattern During Running
国士舘大学大学院

木

内

聖

（184）

マスク着用が運動時の呼吸筋活動，呼吸循環応答および有酸素能力に及ぼす影響

Effect of Cloth Face Mask Wearing on Exhaustive Incremental Running Among
Young Men
大阪教育大学

小

川

剛

司

（192）

運動前の食事摂取の違いが動脈スティフネスと有酸素性運動パフォーマンスに及ぼす影響―植物性ベース食品と動物性ベース食品の比較―

Effects of Differences in Pre-Exercise Dietary Intake on Arterial Stiffness andAerobic Exercise Performance-Comparison of Vegetable and Animal Based-Foods日本体育大学

岡

本

孝

信

（201）

スポーツとアートとテクノロジーを融合した新しいスポーツ参画システムによる若者の運動継続モデルの検証

Study of A Model for Youth Exercise Continuity Through A New Sports Participation
System that Integrates Sports, Art, and Technology

講

順 天 堂 大 学

鈴

木

学術委員

緒

方

学術委員

島

﨑

学術委員

田

畑

学術委員

押

田

大

地

（210）

徹

（221）

藏

（223）

泉

（226）

治

（228）

評

恒

芳

財団ニュース
事業内容 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（230）
役員名簿 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（231）
活動報告 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（234）

─

1─

巻 頭 言

紙媒体から電子媒体へ

信州大学繊維学部・リサーチフェロー
石本記念デサントスポーツ科学振興財団 理 事

梶

原

莞

爾

欧州をはじめ世界各国は， DX（デジタル化）と GX（グリーン化）を成長戦略の要として促進している．2015 年 9 月には国連サミットで「持続可能なための 2030 アジェンダ」，いわゆるSDGs が採択され，企業・自治体は 17 のゴールを達成することが求められる．2015 年 12 月の「国（パリ協定）で「世界の平均気温上昇を産業革命以前
連気候変動枠組条約締約国会議（ COP 21）」に比べて 2℃より十分低く保ち，1 . 5℃に抑える努力をする」ことが決議され，温室効果ガス（グリーンハウスガス； GHG ）排出量を， EU（欧州連合）は 2030 年に 40 % 減（1990 年比）/ 再エネ

比率を 32 % まで増加 / エネルギー消費量を BAU 32 . 5 % 削減，日本は 2030 年度に 2013 年度比

26 % 減（2005 年度比 25 . 4 % ）を目標に掲げた．米国は 2025 年に 28 % 削減（2005 年比）に向けて最大限に取り組むという目標を掲げたものの，2019 年当時のトランプ大統領がパリ協定脱退を表明し，足並みはそろわない． EU はコロナ禍の欧州経済の脆弱性を払拭するべく 2020 年 3月にグリーン経済とデジタル経済への双子転換を後押しする産業戦略の基礎を策定した．2020
年日本では 10 月末に当時の菅首相がカーボンニュートラル宣言をして以来，企業や自治体など
が DX ， GX という言葉をしきりに使うようになってきている．持続可能な社会の構築には GXが不可欠であり， GX を促進するためには再生可能エネルギーの有効利用を賢く制御する DX が必要だとされている．
学術誌の DX は紙媒体から電子媒体への転換から始まった．これまで木材から生産された紙を媒体として大量消費してきたが，電子化することにより再生可能資源である木材の消費を抑制することが当初の目的であろう．学術誌が紙であった時代は，その輸送にもエネルギーが必要で， GHG の大量排出の一翼を担っていた．電子化により学術誌は SDGs（特にゴール 12「作る責任，使う責任」，ゴール 13「気候変動に具体的な対策を」）に貢献した．
果たして学術誌の媒体変化は SDGs の目標達成だけなのだろうか．1970 年代後半，マクルー
ハンは活版印刷後の文明を媒体（メディア）と定義し，媒体は人間の身体の拡張であり，メッセージであるとした．まだ PC が普及していない時代であり，マクルーハンが考えた媒体とは「実媒体（リアル）」であり「メタ媒体（リアル＋バーチャル）」は考慮されていない．紙媒体では一方的な個人（あるいは共同執筆者）が「語る物語」であったが，電子化されるとそのメタ性（双方向性）から「語る物語」がデータベースとして整理・蓄積され，キーワード（コンピュータゲ
デサントスポーツ科学 Vol. 44─2─

ームにおけるキャラクターに相当する）を通して「語り語られる物語」へと変貌する．つまり，コンピュータゲームのように脱文脈化され，多様な物語へと発展する潜在性を持つことになる．
このように考えると，人間はすべてのものを「遊び」に変える能力を持っているがゆえに，電子媒体への移行は学術論文の独自性が安易に流出（ appropriation ）する危険性を孕んでいるよ

うに思える．キーワードを与えればデータベースから AI が学術論文を作る時代が来るかもしれない．学術論文誌の電子媒体化は研究者倫理に新たな課題を科すことになる．

デサントスポーツ科学 Vol. 44─3─

バドミントン競技用車いす開発のための
片手チェアワークによる駆動特性評価
長岡技術科学大学

大

橋

智

志

（共同研究者） 同

塩

野

谷

明

同

永

森

正

仁

同

内

山

尚

志

株式会社パルメソ

監

物

勇

介

For the Development of Wheelchairs for Badminton Competition Evaluation ofDriving Characteristics by One-Handed Chairwork

bySatoshi Ohashi, Akira Shionoya,

Masahito Nagamori, Hisashi Uchiyama

Information and Management Systems Engineering,
Nagaoka University of Technology
Yusuke Kenmotsu
Palmeso Co., Ltd.

ABSTRACT
For this study, we used a competition wheelchair that can drive straight ahead with

one arm and a badminton competition wheelchair, taking surface electromyogram（sEMG）data during forward and backward driving: the primary movement ofwheelchair badminton. Research participants in the experiment were ten healthymen（22.2 ± 0.4 yr age; 173.7 ± 1.4 cm height; 64.5 ± 2.4 kg weight）. The sEMG
measurement locations were the flexor digitorum profundus, biceps brachii,

デサントスポーツ科学 Vol. 44─4─

triceps brachii, deltoid, and pectoralis major. Muscle activity was evaluated using

integrated electromyograms（iEMGs）obtained from the collected sEMG data. The

experimentally obtained results showed that straight-line driving by one-arm increased

muscle activity in all muscle regions during both forward and backward motion.
Non-parametric multiple comparisons by muscle site were found to have signiﬁcantdifferences（p<0.05）in the ﬂexor digitorum profundus, biceps brachii, triceps brachii,and pectoralis major muscles forward driving. During backward driving, significant
differences（p<0.05）were observed in the ﬂexor digitorum profundus, triceps brachii,and deltoid muscles. In conclusion, results show that the ﬂexor digitorum profundus

and triceps brachii play important role in the maintenance and repetition of propulsive
force during one-handed chairwork（wheelchair control techniques）, which is uniqueto badminton.
キーワード

競技用車いす，バドミントン，ハンドリム，表面筋電図，積分筋電図
Keywordcompetitive wheelchair, badminton, hand-rim, sEMG, iEMG

要 旨角筋に有意差（p<0.05）が観察された．以上より，
バドミントン競技特有の片手チェアワークにおけ本研究では，片手駆動で直進可能な競技用車いる推進力の維持とその繰り返しには，特に深指屈すとバドミントン競技用車いすを対象として，車筋と上腕三頭筋が重要な役割を担うことを明らか

いすバドミントン競技の基本動作でもある前進とにした．

後退駆動時の筋活動を，表面筋電図（sEMG）から算出した積分筋電図（iEMG）をもとに評価し

緒 言た．測定対象の筋部位は，深指屈筋，上腕二頭筋，

日本国内では 2011 年のスポーツ基本法施行，

上腕三頭筋，三角筋，大胸筋とした．研究協力者

2013 年の東京オリンピック・パラリンピック開は，神経および筋疾患の無い健常成人男性 10 名

催決定を契機に，障がい者スポーツに対する社（22.2 ± 0.4 歳，173.7 ± 1.4 cm，64.5 ± 2.4 kg）で会的な注目度が高まっている．昨年の 2020 東京あった．実験結果より，片手直進駆動では前進とパラリンピック競技大会では，22 競技 539 種目に後退ともにすべての筋部位にて筋活動がバドミン

163 団体 4,403 名の選手が参加するまで大きく発トン競技用車いす使用時と比べて増加する傾向を展したが，日本国内における障がい者スポーツの示した．また，筋部位別の多重比較結果より，前

環境整備は道半ばの現状である．パラリンピック

進駆動では深指屈筋，上腕二頭筋，上腕三頭筋おに代表される競技スポーツは，リハビリテーショ

よび大胸筋に有意差（p<0.05）が観察された．一ンスポーツやレクリエーションスポーツとは異な方，後退駆動では深指屈筋，上腕三頭筋および三り，種々の競技力向上に基づく記録更新やより良デサントスポーツ科学 Vol. 44─5─

い成績を目指したアスリートスポーツに位置づけ

旋回，停止が可能なこと，スポーツ競技特有の急られており，世界の競技レベルが急速に向上して発進・急停止といった動作も既存の両手駆動と同いる．また，アスリートの競技力や身体能力の向じく実現できる利点を有している．片腕・片手の上はもちろんのこと，競技に使用する用具の性能・欠損または機能不全による上肢障害では，両腕・機能の進化も貢献している 1-3）．パラリンピック

両手によるハンドリム操作ができないケースも考競技等で多く使用されている競技用車いすに着目えられるが，片手直進駆動車いすでは両腕・両手すると，素材の多様性や加工技術の進歩により高でのハンドリム操作と同様の走行が片腕・片手に

4, 5）．バドミントン競技用

よるハンドリム操作で実現できることから，車い

車いすについては，テニス競技用車いすを転用しすを使用する競技への参加にチャレンジできる可ていた背景があり開発が遅れていたが，地方独立能性を有している．しかしながら，片腕・片手に行政法人東京都立産業技術研究センター，株式会よるハンドリム操作の実用化事例では，病院や介社オーエックスエンジニアリング，国立大学法人

護施設での使用を想定したリハビリテーション用長岡技術科学大学による「障害者スポーツ研究開10）発事業」によって，東京大会に向けて開発された

ト機構を有した方式 11, 12）やレバー駆動方式 13, 14）

マグネシウム合金と CFPR（炭素繊維強化プラスなど報告されているが，使用者が十分な筋力と器チック）を用いたバドミントン競技用車いすはパ用さを備える必要もある．そのため，車いすが必

ラリンピック競技大会に採用され，金メダル 3 個，

要かつ片手または片腕に問題がある場合には電動銅メダル 2 個の獲得に貢献した．しかしながら，車いすを選択する．これらの背景により，競技用

競技者と用具の相性については，競技者自身の感途での研究開発まで踏み込んだ事例はなく，ハン覚的な基準にて判断されている部分も多く，フル

ドリム操作時の身体的負荷や筋活動への影響につオーダーメイドで製作されたとしても，選手の競いては未解明なままとなっている．

性能化が進展している，日常生活での利用を想定するパワーアシス

技力や競技技術への影響について未解明な部分が本研究の目的は，車いすバドミントン競技に必多く存在している．さらに，競技の特殊性，競技須とされる前進と後退駆動時の筋活動評価から，者それぞれによって障がいの部位やその程度に応

片手直進駆動車いすの実用化につなげるための知

じた機能実装が必要となるため，同一条件での定見を得ることにある．車いすバドミントン競技

量的な評価が難しい問題を有している．

（WH1・WH2 クラス）では，俊敏かつ正確なチェ

我々は，片腕のみ残存機能を有する競技者やラアワークが要求される．バドミントン競技用車いケット等を片手で扱う競技を対象とした「片手駆すにおけるチェアワークでは片手にラケットを持動で直進可能な競技用車いす（以降，片手直進駆ち，左右両方のハンドリムを操作しながらラケッ

動車いす）」の開発とその評価に取り組んでいる

トワークも同時に行うことになる．さらに，他の

6-9）．この片手直進駆動車いすは，スポーツ競技

車いす競技と比べ特徴的な動作として，シャトル

用車いすのフレームを基に改良したものである．

を打ち返す際には車いすを後退させる動作も重要開発した片手直進駆動車いすの駆動機構には，ダとなり，前進と後退を繰り返すハンドリム操作がブルリング式を採用した．この駆動機構は，片方求められる．以上のことから，我々は片手直進駆の駆動輪側に設けた二つのハンドリムを同時に操動車いすの利点を活かしたバドミントン競技への作することで直進走行を実現している．そのため，適用や普及拡大への可能性があると考えている．

片手によるハンドリム操作により，前進と後退，

本論文では，我々が開発した片手直進駆動車いデサントスポーツ科学 Vol. 44─6─（a）片手直進駆動用（b）バドミントン競技用
図 1 競技用車いすの外観

すとバドミントン競技用車いすについて，前進お左側のユニバーサルジョイントへ駆動力が伝達さよび後退駆動時における筋活動量を表面筋電図かれることによって左側ホイールが回転し，片側ハら算出した積分筋電図にて比較し，車いすバドミ

ンドリム操作のみでの直進走行を実現する．内側

ントンの競技動作に応じた駆動筋の筋活動を定量的に評価した結果を報告する．
1．実験方法1．1 競技用車いす
本実験で使用した競技用車いすは，図 1（a）に示す片手直進駆動車いす，図 1（b）に示すバドミ
ントン競技用車いす BDZ（株式会社オーエックス
エンジニアリング製）とした．表 1 に使用した競技用車いすの仕様を示す．図 1（a）に示す片手直進駆動車いすは，駆動機構にダブルリング方式を採用し，右側の駆動輪に二つのハンドリムを取り付けている（図 2）．図 3 に示すダブルリング方式の駆動機構は，右側二つのハンドリムを同時にグ
リップ操作した場合，車軸内に設置された右側のユニバーサルジョイントから駆動伝達軸を通じて

図 2 ダブルリング方式のハンドリム
デサントスポーツ科学 Vol. 44─7─

図 3 ダブルリング方式の駆動力伝達軸構造
表1

実験に使用した競技用車いすの仕様

本研究の目的と実験内容および安全性と可能性の

片手直進駆動 バドミントン
項目
車いす
競技用車いす重量15.7 kg
10.81 kg
シート長
350 mm
350 mm
シート幅
400 mm
400 mm
キャンバ角
16°
18°
前出し量
60 mm
140 mm
駆動輪径590 mm
590 mm
ハンドリム径（右駆動用） 531 mm
500 mm
ハンドリム径（左駆動用） 500 mm
500 mm
ハンドリムパイプ径
19 mm
19 mm
アルミニウム・
フレーム材料
アルミニウムスカンジウム合金

あるリスク等について説明を行い，書面による承（ホイール側）に取り付けられたハンドリムのみし，図 4 に示すハンドリム操作側（右側）の深を操作した場合は，通常の車いすと同様に右側の，上腕二頭
指 屈 筋（ﬂexor digitorum profundus）

駆動輪のみに駆動力が伝達する．なお，部品の組筋（biceps brachii），上腕三頭筋（triceps brachii），

換えによってハンドリムを含めたホイールの取外三 角 筋（deltoid）， 大 胸 筋（pectoralis major）をしと取付けが可能なため，右側駆動だけではなく，選択した．図 4 に示す各測定部位に対し，直径

左側駆動に変更することも可能である．なお，本30 × 24 mm の ケ ン ド ー ル TM 電 極 ア ル ボ H124

実験では右側駆動用に設定した．

（CardinalHealth）を貼り付け，1.5 m のディスポー

諾を得た．なお，本実験は国立大学法人長岡技術
科学大学倫理審査委員会にて承認を得て実施された．
1．3 実験装置と測定環境
実 験 で 測 定 す る 表 面 筋 電 図（sEMG: Surface

Electromyogram， 以 降 sEMG） は， ハ ン ド リ
ム操作に重要な役割を担う駆動筋の部位 15）とザブル電極（入力インピーダンス 250 G Ω）付き
1．2 研究協力者

ケーブルを介して表面筋電図を DC アンプ内蔵の本研究の研究協力者は，神経および筋疾患の生体信号収録装置ポリメイトプロ MP6000（株式無い健常成人男性 10 名（右利き 9 名，左利き 1 名）会社ミユキ技研）を用いて記録した．各筋に貼りとした．研究協力者の年齢，身長および体重の平付けた電極は，双極誘導法を用いており，貼り付

均値とその標準偏差は，22.2±0.4 歳，173.7±1.4

け前にはアルコール除菌シートにて研磨し，皮cm，64.5 ± 2.4 kg であった．各研究協力者には，

膚表面の油分や汗等を除去後，電極の間隔を 25

デサントスポーツ科学 Vol. 44─8─

図 4 表面筋電図の測定部位

図 5 測定環境の概要図

mm として貼り付けた．なお，データ記録時は，1とした，図 6 に示す車いすバドミントン競技のシ

kHz のサンプリング周波数にて A/D 変換（24 bit）

ングル用コートサイズ（縦 6.70 m ×横 3.07 m）内

し，接続先のノート PC に取り込んだ．記録したにて測定を行った．

sEMG の波形データは，多用途生体情報解析プ
ログラム BIMUTAS Ⅱ（キッセイコムテック株式

1．4 実験手順会社）を用いて，10-500 Hz のバンドパスフィル

すべての研究協力者は，各競技用車いすを使用

タを適用し，ハンドリム操作による前進およびした表面筋電図の測定に関する条件や注意事項に

後退駆動時における各筋部位の sEMG をそれぞ

ついて十分な説明を受け，前進駆動と後退駆動のれ 12 試行分全波整流化した積分筋電図（iEMG:

チェアワークトレーニング後に測定を開始した．

integrated electromyogram，以降 iEMG）を算出し研究協力者には，静止状態からハンドリムを強くた．図 5 に測定環境の概要図を示す．

握った後，最大努力にて 1 駆動のみのハンドリム

本実験の測定場所は，実際の競技環境を想定し，操作を行うよう指示した．右側のハンドリム操作

長岡技術科学大学体育館内のバドミントンコートを基準とした場合，前進時におけるグリップの初
デサントスポーツ科学 Vol. 44─9─

図 6 バドミントンコートでの測定

期位置は 12 時方向とし，3 時方向までグリップをStatistics 28（IBM 社 ）を 用 い た． 事 前 に 各 種

維持することとした．後退時の初期位置は 2 時方

iEMG データの等分散検定による有意差判定結果

向とし，11 時方向までグリップを維持することが p<0.05（有意水準 5%）となったため，帰無仮説とした．なお，初期位置でハンドリムをグリップを棄却し対立仮説を採択し，各群の母分散が異なした際の肘関節の角度は約90ﾟに保つようにした．

ることを確認した．

試行回数は，前進と後退ともに 12 回とし，各試はじめに，バドミントン競技に使用される競技

行の間には十分な休息時間を設けて筋疲労の回復

用車いす（図 1（b）
）での前進駆動と後退駆動時にも考慮した．

の筋活動を表す %iEMG を基準として，片手直進駆動車いす（図1（a））の%iEMGにて割合を求め，1．5 解析方法

この割合から筋部位別の筋活動を評価する．この実験で測定した表面筋電図のデータ（以降，評価は，同一の研究協力者が片手駆動車いすを使

sEMG データ）は，右側ハンドリムのグリップが用した際に，両手駆動のバドミントン競技用車い確認された後のタイミングを基準とし，1 駆動分

すと比べ，どの程度の割合で筋活動を発揮していが収集可能であった 1,500 msec 間の sEMG デー

るのかを意味している．

タを使用した．この sEMG データに対し，10-500

次に，片手直進駆動車いすとバドミントン競技

Hz のバンドパスフィルタを適用し，iEMG を算用車いすにおける前進駆動と後退駆動の筋活動の出した．この iEMG の値は，等尺性収縮において差を評価するため，解析対象となる右側の深指屈筋の発揮張力との対応が成り立つことから，ハン筋，上腕二頭筋，上腕三頭筋，三角筋，大胸筋

ドリム操作時における筋活動の推定値として利用の %iEMG に対し，独立サンプルによる Kruskal．さらに，研究協力者によって筋電位のWallis 検定を行った．なお，有意水準は 5% とし，生理的応答の個人差やセンサー感度の違いなどが有意確率は Bonferroni 訂正 17）により，複数のテ生じることから，研究協力者別に各筋部位の最大ストに対して有意確率の値が調整された結果を採iEMG に対する割合（以降，%iEMG）を算出した．

用した．

する

16）

統 計 処 理 に は 統 計 解 析 ソ フ ト IBM SPSS
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

10 ─
に，片手直進駆動時の %iEMG に対し，バドミン

2．実験結果トン競技用車いすを用いた両手駆動時の %iEMG

2．1 片手直進駆動による筋活動の評価にて除算した割合を前進駆動と後退駆動に分けて対象となる各筋部位の iEMG データから算出さ算出した．

れた %iEMG は，研究協力者 1 名あたり 12 試行×

図 7 は， 前 進 駆 動 時 に お け る 筋 部 位 別 の

4 パターン（片手直進駆動車いすの前進と後退，%iEMG の割合を研究協力者別（A~J までの 10 名

バドミントン競技用車いすの前進と後退）とな分）に算出した結果を示している．図 8 は後退駆る．はじめに，各パターン12試行分の %iEMG デー

動時の結果を示している．

タから上限と下限の値を除外した 10 試行分の平図 7 に示す前進駆動時の筋部位別比較を確認す

均値を各パターンの %iEMG として採用した．次ると，全研究協力者の平均値では，増加割合が高

図 7 前進駆動時における筋部位別の比較

図 8 後退駆動時における筋部位別の比較
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

11 ─

い順に上腕二頭筋 2.16 倍，深指屈筋 1.73 倍，大胸

表 2 および図 9 より，片手直進駆動車いすとバ筋 1.58 倍，上腕三頭筋 1.24 倍，三角筋 1.08 倍であっドミントン競技用車いすにおける %iEMG の間にた．一方，図 8 に示す後退駆動時の筋部位比較を有意差が認められなかった筋部位は，前進駆動で確認すると，深指屈筋 1.68 倍，上腕三頭筋 1.58 倍，

三角筋（図 9（d））
，後退駆動で上腕二頭筋（図 9

三角筋 1.58 倍，大胸筋 1.40 倍，上腕二頭筋 1.20 倍（b））と大胸筋（図 9（e））であった．

であった．

3．考 察

2．2 各筋部位に対する多重比較

3．1 片手直進駆動における筋活動への影響

片手直進駆動車いすとバドミントン競技用車い

前進駆動のハンドリム操作における運動力学的すを対象に，前進駆動と後退駆動の差を評価するプロセスでは，ハンドリムをグリップする瞬間，ため，解析対象となる右側の各筋部位（深指屈筋，

手関節の屈筋によって指を屈曲させ，上腕二頭筋

上腕二頭，上腕三頭筋，三角筋，大胸筋）に区分と上腕三頭筋は肘を屈曲，三角筋と大胸筋が肩をし，①前進駆動 - 片手直進駆動車いす（Forward-

屈曲させた状態となる．ハンドリムをグリップし

OneArm），②前進駆動-バドミントン競技用車いす

た後，その握り手が体幹より前へ押し出す方向へ（Forward-Badminton），③後退駆動 - 片手直進駆動

移動するため，肘の伸展が車いすへの推進力を担

車いす（Backward-OneArm），④後退駆動 - バドミ

うことになる．この推進力は，上腕二頭筋，三角ントン競技用車いす（Backward-Badminton）の 4筋および大胸筋がハンドリムに力を伝えることで群を設定し，多重比較を行った．①から④の 4 群

車いすへの推進力を発揮し，上肢を前方へ傾けるを対象とした駆動別の 2 群間検定では，Dunn test

ように働く役目も担う．この推進力を維持するた用いた．なお，有意水準 5% とし，その有意確

めに最も重要なのが上腕三頭筋と手関節の屈筋で18）

率は Bonferroni 訂正後17）の値を採用した．表 2

ある 15）．そのため，深指屈筋がハンドリムへ伝には片手直進駆動車いすとバドミントン競技用車

達する力を逃がさようにハンドリムを強くグリッいす使用した前進駆動と後退駆動時の %iEMG にプし続ける役割を担い，上腕三頭筋がハンドリム

対する有意確率（p-Value）を筋部位別にまとめたを回し終えるまで力を伝達する役割を担うことで結果を示す．図 9 は，片手直進駆動車いすとバド

車いすの推進力が維持される．一方，後退駆動のミントン競技用車いすにおける前進駆動と後退駆

ハンドリム操作においても前進駆動と同様に，後動に分けて 2 群間検定した結果を筋部位別にまと方への推進力を上腕二頭筋，三角筋および大胸筋

めた結果である．

がハンドリムに力を伝えることで推進力を発揮す
表2

Category
flexor digitorum profundus
biceps brachii
triceps brachii
deltoid
pectoralis major

デサントスポーツ科学 Vol. 44

筋部位別による多重比較

Comparison
ForwardBackward
ForwardBackward
ForwardBackward
ForwardBackward
ForwardBackward

Test static
8.308
7.691
9.932
1.985
2.889
8.976
0.816
7.515
5.033
2.352

p-Value*
0
0
0
0.283
0.023
0
1
0
0
0.112
*Significance level p<0.050

─

12 ─
＊

＊

1.0000

.8000

.8000

.6000

.6000

%iEMG

%iEMG

＊

1.0000

.4000

.4000

.2000

.2000

.0000

ForwardOneArm

ForwardOneArm

BackwardOneArm.0000

BackwardOneArm

Category

ForwardOneArm

.8000

.6000

.6000

%iEMG

%iEMG

.8000

.4000

.4000

.2000

.2000

ForwardOneArm

BackwardOneArm

Category

BackwardOneArm＊

1.0000ForwardOneArm

Category＊

1.0000.0000

BackwardOneArm(b)biceps brachii(a)ﬂexor digitorum profundus＊

ForwardOneArm.0000

BackwardOneArm

ForwardOneArm

ForwardOneArm

BackwardOneArm

Category

BackwardOneArm(d)deltoid(c)triceps brachii＊

1.0000

%iEMG

.8000
.6000
.4000
.2000
.0000

ForwardOneArm

ForwardOneArm

BackwardOneArm

Category

BackwardOneArm*Signiﬁcance level p<0.05(e)pectoralis major

図 9 前進・後退別の 2群間検定

るが，ハンドリムを最後まで後方へ回す際には肘重要な役割を担う上腕三頭筋が前進駆動時よりもも体軸よりも後方へ伸ばす方向に動作させる必要

大きな力を発揮することになる 15）．

があることから，肘関節を伸ばす伸筋として最も図 7 に示す前進駆動および図 8 に示す後退駆動
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

13 ─

時に片手直進駆動車いすにおける %iEMG の割合の筋活動が大きく影響していると考える．図 8 にが大幅に増加する傾向を示した深指屈筋に着目す

示す後退駆動時の上腕三頭筋の筋活動の割合は，る．片手直進駆動では 2 つのハンドリムをグリッ

図 7 に示す前進駆動時と比べ研究協力者全体で約プしながらの操作が必要となることから，個人差27％上昇しており，後退駆動時の推進力には上腕はあるものの全ての研究協力者にてバドミントン

三頭筋が影響を与えていることを示唆できる．

競技用車いすよりも %iEMG の割合が増加した．

バドミントン競技用車いすを使用した両手駆動

全体平均では前進駆動 1.73 倍，後退駆動 1.68 倍とに比べ片手直進駆動車いすでは，右側 2 つのハンなった．一つのハンドリムをグリップする両手駆ドリムをグリップしながら左右両方の駆動輪に駆動に比べ，片手直進駆動時には 2 つのハンドリム

動力を伝達する必要があり，各筋部位への負荷はをグリップする必要が生じる．2 つのハンドリム

両手駆動よりも増大する．内山 19）らの研究報告をグリップする際には，親指を内側のハンドリム

でも示されているように，筋群への負荷増加およに掛け，その他 4 本の指を外側のハンドリムに掛び車いすへの推進力を伝達する為に必要な肘関節けながら操作することから，一つのハンドリムをの伸展は，iEMG の増加にもつながることが本実グリップする場合よりも深指屈筋の筋活動が重要

験結果からも明らかになった．

な役割を担うことが推察できる．先行研究

8）の結果では，研究協力者 10 名に対し，片手直進駆

3．2 車いすと駆動区分の違いによる筋活動の差

動可能な競技用車いす 1 台を用いて，片手駆動と

図 9 に示す筋部位別に分けた前進・後退別の 2

両手駆動における前進 1 駆動分（3 試行）の iEMG

群間検定結果より，片手直進駆動車いすとバドミ

データの比較を行った．その結果，深指屈筋，上ントン競技用車いすにおける筋活動の特徴を比較

腕二頭筋，上腕三頭筋および大胸筋について 1.5

する．片手直進駆動では，（a）深指屈筋と（c）上～ 1.8 倍の増加を確認した．本実験ではバドミン

腕三頭筋に特徴的な筋活動の差を確認した．前進

トン競技用車いすを用いた両手駆動時との比較とおよび後退駆動ともに，バドミントン競技用車いなるが，これらの筋部位にて 1.24 ～ 2.16 倍の差

すとの有意差があり，%iEMG も双方で増加した．

が生じたことから妥当性のある結果だと考える．

この結果は 3．1 節でも述べたように，ダブルリ

図 7 に示す前進駆動の結果では，個人差によるング方式によって 2 つのハンドリムをグリップす

ばらつきが生じているが，バドミントン競技用車

る必要が生じる場合，深指屈筋の筋活動が増加す

いすに比べて片手直進駆動車いすによる上腕二頭る．また，片手直進駆動では両手駆動に比べて片筋の筋活動が 2.16 倍と増加し，駆動筋の活動の

手・片腕のみで推進力を維持する必要が生じると中では最も大きな影響を与えていた．この結果に共に駆動時の負荷も増大することから上腕三頭筋

ついても，先行研究 8）の結果と一致した．一方，の筋活動も増加することを示唆している．

図 8 に示す後退駆動の結果では，上腕二頭筋の筋

片手直進駆動による前進では三角筋への影響が活動が 1.20 倍，上腕三頭筋が 1.58 倍となり，上小さいことから，深指屈筋，上腕二頭筋，上腕三腕二頭筋が最も小さい差となった．これは，前述

頭筋および大胸筋が両手駆動よりも筋活動を増大する後退駆動時における運動力学的プロセスで示させ，推進力を維持する傾向を示唆している．一したように，後退駆動のハンドリム操作では，ハ方，後退駆動では上腕二頭筋と大胸筋への影響がンドリムへの力の伝達および肘関節を体軸より後小さいことから，深指屈筋，上腕三頭筋および三方へ伸展するために重要な役割を担う上腕三頭筋

角筋が後退駆動の推進力を維持させるように働く

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

14 ─

傾向を示唆している．
以上より，片手直進駆動車いすを使用したハンドリム操作では，前進駆動また後退駆動の違いに
より両手駆動と比べて筋活動を増大させる筋部位が異なり，車いすの推進力を維持させる役割を担うことが明らかとなった．

for para table tennis competition. Proc. Inst. Mech.

Eng. Part P: Journal of Sports Engineering and，342-350（2019）Technology., 233（3）3） Nagamatsu A., Current Situation and Challengesof Technological Development for Para-Sports

Equipment. Journal of Paralympic Research Group.,12, 69-82（2019）4） Chénier F., Aissaoui R., Effect of wheelchair frame

4．結 論

material on usersʼ mechanical work and transmitted

本研究では，我々が開発した片手駆動で直進可609369（2014）

能な競技用車いすとバドミントン競技用車いすを対象として，前進および後退駆動時における各駆動筋の iEMG をもとに筋活動を定量的に評価した．片手直進駆動による前進と後退時のハンドリ
ム操作では，両手駆動よりも駆動筋群への負荷が増加することから，対象とした全ての筋部位にてiEMG が増加する傾向を示した．バドミントン競技特有の片手チェアワークにおける推進力の維持とその繰り返しには，特にハンドリムをグリップする作用に影響を与える深指屈筋と推進力の維持に影響を与える上腕三頭筋が重要な役割を担うことを明らかにした．
謝 辞
本研究に対して助成を賜りました公益財団法人
石本記念デサントスポーツ科学振興財団に厚く御礼申し上げます．また，本研究の実施にあたり多大なご協力を頂きました地方独立行政法人東京都
立産業技術研究センター，株式会社オーエックス
エンジニアリングならびに研究協力者の皆様に厚くお礼申し上げます．
文 献vibration. Biomed Research International, 2014,5） Gebrosky B., Grindle G., Cooper R., Cooper

R., Comparison of carbon fibre and aluminium
materials in the construction of ultralightwheelchairs. Disability and Rehabilitation: Assistive，432-441（2020）
Technology, 15（4）6）塩野谷明，監物勇介．片手・両手切り替え駆動型
競技用車いすの開発と評価．デサントスポーツ科
学 , 33, 93-103（2012）7） Shionoya A., Kenmotsu Y., Development of

New Wheel-Chair for Sports Competition. In

the Proceedings of The 12th Conference of the，International Sports Engineering Association, 2（257）
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23（2），23-30（2021）

9） Ohashi S., Shionoya A., Harada K., Nagamori M.,

Uchiyama H., Posture Estimation Using Surface
Electromyography during Wheelchair Hand-Rim
Operations. Sensors, 22（9），3296（2022）

10） Hwa S.J., Gemus P., Young-Shim K., Hyung-Shik J.,

Development and evaluation of one-hand drivablemanual wheelchair device for hemiplegic patients,
Applied Ergonomics, 48, 11-21（2015）11） Yasuda T., Furikado D., Tanaka K., One hand drive

wheelchair with new manipulation mechanism andassist functions. Proc. of 2006 IEEE/RSJ International
Conference on Intelligent Robots and Systems, 2833-

2838（2006）

1） Burkett B., Technology in Paralympic sport:

12） Sakai K., Yasuda T., Tanaka K., Improvement of

performance?. Br. J. Sports Med., 44（3），215-20

unit for one hand drive wheelchair with a triple

performance enhancement or essential for

manipulation torque transfer mechanism and assist（2010）

ring. Proceedings of the 2009 IEEE International

enhancement of overall Paralympics wheelchair（2009）

2） Tang S.Q., Li K.H.H., Lim S.L.D., Design

Conference on Robotics and Biomimetics, 196-201
デサントスポーツ科学 Vol. 44─13） van der Woude L.H., Botden E., Vriend I., VeegerD., Mechanical advantage in wheelchair lever
propulsion: effect on physical strain and efﬁciency.
J. Rehabil Res. Dev., 34（3），286-94（1997）

14） Kirby R.L., Ethans K.D., Duggan R.E., Saunders-Green L.A., Lugar J.A., Harrison E.R., Wheelchair15 ─16）原良昭，吉田正樹，松村雅史，市橋則明．積分
筋電図による筋活動の評価．電気学会論文誌 C,

124（2），431-435（2004）

17） Cabin R.J., Mitchell R.J., To Bonferroni or not to

Bonferroni: when and how are the questions. E.S.A.

Bull81 ., 246-248（2000）

propulsion: descriptive comparison of hemiplegic18） Dunn, O.J., Multiple Comparisons Using Rank

，131-135（1999）
Phys. Med. Rehab., 78（2）19）内山孝憲，赤澤堅造；ヒト肘関節伸筋の筋活動度－

and 2 hand patterns during selected activities. Am. J.
15） Davis R., Ferrara M., Byrnes D., Sports Performance

Series, The competitive wheelchair stroke. Nat.

Streng. Condit. Assoc. J., 10, 4-11（1988）

デサントスポーツ科学 Vol. 44

Sums. Technometrics, 6, 241-252（1964）

角度－等尺性トルク関係と－負荷トルク－速度，pp.27-37（1998）
関係，バイオメカニズム，14（0）

─

16 ─

汗中の乳酸に応答して図柄が変化する
スポーツウェアの開発
北見工業大学兼清泰正Development of a New Sportswear with a Pattern That Changes in Response toLactic Acid in Sweatby
Yasumasa Kanekiyo

Kitami Institute of Technology

ABSTRACTIn this study, we succeeded in compositing fabrics and lactate-responsive polymers

with various patterns developed by the principal investigator with the hope of creating

sportswear with a pattern that changes in accordance with the concentration of lactic
acid in sweat. First of all, we composited the polymers with the fabrics by the following

steps: impregnating a cotton cloth with a monomer solution and polymerizing it by
UV irradiation through a photomask with a predetermined shape of light-transmittingarea. Then, after coloring the obtained samples with an anionic dye and immersing it

in a lactic acid solution, we observed the pattern on the cloth changing with desorptionof the dye in response to lactic acid. Additionally, we examined the dependence of the

response on the concentration of lactic acid and its change over time and it was foundthat the pattern changed from a "smiling face" to a "crying face" within 30 minutes
within the concentration range of lactic acid present in sweat.
キーワード
乳酸，汗，図柄，ボロン酸，布デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

17 ─

Keyword

Lactic acid, Sweat, Pattern, Boronic acid, Fabricにより，汗中の乳酸濃度を一目で知ることができ

要 旨る点にある．第二の特徴としては，酵素のような本研究では，研究代表者がこれまでに開発した不安定で高価な物質を用いず，一般的な材料のみ

乳酸応答性ポリマーを，様々な模様を描いて布地を用いて作製できるため，高い耐久性を有する製と複合化することにより，汗中の乳酸濃度に依存品を低コストで大量生産可能である点が挙げられ

して図柄が変化するスポーツウェアの創製に向ける．本研究が実用的な製品に結びつけば，誰もがた基礎的検討を行った．乳酸応答性ポリマーと布手軽に自身の（あるいは他人の）疲労度を知るこ

地との複合化は，モノマー溶液を木綿布に含浸さとができるようになり，世界中の人々の心身の健せ，所定の形状の光透過部を有するフォトマスク

康増進を通じた平和な社会作りへ貢献できるもの

を介して紫外線を照射し，重合させる方法によりと期待される．

行った．得られたサンプルをアニオン色素で着色した後，乳酸水溶液に浸漬したところ，乳酸に応

1．実験方法答した色素の脱離が生じ，布上の図柄が変化して

1．1 乳酸応答性ポリマーの木綿布への複合化いった．応答の乳酸濃度依存性と経時変化を検討

1．1．1 作製パターン 1（モノマー溶液 B0+B2）

した結果，汗中に存在する乳酸の濃度範囲内で，サンプルの作製手順を図 1 に示す．市販の木綿30 分以内に図柄が「笑顔」から「泣き顔」へ変

布を 6 cm 四方に切断し，水とアセトンで洗浄し化することが明らかになった．

た後，ドライヤーで乾燥させた．この布を，裏面にフォトマスク 1（図 2）を貼り付けたアクリル板

緒 言

上に固定し，
モノマー溶液 B0 を 150 μ L 滴下した．

人々が心身ともに健康で QOL（クオリティ・オ

モノマー溶液の組成と化合物の分子構造を，そ

ブ・ライフ）の高い人生を送るためには，個々人

れぞれ表 1 と図 3 に示す．モノマー溶液 B0 には，の体力に見合った適度な運動を継続的に実践するアニオン性色素の吸着部位となる第四級アンモニ

ことが欠かせない．また，温暖化の進行により夏

ウムモノマー（Q），ポリマーの主成分となるアク場の気候は過酷さを増しており，熱中症の予防な

リルアミド（AAm），架橋剤（Bis），および重合ど体調管理の必要性が高まっている．現在のとこ開始剤（AAPH）を含む．上記のサンプルにフォろ，一般の人々が肉体疲労度を定量的に把握する

トマスク側から紫外線（365 nm）を照射し，1 時手法は限られており，多くの場合は勘に頼ってい間後に木綿布を取り出して，純水を満たしたス

るのが実情である．本研究では，研究代表者がこクリュー管に加え，1 時間撹拌した．その後，0.9を，様々

mM のアシッドレッド 18（AR18，図 3 参照）を含な模様を描いて布地と複合化することにより，汗む水溶液（10 mM HEPES 緩衝液により pH 7.4 に中の乳酸濃度に依存して図柄が変化するスポーツ

設定）に浸漬して 1 時間撹拌し，純水で 2 ～ 3 秒

ウェアの創製に向けた基礎的検討を行った．本法間洗浄した後，ドライヤーで乾燥させた．この木の第一の特徴は，乳酸の濃度に応じた図柄の変化

綿布を，裏面に別のフォトマスク 2（図 2）を貼りれまでに開発した乳酸応答性ポリマー

デサントスポーツ科学 Vol. 44

1）

─

18 ─

付けたアクリル板上に固定し，モノマー溶液 B2

1．1．2 作製パターン1（モノマー溶液B0+B2’）

を 100 μ L 滴下した．モノマー溶液 B2 には，乳モノマー溶液 B2 の代わりに，モノマー Q の濃酸応答部位となるボロン酸モノマー（B）がアク度を高くしたモノマー溶液 B2ʼを用いて “B2ʼ領域”

リルアミドの代わりに含まれている．このサンプを作製した（表 1）．それ以外は上述の方法と同様

ルにフォトマスク側から紫外線（365 nm）を照射にサンプル作製を行った．

し，1 時間後に木綿布を取り出して，純水を満た

1．1．3 作製パターン 2

したスクリュー管に加え，1 時間撹拌した．最後

サンプルの作製手順を図 4 に示す．パターン 2に，先ほどと同一組成の AR18 水溶液に浸漬してでは，パターン 1 の場合と異なる形状のフォトマ

1 時間撹拌し，純水で 2 ～ 3 秒間洗浄した後，ドスク（フォトマスク 1ʼ とフォトマスク 2ʼ，図 5）をライヤーで乾燥させた．

用いた．最初に，モノマー溶液B2とフォトマスク1ʼ

ここで，モノマー溶液 B0 を用いて作製した部を用いて B2 領域の作製を行い，AR18 により着色

分を “B0 領域”，モノマー溶液 B2 を用いて作製しした．次に，モノマー溶液 B0 とフォトマスク 2ʼ

た部分を “B2 領域” と定義し，以降用いる．

を用いて B0 領域の作製を行った．B0 領域は未着
色のまま測定に用いた．

図 1 サンプルの作製手順（パターン1）

図 2 作製パターン1におけるフォトマスクの形状
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─表1
モノマー溶液
B0
B2
B2ʼ

B
0
600
600

モノマー溶液の組成（単位：mM）*

Q*溶媒：メタノール/水 = 2 : 1（vol/vol）

300
300
400

AAm
700
0
0

図 3 実験に用いた化合物の分子構造

図 4 サンプルの作製手順（パターン2）

図 5 作製パターン2におけるフォトマスクの形状
デサントスポーツ科学 Vol. 44

Bis

400
400
400

AAPH
90
90
90

19 ─

─

20 ─
2．乳酸に対する応答測定

プ ル の， 乳 酸（Lactate）濃 度 0，3，10，30，100

mM それぞれに応答した図柄の変化挙動を図 6 に

濃度 0，3，10，30，および 100 mM の乳酸ナト

示す．乳酸濃度が 100 および 30 mM の場合，時リウムを含有する水溶液を調製した．溶液には間と共に B2 領域からアニオン色素が脱離し，図10 mM の HEPES を緩衝剤として添加し，pH を 7.4

柄が「笑顔」から「泣き顔」へ変化していった．

に設定した．この溶液に，作製した布地サンプル

100 mM では，10 分後にはほぼ完全な泣き顔へ変を浸漬し，25℃において一定時間（0 ～ 90 min）

化したが，全体的に色が薄くなる傾向が見られた．

撹拌した．その後，布地を溶液から取り出して純乳酸濃度が 10 および 3 mM の場合，図柄はある程水で 2 ～ 3 秒間洗浄し，サンプルの写真を撮影し度変化したが，30 分経過後でも B2 領域に色素がた後，ドライヤーで乾燥させた．

残存し，表情の変化は不完全であった．乳酸を含まない場合（0 mM）は，B2 領域からの色素の脱3．実験結果離はほとんど見られなかったが，B0 領域の濃さ

3．1 作製パターン 1（モノマー溶液 B0 ＋ B2）の乳酸応答
モノマー溶液 B0 と B2 を用いて作製したサンが増加する傾向が見られた．
サンプルの色調変化を数値的に評価するため，

RGB 取得ソフト「色採り」を用いてサンプル写

図 6 モノマー溶液B0とB2を用いて作製したサンプル（作製パターン1）の応答挙動
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

21 ─

図 7 モノマー溶液B0とB2を用いて作製したサンプル（作製パターン1）のRGB値

真の B0 領域（上唇の部分）と B2 領域（下唇の部

乳酸濃度が 100 mM の場合，3 分後には B2ʼ 領域分）の RGB 値を求め，横軸に時間をとってグラ（下唇の部分など）から大部分のアニオン色素がフにプロットした（図 7）．B0 領域の RGB 値は，脱離し，30 分後には完全な泣き顔へ変化した．

乳酸濃度が 100 および 30 mM の条件では若干の変30 mM では，100 mM の場合に近い挙動を示した動が見られたが，10 mM ではほぼ一定の値を示

が，30 分後にも B2ʼ 領域に僅かな色素の残存が見した．乳酸を含まない場合は，B 値や G 値が低下られた．乳酸濃度が 10 mM の場合，多少の図柄していった．一方，B2 領域に関しては，乳酸濃の変化が認められたが，乳酸を含まない場合（0度が 10 mM 以下では大きな変化は見られなかっmM）には，目立った図柄の変化は生じなかった．

たが，30 mM 以上では B 値や G 値が大きく上昇しB0 領域（上唇の部分など）に関しては，どの条件ていった．なお，完全な白色では，RGB すべてにおいても目立った変化は見られなかった．

の値が 255 となる．

サンプルの色調変化を数値的に評価するため，
サンプル写真の B0 領域と B2ʼ 領域の RGB 値を求

3．2 作製パターン 1（モノマー溶液 B0 ＋ B2’）の乳酸応答

め，横軸に時間をとってグラフにプロットした（図 9）．B0 領域の RGB 値は，乳酸濃度に関わらモノマー溶液 B2 の代わりに B2ʼ を用いて作製ず僅かな変動しか示さなかった．一方，B2ʼ 領域

し た サ ン プ ル の， 乳 酸 濃 度 0，10，30， お よ びに関しては，乳酸濃度 30 mM 以上では B 値や G

100 mM に応答した図柄の変化挙動を図 8 に示す．

値が大きく上昇していった．10 mM ではある程デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

22 ─

図 8 モノマー溶液B0とB2ʼを用いて作製したサンプル（作製パターン1）の応答挙動

図 9 モノマー溶液B0とB2ʼを用いて作製したサンプル（作製パターン1）のRGB値
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

23 ─

図 10 モノマー溶液B0とB2を用いて作製したサンプル（作製パターン2）の応答挙動度の数値上昇が見られたが，0 mM ではほぼ一定含むモノマー溶液を用いて作製されものであるの値を示した．

が，図 11 に示すようにボロン酸は乳酸と可逆的に結合して，負電荷を有する錯体を形成すること

3．3 作製パターン 2（モノマー溶液 B0 ＋ B2）の乳酸応答が知られている 2）．したがって，本サンプルにおいては，ボロン酸と乳酸との相互作用によりアニ作製パターン 2 は，モノマー溶液 B2（フォトマ

オン色素の脱離が引き起こされたものと考えら

スク 1ʼ）の領域のみを着色し，B0（フォトマスク

れる（図 12）．ボロン酸基とカチオン基（第四級2ʼ）の領域は未着色のまま用いたサンプルである．

アンモニウムモノマー由来）を有する B2 領域は，

この布地の，乳酸濃度 30 および 100 mM に応答

カチオン基との静電的相互作用によりアニオン色

した図柄の変化挙動を図 10 に示す．乳酸濃度が素が吸着されている．ボロン酸基は，乳酸との結初期状態では図柄が「笑顔」
であっ
100 mM の場合，合により負電荷を帯びて，カチオン基と静電的にたが，時間と共に図柄が変化し，60 分後には明相互作用するようになる．その結果，アニオン色

らかな表情の変化が現れた．ただし，図柄の精細

素は相互作用部位を失い，B2 領域から脱離する．

度は不十分であり，フォトマスク通りの表情には一方，ボロン酸基を含有しない B0 領域には，乳至らなかった．乳酸濃度が 30 mM の場合，図柄酸と直接的に相互作用可能な部位が存在しない．

はある程度変化したが，90 分経過後でも B2 領域

そのため，乳酸存在下でも，アニオン色素はカチに色素が残存し，表情の変化は不完全であった．

オン基との静電的相互作用によりポリマーに吸着

4．考 察
4．1 作製パターン 1（モノマー溶液 B0 ＋ B2）の乳酸応答

されたままであり，B0 領域からの脱離は基本的には生じない．
図 13 には，乳酸濃度に依存した図柄の変化挙動を示す（応答時間 30 分）．これを見ると，乳酸

このサンプルは，図 6 に示すように，乳酸濃度

濃度が 0 から 10 mM にかけては，一部に濃淡の変が 30 mM 以上の水溶液に浸漬すると，時間と共化は見られるものの，表情は「笑顔」のままである．

に B2 領域からアニオン色素が脱離し，図柄が笑

さらに乳酸濃度が 30 mM まで上昇すると，明ら

顔から泣き顔へ変化していった．B2 領域は，ボかな図柄の変化が現れ，表情は「泣き顔」と識別

ロン酸モノマーと第四級アンモニウムモノマーを可能な状態となっている．そして 100 mM では，

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

24 ─

図 11 ボロン酸と乳酸との相互作用

図 12 応答メカニズム（作製パターン1）

図 13 乳酸濃度に依存した図柄の変化（モノマー溶液B0＋B2，
作製パターン1）
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

25 ─

図 14 乳酸濃度に依存した図柄の変化（モノマー溶液B0＋B2ʼ，
作製パターン1）

図 15 応答メカニズム（作製パターン2）

表情は完全に変化したと言える．以上のように，は，乳酸濃度ゼロにおいて，B0 領域と B2 領域と乳酸濃度に応答した図柄の変化を実現できたが，で G 値や B 値が大きく異なっていることからも明

いくつかの問題点が同時に浮上した．一つ目は，

らかである．二つ目は，B0 領域においても乳酸

乳酸濃度ゼロにおいて B0 領域と B2 領域で濃さが濃度の上昇とともにある程度の色素脱離が生じ，異なり，表情が不自然である点である．このこと全体的に色が薄くなる点である．これも，B0 領

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

26 ─

域において，乳酸濃度の上昇と共に G 値や B 値がきる程度である．このことから，モノマー組成の増大していることに現れている．一つ目の点につ変更や布地の周辺部の切除といった対応策が奏功

いては，応答前の段階から二つの領域で色の濃さし，より好ましい図柄の変化挙動を示す布地を作に差（B0 > B2）があったことに加え，木綿布の周製できたものと言える．

辺部に非特異的に形成されたポリマーに吸着していた色素が，応答段階で B0 領域に色移りを起こし，濃さの差を拡大させたことが原因と考えられ

4．3 作製パターン 2（モノマー溶液 B0 ＋ B2）の乳酸応答る．そこで，第四級アンモニウムモノマーの含有

このサンプルは，これまでに述べたものとは異量を高めたモノマー溶液 B2ʼ を用いてサンプルをなる着色手順とフォトマスク形状を用いて作製し作製し，応答前の色ムラを低減すると共に，布のたものである．すなわち，モノマー溶液 B2 の領周辺を切断して非特異領域からの色移りの影響を域をフォトマスク 1ʼ（笑顔）を用いて作製し，着解消すべく検討を進めた．二つ目の点は，乳酸濃色後，B0 領域をフォトマスク 2ʼ（ 泣き顔）を用度が高まるにつれて，アニオン色素が同じくアニいて作製した．B0 領域は未着色のまま測定に用オン性の乳酸イオンによって置換され，脱離していたため，応答前の図柄はフォトマスク 1ʼ の形

いくことが原因と推測される．この点については，状に基づく「笑顔」である．このサンプルを 100

カチオンモノマーの含有量を高めたり，より価数mM の乳酸水溶液に浸漬すると，時間と共に B2の高いアニオン色素を用いたりするなどの対応策

領域が無色へと変化し，代わって B0 領域が無色が考えられるので，今後検討を行っていく予定でから赤色へ変化していった．このような図柄の変ある．

化は，ボロン酸基と乳酸との相互作用により B2
領域のアニオン色素が脱離すると同時に，脱離し

4．2 作製パターン 1（モノマー溶液 B0 ＋ B2’）の乳酸応答た色素が B0 領域に移行することにより生じたと考えられる（図 15）．すでに述べた作製パターン

このサンプルは，モノマー溶液 B2 の代わりに

1 は，着色済みの領域の一部から色素が脱離してモノマー溶液 B2ʼ を用いて作製したものである．

図柄の変化をもたらすタイプであったが，パター

図 8 に示すように，乳酸濃度が 30 mM 以上の水ン 2 は “色移り” 現象を利用したタイプであり，溶液に浸漬すると，時間と共に B2ʼ 領域（下唇のより大きな図柄の変化をもたらす可能性をもった部分など）からアニオン色素が脱離し，図柄が笑

方法論である．現在のところ，色移り後の図柄の顔から泣き顔へ変化していった．本サンプルにお精細度が十分ではなく，期待した変化は得られていても，既述のサンプルと同様にボロン酸と乳酸

いないが，今後作製条件を最適化することにより，との相互作用によりアニオン色素の脱離が引き起乳酸に応答した顕著な図柄の変化を実現したいとこされたものと考えられる（図 12）．図 14 には，考えている．

乳酸濃度に依存した図柄の変化挙動を示す（応答時間 30 min）
．このサンプルも，既述のサンプル

5．結 論と同様の応答挙動を示し，乳酸濃度が 30 mM 以

ボロン酸モノマーや第四級アンモニウムモノ

上の場合に「笑顔」から「泣き顔」への明瞭な図マーを含むモノマー溶液を木綿布に滴下し，フォ

柄の変化が生じた．一方，乳酸濃度ゼロにおけるトマスクを介して紫外線照射を行うことにより，

色ムラは比較的少なく，B0 領域の変色も無視で

乳酸応答性ポリマーを木綿布と複合化することにデサントスポーツ科学 Vol. 44

─

27 ─

成功した．この木綿布をアニオン色素で着色し，ウェア等への応用を実現していきたいと考えてい乳酸応答に用いたところ，乳酸濃度が高まるにつる．

れて図柄が笑顔から泣き顔に変化していった．当初の作製条件では色ムラが見られたため，モノ
マー組成やサンプルの処理を最適化した結果，よ3）

謝 辞
この研究は，2022 年度公益財団法人石本記念

り好ましい図柄の変化を実現できた ．より大き

デサントスポーツ科学振興財団学術研究課題の助

な図柄の変化を目指して，色素の色移り現象を利成金交付により，遂行することができました．こ

用した方法論も試み，原理的に機能し得ることをの場を借りて厚く御礼申し上げます．

明らかにしたが，図柄の精細度の向上などの課題

本研究の実務を担っていただいた北見工業大学が残った．当初の計画では，インクジェットプリ

の松原静香さん，佐藤里咲さん，茂垣寿美麗さん，ンターを用いて図柄を作製し，精細度の向上を図

阿部亜季紗さん，東達彦さんに心から感謝いたし

る予定であったが，インクタンクが機能しないな

ます．

ど装置上のトラブルへの対処に時間を要したた
め，予備的な検討の段階に止まった．これに伴い，文 献計画していたアイロンプリント紙を用いた検討

1） 兼清泰正，藤村祐大，三谷裕，「ボロン酸をベー

や，サンプルの耐久性試験も未実施である．しかスとした色調変化型乳酸センサーの様々な基材

しその後，必要な部品が調達でき，インクジェッ
トプリンターを使用した検討を進められる状況は整っている．今後は，インクジェットプリンターとアイロンプリント紙を組み合わせた新たな作製手法により，図柄の精細度向上を図る．さらに，
ポリエステルなど種々の布地素材への複合化や，人工汗液を用いた応答実験および耐久性試験など，実用化を念頭に置いた検討を進め，スポーツデサントスポーツ科学 Vol. 44への複合化」，第 80回分析化学討論会，2020年 5月．

2） Y. Kanekiyo, S. Shinkai, “Supramolecular Chemistryin Boronic Acids” in Boron: Sensing, Synthesis andSupramolecular Self-Assembly, ed. by J. S. Fossey,
T. D. James, RSC Publishing, Cambridge, Chapter.
1（2016）「汗3） 兼清泰正，松原静香，藤村祐大，茂垣寿美麗，中の乳酸に応答して図柄が変化する衣類の開発」，
2022年繊維学会年次大会，2022年 6月．

─

28 ─

片側大腿切断者におけるランニング時の着地衝撃に関連する障害リスク評価
東京理科大学（共同研究者） 同
産業技術総合研究所

安

間

亮

竹

村

裕

保

原

浩

明

The Effects of Running Speeds on Loading Rates in Individuals with Unilateral
Transfemoral Amputation
by
Ryo Amma, Hiroshi Takemura
Tokyo university of science
Hiroaki Hobara

National Institute of Advanced Industrial Science and Technology

ABSTRACTFor individuals with lower limb amputation, participating in physical activities suchas running is expected to positively impact their quality of life. However, individuals
with lower limb amputation, especially unilateral transfemoral amputation, may be

exposed to a higher risk for musculoskeletal injury during running. Although theloading rate is one of the indicators to estimate the risk of musculoskeletal injury, theloading rate in individuals with unilateral transfemoral amputation at various runningspeeds remains unclear. This study aimed to evaluate the risk of musculoskeletal injury

across a range of running speeds in individuals with unilateral transfemoral amputationby using the loading rate. Fourteen individuals with unilateral transfemoral amputationand 10 non-amputees ran on a split-belt force-instrumented treadmill at 4 runningspeeds（30%, 40%, 50%, and 60% of each subjectʼ s maximum speed）．Loading rates
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

29 ─

were calculated as the average and instantaneous slopes of the ground reaction force

from touchdown to 50 ms. We found the loading rates in the unaffected limb weresigniﬁcantly greater than those in the affected and control limbs at all running speeds.
In addition, the loading rates in the unaffected and affected limbs signiﬁcantly increased

with increasing running speed. The results of this study suggested that the risk formusculoskeletal injury during running in individuals with unilateral transfemoral

amputation increased with increasing running speeds, especially in the unaffected limb.
キーワード

下肢切断者，義足，走動作，地面反力，トレッドミル
KeywordAmputees, Loading rate, Prostheses, Ground reaction force, Amputee locomotion

要 旨

緒 言

本研究の目的は，片側大腿切断者におけるラン

下肢切断後における QOL は，モビリティレベ

ニング動作を対象に，Loading rate を様々な速度

ルと強い相関があり 1-3），また運動参加によってで算出し，着地に伴って生じる筋骨格障害リスク向上することが報告されている 4）．近年，炭素繊を定量的に評価することであった．被験者は片側

維製の競技用義足の普及によって，下肢切断者

大腿切断者 14 名および健常者 10 名を動員し，4 速の運動参加が活発化している．2021 年には東京フォースプレー度条件（30%, 40%, 50%, 60%）で，2020 オリンピック ･ パラリンピックが開催され，ト内蔵型トレッドミル上を走行させた．実験速度

下肢切断者の運動参加が国内外を問わず注目を集

は，100 m 走のベストタイムから算出された平均

めた．こうした下肢切断者の運動参加が盛り上が走速度を 100％と定義し，これを基準に算出した．

りを見せる一方で，運動に伴う筋骨格障害の発生計測した鉛直地面反力から，健側肢，義足肢およが問題視されている．

び健常者の脚における Loading rate を算出した．

下肢切断者は，日常生活下の歩行に伴う負荷蓄

本研究の結果として，健側肢における Loading

積によって，腰痛や膝の痛みが頻発していること

rate は，全ての速度で義足肢および健常者の脚よが報告されている 5-10）．そして下肢切断者の中でりも有意に大きかった．また健側肢および義足肢

も，一側肢を膝関節より上位で切断した片側大腿における Loading rate は，走速度漸増に伴って増切断者は，特にその傾向が顕著である 5-10）．こう

加する傾向にあった．以上より，片側大腿切断者

した二次的な筋骨格障害は，下肢への繰り返し荷の健側肢では着地に伴って生じる筋骨格障害リス

重や 6, 10-12），健側肢への過荷重 13）が誘因である

クが大きいこと，速度漸増に伴って健側肢およびと示唆されている．そしてランニング動作は，歩義足肢における筋骨格障害リスクが増大すること

行よりも大きな荷重が下肢に加わると考えられが示唆された．

る．実際に，片側大腿切断者の健側肢および義足肢の両方において，ランニング中の鉛直地面反力の最大値は，歩行中の 2 倍の大きさになるという

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

30 ─

報告もある 14）．また，片側大腿切断者を対象にしたランニング研究によると，健側肢の鉛直地面
反力は義足肢よりも大きくなることが報告されて
15, 16）

1．方 法
1．1 被験者

．また，下肢切断者の運動強度が増加

本実験には，日常的に走動作を行う片側大腿切することは，義足肢における褥瘡をはじめとした

断者 14 名（男性 9 名／女性 5 名）および健常者 10

いる

17）

．した

名（男性 6 名／女性 4 名）が参加した（表 1）．またがって，ランニング動作において，片側大腿切断

片側大腿切断者の実験において，全ての被験者は者は高い筋骨格障害リスクに晒されていることが普段から使用している運動靴，競技用義足を用い予想される．

て実験を行った．実験に先立ち，被験者に対して

肌トラブルに繋がると考えられている

筋骨格障害リスクを評価する指標の1つとして，本研究の目的，方法および計測に伴う危険性を十

接地初期における鉛直地面反力の時間変化率で分に説明し，実験参加に対する同意を得た．尚，

18, 19）．

本研究は国立研究開発法人産業技術総合研究人間

一般的に，Loading rate の値が大きくなると，下工学実験委員会の承認を得て行われた（人 2013‐

肢に蓄積する力学的な負荷蓄積に繋がり，腰痛や450）．

定義される Loading rate が用いられている

膝の痛みなどをはじめとした筋骨格障害の潜在的なリスクが高まると考えられている 20, 21）．また

1．2 実験概要

健常者のランニングを対象にした研究において，本研究におけるランニング動作は，フォース

Loading rate は脛骨へのストレスと関係があるとプレート内蔵型トレッドミル（FTMH-1244WA，

示唆されている19）．

テック技販社製；図 1）上で行った．本装置に内片側大腿切断者における筋骨格障害リスクを評蔵 さ れ た フ ォ ー ス プ レ ー ト（TF-40120-CL, TF-

価することは，臨床現場におけるリハビリテー

40120-CR，テック技販社製）を用いて，走動作中，最適な義足設計の一助となの鉛直地面反力を 1000 Hz で記録した．計測に先りうる 23）．しかしながら，片側大腿切断者にお立ち，全ての被験者はトレッドミル上での走動作

ける Loading rate については，不明な点が多い．

に適応することを目的とした練習時間を設けた

ションの改善や22）

そこで本研究は，片側大腿切断者におけるラン

24）．さらに，全ての被験者は，転倒防止を目的

ニング動作を対象に，Loading rate を様々な速度とした装着型の安全ハーネス（MESH HARNESS,で算出し，着地に伴って生じる筋骨格障害リスク

ミドリ安全社製）を着用した状態でランニングをを定量的に評価することを目的とする．一側肢を行った．

膝関節より下位で切断した片側下腿切断者のラ実験速度は，各被験者における 100 m 走のベ

ンニング研究によると，健側肢における Loading

ストタイム（表 1）から算出された平均走速度を

rate は義足肢や健常者の脚よりも大きいことが報100％と定義し，これを基準に 30％から 60％まで告されている18）．したがって本研究は，「片側大10％ずつ漸増させた．これに対し，対照群である

腿切断者の健側肢における Loading rate は，義足健常者では，各人の性別・年齢・身長・体重に最肢および健常者の脚よりも大きい」という仮説をも近い片側大腿切断者と同じ走速度で実験を行っ検証した．

た．そのため，両群における実験時走速度に有意差は認められなかった．
各試行において，走動作が安定した状態で計測
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

表1

31 ─

被験者特性

Prosthetic
Cause
100-m
Age Height Mass Time since
RSP
Amputated
Sex （years) (m)Personalkneeof(kg) amputation
model
limb
(years)records(s)unitamputation
Individural with UTFAM
KATANA-β
Left
Trauma
1
54
1.70
65.8
31
16.25
3S80
M
Left
Sarcoma
2
34
1.61
58.6
21
17.82
3S80
1E91 RunnerM
Left
Cancer
3
23
1.68
55.7
20
17.24
3S80
1E90 SprinterM
Left
Cancer
4
42
1.67
57.2
6
17.66
3S80
1E90 SprinterM
Left
Congenital
5
17
1.77
84.0
3
14.59
3S80
1E90 SprinterM
Trauma
6
26
1.75
66.0
5
14.08
3S80
1E90 Sprinter RightF
Sarcoma
7
21
1.49
44.3
9
20.66
3S80
1E90 Sprinter RightF
Left
Sarcoma
8
21
1.52
51.5
5
21.05
3R95
1E90 SprinterF
Right
Trauma
9
19
1.56
58.8
13
16.86
3S80
1E91 Runncr
F
Flex-Run
Right
Trauma
10
27
1.54
45.9
1
22.40
3S80
M
Right
Trauma
11
36
1.61
60.1
18
18.86
3S80
1E91 Runncr
M
Left
Trauma
12
26
1.71
65.6
4
16.02
3S80
1E91 Runncr
F
Left
Trauma
13
29
1.64
63.2
12
14.61
3S80
1E91 Runncr
M
Right
Trauma
14
24
1.60
61.1
6
16.13
3S80
1E91 Runncr
Mean
28.5
1.63
59.8
11
SD
10.1
0.09
9.7
9
Control
M
1
51
1.67
65.3
M
2
33
1.80
71.6
M
3
24
1.64
59.0
M
4
41
1.71
73.2
M
5
22
1.70
63.1
M
6
26
1.72
71.6
F
7
21
1.57
62.5
F
8
23
1.59
54.2
F
9
21
1.59
58.3
F
10
27
1.63
52.9
Mean
28.9
1.66
63.2
SD
10.0
0.07
7.3
各群における被験者番号は性別・年齢・身長・体重が対応するように記載されており，当該番号同士は同じ走速度で測定したことを意味している．
Participant

を開始し，片側大腿切断者の健側肢，義足肢および健常者の脚について，トレッドミル上でそれぞれ連続した 5 歩を計測した．尚，健常者の脚の解析には，健常者の右脚のデータを用いた．また疲
労の影響を排除するため，各試行の間には十分な
休憩時間を設けた．
1．3 データ収集および解析計測した鉛直地面反力は，カットオフ周波数
25 Hz の fourth-order Butterworth low-pass ﬁlter を用いて平滑化した．そして平滑化した鉛直地面反力に対して 40 N の閾値を設定し，閾値以上であれば立脚期であると判断した．そして，平滑化した鉛直地面反力を各被験者の体重で除すことで正規 化 し，Vertical average loading rate（VALR）お図 1 フォースプレート内蔵型トレッドミルを用いた実験の概略図

よび Vertical instantaneous loading rate（VILR）との定義は，脚の接地から 50 ms までの鉛直地面反

いう 2 つの方法で Loading rate を算出した．VALR

力の平均の傾きとした 25）．また，VILR の定義は，デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

32 ─

脚の接地から 50 ms までにおける，鉛直地面反力の変化を示す．先ず VALR について，二元配置分の最大の傾きとした 26）．

散分析の結果，脚および速度の両要因について，

VALR および VILR について，被験者全体の平有意な主効果が認められた（脚 : F（2.000, 18.000）=

均値および標準偏差を算出した．また Shapiro-

40.423, P < 0.001, 速度 : F（3.000, 27.000）= 75.858, P <Wilk の正規性検定を用いて，各変数の正規性を0.001）．さらに，脚と速度の有意な交互作用が認確かめた．その結果 VALR および VILR ともに正．多重められた（F（2.766, 24.898）= 4.176, P = 0.018）

規性が認められたため，脚（3 水準：健側肢，義比較検定の結果，全ての走速度において，健側肢

足肢，健常者の脚）を対応のない要因，速度（4における VALR は義足肢および健常者の脚よりも水準：30%, 40%, 50%, 60 %）を対応のある要因

有意に大きかった（P ≤ 0.021）. また，全ての走速として，二元配置分散分析を行った．分散分析度において，義足肢における VALR は健常者の脚の結果について，速度については Mauchly の球面よりも有意に大きかった（P ≤ 0.032）. さらに，健性検定を行い，球面性の仮定が棄却された場合側肢の VALR は，走速度漸増に伴い増加する傾向

Greenhouse-Geisser のイプシロンを利用して自由にあった . 同様に，義足肢および健常者の脚にお度を修正した．二元配置分散分析の結果，脚もしける VALR も，それぞれ増加する傾向にあった．

くは速度の主効果，また脚と速度の交互作用が次に VILR について，二元配置分散分析の結果，有意であった場合，事後検定として Bonferroni 法

脚および速度の両要因について，有意な主効果がを用いて，多重比較を行なった．全ての統計解認められた（脚 : F（1.295, 11.655）= 7.212, P < 0.001,

析には SPSS for Windows ソフトウェア（Version

速度 : F（1.446, 13.011）= 60.622, P < 0.001）．しかし

26.0, IBM 社製）を用いた．また多重比較検定にながら，脚と速度に有意な交互作用は認められなは Bonferroni の調整を用い，全ての解析についてかった（F（1.877, 16.893）= 1.406, P = 0.271）．多重比

危険率 5% 水準を統計的に有意とした．

較検定の結果，全ての走速度において，健側肢における VILR は義足肢および健常者の脚よりも高2．結 果値を示したが，統計的有意差を有していたのは30％の速度のみであった（P < 0.05）．一方，全て

80

160

60

120
VILR
（BW/s）

VALR（BW/s）

図 2 に走速度変化に対する VALR および VILR

80

40

40

20
0

30%

40%
50%
Speed（%）

60%

0

30%

40%
50%
Speed（%）

60%

図 2 30%から 60%までの走速度における VALR（左図）および VILR（右図）の結果

黒色，灰色および白色はそれぞれ健側肢，義足肢および健常者の脚の値を表す．†健側肢と義足肢の有意差について，$は健側肢と健常者の脚の有意差について，¶は義足肢と健常者の脚の有意差について表している．#はある速度における値と直前の速度との有意差について表す．いずれの場合も，記号 1つは P<0.05を , 2つは P<0.01を表す．

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

33 ─

の走速度において，義足肢と健常者の脚におけるべて筋断面積が約 72% 小さいことが報告されてVILRに有意差は認められなかった．また，健側肢，いる 28）．加えて，片側大腿切断者の全力疾走時

義足肢および健常者の脚において，VILR が走速

における鉛直地面半力は，義足肢の方が健側肢よ度漸増に伴い増加する傾向にあった .

りも小さいことが知られている 15）．このような形態・機能的な左右脚差が，結果として健側肢に

3．考 察

おける Loading rate を増大させ，着地に伴って生本研究の目的は，片側大腿切断者におけるラン
ニング動作を対象に，Loading rate を様々な速度

じる筋骨格障害リスクの増大に関与しているかもしれない．

で算出し，着地に伴って生じる筋骨格障害リスク

義足肢における VILR は健常者の脚と差がな

を定量的に評価することであった．ランニング動

かった一方，VALR では全ての速度で有意差が観作中における Loading rate を比較した結果，健側察された（図 2）．この結果は，同等の運動強度で肢および義足肢における VALR は，全ての速度おランニングを行った場合，義足肢における着地にいて健常者の脚よりも大きかった．また，健側肢伴って生じる筋骨格障害リスクが，健常者と同等における VILR は，低速域（30%）において義足肢もしくは相対的に高い状態にあることを示唆しておよび健常者の脚よりも有意に大きかった．同様いる．前述したように，本研究では健側肢におけの傾向は走速度漸増下でも観察されたが，統計的る Loading rate が，全速度域で，義足側および健に有意な差はなかった．これらの結果は，「片側常者の脚よりも高値を示していた（図 2）．した

大腿切断者の健側肢における Loading rate は，義がって，片側大腿切断者は，相対的に健常者以上

足肢および健常者の脚よりも大きい」という仮説に筋骨格系障害リスクにさらされている可能性がを概ね支持するものであった．

高く，ランニング実施時の障害予防策とケアがよ

図 2 に示すように，全ての走速度において，健り必要だと考えるべきであろう．

側肢における VALR は義足肢および健常者の脚よまた，図 2 に示すように，走速度漸増に伴い，りも大きかった．一方，健側肢における VILR は，全ての脚における VALR および VILR は増加する

全速度域で義足肢および健常者の脚よりも大きい傾向にあった．走速度増加に伴って Loading rate

値を示す傾向にあったが，統計的有意差を確認でが増加する傾向は，健常者や下腿切断者で観察さきたのは 30％速度のみであった．健側肢におけれた先行研究の結果と一致するものであった 18,

る Loading rate が他の脚よりも大きくなる傾向は，

29, 30）

膝よりも下で下肢を切断した片側下腿切断者のした片側大腿切断者に関して，健側肢および義足．Loading rate が大きいこ肢のいずれにおいても，走速度漸増に伴って着地とは，脛骨疲労骨折や足底筋膜炎といった筋骨格に伴って生じる筋骨格障害リスクが増大していく

傾向と同様であった

18）

障害リスクの誘因となると考えられている

19, 27）．

．こうした結果は，スポーツ用義足を装着可能性が示唆された．

したがって本研究の結果は，健側肢における着地

現在まで，スポーツ用義足を装着した下肢切断に伴って生じる筋骨格障害リスクが他の脚よりも者に関する生体力学研究の多くは走パフォーマン

大きいことを示唆している．

ス向上に主眼が置かれており，その障害発生リス

健側肢における Loading rate が大きくなる原因

クを定量評価した研究は極めて少ない．そのたの 1 つとして，義足肢における筋萎縮が考えられ

め，障害予防に必要な手立てを論じることは難しる．実際に，大腿切断後の大腿部は，健側肢と比いが，片側大腿切断者がランニングを行う際には，デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

34 ─

運動強度をコントロールすることと，運動後のケ
アを健常者以上に重要視することかもしれない．
4．結 論
本研究の目的は，片側大腿切断者におけるラン
ニング動作を対象に，Loading rate を様々な速度で算出し，着地に伴って生じる筋骨格障害リスクを定量的に評価することであった．本研究の結果から，片側大腿切断者の健側肢における筋骨格障
害リスクは，義足肢や健常者よりも大きいことが明らかになった．また，走速度漸増に伴い，片側大腿切断者の健側肢および義足肢における着地に伴って生じる筋骨格障害リスクは増大することが明らかになった．
謝 辞
本研究の実施にあたり，研究助成を賜りました
公益財団法人石本記念デサントスポーツ科学振興
財団に心より御礼申し上げます．また，実験にご協力いただいた被験者の皆様，産業技術総合研究所の関係者様にも感謝申し上げます．

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─

36 ─

高強度運動後の筋血流・酸素化動態からみた
クールダウンの効果 : MRI を用いた検討
北

里

大

学

堀

田

一

樹

（共同研究者） 新潟医療福祉大学

児

玉

直

樹

福島県立医科大学

森

下

慎一郎

新潟医療福祉大学

椿

淳

裕Effects of Cool Down on Muscle Blood Flow after High-Intensity Exercise:A Magnetic Resonance Imaging Studyby
Kazuki Hotta

Kitasato University School of Allied Health Sciences

Kitasato University Graduate School of Medical Sciences
Naoki Kodama

Department of Radiological Technology, Niigata University of Health and Welfare
Institute for Human Movement and Medical Sciences,
Niigata University of Health and Welfare
Shinichiro Morishita

Department of Physical Therapy, School of Health Sciences,
Fukushima Medical University
Atsuhiro Tsubaki

Department of Physical Therapy, Niigata University of Health and Welfare
Institute for Human Movement and Medical Sciences,
Niigata University of Health and Welfare

ABSTRACTThis study aimed to noninvasively image blood flow in the active limb using
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

37 ─

magnetic resonance imaging（MRI）and to measure blood ﬂow recovery after maximal

voluntary muscle contractions. Twenty healthy adult male subjects（21 ± 1 years ofage）underwent arterial spin labeling（ASL）to map blood ﬂow in the proximal rightforearm. Subjects performed 2 minutes of maximum intensity handgrip exercise in

the MRI gantry. MRI imaging was performed three times: baseline, immediately after
exercise, and 20 minutes after exercise. The obtained images were divided into thewhole forearm, wrist ﬂexor and extensor muscle groups, and radial bone, respectively.
The signal intensity of the ASL was determined in each area. The three-dimensional（x,y-t）data were analyzed by combining the two-dimensional blood ﬂow map with thetime. Compared to the baseline level, blood ﬂow in the whole forearm, wrist ﬂexor andextensor muscles increased 1.4 ± 0.2, 2.7 ± 1.0 and 2.1 ± 0.6 times; however, radialbone blood ﬂow decreased 13 % on average immediately after 2 minutes of maximum
intensity grip exercis. The whole forearm, extensor and flexor muscle blood flow
measured 20 min after handgrip exercise returned to the baseline level; however, radialbone blood ﬂow was signiﬁcantly higher than the baseline level. These results suggest
heterogeneity in the recovery of blood ﬂow after maximal-intensity handgrip exercise
among different tissues.
キーワード
磁気共鳴画像法，動脈スピンラベリング，ハンドグリップ，筋血流，骨血流
Keywordmagnetic resonance imaging，arterial spin labeling，handgrip, skeletal muscle blood ﬂow，boneblood ﬂow

要 旨

よび伸筋群に分けて ASL のシグナル強度を求め，2 次元の血流マップに時間の要因を合わせた 3 次

本研究の目的は，磁気共鳴画像法（MRI）を用

元（x, y-t）のデータを分析した．その結果，運動

いて非侵襲的に活動肢の血流を画像化し，運動後前の安静時と比較して前腕全体，手関節屈筋群おの血流回復を測定することである．健常成人男性

よび伸筋群の血流量は，2 分間の最大強度のハン20 名（21 ± 1 歳）を対象とし，動脈スピンラベリ

ドグリップ運動直後にそれぞれ 1.5 ± 0.2 倍，2.6 ±ング（ASL）法により右前腕近位部の血流マップ

1.0 倍および 2.0 ± 0.6 倍に増加した（それぞれ p <を作成した．被験者は MRI のガントリー内で最大0.05）．20 分間の回復期により，屈筋群および伸強度のハンドグリップ運動を 2 分間実施した．運筋群の血流量は安静時と同等の値まで回復した．

動後の 20 分間の回復期間を設けた．MRI での撮尺骨の血流量は運動に伴う変化を認めなかった．

像は運動前，収縮直後，運動 20 分後の計 3 回実施

運動前の安静時と比較して，橈骨の血流量はハンした．得られた画像を前腕全体，手関節屈筋群おドグリップ運動直後に安静時と比べて低下し，20

デサントスポーツ科学 Vol. 44

38 ─

─

分後には逆に有意な増加を認めた（それぞれ p <上のことから，筋機能低下の原因探索において，0.05）．以上のことから，最大強度のハンドグリッ

NIRS 単独の情報では微小循環障害を判定に不十プ運動後の前腕の血流回復には不均一性が存在分な可能性がある．
近年，磁気共鳴画像法（MRI）が脳などの血流

し，骨血流の増加と筋血流の回復が示された．

測定に用いられている 11）．動脈スピンラベリン

緒 言グ（ASL）法は，血液中にある水素イオン（H+）

骨格筋の酸素需要は運動開始直後から劇的に増を磁化的にラベリングすることにより，血漿成分加する ．この酸素需要の増大に応えるために，の90% を占める水分子そのものを内因性のトレー

骨格筋の血流量は運動開始時に増加するが，酸素サーとして使用することで血流画像を得る方法

1）

需要の増大に対して遅延する ．この不足分の酸である 12）．造影 CT や PET 検査などと比較して，

素は酸素借と呼ばれ，運動後のクールダウン時にMRI は放射線被ばくやトレーサー血中投与によ返済される 3）．特に，低強度と比べて高強度運動

る侵襲がなく，2 次元の血流分布のイメージング

2）4）

時においては酸素借が高く ，運動後の安静によ（血流マッピング）が可能である．以上のことかるクールダウン時（回復期）の酸素消費量は運動･前の安静時（VO2= 3.5 mL/kg/min）より高値とな

ら，骨格筋血流を定量化するうえで，ASL 法を2）用いることで，骨格筋の血流マップを作成できる

る ．この活動筋への酸素輸送の決定因子は，心可能性がある．そこで，本研究では健常成人男性

拍出量をはじめとした左室ポンプ機能に加えて，を対象に，まず初めに，MRI の ASL 法を用いて臓器内の毛細血管における赤血球数と赤血球移動

健常成人男性の前腕の血流マップの妥当性につい速度，ならびにミトコンドリア機能が知られていて上腕駆血により検討した．次に，安静時，最大る．種々の病態モデル動物において，微小循環お強度のハンドグリップ運動直後，および 20 分間

よびミトコンドリア機能の低下が報告されているの回復期の後に ASL 法による血流イメージング

が

5-7）

，ヒトでこれらを非侵襲的に評価する方法は現時点で存在していない．

を実施し，骨格筋血流マップの時間的変化を明らかにした．

Gliemann らの総説で述べられた通り，骨格筋
血流の計測方法として複数報告されているが，それぞれ一長一短があり現時点で非侵襲的かつ高分

1．方 法
1．1 対象者の選定と倫理的配慮

8）

解な方法は存在しない ．最も一般的な血流評価

実験内容について十分説明を行い，同意を得法の一つに近赤外分光法（NIRS）による酸素化・られた右利きの健常成人男性 22 名を対象とした．

脱酸素化ヘモグロビン計測が知られている．生体対 象 者 の 年 齢 は 21 ± 1 歳， 身 長 171 ± 5 ㎝， 体透過性の高い近赤外光を照射することで，光路の重 66 ± 7 ㎏，右手の最大握力 41 ± 3 ㎏（mean ±酸素動態に関する情報が得られるため，NIRS はSD）であった．なお，本研究はヘルシンキ宣言

非侵襲的かつ時間分解能の高い方法である．筋の趣旨に則り，新潟医療福祉大学研究倫理委員会

血流・酸素供給の指標として NIRS が用いられての承認を受けたうえで実施した（承認番号 18221

9）

いるが ，臨床現場で一般化していない．その理－ 190705）．

由として，NIRS は一過性の駆血を要すること ，
9）

深層筋の情報が得られないこと，および皮膚血流の影響を受けることなどが考えられる

10）

．以

1．2 測定プロトコル
被験者は新潟医療福祉大学のメディカルイメー
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

B

C

10

0

200

400 600 800 1000 1200
Time（sec）

150

150

HR
（bpm）

20

0

D

200
MAP
（mmHg）

Grip force
（kg）

30

100
50
0

39 ─

0

200

400 600 800 1000 1200
Time（sec）

100
50
0

0

200

400 600 800 1000 1200
Time（sec）

図 1 ハンドグリップ運動時の被験者の姿勢
（A）
，握力
（B）
，平均血圧
（C）
，および心拍数（D）

背臥位，膝屈曲位とし，右上肢を挙上してハンドグリップダイナモメーター（HG）を握った姿勢で計測した．4チャンネルコイル（Coil）（P）で体幹と下肢を固定した．ハンドグリップ運動は 600秒に開始し 720秒に終了した．
は前腕近位部に装着し，ベルト（Belt）と枕

ジングセンターに来訪した．実験室の環境とし静後の計 3 回実施した . 撮像部位が変化しないよて，室温は 24.0℃，湿度 30-50% に統制された環う，MRI ガントリー内では被験者にハンドグリッ

境とした．握力計（T.K.K.5001 グリップ‐A，竹プ以外の体動を可能な限り避けるよう指示した．

井機器工業株式会社）を用いて右の最大握力を立実験中はこちらが指示する運動以外の体動を避け位，上肢下垂位で 2 回測定した．2 回のうち最高るために，体幹および下肢をベルトと枕で固定し値を握力として定義した．続いて，磁性体を一切た（図 1A）．

身に付けていないことを確認したうえで MRI 室に入室した．MRI ガントリー内での姿勢は両膝

1．3 ハンドグリップ運動

関節屈曲位の背臥位とし，右上肢を挙上した姿勢

被験者は右手のグリップ運動を行った．グリッを保持した（図 1A）．右肩関節屈曲 150 度，右手

プ運動の強度は本人が実施可能な最大強度とし，

関節掌屈 15 度とし（図 1A），被験者は右手に非磁収縮と弛緩のサイクルは1秒 /1秒のサイクルとし，性体のハンドグリップダイナモメーターを把持し2 分間繰り返した．また，被験者がハンドグリッ

た．ASL による前腕筋血流の妥当性を検証する

プ運動を実施していることを確認するために，非ための予備実験として，2 名の被験者を対象に，磁性体のハンドグリップダイナモメーターを介し上述の姿勢で上腕駆血前および 200 mmHg で駆血て張力をモニタリングした．MRI 室のスピーカー

中の 2 時点で ASL の画像を取得した．駆血圧は 2から 1 Hz のピッチ音を流し，被験者にはその音名の被験者の収縮期血圧（123，126 mmHg）を超に合わせて収縮と弛緩を反復するよう指示した．

えていることを事前に確認した．次に，本実験

こちらの指示通りにハンドグリップ運動が実施でとして 20 名の被験者を対象に，ASL の画像取得

きない場合や，被験者から休憩の要請があった場

は，10 分間の安静時，2 分間の最大グリップ運動

合には一度実験を中止し，再び安静から開始した．

の終了直後，ならびに運動終了から 20 分間の安デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

40 ─
1．4 ASL 法による血流イメージング

ランドマークを元に，ASL 画像の画像解析の関

前腕の血流イメージングは，3 テスラの MRI

心領域を設定した．ImageJ を用いて関心領域の装置（Vantage Galan 3T，キヤノンメディカルシ

ピクセル強度（0-255）の平均値を算出した．合計

ステムズ株式会社）に 4 チャンネルフレックスコ

8 スライス分の血流画像のピクセル強度の平均値

イルを組み合わせて実施した．MRI 装置の操作を算出した．本研究では，ピクセル強度から血流は，操作に習熟した 2 名の診療放射線技師が実施

量の絶対値への換算を行わず，グリップ運動前のした．まず初めに，被験者の右前腕全体の冠状断

安静時の血流量からの相対的な変化率として算出

面の T2 強調画像を撮像して，肘関節の橈骨頭をし，解析値として用いた．

撮像開始位置として決定した．この撮像開始位置
は，全 3 回の ASL 画像取得において同じ位置で撮

1．6 循環応答像するために用いた．次に，体軸断面の T2 強調

MRI の測定終了から 48 時間以上経過した後，画像を橈骨頭から遠位方向に向かって 5 ㎜間隔で被験者は新潟医療福祉大学運動生理学実験室を合計8スライス撮像した．T2強調画像は，
血流マッ再訪し，ハンドグリップ時の循環応答および握ピングで解剖学的な位置を同定するための参照

力を同時計測した．実験室の環境として，室温として用いた．続いて，pulsed continuous ASL では 24.0℃，湿度 30-50% に統制された静音な環境

H を標識し，血流画像を 3D fast spin echo で取得とした．前述の MRI ガントリー内の姿勢（図 1A）

した．ASL の撮像条件として，post labeling delayと同様に被験者はベッド上で背臥位となり，ま2600 msec，撮像範囲は 170 × 170mm，スライスず 10 分間の安静をとった後，右上肢挙上位で 2 分

厚は 5 mm とし合計 8 枚撮影した．

間の最大グリップ運動を実施し，運動後 20 分間+の回復期を設けた．循環応答の指標として，平均
1．5 画像解析方法

血圧（MAP）と心拍数（HR）およびハンドグリッ

測 定 終 了 後， 前 腕 の 血 流 マ ッ ピ ン グ 画 像 はプ 発 揮 張 力 を 実 験 中 連 続 的 に 計 測 し た．MAP

DICOM 形 式 で MRI か ら 出 力 し， 医 療 画 像 閲

計測には非侵襲的な連続指尖脈波容積測定器

覧 ソ フ ト ウ ェ ア（OsiriX MD 12.5.2, Pixmeo,（Finometer, FMS）を用いて，1 心拍毎の血圧を連Switzerland）で血流マップを示す画像を表示し続的に計測し，平均血圧を算出した．HR計測には，た．続いて，画像を 1920 × 1080 ピクセルの解像

非侵襲インピーダンス式心拍出量測定システム装度で tiff 形式に変換した．画像解析ソフトウエア

置（Physio Flow Q-Link, モンテシステム社）を用（ImageJ, NIH）に tiff 画像を取り込み，関心領域いた．ハンドグリップダイナモメーター（G200,のピクセル強度を解析した．関心領域として，前Biometrics, VA, USA）を用いて，上述の MAP お

腕全体，屈筋群（橈側手根屈筋，尺側手根屈筋，

よび HR と同時に握力をモニタリングした．サン

浅指屈筋），伸筋群（長橈側手根伸筋，短橈側手

プリング周波数は 1000 Hz とし，MAP および HR

根伸筋，尺側手根伸筋），尺骨，および橈骨をそは 1 秒毎の平均値を解析値として出力した．運動

れぞれ関心領域として定義した．屈筋，
伸筋，
尺骨，前の安静開始から 9 分 30 秒後，運動直後，およびおよび橈骨の解剖学的な位置を同定するために，

運動終の回復期開始から 19 分 30 秒後の時点から

ASL と同じ部位で撮像した T2 強調画像を参照し

30 秒間の平均値をそれぞれ算出し，後述の統計

た．T2 強調画像の屈筋群，伸筋群，尺骨，橈骨解析に用いた．なお，これらの解析区間を用いたは T2 強調画像から明瞭に描出された．これらの理由は，MRI イメージングのタイミングと同期
デサントスポーツ科学 Vol. 44─させるためである．

41 ─

図 2 に示す．T2 強調画像（図 2A）と安静時，ハ
ンドグリップ運動直後，および安静 20 分後の血1．7 統計処理

流マップ（図 2B-D）をそれぞれ示す．安静時のASL 画像から得られた血流の相対変化，MAP，ASL 画像をみると，前腕全体においてシグナル

HR および握力について，GraphPad Prism Version

強度は低いが，T2 強調画像で橈骨動脈および尺8 を使用し，統計処理を行った．安静時，運動直骨動脈に相当する位置において，他の領域と比べ後，20 分間の回復期の時系列の変化を解析するて高いシグナル強度が得られた（図2B）．一方で，ために，フリードマンの検定を行った．時間要因

最大グリップ運動直後に得られた画像をみると，に有意な主効果を認めた場合には，事後検定とし

T2 強調画像において手関節屈筋群と伸筋群に相て Dunn 法による多重比較を行った．有意水準は当する領域において，血流マップのシグナル強度

いずれも 5％とした．得られた指標はすべて平均の増加が認められた（図 2C）．20 分間の回復期後値±標準偏差で記載した．

に得られた画像では，ほぼ運動前の安静時と同程

2．結 果

度のシグナル強度へ回復していた（図 2D）．
22 名の被験者のうち，2 名の被験者では明瞭な予備実験において，上腕駆血前と駆血中に上述

血流マップを得ることができなかったため，解析の撮像条件で ASL 画像を取得した結果，駆血前対象から除いた．明瞭な画像が得られた 20 名のに認められた橈骨動脈および尺骨動脈の高輝度が被験者を解析対象とした．図 3 に安静時を 1 とし駆血中に完全に消失したことを確認した．

た相対的な血流変化を示す．前腕全体（図 3A），

ハンドグリップ運動時の握力（図 1B）は，事前

手関節屈筋群（図 3B）および伸筋群（図 3C）そに計測された被験者の最大握力の50% 程度であっ

れぞれの領域において，時間の要因に有意な主た．運動中および直後の平均血圧は安静時と比べ．多重比較の結効果を認めた（それぞれ p < 0.05）て有意に高値を示した（図 1C；91 ± 20 vs. 121 ±果，前腕全体の血流量は，安静時と比較して運動

21 vs. 103 ± 26 mmHg；運動前 vs. 運動直後 vs. 運

直後に有意に増加した（p < 0.05，図 3A）．また，

動 20 分後；p < 0.05）．運動前の安静時と比較し20 分間の回復期の直後に得られた前腕全体の血運動直後の心拍数は増加傾向を示した（図1D；p <流量をみると，安静時と同等の値まで回復した

0.10）
．

（図 3A）．手関節屈筋群（図 3B）および伸筋群（図前腕の T2 強調画像および ASL 画像の代表例を3C）の血流量をみると，安静時と比べてグリッ

図 2 前腕のT2強調画像（A）およびハンドグリップ前
（B）
，
直後
（C）
，
および20分後（D）に取得されたASL画像の代表例

BM，腕橈骨筋；ECM，尺側手根伸筋；EDM，総指伸筋；ERBM，短橈側手根伸筋；ERLM，長橈側主根伸筋；FDM，深手屈筋；FSM，浅指屈筋；R，Scale bar 10mm
橈骨動脈；SM，
回外筋；UA，
尺骨動脈；UB，
尺骨．
橈骨；RA，

デサントスポーツ科学 Vol. 44

42 ─
A

3

4

2

1

0

4

3

2

1

0

D

3

4

ASL signal intensity
in ulnar bone
（a.u.）ASL signal intensity
in radial bone
（a.u.）

4B

ASL signal intensity
in extensor muscles（a.u.）ASL signal intensity
in forearm（a.u.）

4

ASL signal intensity
in frexor muscles（a.u.）

─

2

1

0

C

3

2

1

0

E

3

2

1

0

図 3 ASLにより計測された前腕全体
（A）
，手屈筋群
（B）
，伸筋群
（C）
，橈骨
（D）および尺骨（E）の血流*p<0.05 vs.安静時 .† p<0.05 vs.運動直後

プ運動直後に有意に増加し（それぞれ p < 0.05），値を示す . この技術を用いて，高強度のグリップ

20 分間の回復期の後には安静時と同等まで回復

運動時，運動直後および 20 分間の回復期後に前した．尺骨の血流量は，運動による変化を認めな

腕の血流変化を計測した．ASL 法により得られかったが（図 3E），橈骨の血流量は運動直後で有た安静時のシグナル強度をみてみると，橈骨動脈意に減少し，逆に回復期の後には有意な増加を認

および尺骨動脈と思われる部位において高強度で．
めた（図 3D；それぞれ p < 0.05）

あったのに対し，上腕駆血時には輝度が完全に消失した．また，骨格筋および骨ではシグナル低強

3．考 察度であった．橈骨動脈と尺骨動脈を含めた導管動

本研究は健常成人男性を対象に，3 テスラ MRI脈においては，血管径約 2 mm の血管に毎分約 20を用いた筋血流の計測を試みた．高い空間的分解

mL の血流が存在している 13, 14）．一方で，安静時能を活かした ASL 法を用いることで，前腕の血の骨格筋に対する血流量は低く抑えられている．

+

流のマッピングを試みた．ASL 法は血液中の H

本研究の予備実験で得られた駆血時の動脈内シグを磁化的に標識することで画像取得を行っていナルの消失，ならびに臓器毎のシグナル強度の不+る．その為，血流が多い部分では標識された H

均一性は生理学的に妥当であり，臓器毎の血流量が多く存在しており，シグナル強度が高値を示す．

を反映していると考えられる．以上のことから，一方で，血流に乏しい部分ではシグナル強度は低本研究で実施した ASL 法と得られた血流マップ
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

43 ─

は，健常成人男性の前腕における血流応答を反映

ドグリップ運動時に MAP 上昇が認められた．血していると考えられた．

圧は心拍出量と全身血管抵抗の2つで決定される．

運 動 時 の 筋 血 流 に つ い て は， 安 静 時 と 比 べ

心拍出量が変化しないと仮定した場合，ハンドグて運動時に急増することがよく知られている．

リップ運動時に全身血管抵抗が上昇したことが血Behnke らは，放射性マイクロスフィアを用いて圧上昇の要因と考えられる．ハンドグリップ時に中等度のトレッドミル歩行中のラット腓腹筋赤筋

上腕動脈の血管コンダクタンスが増加することが線維の血流量を計測した．その結果，安静時と比報告されており，血圧上昇には活動肢以外の動脈

べて運動時にラット筋血流量は 7-8 倍に増加するの血管抵抗が増加していると思われる 19）．このこと報告した 15）．本研究においても，ASL 法にような全身の血管抵抗の調節が，本研究で観察さより血流マップを作成し，前腕全体の血流量を計れた骨格筋の血流増加に関与しているだろう．

測した結果，安静時と比べて平均 1.48 倍の増加を

本研究では，ASL を用いた血流イメージング認めた．特に，手関節屈筋群および伸筋群においにより，骨血流を評価した．骨組織は骨格筋と同ては，安静時と比べて平均 2.6 および 2.0 倍にそれ様に血管が密に分布する臓器である．Draghici らぞれ増加していた．トレッドミル歩行のような全は，等尺性のハンドグリップ時の下腿脛骨の酸素

身運動は心拍出量の顕著な上昇を伴うため，筋血動態を近赤外分光法によって計測した 20）．脛骨

流の増加応答も顕著である 15）．一方で，本研究の脱酸素化ヘモグロビンは不変であったが，持続のような局所の運動では大きな心拍出量の増加は的ハンドグリップ運動中に酸素化ヘモグロビンがASL法による血流マッ生じない．以上のことから，

減少したことから，脛骨血流の減少が考えられた

プは健常成人男性で局所の運動に伴い血流変化を20）捉えることができると思われた．

したことから，過去の研究を支持する結果である．

．本研究においても，橈骨血流の減少を確認

反復するグリップ運動中の上腕動脈血流に関す

ただし，Draghici らは非活動肢である下腿骨の酸る先行研究をみてみると，律動的なグリップ運動

素動態を評価しているのに対し，我々は活動肢ででは収縮と弛緩を繰り返すことで上腕動脈血流はある前腕の骨血流を評価している．活動肢の骨血増加することが示されている 16）．プレチスモグ

流を PET を用いて計測した過去の研究においてラフィーを使用した前腕血流測定においても，前は，片脚の動的運動時の大腿骨血流の増加を報告．また，運動した 21）．興味深いことに，高強度の下肢運動時

後の血流量が安静時の値に戻るには 5 分以上の時には大腿骨血流の増加を認めなかった 21）．した間がかかることも報告されている 18）．本研究にがって，運動時の骨血流には運動強度が影響する

おいて運動後 20 分間の安静により，運動前の血可能性が考えられた．我々の報告では，最大努力

流量に回復した．このような局所の循環動態が変の筋収縮時に橈骨血流の有意な減少を認めた．こ

動している一方で，HR は変化を認めなかった．

の背景には運動時に筋へ血流を再配分するため過去の研究においても，背臥位のグリップ運動にに，骨の細動脈の血管抵抗を増やすような機序がよる HR および心拍出量の変化は生じないことが考えられるが 22），詳細は不明である．動物実験

報告されており 19），本研究の結果はこれを支持では，大腿骨と脛骨の皮質骨と比較して骨髄の血している．また，ハンドグリップ運動時の血圧上流が潤沢であることが示されている 23, 24）．本研

昇が報告されており，特に高強度の運動時に生ず

究では詳細を示していないが，骨髄領域のシグナ

腕血流の増加が報告されている

る

19）

17）

．本研究においても同様に，高強度のハンデサントスポーツ科学 Vol. 44

ルを反映している可能性がある．Stanbley らは，

─

44 ─

ラットの後肢の骨血流を計測した．その結果，
ラッ
ト大腿骨および脛骨の血流が増加することを示したが，特に骨髄の血流が増加することを明らかに
23）

謝 辞本研究に際し，助成を賜りました公益財団法人．一方で近位部あるいは遠位部の骨端部

石本記念デサントスポーツ科学振興財団に厚く御血流は運動による変化を認めないことが報告され礼申し上げます．さらに MRI の撮像にご協力頂ている．本研究では，橈骨および尺骨の近位部をいた新潟医療福祉大学医療技術学部診療放射線学

MRI で撮像していることから，尺骨血流に変化科の櫻井典子先生，山梨大学医学部附属病院の市を認めなかった理由の一つには部位の影響が考え

川美華先生に深く感謝いたします．

した

られた．
最後に MRI と ASL を利用した血流測定の臨床応用と限界について考える．従来の血流測定と比較して空間的分解能が高く，測定部位の血流をマッピングできるため血流障害の生じている部位の特定に有用であると考えられる．また，非侵襲的であり，対象者への負担も少ないため，臨床応用に繫がる可能性がある．例えば，2 型糖尿病や末梢動脈疾患で生ずる骨格筋血流低下について，
非侵襲的に捉えることが可能と考えられる．運動耐容能の低下の原因検索をするうえで，運動時の血流応答は重要な要因と考えられる．ASL による血流マップの作成は，運動耐容能の低下の原因
詮索として，血流低下の寄与やどの筋で顕著な血流低下を生じているのかを明らかにするうえで有用なツールと考えられる．
4．結 語
本研究結果から，ハンドグリップ運動によって増加した前腕の筋血流は，運動後の回復期に減少
し，運動後 20 分で運動前と同等のレベルまで回復することがわかった．この応答は手関節屈筋群と伸筋群の両方で生じていた．以上のことから，

MRI の ASL 技術を使用した前腕の血流測定が可能であることが明らかとなった．MRI の非侵襲的な特徴から，血流障害などの疾患に対する臨床応用も期待できるのではないかと考える．

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─

46 ─

屋外暑熱環境下における運動中の高輻射熱が
身体冷却リカバリー時の体温動態に及ぼす影響
北海学園大学

内（共同研究者） 福 山 市 立 大 学

林

貴

司

聡太郎

学

斎

藤

辰

哉

久 留 米 大 学

大

橋

充

典

姫路獨協大学

大

谷

秀

憲

鳥

取

大

藤

The effects of High Solar Radiation during Exercise on Body Temperature
Responses during Body Cooling Recovery in Hot Outdoor Environments

byTakashi Naito

Hokkai-Gakuen University
Sotaro Hayashi

Fukuyama City University
Tatsuya Saito

Tottori University

Mitsunori Ohhashi

Kurume University
Hidenori Otani

Himeji Dokkyo University

ABSTRACTThe purpose of this study was to investigate the effect of body cooling with the fancooling jacket on body temperature responses during recovery after exercise when
exposed to high solar radiation in an outdoor hot environment. Nine healthy maleデサントスポーツ科学 Vol. 44

─

47 ─

subjects cycled using ergometer until their rectal temperature increased to 38.50℃ in

hot outdoor environments（31-35℃ , 48-65% relative humidity, and 950-1150 W/m2

solar radiation），followed by body cooling recovery in warm indoor environments（28-31 ℃ room temperature and 50-60% relative humidity）．Subjects repeatedly

performed the cycling exercise protocol, which consisted of one set of 5 min at a loadof 1.5 watt/kg body weight and 15 min at a load of 2.0 watt/ kg body weight at 60rpm. Body cooling recovery consisted of cold water ingestion（10℃ : CON）or cold

water ingestion + the use of the fan cooling jacket（FAN）in random order until therectal temperature decreased to 37.75℃ . The time for the rectal temperature to reach
38.5℃ did not differ between the two trials. The rate of decrease in rectal temperature

at recovery tended to be higher in FAN trial than in CON trial（P = 0.082）．The rateof decrease in ear canal temperature was higher in FAN trials than in CON trials（P =0.002）．The rate of decrease in mean skin temperature at the ﬁrst 20 min of recovery

was higher in FAN than in CON trial（P = 0.013）．Body cooling recovery with the fancooling jacket in addition to cold water ingestion may be effective in reducing elevatedear canal and skin temperatures during exercise in the heat under a clear sky, but may
be difﬁcult to decrease rectal temperature.
キーワード
送風冷却，晴天，直腸温，外耳道温，高体温
Keywordfan cooling condition, clear sky, rectal temperature, ear canal temperature, hyperthermia

要 旨

体冷却リカバリーは冷水摂取（10℃ : CON）もしくは冷水摂取 + ファン付きジャケット（FAN）を

本研究の目的は屋外暑熱環境下における運動中

ランダムな順で用い，直腸温が 37.75℃に低下すの高輻射熱暴露後，ファン付きジャケットによるるまで実施した．リカバリー時の直腸温におけ

身体冷却がリカバリー時の体温動態に及ぼす影る 1 分毎の低下率は，FAN 試行が CON 試行より響を検討することであった．健常男性 9 名が気温も高い傾向にあった．外耳道温における低下率は31-35℃，相対湿度 48-65%，日射量 950-1150 W/

FAN 試行が CON 試行よりも有意に高く，平均皮

m の環境下で直腸温が 38.50℃に上昇するまで自膚温では冷却開始 20 分間の低下率は FAN 試行が転車運動を行い，その後室温 28-31℃，相対湿度

CON 試行よりも有意に高かった．冷水摂取に加50-60% の環境下で身体冷却リカバリーを実施しえたファン付きジャケットによる身体冷却リカバ

た．自転車運動のプロトコルは回転数 60 rpm でリーは，運動中の高輻射熱によって上昇した外耳

体重 1 kg 当たり 1.5 watt の負荷で 5 分，2.0 watt の

道温や平均皮膚温を低下させるのには有効である

負荷で 15 分を 1 セットとし，これを反復した．身が，直腸温の低下を導くのは難しいかもしれない．

2

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

48 ─
る送風による体外冷却を組み合わせる方法を考え

緒 言た．送風冷却は気流によって蒸発性熱放散を促進

暑さを決定する要因は，気温や湿度に加えてし，深部体温や皮膚温の上昇を抑制する有効な

屋外では気流や日射量（以下 : 輻射熱）がある．

方略と示されている 7）．近年は，背部にファンが日本スポーツ協会 1）は湿球黒球温度（Wet-Bulb搭載された外気通風式の衣服（以下：ファン付き

Globe Temperature，以下 : WBGT）を暑さ指数とジャケット）が市販され，生涯スポーツ分野におWBGT は「WBGT（℃）= 0.7 ×
して発表しており，

いても簡便に送風冷却を取り入れることができ

湿球温度（湿度の指標）+ 0.2 ×黒球温度（輻射熱る．ファン付きジャケットの運動中や運動間の使の指標）+ 0.1 ×乾球温度（気温）」で算出されて用は鼓膜温や平均皮膚温の上昇を抑制すると報告いる．この公式から輻射熱は気温よりも係数が 2されている 8, 9）．しかし，高体温からのリカバリー

倍あり，暑さを決める重要な要因の一つと考えら

では検討されておらず，高輻射熱下での運動にれるが，屋外で輻射熱の要因を含んだ検討はあまよって過度に上昇した深部体温や皮膚温をより急りなされてこなかった．

速に低下させるかは不明である．

これまでに運動中の高輻射熱は深部体温の上昇

本研究の目的は，屋外暑熱環境下における運動に加えて皮膚温の上昇も惹起し，持久性運動能力中の高輻射熱暴露後，冷水摂取に加えたファン付の低下を明らかにしている

2, 3）．過度な皮膚温の上昇は深部体温との温度較差を狭くするため，熱が体外へ逃げづらくなり，運動終了後も高体温が維持される 4）．運動後に体温低下のリカバリーをきジャケットによる身体冷却がリカバリー時の体温動態に及ぼす影響を検討することであった．
1．方 法

行わずに，過度な体温上昇を放置しておくと熱中

1．1 被験者

症を誘発する可能性もある．したがって，高輻射

被験者は，健常男性 9 名（年齢 = 21 ± 1 歳 , 身長

熱を含む暑熱環境下での運動後はそれを抑えるた= 1.709 ± 0.045 m, 体重 = 64.73 ± 6.38 kg）であっ

めの暑熱対策を講じる必要があり，その方法の一た．彼らはアスリートでは無かったが，日常的につに身体冷却がある．

運動習慣のある被験者であった．また，いずれの運動後の身体冷却リカバリーにおいて，体温被験者も常用薬を服用しておらず，何ら心臓血管低下の観点から最も有用な方法は冷水浸水であ系及び呼吸器系の疾病歴を有していなかった．彼5）る ．冷水浸水は急速に深部体温および皮膚温をらには本研究の目的，方法，危険性等を十分に説冷却でき，多くのシステマティックレビューにお明し，被験者全員から実験に参加することに同いて冷却効果が明らかにされている．しかし，こ意を得た．本研究は，福山市立大学（承認番号：の方法には多量の冷水や氷が必要であり，大規模2021003）および久留米大学研究倫理審査委員会

な大会以外での使用は難しい．一般のスポーツ愛（承認番号：2021429）の承認を得て実施した．

好家では，簡便な方法である冷水摂取が広く用いられている．この方法は深部体温の低下には有効

1．2 実験デザイン

であるが，皮膚温の低下への影響は小さいことが本研究では，屋外暑熱環境下における運動中の6）

示されている ．そこで本研究では，高輻射熱を高輻射熱暴露後，リカバリー時のファン付きジャ伴う運動後の身体冷却リカバリーでは冷水摂取にケットの着用が種々の体温関連項目の低下に寄よる体内冷却に加えて，簡便に皮膚温を低下させ与するか否かを検討するため，ランダム化比較
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

49 ─

試験を行った．全ての被験者は，運動後のリカ

1.5 kp の強度で 5 分，2.0 kp の強度で 15 分を 1 セッバリー時において 1）冷水（10℃）を摂取する試行

トとし，直腸温が 38.50℃に到達するまでセット（CON）と 2）冷水に加えてファン付きジャケットを反復した．試験中に半径 100 m 以内に太陽光を着用する試行（FAN）の 2 試行を行った．

を遮るものはなかった．運動終了後，日陰を想定した屋内温暖環境下（表 1）に移動し，リカバリー

1．3 実験プロトコル

として座位安静にて直腸温が 37.75℃に達するま

本実験は各試行 4 日以上の間隔をあけ，ランダ

で身体冷却介入を行なった．リカバリー終了後はムで実施した．また，全ての実験は体温調節応答

汗を十分拭き取り，体重測定および採尿を行った．

に対する太陽高度角10）と日内変動を考慮し，8 月

中の午前 10 時から開始された．各被験者は実験

1．4 身体冷却介入

前日より激しい運動やアルコール，カフェイン等

冷 水 摂 取 は 10 ℃ の 市 販 の ス ポ ー ツ 飲 料の栄養サプリメント摂取が制限された．彼らは実（Aquarius，日本コカ・コーラ社製）を用い，体験の 2 時間前に 500 mL の水分を摂取し，それ以重1 kg 当たり2.0 g の量を10分毎に摂取した．ファ降は絶食をした．実験室（25℃，相対湿度 50％）

ン付きジャケットは先行研究において使用されたに到着し 30 分以上安静後，半袖シャツ，短パン

市販のジャケット（エアコンディショニングウェと運動靴（総重量は約 1.3 kg であり，衣服面積比

ア，アシックス社製）を用いた．このジャケット（着衣と裸体の体表面積比率）は 1.12，衣服熱抵

はポリエステル（100%）でできており，背中下部

抗は 0.063 W・（m ・℃）または 0.405 clo，衣服にある 2 つの小型ファンから外気を取り込み，袖蒸発性熱抵抗は 0.010 W・（m ・kPa）） に着替え口および頸部から排気する仕組みである．FAN

2

2

た

11）

．採尿，身長および体重を測定した後，測定器具を装着した．その後被験者は屋外暑熱下

試行においてジャケットは運動終了後半袖シャツの上から着用された．

（表 1）に移動し，太陽に向かって方位角（太陽に対する身体の向き）を 0 ﾟに設定された自転車エル
ゴメーターの上で 5 分間の安静をとった

12）

1．5 測定項目．自転

尿比重は実験前後に採尿を行い，デジタル尿車運動は回転数を 60 rpm とし，体重 1 kg 当たり

比重屈折計（PAL-09S，アタゴ社製）を用いて測表1

Body heat gain from the sun（SHG）, heat loss, the projected area and environmental
conditions at the end of exercise in outdoor and during recovery period in indoor

SHG（W/m2）
Dry heat loss（W/m2）
Evaporative heat loss（W/m2）
Total heat loss（W/m2）
Project area（%）
Global solar radiation（W/m2）
Mean radiant temperature（℃）
Ambient temperature（℃）
Relative humidity（%）
Air velocity（m/sec）
WBGT（℃）

Outdoor（Exercise）
CON
FAN
93.6 ± 17.8
102.4 ± 19.8
-81.6 ± 23.5
-82.8 ± 19.1
179.9 ± 29.3
182.4 ± 34.8
98.5 ± 38.3
99.5 ± 43.1
22.4 ± 1.4
22.6 ± 1.3
1101 ± 401107 ± 2267.9 ± 6.8
68.5 ± 5.5
32.9 ± 1.8
33.1 ± 1.8
50.0 ± 8.0
49.9 ± 8.1
0.8 ± 0.3
0.8 ± 0.3
30.0 ± 0.930.2 ± 1.0

Indoor（Recovery）
CON
FAN

30.0 ± 1.7
57.6 ± 6.9
0.1 ± 0.1
26.6 ± 0.7

30.1 ± 1.8
57.2 ± 7.1
0.1 ± 0.1
26.6 ± 0.8

Values are means ± SD. CON, no-cooling condition, FAN, wearing fan cooling jacket, WBGT, wet-buld globe temperature*CON vs. FAN（P < 0.05）
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

50 ─

定した．体重は，市販の体重計（BC-316，タニ

非蒸発性熱放散量 =（平均皮膚温 – 作用温度）

タ社製）を使用した．直腸温は，潤滑剤を塗った/（衣服性熱抵抗 +（1/ 衣服面積比 + 乾性熱移動係

サーミスタカテーテル（ITP010-11: 日機装サーモ数））16）社製）を直腸内に 15 cm 挿入した．上腕部，胸部，

作用温度 =（放射熱移動係数 × 平均放射温 +大腿部および下腿部の 4 点にボタン型温度記録計

対流の移動係数 × 気温）/（放射熱移動係数 + 対（ITP082-24: 日機装サーモ社製）を装着し，その流熱移動係数）16）

上をサージカルテープで覆った．外耳道温は耳栓
型サーミスタ温度プローブ（400EP23: 日機装サーモ社製）を用いて測定した．心拍数は無線式携帯型心拍計（H-10，Polar 社製）を胸部に装着し，30秒毎に記録した．温熱感覚は 9 段階スケール 13）
で 5 分毎に記録した．主観的運動強度（Rating ofperceived exertion: RPE）は Borg（1982）14） の 15

蒸発性熱移動係数 = 16.5 ×対流熱移動係数 16）
蒸発性熱放散量 =（皮膚の濡れ率（皮膚の水蒸

気圧 – 空気の飽和水蒸気圧））/（衣服蒸発性熱抵
抗 +（1/ 衣服面積比 × 蒸発性熱移動係数））16）

飽和水蒸気圧 = 0.1exp（18.956 – 4030.18/（乾球

温度 + 235））16）

空気の水蒸気圧 = 飽和水蒸気圧 × 相対湿度 16）
総熱放散量 = 非蒸発性熱放散量 + 蒸発性熱放段階スケールを用いて 5 分毎に記録した．

散量 16）
1．6 算出項目

加えて平均皮膚温，直腸温および各体温の冷却

本研究では熱吸収量や熱放散量を算出するため，下記の公式を用いた．

いた．

日射による熱吸収量（W）= 体表照射面積 × 皮-

膚の日射吸収率 ×+

有効放射面積（体表面積 – 着衣面積）× 皮膚の日
15）射吸収率 ×率，総発汗量を算出するために，下記の公式を用

有効放射面積は座位のため 0.7 とした 16）．着衣
面積は体表面積の 14% と仮定した 12）．

体表照射面積（m ）= 0.043 sin日射角度 + 2.997 cos
2

12）

日射角度

腕部皮膚温 + 0.2 × 大腿部皮膚温 + 0.2 × 下腿部
皮膚温 19）
直腸温の冷却率（℃ /min）=（運動終了時の直腸

温 – 37.75℃）/ 時間（分）各体温の冷却率（℃ /min）=（運動終了時の温度– リカバリー終了時の温度）/ 直腸温冷却率の時間（分）

0.725 17）

体表面積 = 0.202 体重 0.425 × 身長（m）

各体温の前半 20 分の冷却率（℃ /min）=（運動0.6 16）

対流移動係数 = 8.3 ×風速（m/sec）
放射熱移動係数 = 4 × 0.95

平均皮膚温（℃）= 0.3 × 胸部皮膚温 + 0.3 × 上× ステファン -15）

ボルツマン定数 × 有効放射面積（237.2 +（平均衣服表面温 + 平均放射温）/2））

終了時の温度 – リカバリー終了時の温度）/20

総発汗量（kg）= 運動後の体重 – 運動前の体重

– 飲水量

3 16）

ステファン - ボルツマン定数は 5.67 × 10-8 とした．平均衣服表面温は iteration 法で算出した

16）

1．7 統計処理．

結果は，全て平均値±標準偏差値で示した．全平均放射温（℃）= [（黒球温 + 273） + 2.5 × 10ての統計処理は，SPSS のバージョン 28（Statistical4

0.6

× 風速 （黒球温 – 気温）]

0.25

-273

8

18）

乾性熱移動係数 = 対流熱移動係数 + 放射熱移

動係数

16）

package for social science: IBM社製）を用いて行った．データの正規性と試行間の等分散性は，それぞれ Shapiro-Wilk の検定と Levene の検定を用
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

51 ─

いて検定した．Shapiro-Wilk の検定または Levene

なかった（P = 0.677）．リカバリー時における冷の検定の結果が有意水準より低い場合，データ

却時間は CON 試行で 43 分 54 秒± 5 分 43 秒，FAN

はノンパラメトリック検定を使用して分析され試行で 40 分 02 秒± 10 分 53 秒で有意な差はなかった．ノンパラメトリックデータ（主観的指標）は，た（P = 0.145）．

Friedman の二元配置分散分析を用いて分析した．
有意差が認められた場合および環境データは，

2．1 環境条件

Wilcoxon の符号付順位検定を用いて比較した．

各試行の運動およびリカバリー時の環境条件は運動前後の体重および尿比重，体温や心拍数など

表 1 に示した．環境条件指標，日射による熱吸収の生理学的指標は繰り返しのある 2 要因（試行×および熱放散において 2 試行間で有意な差は認め

時間）分散分析（Two-way repeated ANOVA）を用られなかった．

いた．有意な交互作用が認められた場合および運
動時間，直腸温や各体温の冷却率，総発汗量は対2．2 体温調節指標

応のある t 検定によって比較した．多重比較検定

各試行の運動終了時における直腸温，外耳道温には Bonferroni 法を用いた．

および平均皮膚温に有意な差は認められなかった．リカバリー時における直腸温は 2 試行間で有2．結 果

意な差は認められなかった（図 1A）．一方で，外運動時間は CON 試行で 36 分 42 秒± 12 分 31 秒，，平
耳道温はリカバリー開始 10-20 分目（図 1B）

FAN 試行で 34 分 34 秒± 13 分 29 秒で有意な差は

均皮膚温は 15 および 20 分目で FAN 試行が CON

図 1 The rectal（A），ear canal（B），and mean skin temperatures（C）during recovery period
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

52 ─

試行よりも有意に低い値を示した（（図 1C; P <2．5 主観的指標

0.05）．

各試行の運動終了時における温熱感覚および主観的運動強度に有意な差は認められなかった．

2．3 各体温の冷却率

温熱感覚は，リカバリー開始 5-20 分目においてリカバリー時における直腸温，外耳道温およびFAN 試行が CON 試行よりも有意に低い値を示し

平均皮膚温の冷却率は表 2 に示した．リカバリーた（図 2A; P < 0.05）．主観的運動強度は，リカバ時における直腸温の低下率は FAN 試行が CON 試

リー開始 10-15 分目において FAN 試行が CON 試

行よりも高い傾向があった（P = 0.082）が，前半行よりも有意に低い値を示した（図2B; P < 0.05）．

20 分の冷却率は 2 試行間で有意な差はなかった．
外耳道温の低下率は FAN 試行が CON 試行よりも

2．6 心拍数

有意に高く（P = 0.001），前半 20 分の冷却率も同各試行におけるリカバリー時の心拍数は，2 試様であった（P = 0.002）．平均皮膚温の低下率は 2
試行間で有意な差はなかったが，前半 20 分の冷却率 FAN 試行が CON 試行よりも有意に高かった（P = 0.013）．

行間で有意な差は認められなかった．
3．考 察
本研究の主な知見は，屋外暑熱環境下における運動中の高輻射熱暴露後，冷水摂取に加えたファ2．4 体水分状態

ン付きジャケットによる身体冷却はリカバリー時

各試行における運動前後の体重および尿比重にの①直腸温の冷却率を高める傾向にあったが，着は，有意な差はなかった．リカバリー中の飲料摂用しない場合と有意な差はなかった．一方で，②取量，脱水率および総発汗量も 2 試行間で差は認

外耳道温および平均皮膚温の冷却率を向上させめられなかった（表 3）．

た．加えて，③主観的指標はファン付きジャケッ

表 2 Cooling rate in each body temperature variable during recovery period

Rectal tempeature（℃/min）
Ear canal temperature（℃/min）
Mean skin tempearture（℃/min）

CON
FAN
CON
FAN
CON
FAN

Time to achieve Tre of 37.75℃
0.017 ± 0.002
0.021 ± 0.005
0.024 ± 0.010
0.037 ± 0.013*
0.061 ± 0.014
0.170 ± 0.193

First 20 min of recovery period
0.010 ± 0.003
0.013 ± 0.004
0.044 ± 0.017
0.060 ± 0.014*
0.084 ± 0.033
0.128 ± 0.033*

Values are means ± SD. CON, no-cooling condition, FAN, wearing fan cooling jacket, Tre, rectal temperature*CON vs. FAN（P < 0.05）
表 3 Body composition during experimental trials

Body mass（kg）
Urine specific gravity
Ingestion volume（kg）
Dydration（%）
Total sweating volume（kg）

PRE
POST
PRE
POST

CON

64.73 ± 6.5
64.14 ± 6.3
1.018 ± 0.009
1.025 ± 0.009
0.532 ± 0.101
0.89 ± 0.64
-1.12 ± 0.49

FAN

65.01 ± 6.1
64.44 ± 6.0
1.023 ± 0.009
1.024 ± 0.006
0.508 ± 0.143
0.88 ± 0.85
-1.08 ± 0.50

Values are means ± SD. CON, no-cooling condition, FAN, wearing fan cooling jacket, PRE, pre-exercise, POST, post-exercise*CON vs. FAN（P < 0.05）
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

53 ─

図 2 The thermal sensation（A）and rating of perceived exertion（B）during recovery period

トの使用によって早期に改善されたことが明らか

る．リカバリー時の気温が皮膚温よりも低く，気となった．

温と皮膚温の温度較差が大きいほど対流によって

気温，湿度，風速や輻射熱は深部体温や平均皮

熱放散が増加するが，本研究の気温は日陰でのリ

膚温などの体温動態を変容させ，持久性運動能力

カバリーを想定し，室内は約 30℃あった．平均に影響を及ぼす．また，これらの環境条件指標が皮膚温が運動中の高輻射熱暴露によって上昇し複合的に合わさった場合も，相乗・相加効果で体たことに加えて，冷房の効いた環境下ではなく

温動態を変容させ，持久性運動能力の悪化を誘発

温暖な環境下でリカバリーを実施したため，低．本研究の日射からの熱吸収や環境条件

下率は低かったと考えられる．加えて，Barwood

指標において 2 試行間で有意な差はなかった．しet al.（2009）7）は，ファン付きジャケットは全身たがって，本研究は 2 試行ともに同条件で行えた

送風よりも冷却される表面積が小さいため冷却力ため，運動時間や運動終了時の種々の体温には差の乏しさを指摘している．実際に，上記の先行研が生まれなかったと考えられる．

究ではリカバリー時の全身送風は送風なしと比較

する

20）

本研究ではリカバリー時の身体冷却として有用

して有意に直腸温を低下させる，一方でファン付である冷水浸水ではなく，スポーツ愛好家でも使きジャケットでは差がなかった．ファン付きジャ用しやすい市販のファン付きジャケットを用い

ケットは簡便な冷却装置であるが，輻射熱を含むた．その中で，FAN 試行におけるリカバリー時

屋外暑熱下での運動後，リカバリーとして直腸温の直腸温の低下率は 0.021 ± 0.002℃ /min で CONを低下させることは冷却力の点では困難かもしれ

試行と差はなかった．この値は労作性熱中症へのない．

治療として推奨されている 0.15℃ /min やクーリ
ングベストによる冷却の 0.06 ± 0.02℃ /min21）

外耳道温では，FAN 試行が CON 試行よりもリよカバリー時において有意に高い冷却率であった．

りも低値となった．上記の推奨値や先行研究の結これは運動間や短時間のリカバリー時に鼓膜温を果とは異なる要因として，リカバリー時の気温と指標とし，ファン付きジャケットを用いた先行研

皮膚温の関係や熱移動が関連していると考えられ

究 9）と同様の結果となった．深部体温において鼓デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

54 ─

膜温は直腸温よりも低値を示すことや応答が早い
ことが知られている 22）．本研究ではファン付きるのに効果的な方法であることを示した．ファン付きジャケットや送風冷却の研究はラボ研究がほジャケットによる冷却の効果が鼓膜に近い外耳領

とんどであり，高輻射熱下での検討は先行研究で域で早期に反映されたことによる可能性が考えら

課題として挙げられていた 9, 23）．本研究の知見はれる．加えて，ファン付きジャケットによる送風

アスリートに限らず，特別な機器を有していないは頸部の前後を通過する9）ことから，外耳領域や頸部などが冷却され，その領域から伝導熱によって低下した可能性がある．
平均皮膚温は FAN 試行ではリカバリー前半 20

スポーツ愛好家においても高輻射熱暴露後の主観的指標の改善により良い選択肢をもたらした．
4．結 論

分時に CON 試行に比べて有意に高い冷却率で本研究ではファン付きジャケットによる身体冷あったが，リカバリー全体では差はなかった．ファ却リカバリーに着目し，屋外暑熱環境下におけるンにおける身体冷却は皮膚表面に分泌された汗を運動中の高輻射熱暴露後にジャケットの有無に

空気の動きを高めることで蒸発させ，熱放散を促

よって種々の体温関連項目に及ぼす影響を検討し23）．本研究では局所発汗量の測定は行った．その結果，ファン付きジャケットの使用はリていないが，リカバリー前半 20 分時では汗が皮カバリー時の直腸温における 1 分毎の低下率は，

膚表面に分布した（湿潤度が高い）が，後半はそFAN 試行が CON 試行よりも高い傾向にあったが進させるれがなくなったため熱放散の促進に至らなかったことが要因の一つとして考えられる．加えて，ファン付きジャケットはファンから外気を取り入れ，対流を起こすことで着衣と皮膚の間に空気の有意な差は認められなかった．外耳道温における低下率は FAN 試行が CON 試行よりも有意に高く，
平均皮膚温では冷却開始 20 分間の低下率は FAN
試行が CON 試行よりも有意に高かった．したがっ層を作る 24）．本研究では衣服内温度を測定してて，冷水摂取に加えたファン付きジャケットによいないが，衣服内の高温・多湿の空気が衣服外へる身体冷却リカバリーは，運動中の高輻射熱に排出され，平均皮膚温の低下に寄与したことが推よって上昇した外耳道温や平均皮膚温，主観的感察された．一方でリカバリー全体の皮膚温の冷却覚を低下させるのには有効であるが，直腸温の低率は個人差が大きかった．汗の分泌がリカバリー

下を導くのは難しいかもしれない．

後半時にも起こっていた被験者もいた可能性があり，今後は局所発汗量の測定を併用し，行う必要があろう．我が国の夏季は高温多湿下であり，汗は蒸発せずに皮膚に多く分布する．その中で，
ファ

謝 辞
実験に協力してくださった久留米大学の学生の皆様に感謝申し上げます．

ン付きジャケットによる身体冷却リカバリーは熱本研究を遂行するにあたり，助成を賜りました

放散を促進し，輻射熱暴露によって上昇した皮膚公益財団法人石本記念デサントスポーツ科学振興

温を低下させるのに有用な方略であることを示し

財団に心よりお礼申し上げます．

た．
本研究の結果はリカバリー時のファン付きジャケット着用は屋外暑熱環境下における運動中の高輻射熱暴露後，早期に熱負荷を減らし，心拍数は同程度であったが疲労感や温熱感の低下を誘発す

文 献1） 日本スポーツ協会．スポーツ活動中の熱中症予防（2019）
ガイドブック．1-56

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デサントスポーツ科学 Vol. 44

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─

56 ─

環境条件の違いにおける発汗による衣服の張り付き不快感の評価
唐

沢

悠

綺

（共同研究者） 同

藤

原

聖

也

同

北

島

暉

己

信州大学大学院

Evaluation of Clothing Discomfort Sensation Caused by Perspiration in
Different Environmental Conditions

by
Yuki Karasawa, Seiya Fujiwara, Teruki Kitajima
Shinshu University

ABSTRACTThe purpose of this study was to clarify the effects of environmental thermal

stimuli on clothing discomfort sensation under different environmental temperatureand humidity conditions by investigating changes in physiological and psychologicalstates and fabric conditions when the fabrics get wet and sticks to the human skin. To
achieve this purpose, a wearing experiment conducted to investigate the physiologicaland psychological state of participants after perspiration by exercising for 20 minutes

in ﬁve environments with different environmental temperatures and humidity levels.

Additionally, measurements of fabrics were also conducted to investigate the stateof the fabrics in the same environments. The results revealed the following:（1）Ina low-humidity environment, the discomfort sensation caused by the cold and wet

sensation was observed due to the thermal transfer rate from the fabric was fast;（2）In the thermo-neutral environment, it took longer for the wet fabric to slide, and thesliding resistance of fabric was greater. The physical phenomena of the fabric and the

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

57 ─

weak thermal stimulation by the environment caused discomfort sensation related tothe mechanical elements on skin contact;（3）In the high temperature and humidity

environment, the discomfort sensation was expressed by the sensations of stufﬁness

and stickiness due to the high humidity within the cloths. These results concluded theneed to consider the effects of environmental stimuli when examining the clothing
discomfort sensation associated with wet and sticky clothing.
キーワード
着衣不快感，濡れ感，蒸れ感，べたつき感，暑熱環境
Keywordclothing discomfort sensation, sensation of stufﬁness, sensation of stickiness, feeling wet,high temperature and humidity environment

要 旨

緒 言

本研究の目的は，異なる環境温湿度条件におい運動時や暑熱環境下において，体温調節のためて，衣服が濡れて張り付いた際の生理・心理状態に発汗することは避けられない．これは，環境温及び生地状態の変化を調査し，環境刺激が不快感

が平均皮膚温に接近してくると，やがて伝導と放に与える影響を明らかにすることである．このた射による熱放散が限界に達し，発汗による蒸発性

めに，20 分間運動することで発汗を促した後に，熱放散が主要な手段となるからである 1）．特に，環境温湿度が異なる 5 つの環境で人の生理・心理

激しい運動時は発汗量が増大するため，衣服には状態を調査した．加えて，同環境での生地状態を汗を速やかに吸収し，発散する機能が求められて調査した．その結果，以下のことが明らかとなっいる 2）．しかし，衣服の汗処理機能を超える発汗

た．
（1）低湿度の環境では，生地からの熱移動速が起こった場合は，皮膚上の汗により，衣服が肌度が速いため，冷感や濡れ感が生じ，不快感が発に張り付く．鈴木による肌着試料を用いた人の感現する．
（2）人体にとって中立的な温度環境では，覚調査実験において，湿潤生地の水分率の増加に濡れた生地がすべるまでに時間がかかり，生地の伴って，べたつき感と力学的な抵抗感が増加し，抵抗力が大きい物理状態であることと，環境によ不快感が生じることが報告されている 3）．また，る温熱刺激が弱いことから，接触時の力学的な要

丹羽らは，肌着材料を通しての水分移動と着用感

素による不快感が発現する．
（3）高温湿度の環境について報告し，肌着材料の水分移動特性は湿潤

では，衣服内湿度が高くなり蒸れ感やべたつき感

感と快適感に影響を及ぼし，発汗量の比較的大きが生じ，不快感が発現する．以上の結果から，衣い実験参加者においては，皮膚上に残留する水分

服が濡れて張り付くことに伴う衣服の快適感を検量の少ない状態ほど快適感が高いことを報告して討する際に，環境刺激の影響を考慮することの必いる 4）．これらの報告から，発汗によって衣服が要性が示された．

濡れることで，衣服と肌の接触状態が変化し，着衣不快感が増加することが明らかになってきた．

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

58 ─
発汗によって衣服が張り付いた際の着衣不快感

めに，衣服が濡れた状態で張り付きに伴う不快感を検討する際には，着衣環境の刺激を考慮する必が起こりやすい Y シャツ生地での実験を計画し要があると考える．これは，衣服が汗によって濡た．異なる環境条件において，衣服が濡れて張りれると衣服と皮膚の間の空気が汗に置き換わり，付いた際の生理・心理状態及び生地状態の変化を

衣服の熱伝導が 20 倍近くに増大するため 5），衣調査し，環境刺激が不快感に与える影響を明らか

服の熱伝導の増加に伴い，環境による温熱刺激のにすることを目的とした．目的の達成のために，影響も増加するからである．衣服が濡れた場合に環境刺激が，着衣時の生理・心理状態に与える影

は，衣服に対する温冷感や濡れ感，蒸れ感は衣服響を調査した後に，環境刺激の違いによって，心着用時の環境の温熱刺激によって，異なる印象に理状態が異なった原因を生地状態変化の結果を基なると考えられる．例えば，冬のように環境温湿に考察した．本研究結果から，スポーツウェアの度が低い環境下では，衣服が濡れた際の熱伝導の設計指針の一助となるような，不快感を低減する増大に起因する「汗冷え」がある．夏のように環生地特性の解明に貢献する基礎データの収集を目

境温湿度が高い環境下では，身体の熱放散が起き指した．

にくいことに伴う「蒸れ」などが，衣服着用時の不快感として挙げられる．また，夏期の蒸し暑さ

1．実 験の指標として用いられる不快指数が環境温湿度か

1．1 実験環境

ら算出されることからも 6），不快感に環境温湿度

本研究の実験実施環境の温湿度条件は 5 種類；

が与える影響は大きいと考えられる．これらのこ

18℃・42%RH，28℃ ,・24%RH，38℃・14%RH，とから，発汗によって，衣服が濡れて張り付いた

28℃・48%RH，28℃・72%RH とした．田村らの状況下における不快感は環境からの刺激によって研究では，全身の湿り感と環境の相対湿度，絶対異なると考えられるため，環境刺激を変化させた

湿度との関係を見た場合，絶対湿度との相関が高条件下で着衣不快感を評価する必要がある．

いことが報告されていたため 10），温度条件比較

不快感と環境温湿度の関係を調査した研究も報のための環境条件（18℃ 42%RH，28℃ 24%RH，

告されているが，安静時における評価であり，運38℃ 14%RH）の設定は，相対湿度ではなく絶対

7, 8）

．着

湿度を 6.50 ± 0.05g/ ㎥に固定した．湿度条件比較

衣不快感は，衣服が濡れた際の張り付きや濡れの（28℃・24%RH，28℃・48%RH，28℃・72%RH）

影響が高いことから，発汗を想定した不快感を調に お い て は， 最 も 絶 対 湿 度 が 低 い 環 境 を 基 準査する必要がある．また，運動を加えた場合の研（6.50 ± 0.05g/ ㎥ ）に， 絶 対 湿 度 が 2 倍（13.10g/

究例においても裸体（ビキニ着用）を想定してお㎥），3 倍（19.60g/ ㎥）になるように相対湿度を設り 9），吸汗し，張り付いた衣服の影響が考慮され定した．以下では温度条件比較の際には 18℃・ていないため，実生活での発汗が促されたシーン

42%RH を（18 ℃），28 ℃・24%RH を（28 ℃），

での着衣不快感の評価とは異なる．以上より，発38 ℃・14%RH を（38 ℃），湿度条件比較の際に汗により衣服が濡れた際の温熱的な不快感や張りは 28 ℃・24%RH を（24%RH），28 ℃・48%RH を付きによる接触的な不快感を考慮した着衣不快感（48%RH），28℃・72%RH を（72%RH）と省略しと環境温湿度の関係を調査した研究例は少ない．

て表記する．

動による多量の発汗が想定されていない

そこで，本研究では，発汗により濡れた衣服の張り付く不快感と環境条件の関係性を検討するた
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

1．2

59 ─

吸汗した衣服着用時の生理・心理状態

るものであるが , 各評価容語対の意味的な対称性

調査が高く , 7 つの副詞の段階が等間隔であると仮定

実験は2つの恒温恒湿室で行われた．はじめに，
実験参加者は温度 24℃，相対湿度 55%RH に設定

し , 本研究では間隔尺度として扱い，各種統計処理を行った .

された恒温恒湿室に入室し，実験着に着替えた後，実験参加者の温熱性発汗の程度を調査するため

10 分間座位安静とした．その後，サウナスーツに，温湿度センサ（ハイグロクロン：KN ラボラ

を着用し，20 分間運動することで発汗を促した．

トリーズ）を皮膚上の 7 点（額部，左胸部，前腕部，最後に，5 つの環境条件のうちのいずれかに設定

手甲部，大腿部，下腿部，足先部）に貼付し，皮された別の恒温恒湿室に移動し，サウナスーツを

膚表面温度と衣服内湿度を計測した．皮膚温度に脱いだ後，再び 15 分間座位安静とした．実験参関しては，Hardy & DuBois の 7 点法に従い 6），実加者は健常な若年男性 10 名（年齢 24.5 ± 2.5 歳，

験参加者の平均皮膚温を算出した．衣服内湿度に

身長 173.5 ± 10.5cm，体重 64 ± 16kg）で，実験着関しては，発汗状態は環境の相対湿度よりも絶対は長袖Yシャツとハーフパンツに統一した．Yシャ

湿度である空気中の水蒸気圧に左右されるというツを実験着として用いた理由は，衣服が濡れた状報告から 11），本研究においても絶対湿度を算出

態の不快感が起こりやすい衣服の一つと考えたた

した．加えて，ウェアラブル発汗センサ（SKW-

めである．用いた Y シャツ生地の仕様を表 1 に示

1000：スキノス）を頸部背面に貼付し，発汗量を

す．

計測した．
表1

織物名（組織）
繊維素材
目付
布厚さ
糸密度
糸の太さ

用いたYシャツ生地の仕様
ブロード（平織）
ポリエステル（55%）, 綿（45%）
100g/㎡
0.234mm
経糸110本/2.54cm，緯76本/2.54cm
45番手

実験参加者には事前に研究の趣旨と内容について説明を行い，参加の同意を得た．本研究は信州大学の「ヒトを対象とした研究に関する倫理委員会」の承認を受けて実施した（承認番号第 312 号）.
1．2 生地状態調査

最 初 の 安 静 時 と 運 動 時 は 10 分 お き， 再 安

1．2．1 湿潤試料の熱・水分移動状態調査

静 時 は 5 分 お き に 実 験 参 加 者 の 心 理 状 態 を SD

Y シャツ生地を 50mm × 50mm で切り取り，7（Semantic differential）法によって評価した．評定枚用意した．はじめにこれらの試料の質量を，電は 7 段階（どちらでもない - やや - 普通に - 非常に）子天秤（GX-400：エー・アンド・デイ）を用い

で，評価項目は「冷たい－温かい」「寒い－暑い」「乾て計測した．次に，試料を実験中の参加者の皮いている－濡れている」「ベタッとする－サラッ膚を再現するために 32℃～ 36℃に加温した人工とする」「カラッとしている－ムシムシしている」

皮膚上（バイオスキンプレート：ビューラック

「滑りにくい－滑りやすい」「ざらざらな－なめらス）に静置させた．その際の試料の表面温度をかな」「粗い－細かい」「張り付いている－ゆとり

小型熱画像カメラ（CPA-E60：チノー）で計測しがある」「重い－軽い」「肌当たりが悪い－よい」

た．その後，人工皮膚と試料の間に発汗を想定し「ごわついている－しなやかな」「着心地が悪い－

32℃～ 34℃に加温した蒸留水をマイクロピペッ

よい」「不快－快」の 14 項目とした．S D 法のデート（Finnpipette F1 Multichannel：Thermo Fisher

タは -3~+3 で評点化し，集計した．なお , SD 法に

Scientiﬁc）により，試料の含水状態が最大含水率

より評点化した値は本質的には順序尺度を構成すになる水分量を滴下した．滴下した蒸留水が試料

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

60 ─

全体に濡れ広がったことを確認した後，小型熱画

蒸留水の温度は 32℃～ 34℃であった．滴下した像カメラにより試料の表面温度を計測した．この水分量は，試料の含水率が 10%，60%，110% に計測から 5 分後，10 分後，15 分後の試料の表面温なる 3 条件に設定した．蒸留水滴下後，試料を人度を計測し，乾燥状態を含め，計 5 回の計測を行っ

工皮膚上に接触させ，試料に蒸留水を拡散させた．

た．最後に，試料が蒸留水を含んでから 15 分後最後に，試料台を移動させた際の引張試験機に加の生地が保持している水分量を調査するために試

わる力のセンシングを行い，すべり抵抗力を計測

料の質量を，電子天秤を用いて測定した．

した．実験によって得られたすべり抵抗力デー

1．2．2 湿潤試料のすべり抵抗力調査

タから 3 つの特徴量を抽出した．特徴量は以下のすべり抵抗力評価装置の写真を図 1 に，実験ように定義した．
（1）最大静止抵抗力：計測を始

概要図を図 2 に示す．Y シャツ生地を 100mm ×（2）
めてから 1.0 秒までのすべり抵抗力の最大値，50mm で切り取り，7 枚用意した．はじめにこれ

動作時抵抗力：計測を始めて 1.5 秒後から 2.5 秒まらの試料の質量を，電子天秤を用いて測定した．

ですべり抵抗力の平均値，（3）立ち上がり時間：

次に，試料を糸がつけられたクリップに挟んだ後，計測を始めてから試料台が動く瞬間（最大静止抵

糸の一端を引張試験機のフックに取り付け，試料抗力を観測する）までの時間．

は人工皮膚上に静置させた．その後，試料の後端を持ち上げ，試料下の人工皮膚上に，蒸留水をマ
イクロピペットにより滴下し，吸汗状態を模した．

図 1 すべり抵抗力評価装置の写真

図 2 すべり抵抗力評価装置の実験概要図
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

2．結 果
2．1

61 ─

れた．また，再安静 15 分後は，環境温度条件の違いによって衣服内湿度に有意な差が認められ吸汗した衣服着用時の生理・心理状態

た．各再安静 10 分後の衣服内湿度は 18℃の環境調査

は他の環境温度条件に比べて低く，再安静 15 分

2．1．1 衣服内湿度後は 18℃，28℃，38℃の順に低かった．

温湿度センサを取り付けた 7 点の内，左胸部で図 4 より，再安静 15 分後は，全環境湿度条件

計測した温湿度データから衣服内湿度を算出し間に衣服内湿度の有意な差が認められた．再安

た．各環境条件に設定された人工気象室に移動し静 15 分 後 の 衣 服 内 湿 度 は，24%RH，48%RH，てから 5 分ごとの衣服内湿度が環境条件の違いに72%RH の順に低かった．

よって異なるのか検証した．各温度条件の左胸部2．1．2 各環境条件の不快感に影響を与える
心理的な感覚調査の衣服内湿度を図 3，各湿度条件の左胸部の衣服
内湿度を図 4 にそれぞれ示す．計測結果は実験参

不快感に影響を与える心理的な感覚を調査する

加者 10 名分のデータの平均値を表したものであために，環境条件毎に評価項目「不快－快」とそる．また得られた結果に対して，各時間帯におけの他の評価項目の相関係数を算出した．表 2 に各る環境温度条件要因の 3 水準（18℃，28℃，38℃）

環境条件の評価項目「不快－快」とその他の評価において，有意水準を 5% に設定し Tukey 法によ項目の相関係数を示す．相関係数の算出後，有意る多重比較検定を行い，環境温度条件間の衣服水準を 5% に設定し，無相関検定を行った．有意

内湿度の差を検討した．環境湿度条件間の 3 水準

水準 5％で有意差が認められた場合は「＊」を記（24%RH，48%RH，72%RH）においても，同様す．

の手順で多重比較検定を行い，衣服内湿度の差を

表 2 より，全ての環境条件において，不快感と検討した．有意水準 5％で有意差が認められた場

着心地の悪さには非常に強い相関関係がみられ合は「＊」を記す．

た．各環境条件の評価項目「不快－快」とその他

図 3 より，再安静 10 分後から，18℃－ 28℃，の評価項目の相関係数に注目すると，18℃の環境

18℃－ 38℃間の衣服内湿度に有意な差が認めらと 28℃・24%RH の環境では，冷たさ，濡れ感，

図 3 各温度条件の衣服内湿度の時間変化

図 4 各湿度条件の衣服内湿度の時間変化

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

62 ─
表2

各環境条件の評価項目「不快－快」とその他の評価項目の相関係数

不快－快冷たい－温かい寒い－暑い
乾いている－濡れている
ベタッとする－サラッとする
カラッとしている－ムシムシしている
滑りにくい－滑りやすい
ざらざらな－なめらかな
粗い－細かい張り付いてる－ゆとりがある
重い－軽い
肌当たりが悪い－よい
ごわついている－しなやかな
着心地が悪い－よい

18℃・42％RH
0.70*
0.12
-0.84*
0.80*-0.26*
0.77*
0.23*
0.30*
0.76*
0.73*
0.83*
0.48*
0.96*

28℃・24％RH
0.77*
-0.02
-0.78*
0.83*-0.48*
0.87*
0.01
0.06
0.79*
0.71*
0.74*
0.33*
0.96*

38℃・14％RH-0.12-0.52*-0.77*
0.74*-0.56*
0.70*
0.08
0.15
0.72*
0.70*
0.66*
0.36*
0.93*

28℃・48％RH
0.12-0.23*-0.54*
0.68*-0.40*
0.73*
0.24*
0.28*
0.55*
0.65*
0.78*
0.25*
0.91*

28℃・72％RH-0.05-0.49*-0.76*
0.76*-0.66*
0.75*
0.04
0.10
0.73*
0.67*
0.69*
0.32*
0.92*
＊：p<0.05

べたつき，滑りにくさ，張り付き感，重さ，肌当

各環境条件内で評価項目「不快－快」を目的変数，

たりの悪さと不快感の間に強い相関関係がみられ「不快－快」と相関の高い評価項目「着心地が悪た．38℃の環境では，濡れ感，べたつき，滑りにい－よい」と心理的な感覚としての意味が抽象的

くさ，張り付き感，重さと不快感の間に強い相関

な「肌当たりが悪い－よい」を除くその他の評価関係がみられ，暑さと蒸れ感と不快感の間に相関項目を説明変数とし，変数増減法による重回帰関係がみられた．48％ RH の環境では，滑りにく分析を行った．帰無仮説の棄却域は有意水準 5%

さと肌当たりの悪さと不快感の間に強い相関関係とした．重回帰分析の結果を表 3 に示す．表 3 よがみられ，濡れ感，べたつき，張り付き感，重さり，全ての環境条件で，発汗によって衣服が濡れと不快感の間に相関関係がみられた．72％ RH のたことで感じる衣服の滑りにくさや重さなどの力環境では，濡れ感，べたつき，滑りにくさ，張り

学的な感覚が共通して不快感の説明変数に挙げら付きと不快感の間に強い相関関係がみられ，蒸れれた．また，低湿度環境では濡れ感や冷感など

感，重さ，肌当たりの悪さと不快感の間に相関関が不快感の説明変数に挙げられた．また，38℃・係がみられた．これらの結果から，相関係数の大48%RH，72%RH の衣服内湿度が高い環境では，小に違いはあるものの，全ての環境条件において，

べたつきが不快感の説明変数に挙げられた．この多量の発汗によって，衣服が濡れて皮膚に張り付ように各環境条件で共通して説明変数に選定されくことによる接触状態の悪化が不快感と大きく関る心理的な感覚が存在したが，環境条件の違いに係していることが示唆された．また，冷たさ，暑よって，その標準偏回帰係数の大きさが異なってさ，蒸れ感などは環境条件によって，不快感とのいた．

相関係数が異なり，低湿度環境内かつ低温な環境と人体にとって中立な温度環境では冷たさが不快

2．2 生地状態調査

感と関係すること，高温環境では，暑さと蒸れ感，

2．1．2 で行った重回帰分析の結果において，高湿度環境では，蒸れ感が不快感に影響を及ぼす

不快感に影響を与える心理的な感覚として選定さことが示唆された．

れた生地特性に関係する項目（冷たさ，濡れ感，

次に，各環境条件の官能検査評点から不快感の滑りにくさ，重さ）に関係が深いと考えられる湿予測モデルを作成し，不快感に影響を与える心理

潤試料の熱・水分移動特性と表面の滑り抵抗特性

的な感覚を検討するために重回帰分析を行った．

を調査した．
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

表3
目的変数
【18℃・42％RH】
不快－快（修正Ｒ2＝0.75）【28℃・24％RH】
不快－快（修正Ｒ2＝0.84）【38℃・14％RH】
不快－快（修正Ｒ2＝0.70）【28℃・48％RH】
不快－快（修正Ｒ2＝0.60）【28℃・72％RH】
不快－快（修正Ｒ2＝0.65）

63 ─

重回帰分析の結果

説明変数
乾いている－濡れている
滑りにくい－滑りやすい
ごわついている－しなやかな定数項
滑りにくい－滑りやすい
冷たい－温かい乾いている－濡れている
重い－軽い
寒い－暑い
定数項
乾いている－濡れている
ベタッとする－サラッとする
重い－軽い
寒い－暑い
定数項
滑りにくい－滑りやすい
重い－軽い
ベタッとする－サラッとする
定数項
ベタッとする－サラッとする
滑りにくい－滑りやすい
重い－軽い
定数項

標準偏回帰係数
-0.58
0.26
0.16
0.45
0.25
-0.19
0.17
-0.12

-0.40
0.22
0.18
-0.22
0.38
0.28
0.22
0.37
0.31
0.22

p値
0.00**
0.00**
0.00**
0.00**
0.00**
0.00**
0.00**
0.00**
0.00**
0.00**
0.00**
0.01*
0.02*
0.00**
0.00**
0.00**
0.00*
0.02*
0.00**
0.00**
0.00**
0.00*
0.00*（**：p<0.01，*：p＜0.05）

2．2．1 湿潤試料の熱・水分移動状態調査

速 か っ た． 図 6 よ り，24%RH，48%RH，72%RH

各環境条件の湿潤試料の温度変化を比較するたの環境内で表面温度の低下速度を比較すると，環めに，乾燥状態と湿潤状態の試料の表面温度の比

境湿度が低いほど，試料の表面温度の低下速度がを算出した．各温度条件の試料の表面温度の相対速い傾向がみられた．

値の時間変化を図 5，各湿度条件の試料の表面温

2．2．2 湿潤試料のすべり抵抗力調査

度の相対値の時間変化を図 6 に示す．計測結果は各温度及び，湿度条件における各含水試料の 2算出した値から最大値と最小値を除く 5 試料の平つの特徴量（最大静止抵抗力，立ち上がり時間）

均値と標準偏差を表したものである．また得られを図 7 ～図 10 に示す．計測結果は算出した最大

た結果に対して，各時間帯における環境温度条件

静止抵抗力，立ち上がり時間の値から，最大値

要因の 3 水準（18℃，28℃，38℃）において，有と最小値を除く 5 試料の平均値と標準偏差を表し

意水準を 5% に設定し Tukey 法による多重比較検たものである．また得られた結果に対して，各定を行い，環境温度条件間の試料の表面温度，及時間帯における環境温度条件要因の 3 水準（18℃，

び表面温度の相対値の差を検討した．環境湿度条

28℃，38℃）において，有意水準を 5% に設定し件 間 の 3 水 準（24%RH，48%RH，72%RH）に お

Tukey 法による多重比較検定を行い，環境温度条

いても，同様の手順で多重比較検定を行い，試料件間の最大静止抵抗力，動作時抵抗力，立ち上がの表面温度，及び表面温度の相対値の差を検討

り時間の差を検討した．環境湿度条件間の 3 水準

した．有意水準 5％で有意差が認められた場合は（24%RH，48%RH，72%RH）においても，同様「＊」を記す．

の手順で多重比較検定を行い，最大静止抵抗力，

図 5 より，38℃の環境は表面温度の低下速度がデサントスポーツ科学 Vol. 44

立ち上がり時間の差を検討した．有意水準 5％で

─

64 ─

図 5 各温度条件の試料の表面温度の相対値の時間変化

図 6 各湿度条件の試料の表面温度の相対値の時間変化（＊：p ＜ 0.05）（＊：p ＜ 0.05）

図 7 各温度条件の最大静止抵抗力（＊：p ＜ 0.05）

図 9 各温度条件の立ち上がり時間

図 8 各湿度条件の最大静止抵抗力（＊：p ＜ 0.05）

図 10 各湿度条件の立ち上がり時間
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

有意差が認められた場合は「＊」を記す．

65 ─

られる．また，48%RH，72%RH の環境は衣服か

図 7 より，38℃の環境は最大静止抵抗力が小さ

らの熱移動速度が遅いため低湿度環境に比べ，衣くなる傾向がみられた．図 8 より，環境湿度が高

服からの熱的な刺激が小さい環境下であるため，

いほど，最大静止抵抗力は小さくなる傾向がみら

接触時の力学的な不快感をより顕著に知覚するとれた．図 9，10 より，28℃・24%RH の環境は他考察した．

の環境に比べて，立ち上がり時間が長くなる傾向がみられた．
3．考 察
吸汗し濡れた衣服が皮膚に張り付いた状況で，また，38℃，48%RH，72%RH の環境では，べたつきが不快感の説明変数に挙げられた．これは，
38℃・48%RH，72%RH の環境は 18℃，28℃の環境に比べ，衣服内湿度が高い環境であったことが原因だと考察した．

異なる環境温湿度に暴露された際の心理状態を調このように，本研究結果から，環境刺激の変化

査した結果，環境条件の違いにより，不快感に影によって，衣服や人の生理状態が変化することに響を与える心理的な感覚やその影響の大きさが異より，不快感に影響を与える心理的な感覚が異ななることが示唆された．これは，着用環境の違ることを確認した．

いによって，人の生理状態や衣服生地の状態が変化することが原因だと考えられる．低湿度環

4．結 論

境（18℃，28℃，38℃）では濡れ感や冷感などが本研究では，衣服が濡れて張り付きに伴う不快不快感の説明変数に挙げられた．これは，低湿度感が起こりやすい Y シャツを対象とし，吸汗し濡

環境は生地からの熱移動速度が速かったことが原れた Y シャツ生地が皮膚に張り付いた状況で，異因であると考えられる．田村らによると，皮膚濡なる環境温湿度に暴露された際の人の生理・心理

れ感覚の外的支配要因は，温度・熱流量の変化が状態とその衣服の生地状態を調査した．その結果，第一要因で，次いで触感覚が関係すると報告され以下のことが明らかとなった．
（1）低湿度の環境ている 12）．また，柴原らによると，皮膚温度よでは，生地からの熱移動速度が速いため，冷感やり冷たい乾燥した試料布に静的に触れた際に，皮濡れ感が生じ，不快感が発現する．
（2）人体にとっ膚の温度変化が湿った試料布に触れた場合と同等て中立的な温度環境では，濡れた生地がすべるまであれば，湿り感を錯覚することが報告されていでに時間がかかり，生地の抵抗力が大きい物理状

13）．上記のことから，低湿度の環境は熱の移態であることと，環境による温熱刺激が弱いこと動が起こりやすかったため，中湿度や高湿度環境

から，接触時の力学的な要素による不快感が発現（48%RH，72%RH）に比べ，濡れ感を強く感じる

する．
（3）高温湿度の環境では，衣服内湿度が高環境であり，濡れ感が不快感に大きく影響したとくなり蒸れ感やべたつき感が生じ，不快感が発現

考察した．

する．以上の結果は，着衣快適感の高い衣服の開る

また，28℃・24%RH，48%RH，72%RH の中立発を検討する際に，環境刺激の影響による不快感

的な温度環境では生地の滑りにくさ，重さ，べたの発現要因の違いを考慮することの必要性を示すつきなどの力学的な感覚が不快感の説明変数に挙ものである．

げられた．これは，28℃・24%RH の環境におい今後は，実験試料を変更しての追実験により，ては他の環境条件に比べ，生地の最大静止抵抗力，

着衣快適感の高い衣服開発へ資するデータ集積が立ち上がり時間が長いことが影響していると考え求められる．さらに，多量発汗時の着用が想定さ

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

66 ─

れているスポーツウェアを実験試料とした実験が

6） 渡邉正勝，加藤象二郎，大久保堯夫，“初学者の必要だと考えられる．最後に，本研究結果が各季ための生体機能機能の測り方 第 2版”，日本出版

節に応じた衣服開発をする際に重視する生地特性への指針となることを期待する．
謝 辞
本研究に対して，助成を賜りました公益財団法

サービス（2006）
7） 牛草貞雄，“環境湿度の生体負加に関する実験的研究－とくに蒸暑感に関連して－” 日本衛生学雑（1966）
誌，21，No.2，pp.6-28

8） 張清風，田村照子，“環境温湿度が人体に与える
温熱ストレスに関する基礎研究―生理・心理・自立神経・唾液アミラーゼ反応から－”，繊維製品

人石本記念デサントスポーツ科学振興財団に厚く（2014）
消費科学会誌，55，No.14，pp.756-765

御礼申し上げます．また実験参加者として協力い

9） 早川和代，幾田憲生，梁瀬度子，“夏期におけるただいた皆様に感謝申し上げます．
文 献1） 入來正躬，“生理学テキスト～分かりやすい体温のおはなし～”，文光堂（2003）
2） 丹羽氏輝，“吸汗・速乾性素材”，繊維製品消費科（1995）
学会誌，36，No.1，pp.185-188

3） 鈴木淳，“ぬれと着ごこち”，繊維製品消費科学会誌，（1977）
18，no.5，pp. 166-169

4） 丹羽雅子，内野政子，森下文子，“肌着材料を通しての水分移動と着用感”，繊維製品消費科学会誌，（1967）
8，No.5，pp.249-263

5） 薩本弥生，“暑熱環境時の着衣の熱水分移動と温熱的快適性”，繊維製品消費科学会誌，58，No,1，

気温と湿度が運動時の人体に及ぼす影響に関する研究”，日本建築学会計画系論文報告集，405，

pp.47-55（1989）

10） 田村照子，小柴朋子，“人体の湿り感覚（第 1報）－全身の湿り感覚感受性－”，繊維製品消費科学（1995）
会誌，36，No,1，pp.125-131

11） 潮田ひとみ 中島利誠“ぬれ感覚に及ぼす天然繊維布の影響”，繊維製品消費科学会誌，36, No.1，

pp.44-52（1995）12） 田村照子，小柴朋子，“皮膚濡れ感覚の支配要因”，
繊維製品消費科学会誌，36，No,1，pp.119-124（1995）
13） 柴原舞，佐藤克成，“布の温度制御による湿り錯覚”，繊維製品消費科学会誌，56，No.12，pp.4148（2015）

pp.26-33（2017）

デサントスポーツ科学 Vol. 44─

CPX に基づいた運動療法によるうつ病の個別化治療
山口大学大学院中

川伸（共同研究者） 同

陳

同

萩

原

康

輔

同

平

田

圭

子

同

藤

井

優

子

冲

Cardiopulmonary Exercise Test (CPX)-based Exercise Programfor Depressive Disorders

by
Shin Nakagawa, Chong Chen, Kosuke Hagiwara,
Keiko Hirata, Yuko Fujii

ivision of Neuropsychiatry, Department of Neuroscience,
Yamaguchi University Graduate School of Medicine

ABSTRACT
Current clinical treatments for depressive disorders are insufficient such that asubstantial proportion of patients do not respond despite various treatment endeavors

and the improvement in functional impairments in essential skills for everyday andsocial life is inadequate. Consequently, the development of add-on therapies is an

important clinical challenge. The purpose of the present study was to test the effects

of an exercise program designed based on the Cardiopulmonary Exercise Test （CPX）

with exercise frequencies and intensities lower than those employed in previous studies.
Subjects were eight depressed patients with chronic or recurrent episodes of depression

or persistent depressive disorder. It was found that after eight weeks of exercise,
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67 ─

─

68 ─

subjectsʼ depressive symptoms were signiﬁcantly reduced to a level close to remission.
Their anxiety symptoms and social functioning were also significantly improved.
Although the sample size was relatively small, our results suggest that even a brief,

low load exercise program may exert therapeutic effects for depression. If these results
can be replicated with large-scale clinical trials, exercise may be a promising add-on
treatment strategy for depression.
キーワード
運動療法，心肺運動負荷検査，うつ病，持続性抑うつ障害，不安Keywordexercise therapy, Cardiopulmonary Exercise Test, major depressive disorder, persistent depressive
disorder, anxiety

要 旨

緒 言

うつ病の薬物療法，精神療法などが進歩し一定

うつ病の薬物療法，精神療法などが進歩し一定の効果を示してきている．しかし，無効な患者がの効果を収めてきた．しかし，無効な患者も多く多く存在し，日常生活や社会生活の障害を改善す

存在し，さらには日常生活や社会生活の障害を改るためには未だ不十分であるため，実臨床では補善するためには未だ不十分である 1, 2）．そのため，完療法などの開発，改良が重要になってきている．

実臨床では補完療法の開発，改良が重要になって本研究では，心肺運動負荷検査（Cardiopulmonary

きている．運動療法には一定の効果があることはExercise Test, CPX）の客観的な指標により運動量

従来から報告されている 3-6）が，運動強度・時間・を明確化し，既報に比較して運動強度・時間・回

回数に決まったものはなく，運動能力や意欲が低

数が大きく軽減化された運動プログラムのうつ病下している患者 7-9）にとって全般的に負荷が大きに対する有効性を検討することを目的とした．慢

いため，日本うつ病学会による 2016 年大うつ病

性または反復性うつ病患者 8 名（うつ病 6 名，持性障害の治療ガイドラインにおいては，うつ病に続性抑うつ障害 2 名）を対象に 8 週間の運動プロ

対する運動療法は「まだ確立された治療法とはいグラムを行い，その前後に抑うつ症状，不安症状えない」10）とされている．申請者の研究チームはなどの臨床評価を実施した．その結果，介入後に心血管病患者を対象とした心臓リハビリテーショ

抑うつ症状が寛解に近い状態になり，状態不安おンで用いられている，運動量を客観的に明確化

よび社会適応度の改善もみられた．少数の被験者

する心肺運動負荷検査（Cardiopulmonary Exercise

ながら既報に比較して運動強度・時間・回数が大Test, CPX）に着目した．本研究では，CPX の客きく軽減化され，それでも効果が見られることか観的な指標により運動量を明確化し，既報に比較ら，これらの結果が今後大規模臨床試験においてして運動強度・時間・回数が大きく軽減化された

確認されれば，うつ病の補完療法の大きな進歩に運動療法のうつ病に対する有効性を検討することなると思われる．

を目的とした．
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─

1．研究方法69 ─であった場合，10 ～ 20 ワットの軽めの負荷強度
で約 5 分間ウォーミングアップした後，負荷強度

1．1 被験者

を 60 ワットに上げ，25 分間運動を行う．但し，慢性または反復性うつ病患者 8 名（うつ病 6 名，

運動中は片側の耳に心拍数を検知するセンサーを持続性抑うつ障害 2 名）を対象とした．患者の平装着し，AT レベルの心拍数である 100 拍 / 分を超

均年齢は 44.6 歳（標準偏差 12.8 歳）で，うち女性

えた場合，負荷強度を5 ～ 10ワットずつ軽くする．

7 名，男性 1 名であった．全例，期間中の投薬変同時に，自覚症状の指標である Borg スケールを更はなかった．本研究は山口大学医学部附属病院

用いて，13（ややきつい）を超えないように負荷

治験及び人を対象とする医学系研究等倫理審査委

強度を適宜調整する．4 週間を 1 クールとして週 2

員会に承認されている．選択基準は精神疾患の診回× 4 週間，合計 8 回の運動介入になるが，最低断・統計マニュアル（DSM-5）によってうつ病までも 7 回参加することが条件であった．運動療法

たは持続性抑うつ障害と診断され，年齢が 20 歳

全体は 2 クールで合計 8 週間実施した．

以上 61 歳未満などとし，除外基準は自殺念慮が強い，すでに定期的運動を行っているなどとした．

1．3 臨床評価・自記式心理尺度
運動療法を実施前と実施後の 1 週間以内に以下

1．2 運動プログラムの評価を実施した．主要評価項目としてハミルト

運 動 プ ロ グ ラ ム と し て， 嫌 気 性 代 謝 閾 値ンうつ病評価尺度 -17 項目版（HAMD）の構造化（Anaerobic Threshold, AT）レ ベ ル 以 下 の 強 度 で面接を用いた．具体的に，医師または臨床心理士

週 2 回，1 回 30 分間のエアロバイクによる運動をが構造化インタビューを行い，被験者の過去 2 週

8 週間実施した．AT レベル以下の有酸素運動は，間の抑うつ状態を評価した．HAMD の合計得点

運動能力と意欲が低下しているうつ病患者にとっが 7 点以下が寛解状態とされている．先行研究 11）て受け入れやすく，長時間持続することが可能でを参考し，HAMD の項目を気分，認知症状，自ある．

律神経症状の 3 つの因子にカテゴリー化し，それ

まずは CPX を行い，被験者ごとの AT を算出しぞれの合計得点を算出した．気分には，抑うつ気た．CPX では，心電図・血圧・脈拍などをモニ分，仕事と活動，精神運動抑制，激越，精神的不タリングしながら，呼気ガス分析装置を用いて運安，身体的不安，身体症状（一般）と心気症の合動中の酸素摂取量や二酸化炭素産生量を測定し，計 8 つの症状が含まれる．認知症状には，罪悪感

嫌気性代謝閾値（AT）を計測した．CPX のプロと自殺の 2 つの症状が含まれる．自律神経症状とトコールについては，3 分間の安静および 3 分間して，入眠困難，熟眠障害，早朝覚醒，身体症状のウォーミングアップ（0 ワット）後，1 分間に 15（消化器），生殖器症状，体重減少の合計 6 つの症～ 25 ワットの漸増負荷（ランプ負荷）を行い，症状が含まれる．

候限界あるいは心電図上の有意な ST 変化・過度副次評価項目として，自記式心理尺度 Beck うの血圧上昇または下降を認めた場合に運動を中止

つ 病 評 価 尺 度（BDI–II），状態－特性不安検査とした．

（STAI），社会適応度評価尺度（SASS）を実施し実際に AT レベル以下の強度でエアロバイクにた．BDI–II は過去 2 週間の抑うつ状態，STAI はよる運動を 30 分間実施する際に，例えば，AT レ

状態不安と特性不安の評価である．SASS は仕事

ベルの負荷強度が 60 ワット・心拍数が 100 拍 / 分

や家事への興味，家族や他人との関わり，社会へ

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70 ─
の HAMD 点数が減少した．さらに，具体的にどの関心，適応度に関する主観的な評価である．

ういった項目に影響があったかを調べるために，
1．4 統計解析

HAMD の下位構成因子ごとの比較をしたところ，

IBM SPSS Statistics 26 を用いた．正規性の検定

気分の合計得点は介入によって有意に減少した一は Shapiro-Wilk 検定を用い，運動プログラム前後

方，認知症状と自律神経症状の変化は認めなかっの比較は対応のある 2 標本 t 検定またはウィルコ

た（表 1，図 2）．

クソンの符号順位検定を用いた．有意性の検定に
は p<0.05 を採用した．

副次評価項目とした自記式抑うつ症状評価（BDI-II）も介入前と比較して介入後に有意に減少した（表 1）
．その効果量 1.22 であった．BDI-II

2．研究結果

点数については 8 名のうち 7 名が減少した（図 3）．

主要評価項目であるうつ病の臨床評価 HAMD

不安症状について，介入前と比較して運動プロ

は，介入前と比較して運動プログラムによる介グラムによる介入後に状態不安（STAI-Y1）が有入後に有意に減少した（表 1，図 1）．介入前の平意に低下する（d=0.97）一方，特性不安（STAI-Y2）

均値 12.87 点から 8.62 点まで 4 点以上減少し，そは変化しなかった（表 1，図 4，図 5）．被験者ごの効果量（Cohen's d）が 3.06 であった．図 1 に示とのデータでは，8 名のうち 7 名の STAI-Y1 点数

したように，被験者ごとのデータでは，8 名全員が減少した（図 4）
．

表1
評価時期
介入前
介入後
効果量
評価時期
介入前
介入後
効果量

HAMD

（うつ病の臨床評価）12.87±4.12
8.62±3.62 ***d=3.06

BDI-II（自記式抑うつ症状）
24.50±6.57
18.00±5.21 *d=1.22

介入前との比較：* ｐ＜0.05

運動プログラムによる介入前後の評価

HAMD：気分HAMD：認知症状

HAMD：自律神経症状

8.00±2.78
5.25±1.83 **d=1.26
STAI-Y1（状態不安）
57.00±8.33
51.88±8.68 *d=0.972.13±1.55
1.50±1.20
d=0.42
STAI-Y2（特性不安）
63.13±8.4457.50±10.82
d=0.732.00±0.76
1.50±1.07
d=0.66** ｐ＜0.01 *** p＜0.001

SASS（社会適応度）25.50±6.68
32.25±7.78 ***d=2.24

HAMD（うつ病の構造化面接）
8
7

患者ID

6
5
4
3
2
1
0

5

10

介入前

15

20

介入後

図 1 運動プログラムによる介入前後のうつ病臨床評価：HAMD
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─

71 ─

HAMD：気分
8
7

患者ID

6
5
4
3
2
1
0

2

4

6

8

介入前

介入後

10

12

14

(a)

HAMD：認知症状
8
7

患者ID

6
5
4
3
2
1
0

1

2

3

介入前

(b)

4

5

介入後

HAMD：自律神経症状
8
7

患者ID

6
5
4
3
2
1
0

1

1

2

2

介入前

介入後

3

3

4

(c)
（b）認知症状；（c）自律神経症状
図 2 運動プログラムによる介入前後のうつ病臨床評価：HAMD下位因子 .（a）気分；
得点が 0 の場合，0.05 として表示している

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72 ─
BDI - Ⅱ（自記式抑うつ症状）
8
7

患者ID

6
5
4
3
2
1
0

5

10

15

介入前

20

25

30

35

介入後

図 3 運動プログラムによる介入前後の自記式抑うつ症状：BDI-II

STAI-Y1（状態不安）
8
7

患者ID

6
5
4
3
2
1
0

10

20

30

介入前

40

50

60

70

80

70

80

介入後

図 4 運動プログラムによる介入前後の状態不安：STAI-Y1

STAI-Y2（特性不安）
8
7
6
患者ID

─

5
4
3
2
1
0

10

20

30

介入前

40

50

60

介入後

図 5 運動プログラムによる介入前後の特性不安：STAI-Y2
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─

73 ─

SASS（社会適応度）
8
7

患者ID

6
5
4
3
2
1
0

10

20

介入前

30

40

50

介入後

図 6 運動プログラムによる介入前後の社会適応度：SASS

社会機能について，介入前と比較して運動プロ

自律神経症状の 3 つの因子にカテゴリー化し，そグラムによる介入後に社会適応度（SASS）が有意

れぞれの合計得点を用いて比較したところ，気分．被験者ごとのデータに向上した（d=2.24，表 1）

において統計学的に有意な減少が認めた一方，認では，8 名全員の SASS 点数が上昇した（図 6）．

知症状や自律神経症状の変化が認めなかった．気3．考 察分という因子には，抑うつ気分（悲しみ，絶望的など），仕事と活動（興味や関心の喪失，生産性AT レベル以下の強度で週 2 回，1 回 30 分間のエの低下）
，精神運動抑制（会話の遅鈍，集中困難），

アロバイクによる運動を 8 週間実施することで，精神運動興奮（激越，落ち着かなさ），精神的不安慢性または反復性うつ病患者 8 名の抑うつ症状が（緊張，焦燥感），身体的不安（口渇，発汗，動悸，

医師や臨床心理士による構造化面接（HAMD）と下痢），一般的身体症状（頭の重苦しさ，体の痛

自記式質問紙（BDI-II）の両方において有意に減み，易疲労性）と心気症（重篤な病気にかかって少した．慢性または反復性うつ病の場合，うつ病いるとの思い込み）が含まれている．つまり，運のエピソードが 2 年以上と長期化することや繰り動プログラムによって改善されるのが認知や自律返し再発することから，社会復帰・就職が困難と神経系の症状ではなく，抑うつと不安などの気分なり，心理社会的障害の危険性が大きい．慢性まとそれらによる身体症状である．これらの結果とたは反復性うつ病に対して通常の抗うつ治療や精一致し，自記式質問紙を用いて評価では，うつ症状

神療法などの効果が不十分である背景のなか，通（BDI-II）と状態不安（STAI-Y1）の低下が同時に常の治療に加えて 8 週間の運動プログラムを行う

見られ，運動プログラムによる抗うつ効果のメカ

ことで，HAMD 17 項目版の得点が約 4 点程度減ニズムとして，抑うつや不安症状から改善してい少し，寛解に近い状態（HAMD 得点が 7 点以下）

く可能性があると示唆された．さらに，社会機能に回復することができ，臨床の観点からかなり大の指標である社会適応度の自己評価が向上し，通きな改善度と言える．

常の薬物療法，精神療法などが日常生活や社会生

具体的にどういった項目に影響があったかを

活の障害を改善するために未だ不十分である 1, 2）

調べたところ，HAMD の項目を気分，認知症状，ことから，運動プログラムが付加療法とした臨床

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応用が期待される．
運動プログラムによる抗うつ効果や抗不安効

謝 辞果，社会機能向上効果がこれまで健常者やうつ病・本研究に対して助成を賜りました公益財団法人

3-6, 12）

石本記念デサントスポーツ科学振興財団に厚くと一致する．なお，今回の運動プログラムの強度御礼申し上げます．また，被験者のリクルートやが中等度のものを 1 時間，週に 3 回以上としてい臨床評価，運動療法の実施に際し，ご協力いただ

る既報に比較して運動強度・時間・回数が大きくきました山口大学医学部附属病院精神科神経科の軽減化されているのにもかかわらず，抗うつ効果

医師，臨床心理士，研究補佐員の皆様に心より感などを有することが示され，運動能力や意欲が低

謝いたします．最後に，本研究の被験者としてご不安障害患者を対象とした運動研究の既報下しているうつ病患者

7-9）

にとってメリットが大きいと考えられる．患者の特性を考え運動プログ
ラムの負荷を下げることで，継続的な運動が可能となり持続的な寛解や社会復帰へと繋げていくことが臨床的には必要であると考えられる．本研究の結果が今後大規模臨床試験において確認されれば，うつ病の補完療法の大きな進歩になると思われる．尚，本研究の限界としてサンプルサイズが小さいこと，比較対象を置いていないことが挙げ
られる．
4．結 論
本研究では，心肺運動負荷検査（CPX）の客観的な指標により運動量を明確化し，既報に比較して運動強度・時間・回数が大きく軽減化された運動プログラムのうつ病に対する有効性を検討した．慢性または反復性うつ病患者 8 名を対象に 8週間の運動プログラムを行い，介入前と比較して運動プログラムによる介入後に抑うつ症状が寛解に近い状態に有意に減少し，状態不安および社会適応度の有意な改善も見られた．少数の被験者ながら既報に比較して運動強度・時間・回数が大きく軽減化され運動療法の有効性が示されており，
これらの結果が今後大規模臨床試験において確認されれば，うつ病の補完療法の大きな進歩になると思われる．

協力いただいた皆様に感謝申し上げます．
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デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

75 ─

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8 2013）─

76 ─

仮想現実サイクリング運動時の競争他者が心血管応答および運動パフォーマンスに及ぼす影響〜自律神経生理尺度を活用したメンタルバイオマーカーの開発
山

中（共同研究者） 同

香

月

翔

太

同

河

村

剛

光

同

和

氣

秀

文

順天堂大学大学院

航The Effects of Competitors on the Cardiovascular Response andPerformance during Virtual Reality Cycling Exercise – the Development of a
Mental Biomarker Utilizing Physiological Parameters
byKo Yamanaka, Shouta Katsuki

Yoshimitsu Kohmura, Hidefumi Waki

Graduate School of Health and Sports Science,
Juntendo University

ABSTRACTIn sports, dealing with the pressure of competition determines winning or losing.

Interacting with others while competing affects one's athletic performance, but theassociated physiological mechanisms are unclear. This study included 14 healthy

adult male participants. We developed a competition that included interacting withother competitors and was simulated using virtual reality（VR）．The pedal speed,

cardiovascular responses（blood pressure and heart rate），and respiratory responses
were recorded during cycling exercise tasks at a constant speed（60 rpm）．We

observed a signiﬁcant decrease in cadence（non-competitive = 59.0 ± 4.2 rpm versus
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─

77 ─

competitive = 56.5 ± 6.0 rpm, p = 0.0067）and significant increase in heart rates（non-competitive = 82.5 ± 9.0 bpm versus competitive = 84.1 ± 9.9 bpm, p = 0.04）

during the competitive condition（passing/being passed by a competitor）compared to

the non-competitive condition（cycling exercise with no competitors）．Participants

were classified into two groups: those whose cadence was relatively decreased incompetitive conditions（performance-decreased group）and those whose cadence wasnot（performance-maintained group）．Intriguingly, the cross-correlation coefficient

between interacting with others and the respiratory variability was signiﬁcantly higher
in the performance-maintained group（r = 0.44 ± 0.12, p = 0.01）that sustained

cadence during the competitive condition compared to the performance-decreased

group（r = 0.36 ± 0.03）．These results suggest that exercise performance is affectedby competitors but regulating respiratory movements may prevent the performance
decline.

キーワード
バーチャルリアリティ，競争他者，ペダル回転数，呼吸，相互相関解析
Keywordvirtual reality, competitor, cadence, respiration, cross correlation

要 旨
スポーツ競技は他者と競い合うプレッシャーの中で勝ち負けや優劣が決まる．競技中における他者とのインタラクションは自己の運動パフォーマ
ンスに影響を及ぼすが，その生理学的メカニズム

関が観察された．これらの結果は，運動パフォー
マンスは他者の影響を受けるが，呼吸運動を調節することによってそのパフォーマンス低下を防止する可能性を示唆する．
緒 言の詳細は明らかでない．本研究は 14 名の成人男

スポーツ競技の多くは他者とパフォーマンスを性を対象に，仮想現実（VR）技術を用いて他者と競い，勝ち負けや優劣を決める．サッカーやバレーの競争場面を作成し，一定速度でサイクリング運

ボールといったオープンスキルが求められる競技

動を行う課題時のペダル回転数，心血管応答（血はもとより，陸上競技のような主としてクローズ

圧，心拍数）および呼吸応答を記録した．単独でドスキルが求められる競技であっても，異なる走行する非競争条件と比較して，競争条件（競争

レーンを走るライバルの存在や競争相手との相対

他者を抜く／抜かれる）においてペダル回転数の的比較によって情動が変化し，自律神経応答変化

有意な低下，心拍数の有意な上昇を観察した．興を介して，自己の運動パフォーマンスに影響を及

味深いことに，競争条件時にペダル回転数を維持ぼす可能性が考えられる．例えば，マラソン競技

できたパフォーマンス維持群において，他者とのなどで他者を追い抜くことによるモチベーション

インタラクションと呼吸変動の間で有意な相互相の向上，逆に疲労困憊時に他者に追い抜かれたとデサントスポーツ科学 Vol. 44

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78 ─

きに急激なパフォーマンス低下（いわゆる「心がおよび生理応答尺度がどのように変化するかは明折れた」状態になる）が生じ得ることは想像に難らかでない．さらに，競争他者によってパフォー

くない．しかしながら，実際のスポーツ競技中でマンスに影響を受ける競技者とそうでない競技者

は完全に同一の競技場面というのは起こり得ず，の違いは何なのか，について生理学的な観点から運動中の条件を統制して再現性高く測定すること

新たな知見を提供する．将来的に，競争他者によっは困難である．したがって，このような「競争中て誘発される自律神経性応答をはじめとした生理の他者との優劣」がパフォーマンスに及ぼす影響

学的応答尺度をメンタルコンディショニングのバについて調べることは容易ではない．そのため，

イオマーカーとして活用することで新しいメンタ

先行研究として，試合直前・直後の選手へのアン

ルトレーニングの開発につなげることを目指す．

ケート調査などの心理的尺度を用いた情動評価や心拍数などの自律神経尺度 1），あるいは卓上で実1．研究方法施する競争課題 2）やロールプレイを用いたゲーム

1．1 実験参加者などの競争課題 3）を用いた研究は報告されている

本研究には健康な男性 14 名（年齢：26.2 ± 5.7

が，スポーツ競技場面における「運動実施中」に歳）が参加した．実験に先立って，実験参加者において他者が自己の生理応答や運動パフォーマン

は実験内容，方法および安全性に関する十分な説スに与える影響について，その詳細な生理学的メ明を行い，書面にて実験参加の同意を得た．実験

カニズムは不明な点が多い．

は順天堂大学スポーツ健康科学部研究倫理委員会

本研究では，仮想現実（Virtual Reality; VR）技（順ス倫第 31-27 号）の承認を得た上で実施した．

術を用いることで上記の問題について解決を試
み，競争他者によって誘発される情動変化が自己1．2 仮想現実におけるサイクリング競争課題の生理応答および運動パフォーマンスに影響を及

直線コースをサイクリング運動する VR= 空間

ぼすという仮説の検証を目的とする．我々は同様を ゲ ー ム エ ン ジ ン Unity（Ver. 2018.4.15f1, Unityの実験環境を用いて，サイクリング運動時の競争

Technologies）を用いて作成した（図 1A）．実験参中の他者とのインタラクションがもたらす心血管

加者はヘッドマウントディスプレイ（HTC Vive,

応答について報告してきた 4）が，非競争場面から

HTC Corporation）を 装 着 し， 競 争 他 者（Cyclist

競争場面に文脈が変わったときにパフォーマンス

Animations HD, Unity Asset Store）を抜く，またVR映像と（B）実験プロトコル
図 1 （A）
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は競争他者に抜かれる状況を模した VR 空間内

1．4 データ解析で，「サイクリング運動を一定速度（60 rpm）で行

非競争条件および競争条件（Win，Lose ブロッ

う」よう教示された．サイクリング運動は VR とク）間での運動パフォーマンス（ペダル回転数），

連動したバイクコントローラー（VirZoom）を用

血圧，心拍数，および呼吸データの比較解析を行っ

いて行われた．競争条件に先立って，「非競争条た．Win/Lose ブロックは「競争条件」として統件」として，競争他者を配置せず単独でサイクリ合してデータ解析を行った．ペダル回転数，呼吸

ング運動（60 rpm）を行うベースラインブロック

率，血圧および心拍数について，ノンパラメトリッを実施した．その後，「競争条件」として，競争

ク検定（Wilcoxon 符号順位検定）を用いて，競争他者を抜く「Win」ブロック，競争他者に抜かれ条件と非競争条件の 2 群間の差の検定を行った．

る「Lose」ブロックを交互に配置し，各ブロッ

運動パフォーマンス（ペダル回転数）が大きく

ク（3~5 分）として，交互に合計 4 ブロック実施し変動した実験参加者と比較的ペダル回転数を維持た．競争条件における順序効果を考慮して，Winできた実験参加者を，それぞれ「パフォーマンス

ブロックから始めるか，それとも Lose ブロック低下群（n = 7）」と「パフォーマンス維持群（n = 7）から始めるかは実験参加者ごとに疑似ランダムと」に分類した．胸腹部に取り付けた呼吸センサー

した（図 1B）．

から得られた呼吸曲線から 1 分間の呼吸数（呼吸率）を計算した．また呼吸率の増減の方向に関わ

1．3 データ集録：パフォーマンス（ペダル運動）および血圧・心電図・呼吸運動の測定

VR サイクリング運動中のペダル回転数を赤らず，呼吸運動の変動を定量化するため，以下の式を用いて呼吸変動と定義した．
呼吸変動

外線センサーと接続したマイクロコンピュータ＝ | 競争条件における呼吸率（Arduino）を用いて測定した．競争条件における－ 非競争条件における呼吸率の平均値 |他者の接近は，競争他者に割り当てられたキャ競争条件におけるパフォーマンスの変化と生理ラクターに音を付加して実験参加者に伝わるよ学的指標との相関を調べるため，競争課題中の他うにした（真横の接近で最大音となりその前後者との接近度（X, 他者の自転車走行音）と上記ので音は減弱する）．血圧は非観血式連続血圧計

呼吸変動（Y）について，1 秒毎のデータとして移（CNAP500, CNSystems）を用いて連続的に測定し動平均処理を行った後，相互相関（CXY）を以下た．心電図電極ブルーセンサー（SP-00-S，メッの式を用いて計算した（MATLAB "xcorr” 関数）．

ツ）を胸部に貼付し，心電図データから心拍数を計算した．呼吸運動は上腹部に取り付けた圧トラ
ンスデューサーで胸腹部の容積変化に伴う圧変動を測定した．得られたアナログ信号は生体信号増X（t）は時刻 t における他者とのインタラク

幅器（MLV-2301，日本光電）を介して増幅し，A/ションのタイミング，Y（t）: 時刻 t における呼吸D 変換器（PowerLab PL-3508, ADInstruments）を運動，
τは X と Y の間の時間差（time-lag）を示す．

介して汎用コンピュータに取り込みの後，デー得られた 2 変数（他者とのインタラクションおよタ 解 析 ソ フ ト ウ ェ ア（LabChart, ADInstruments;

び呼吸変動）の相互相関係数について，競争条件

MATLAB, MathWorks）を用いてデータ集録およでの運動パフォーマンス維持群および低下群の間

び解析を行った．

について，ノンパラメトリック検定（Wilcoxon 順

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

80 ─

位和検定）を用いて差の検定を行った．

た．

2．研究結果2．1

ラクション以降は持続的にペダル回転数が減少し競争条件・非競争条件における運動パ

2．2 競争条件・非競争条件における生理学的フォーマンスの比較

パラメータの比較

最初に競争条件において，非競争条件と比較し次に，競争条件における他者とのインタラクて実験参加者の運動パフォーマンス（ペダル回転ションが生理学的応答に及ぼす影響について検数）がどのように変化するか調べた．その結果，討した．非競争条件と競争条件における呼吸率，

ペダル回転数の中央値±標準偏差が，非競争条

動脈血圧（収縮期血圧，平均血圧，拡張期血圧），件では 59.0 ± 4.2 rpm，競争条件では 56.5 ± 6.0

心拍数のブロックの平均値を計算し比較した．そrpm（Win ブロック：56.3 ± 6.2 rpm，Lose ブロッの結果，呼吸率（非競争：19.0 ± 2.9 回／分，競争：

ク：56.7 ± 5.9 rpm）であった．非競争条件では19.3 ± 1.5 回／分，p = 0.76），収縮期血圧（非競争：教示した 60 rpm に近い値でサイクリング運動が124.8 ± 11.9 mmHg，競争：124.0 ± 11.7 mmHg，pできていたが，競争条件（Win ／ Lose ブロック）= 0.39），平均血圧（非競争：88.5 ± 10.9 mmHg，ではペダル回転数が有意に減少した（図 2A；p =競争：87.4 ± 9.9 mmHg，p = 0.50），拡張期血圧

0.0067, Wilcoxon 符号順位検定）．

（ 非 競 争：75.8 ± 8.4 mmHg， 競 争：73.2 ± 6.7

このようなパフォーマンス（ペダル回転数）のmmHg，p = 0.06）は条件間で有意な差は見られな減少が競争条件に入ってからどのようなタイミン

かったが（図 3A, B），心拍数は競争条件においてグで生じたかを調べるために，競争条件における非競争条件よりも有意に高い値を示した（図 3C；

最初の 1 ～ 5 試行の他者とのインタラクション [ 抜

非競争：82.5 ± 9.0 bpm，競争：84.1 ± 9.9 bpm，pく（Win ブロック），または抜かれる（Lose ブロッ= 0.04，Wilcoxon 符号順位検定）．

ク）] 時点前後 10 秒間のペダル回転数を図 2B にプロットした（実験参加者 14 名のグループデータ）．
その結果，競争条件に入って最初のインタラク

2．3

競争条件における他者とのインタラク
ションと運動中の呼吸変動の相互相関

ション（図 2B 1st 試行，矢印）に至るまでは非競

ここまで，非競争条件と競争条件における運動

争条件時のペダル回転数（図 2B 点線；約 60 rpm）

パフォーマンスと生理学的応答尺度について結果を維持できていたが，競争他者との最初のインタを示してきたが，競争場面においてもパフォーマ

図 2 競争条件と非競争条件におけるペダル回転数の比較（A）競争/非競争条件におけるペダル回転数，（B）非競争条件から競争条件への切り替わりに伴うペダル回転数の推移．
条件の切り替わり**p < 0.01, Wilcoxon符号順位検定
から最初の他者とのインタラクションの後にペダル回転数が減少した（矢印）．

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81 ─

図 3 競争条件と非競争条件における生理学的パラメータの比較（A）呼吸率，（B）血圧：収縮期血圧，
平均血圧，
拡張期血圧，（C）心拍数*p < 0.05, Wilcoxon符号順位検定

図 4 競争条件におけるパフォーマンス低下の個体差と他者接近時の呼吸変動（A）競争条件と非競争条件におけるペダル回転数変化の個人差．競争条件においてもパフォーマンスを維持した群（黒線：パフォーマン
n = 7）とパフォーマンスが低下した群（赤線：パフォーマンス低下群，n = 7）に分類した．
（B）パフォーマンス維持群（n = 1）のス維持群，
非競争条件（左図）と競争条件（右図）における他者との接近度，呼吸曲線および呼吸率，（C）パフォーマンス低下群（n = 1）の非競争条件（左図）と競争条件（右図）における他者との接近度，呼吸曲線および呼吸率，（D）競争条件中の他者との接近度と呼吸変動の相互相関関*p < 0.05, Wilcoxon 順位和検定．
数．
タイムラグ（τ）0 時点の相互相関関数のピーク値の比較．

ンスを維持するにはどのようにしたら良いのであ分 30 秒間）を示した．各群の実験参加者はともに

ろうか．この問題に取り組むため，競争条件におこの競争条件の期間，3 回の他者追い抜き場面をいても比較的パフォーマンスを一定に維持するこ経験したが，パフォーマンス維持群は 3 試行中 2とができた実験参加者（図 4A 黒線；パフォーマ

回の試行で顕著な呼吸率の増加が観察された（図ンス維持群，7/14 名）と，競争条件においてペダ

4B 右，矢印）．一方で，パフォーマンス低下群のル回転数が減少した実験参加者（図 4A 赤線；パ

呼吸率はブロックの間で変動はしているものの他

フォーマンス低下群，7/14 名）に分類した．

者とのインタラクションのタイミングにロックし

図 4B および C に，パフォーマンス維持群（図4B）およびパフォーマンス低下群（図4C）の非競た顕著な呼吸率変動の頻度は低い傾向にあるように見られた（図 4C 右）．

争条件（左図）・競争条件（右図）における他者とこの競争他者とのインタラクションと呼吸応答の接近度（他者の自転車走行音），呼吸曲線，呼の関係についてさらなる検討を行うため，他者と吸率データの一例（競争条件：Win ブロック，2の接近度（競争他者の自転車走行音）と競争条件

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82 ─

と非競争条件の呼吸率の差を絶対値に変換したているのに対し，心拍数は上昇しているという結「呼吸変動」の間の相互相関解析を行った（研究果は，一定強度の運動（ペダル回転数）を発揮す

方法を参照）．その結果，パフォーマンス維持群

るのに必要なコスト（心拍数）が増大したというはパフォーマンス低下群よりも有意に高い相互相ことで運動効率が低下している（相対的な運動強関関数のピーク値を示した（パフォーマンス維持

度の上昇）と解釈することができる．このような群：r = 0.44 ± 0.12，パフォーマンス低下群：r =パフォーマンスに対するコストの増大は認知資源

0.36 ± 0.03，p = 0.01，Wilcoxon 順位和検定）．

の消費に伴う中枢性疲労によって生じた可能性が

3．考 察考えられる．
「抜く」または「抜かれる」という視覚刺激は本研究課題において，VR を用いたサイクリン

競争における優劣を決める要因の一つであり，先グ競争場面を作成し，競争他者の振る舞いを仮想

行研究においてこのような競争時の優劣がポジ的に完全にコントロールすることによって，競争

ティブ（快情動）あるいはネガティブな感情（不他者が自己の運動パフォーマンスおよび自律神経快情動）の惹起，ならびに生理応答にも影響を及

性応答をはじめとした生理学的応答尺度にどのよぼすことが知られている 2, 5, 6）．したがって，競うな影響を及ぼすか，について比較・検討可能な合する他者が存在するということは，競争他者が実験環境を開発した（図 1）．

どのような振る舞いをするのかという感覚情報の本研究における行動課題は，実験参加者に「一処理・注意制御に加え，情動反応の制御など，自定速度（60 rpm）でサイクリング運動を行うこと」

己の認知資源（Cognitive resource）をより多く消を要求しているため，どの程度 60 rpm で一定に費することによって中枢性疲労をもたらした可能サイクリング運動できたかどうかがパフォーマン性がある．感覚運動統合や注意の制御といった機スの尺度となる．その結果，非競争条件と比較し能は大脳皮質の前頭前野をはじめとする脳領域にて，競争条件においてペダル回転数の有意な低下

よって実現されている実行機能の一つであり 7），が観察された（図 2A）．このパフォーマンスの低

一過性の運動によってこの実行機能に影響を受け

下は運動持続時間の進行に伴って徐々に出現したることも報告されている 8）．一方で，情動反応のというよりも，競争条件において他者と初めての制御については扁桃体など大脳辺縁系の脳領域がインタラクションを経験したタイミングで生じた関与することが知られている．扁桃体は内側前頭．このような結果は，ペダル回（図 2B 1st 試行）皮質と相互的な機能接続を有し，社会的な刺激の転数の減少が，単なる運動時間の増加に伴う運動処理にも関与する 9）．このような大脳皮質および性の疲労というよりも，競争他者とのインタラク

大脳辺縁系領域が，競争課題においてどのようなションによって惹起されたものである可能性を示役割を担っているのかについては今後のさらなる唆する．

研究が必要である．

また，課題中の心拍数は競争課題の方が非競争

興味深いことに，競争条件時にペダル回転数を課題よりも有意に高い値を示した（図 3C）．心拍維持したパフォーマンス維持群において，他者と数の値そのものは両条件ともに 80~90 bpm 程度でのインタラクションと呼吸変動の間で有意な相互あり，運動強度としては低強度であったと考えら

相関が観察された（図 4）．その一方で，運動パれる．このような低強度の一定運動実行において，

フォーマンス低下群はそのような競争他者とのイ

運動出力（ペダル回転数）は一定あるいは低下し

ンタラクションと呼吸変動の間に顕著な相互相関
デサントスポーツ科学 Vol. 44

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83 ─

ピークが検出されなかった．これらの結果は，運ンタルトレーニングの開発につながると期待され動パフォーマンスは他者の影響を受けるが，運動る．

パフォーマンスを維持することができた実験参加者（運動パフォーマンス維持群）は，呼吸運動

謝 辞を調節することによってそのパフォーマンス低下

本研究に対して，研究助成を賜りました公益財を防止した可能性を示唆する．寝ている間も呼吸

団法人石本記念デサントスポーツ科学振興財団

は止まらないように自律的な側面を持つ呼吸運動に，また本実験に参加してくださった実験参加者，

であるが，その神経支配は運動神経によってなさ関係者の方々に心より御礼申し上げます．

れている

10）

．いわゆるメンタルが強い競技者は

他者とのインタラクションの際に呼吸運動を調節

文 献している可能性があり，競技中の呼吸応答が競争

1） Oliveira-Silva I., Silva V.A., Cunha R.M., Foster

条件におけるパフォーマンスの差異を生み出すバ
イオマーカーとしての応用的活用が可能かもしれない．さらには競争他者によって惹起されるネガ
ティブな影響を呼吸運動で改善できるようになれ
ば，新しいメンタルトレーニング法の開発につながることが期待される．
4．まとめ
本研究において，VR を用いた比較的低運動強度の競争場面であっても競争他者が自己の運動パ

C.: Autonomic changes induced by pre-competitive

stress in cyclists in relation to physical ﬁtness andanxiety. PLoS One, 13: e0209834（2018）2） Yamaguchi D., Tezuka Y., Suzuki N.: The

differences between winners and losers incompetition: the relation of cognitive and emotional
aspects during a competition to hemodynamic
responses. Adapt. Hum. Behav. Physiol., 5: 31-47（2019）

3） Ricarte J., Salvador A., Costa R., Torres M.J.,

Subirats M.: Heart rate and blood pressure responses
to a competitive role-playing game. Aggr. Behav, 27:

351-359（2001）

フォーマンス（ペダル回転数）および心拍数に影4） 香月 翔太，河村 剛光，和気 秀文，山中 航 : VRサ

響を及ぼし得ること，また競争場面においてもパ

イクリング運動時の競争他者によって誘発されフォーマンスを維持できる競技者とパフォーマン
スが低下してしまう競技者の違いとして呼吸運動がカギを握っている可能性を見出すことができた．
スポーツ競技はアスリート本人のみならず，競争相手，審判および観客まで含めて成り立っている．したがって，アスリートがベストパフォーマンスを発揮するためには，その要因は自己だけでは完結せず，他者も含めて検討する必要がある．
本研究成果によって，競争他者が自己の生理応答
およびパフォーマンスに及ぼす影響を特徴化することで，アスリートが他者から受ける影響の程度を定量的なバイオマーカーとして計測できる可能性がある．このバイオマーカーの活用は新しいメデサントスポーツ科学 Vol. 44

る情動変化が運動パフォーマンスおよび自律神経応答に及ぼす影響．映像メディア学会技術報告，
44: HI2020-2074（2020）

5） Costa R., Salvador A.: Associations between

success and failure in a face-to-face competitionand psychobiological parameters in young women.

Psychoneuroendocrinology, 37: 1780-1790（2012）

6） Gonzalez-Bono E., Salvador A., Serrano M.A.,

Ricarte J.: Testosterone, cortisol, and mood in a
sports team competition. Horm. Behav., 35: 55-62（1999）

7） Funahashi S.: Neuronal mechanisms of executive

control by the prefrontal cortex. Neurosci. Res., 39:

147-165（2001）

8） Hillman C.H., Snook E.M., Jerome G.J.: Acutecardiovascular exercise and executive control
function. Int. J. Psychophysiol., 48: 307-314（2003）

9） Gangopadhyay P., Chawla M., Dal Monte O., Chang

─

84 ─
S.W.C.: Prefrontal-amygdala circuits in social
decision-making. Nat. Neurosci.,（2020）

10） 本間 生夫，帯津 良一．情動と呼吸 ─自律系と呼（2016）
吸法─：朝倉書店，

デサントスポーツ科学 Vol. 44

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85 ─

若年成人における歩行および同等速度のジョギングによる座位行動ブレイクが食後血糖・脂質動態に及ぼす急性影響
中村学園大学（共同研究者） 同
岡山県立大学
中村学園大学
栄養クリニック
中村学園大学

熊

原

秀

晃

阿具根

美

和

綾

部

誠

也

一

田

木綿子

加

藤

正

樹

Acute Effects of Breaking up Prolonged Sitting with Walking and Slow-speed
Jogging on Postprandial Glycaemia and Lipid Responses in Young Adults

byHideaki Kumahara, Miwa Agune, Masaki Kato

Faculty of Nutritional Sciences, Nakamura Gakuen University
Makoto Ayabe

Faculty of Computer Science and Systems Engineering,
Okayama Prefectural University
Yuko Ichida

Nakamura Gakuen University Nutrition Clinic

ABSTRACTThis study aimed to determine the effects of sitting breaks with walking and slow-

speed jogging on postprandial glycaemia and lipid responses in healthy young adults.
Fourteen adults, aged 22 ± 2 yrs, randomly completed three different 180-min trials

after consuming standardised test meals. These trials were as follows: 1）uninterrupted

sitting on an ofﬁce chair（control），2）sitting with 3-min bouts of walking every 30

min and 3）sitting with 3-min bouts of slow-speed jogging every 30 min. Walking andデサントスポーツ科学 Vol. 44

─

86 ─

jogging speeds were ﬁxed at 6.0 km/h with a pacesetter. Venous blood samples andblood glucose concentrations using a continuous subcutaneous interstitial ﬂuid glucose
monitoring system were obtained. Incremental areas under the curves（iAUC）for the

blood sample responses were calculated. Both the glucose iAUC and insulin iAUC
over 180 min were signiﬁcantly lower during the walking and jogging trials than during

uninterrupted sitting. The insulin reduction ratio during the jogging trial had signiﬁcantcorrelations with the maximal oxygen consumption per body weight compared with thecontrol trial. However, there was no signiﬁcant effect of sitting breaks on postprandial
triglyceride response. Our results indicated that breaking up prolonged sitting with 3

min of walking or slow-speed jogging every 30 min improved postprandial glycaemic

and insulinemic responses compared with uninterrupted sitting in healthy young adults.
The effect of jogging breaks on suppressing insulin secretion may be more effective inindividuals with lower aerobic ﬁtness levels.
キーワード
身体活動，座位行動，非運動性活動，食後エネルギー代謝，血糖値
Keyword

Physical activity, Sedentary behavior, Non-exercise activity thermogenesis,
Postprandial energy metabolism, Blood glucose level

要 旨

摂取量との間に有意な相関関係を認めた．歩行またはジョグによる座位行動の中断は，健常若年成

本研究は，歩行および低速度ジョギング（ジョ人の食後血糖動態に好影響を及ぼすことが示唆さグ）による座位行動中断が，健常若年成人の食後れた．ジョグによるインスリン抑制効果は全身持

血糖・脂質動態に及ぼす影響を明らかにすること久力が低い者で大きい可能性がある．

を目的とした．22 ± 2 歳の男女 14 名を対象に次の 3 試験の食後 180 分間の血中指標を観察した：

緒 言

オフィスチェア座位継続（対照試験），30 分毎に 3

近年，長時間に亘る座位や横臥状態といった座分間の 6km/ 時の歩行およびジョグ．血中指標は位行動が生活習慣病等のリスク因子となることが

肘静脈採血および持続血糖測定装置を用いて測定

わかってきており 1, 2），WHO の身体活動指針 3）

し，曲線下面積値（iAUC）にて評価した．グルコーでは疾病予防のために，3METs 以上の中等度強ス値およびインスリン値の iAUC に有意な試験間度以上の身体活動の促進に加えて，座位活動時間差が認められ，歩行とジョグは対照試験に比してを少なくすることが推奨されている．日本人は，低値を示した．一方，トリグリセリド値 iAUC はオフィスワーカーを代表として座位時間が長い国

試験間差を認めなかった．ジョグにおける対照試

民であることが報告されているが 4），COVID-19

験を基準としたインスリン値低減率は，最大酸素感染拡大によるリモートワーク等の新しい生活様
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

式によって，座位行動の機会がさらに多くなっていることが危惧される．
肥満や糖尿病患者等の疾患者を対象に，座位行87 ─

1．研究方法
1．1 対象者

動を中断・短縮することの健康効果を検討した先

対象者は若年健常成人14名（女性7名，男性7名，

行研究が散見され，座位行動を 20 ～ 30 分毎に 2

年齢；22.3 ± 1.5 歳，BMI；20.5 ± 2.1kg/m2）であっ～ 5 分の低中強度の歩行で中断するとで，血中グた．対象者には事前に試験の趣旨，安全性についルコースやインスリン等の食後血糖代謝関連マーて書面および口頭にて説明を行い，研究参加へのカーに好影響をもたらすことが報告されている同意を書面にて得た．なお，本研究のプロトコル

5-8）

は中村学園大学倫理審査委員会の承認を得た．

．しかし，生活習慣病等の一次予防が重要視される働き盛り世代の若年成人を対象とした先行研究は限定的であり，座位行動を歩行で中断する

1．2 実験プロトコル

ことによる食後血中グルコース値の低減効果を認

本試験事前に，トレッドミルを用い 70m/ 分と

めた報告

9）

した報告

10-12）がある一方で，認められないとの矛盾

100m/ 分の歩行および 130m/ 分から 15m/ 分で漸増もあり，未だ一定の見解は得られする走行を行う 1 負荷 4 分間の間欠式多段階漸増ていない．したがって，将来へ向けた疾病予防が

運動負荷試験を行った．運動終了基準は，年齢重要となる健常若年成人に対する座位行動中断の推定最大心拍数の 80% を超えた時点，または主

有効性や中断方法を明らかにする必要があると考観的運動強度で 18（かなりきつい）を超えた時点

えられる．

とした．運動中の酸素摂取量は，質量分析装置

ところで，先行研究で検証されている座位中断（ARCO2000，アルコシステム社）を用い呼気ガの運動様式の主流は歩行である．歩行は，主要なスを連続して測定し，各負荷終了前 1 分間の平均

日常生活活動として座位行動を中断する方法に比値を評価した．心拍数は，心拍数計測装置（RS800，

較的取り入れ易いと考えられる．一方，その速度

Polar 社）にて各負荷終了前 10 秒間の平均値を採すなわち運動強度は限定的である．近年，歩行と用した．

同等速度で行う低速度ジョギング（以下，ジョグ）

本試験の実験プロトコルを図 1 に示した．対象が提唱されている．このジョグは，歩行と同等速者は，各試験 2 日前から激しい運動を控え，各試度で実施するものの活動中のエネルギー消費量

験前日の夕食は，試験開始 10 時間前までに毎回が歩行の約 2 倍となり，肥満予防・改善が期待で同じものを喫食した．試験当日は早朝空腹状態

13, 14）．

にてベースラインとなる肘静脈採血を行うと共このジョグであれば，肥満者や疾患者に比して身に，持続血糖測定装置（FreeStyle リブレ，Abbott

体的体力の高い健常若年者においても好影響をも社）にて間質液中グルコース（以下，グルコース

たらすだけの十分な負荷強度を与えられる可能性値）を測定した．その後，対象者は実験食（身体が考えられる．

活動レベル 1.5 の推定総エネルギー必要量の 40％

きる運動様式であることが報告されている以上の観点から，本研究は，健常若年成人を対で PFC 比 =15:25:60% で構成）を規定時間内で喫象とし，歩行およびジョグによる 2 種の異なる座食した．実験食の完食時を 0 分とし 180 分間に亘

位行動の中断方法が，食後の血糖・血中脂質関連

りオフィスチェアでの座位を基本とした次の 3 試

マーカーに及ぼす影響を急性影響の側面から明ら験を無作為化クロスオーバー試験にて実施した．

かにすることを目的とした．

①歩行試験：座位を 30 分毎に中断し 6 ㎞ / 時で 3

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

88 ─

図 1 本試験のプロトコル

分間の歩行，②ジョグ試験：30 分毎に 6 ㎞ / 時で 3

食後のグルコース値，インスリン値，TG 値の分間のジョグ，③対照試験：オフィスチェアで座

データは，Area Under the Curve（AUC）を算出し，位継続（座位中断なし）．歩行とジョグは，15m の

ベースラインからの増加分を反映する Incremental

廊下を熟練ペースメーカー 1 名が対象者を先導しAUC（iAUC ）16）にて評価した．iAUC は，全 180実施した．肘静脈採血はベースラインに加え，食分間に亘る総面積値に加えて，時間帯毎（0 ～ 60

後 30 分・60 分・120 分・180 分後に行い，インス

分：60 分 値，60 ～ 120 分：120 分 値，120 ～ 180

リンおよびトリグリセリド（TG）を測定した．持分：180 分値）に分けて評価した．また，歩行と続血糖測定装置によるグルコース値は 15 分毎にジョグの iAUC 総面積値は，座位継続試験を基準測定した．歩行およびジョグ時の心拍数は，活動（0%）とした比率（低減率）を求めた：（[ 各試験終了前 10 秒間に心拍数計測装置より得られた平の iAUC －座位継続試験の iAUC] ÷座位継続試験

均値を採用した．歩行とジョグの活動終了直後にの iAUC）× 100．

Borg の主観的運動強度（自覚的疲労度を示す 6 ～

試験間の比較には一元配置分散分析および

Tukey の post hoc 検定を用いた．歩行とジョグ時

20 の数値）を聴取した．

の％ HRR は t 検定，RPE は Wilcoxn の符号順位和1．3 統計解析･検定を用い比較した．座位中断活動による糖・脂単位体重当たりの最大酸素摂取量（VO2max）

質パラメータの変化と全身持久力の関連性を検は，運動負荷試験で得られた酸素摂取量と心拍数討するために，各試験の iAUC の比率を従属変数･とし VO2max を独立変数とした Pearson の単相関をプロットした一次回帰式より，年齢推定最大心･拍数（206.9-0.67 ×年齢）15）に対する VO2 を算出

分析を行なった．データは平均値±標準偏差またし推定した．歩行・ジョグ時の心拍数より相対は中央値 [ 四分位範囲 ] で示した．統計解析には的運動強度の指標となる心拍数予備能（% HeartIBM SPSS Statistics 28を使用した．有意水準は5％Rate Reserve：％ HRR）15 を算出した：[ 活動中とした．

の心拍数 - 安静時心拍数 ] ÷ [ 推定最大心拍数 - 安
静時心拍数 ] × 100．%HRR は，同一試験時に測定した 6 回の心拍数を個人ごとで平均化し代表値とした．

2．研究結果ジ ョ グ 時（53.2 ± 15.0%）， 歩 行 時（32.4 ±
11.8%）の％ HRR に有意差が認められ，ジョグ時
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89 ─

は歩行時より高値を示した．RPE も同様に両試験を示した．時間毎の分析においても有意な試験間間に有意差が認められた（ジョグ：12.0[10.0-13.0]

差が認められ，ジョグは 60 分値と 120 分値で座位

vs. 歩行：10.0[9.0-12.0]）．

継続より低値を示し，歩行は 120 分値と 180 分値

グルコース iAUC の総面積値は有意な試験間差で低値を示した（図 3）．

を示し，歩行とジョグは座位継続と比較して低値

TG の iAUC 総面積値および各時間毎のいずれを示した．時間帯毎でも同様に低値を示した（図も有意な試験間差を認めなかった（図 4）．
･ジョグに関して，VO2max とインスリン iAUC

2）．
インスリン iAUC の総面積値は有意な試験間差の低減率の間に有意な正の相関関係（r=0.564）がを示し，歩行とジョグは座位継続と比較して低値認められた．

ANOVA: p<0.05
7000.0

座位継続
歩行
ジョグ

6000.0* *5000.0ANOVA: p<0.05

4000.0ANOVA: p<0.05* *3000.0* *2000.0ANOVA: p<0.05* *1000.00.0

総面積値(mg/dL・3h)

60分値(mg/dL・1h) 120分値(mg/dL・1h)

180分値(mg/dL・1h)

図 2 グルコースiAUCの総面積値（180分間）および時間帯毎の面積値（0～60分：60分値，60～120分：120分値，120～180分：180分値）の比較

試験間の比較には一元配置分散分析（ANOVA）およびpost hoc検定を用いた．
＊: vs.座位継続 p<0.05
9000.0ANOVA: p<0.05

8000.0

座位継続
歩行
ジョグ

* *

7000.06000.0ANOVA: p<0.05

5000.0ANOVA: p<0.05
ANOVA: p<0.05

4000.0*3000.0* **2000.0#1000.00.0

総面積値(μU/mL・3h) 60分値(μU/mL・1h) 120分値(μU/mL・1h) 180分値(μU/mL・1h)

図 3 インスリンiAUCの総面積値（180分間）および時間帯毎の面積値（0～60分：60分値，60～120分：120分値，120～180分：180分値）の比較#: vs.座位継続 p<0.1
試験間の比較には一元配置分散分析（ANOVA）およびpost hoc検定を用いた．
＊: vs.座位継続 p<0.05，

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

90 ─
8000.0ANOVA: p=0.789
座位継続
歩行
ジョグ

7000.06000.05000.0ANOVA: p=0.875

4000.0ANOVA: p=0.554

3000.0ANOVA: p=0.921

2000.01000.00.0

総面積値(mg/dL・3h)

60分値(mg/dL・1h) 120分値(mg/dL・1h)

180分値(mg/dL・1h)

図 4 トリグリセリドiAUCの総面積値（180分間）および時間帯毎の面積値（0～60分：60分値，60～120分：120分値，120～180分：180分値）の比較
試験間の比較には一元配置分散分析（ANOVA）およびpost hoc検定を用いた

3．考 察

目されている細切れ活動 17）の有効性を支持する
結果とも位置付けられるかもしれない．

本研究は，健常若年成人を対象に歩行および低健常若年成人に関して，座位行動中断による食速度ジョギングによる座位中断が，食後の血中糖・後血糖代謝マーカーへの影響性については相反す

脂質関連マーカーに及ぼす影響性を検討した．そる結果が混在している 9-12, 18, 19）．これら先行研の結果，座位を 30 分毎に 3 分間の歩行または低速究における効果の有無と座位中断活動の強度や時度ジョギングにより中断することは，座位継続と間の関連に系統性は確認できない．しかし，先行比較して血中グルコース値とインスリン値を抑制

研究の多くは，食事負荷に高糖質食・飲料，またすることが示唆された．脂質代謝関連マーカーに

は高脂質食といった特定のエネルギー産生栄養素

は，座位中断による明らかな効果はみられなかっを過度に負荷した栄養素構成で検証されている

た．

ことが結果の差異の要因の 1 つかもしれない．本同一速度で実施した歩行およびジョグの相対的研究では，一般的な日本人の食事 20）を想定した運動強度は，それぞれ低強度（約 32%HRR）と中PFC 比の食事を負荷した．一般的な栄養素構成と等度（約 53%HRR）に区分された．健常若年成人することで，より現実的な食事による動態を観察

に対してこのような負荷強度の歩行とジョグによできたことも本研究の特徴であった．

る座位中断は，食後グルコース値だけでなくイン

ところで，ジョグでは食後 60 分からインスリ

スリンの抑制にも効果があったことは本研究の注

ン値 iAUC の低減が認められ，食後 120 分からの

目すべき結果の一つである．推測の域を出ないが，低減を示した歩行よりも早い段階でインスリン分

比較的軽度な負荷強度かつ短時間の身体活動を断泌抑制効果が認められた．しかし，iAUC 総面積

続的に実施することでもインスリン感受性あるい値の視点からは歩行とジョグの間に顕著な差異がはインスリン非依存性の糖取込みが一過性に亢進なかったことは留意すべきであろう．ジョグは，され，インスリン分泌の抑制作用をもたらした可

歩行よりも相対的運動強度が高いことは認められ能性が考えられた．また，本研究結果は，近年注たが，歩行よりも優れた影響をもたらすという仮デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

91 ─

説は立証できなかった．この要因の一つとして，い．加えて，TG の変化の観察期間が十分でなかっ本研究で規定した歩行速度は 6 ㎞ / 時とやや速い

た可能も考えられた．座位中断の翌日に TG の低速歩に相当する速度であったことが考えられる．
･
しかし興味深いことに，ジョグに関して VO2max

下傾向を観察した研究 23）や，2 日間に亘る座位中とインスリン iAUC 低減率の間に有意な相関関係

究 12）が報告されている．以上のように，健常若が認められ，全身持久力が低い者ほど座位継続と年成人が座位を歩行およびジョグで中断すること比較した際のインスリンの低減率が大きくなっては，比較的短時間の日本人の一般的な PFC 比にいた．つまり，ジョグは全身持久力が低い者にとっよる食事性脂質代謝へ及ぼす明らかな影響性は認てはインスリン分泌の抑制に有効な負荷強度となめられず，より長時間の介入あるいは観察期間でる個人差が考えられた．一般的に諸体力が低い肥の検討が今後の課題である．

満者や糖尿病疾患者，あるいは高齢者などでは，
ジョグによる座位中断の恩恵はより大きいと期待できる．

断介入試験において 2 日目のみで低値を示した研

4．総 括
健常若年成人の座位行動を 30 分毎に 3 分間の歩

また，本研究で用いたジョグの特徴として，主行またはジョグで中断することにより，食後グル観的疲労度は比較的小さく歩行と同様に日常生活コースとインスリンに好影響をもたらすことが示に取入れ易い活動であると考えられた．さらに唆された．また，歩行とジョグでは改善効果に顕

ジョグの %HRR は，生活習慣病の予防・改善に著な差は認められなかったものの，ジョグは過度推奨される中等度の相対的運動強度の範囲であな疲労感を感じずに行える活動でありながら，全り，冠動脈疾患や一部の癌の予防にも関連する全身持久力の維持・向上が期待され，かつ食後の早21, 22）．以上

い時間帯からのインスリン分泌抑制効果のある活のように，ジョグによる座位行動中断の利点とし動様式と考えられた．さらに，この効果は全身持て，食後血糖代謝関連マーカーへの効果に留まら久力が低い者でより効果が現れやすいことが示唆ず，健康増進に有効な活動様式であることが示唆された．

身持久力の向上に資するものである

本研究は急性影響を検討したため，長期の血糖・された．
食後脂質代謝関連マーカーに関して，食後 TG

脂質動態の影響については不明である．より長期値に明らかな座位中断の効果を認めなかった．本の介入期間を設けたうえでの血糖・脂質動態を観

結果は，座位中断は食後 TG に影響しないことを察することは今後の課題である．

報告した先行研究7, 8, 19, 23）を支持するものであった．しかし，若年健常者を対象に食後 TG に改善謝 辞を認めた先行研究 12）も存在する．本研究で食後本研究にご協力頂いた対象者の皆様に深謝申し

TG 値に座位中断の影響が観察できなかった要因

上げます．本研究の遂行にご助力頂いた中村学園

として，食事負荷に用いたエネルギー産生栄養素

大学大学院栄養科学研究科の石澤由夏氏，中村学

では，TG の動園大学栄養科学部の川島聖矢氏，山下達也氏，澤態を観察するために脂質の多い食事を喫食させて菜々子氏，白濱亮子氏ほか研究室関係諸氏に感謝の構成が考えられた．先行研究
いた

12）

12）

．日本人の一般的な食事に近似した本研申し上げます．本研究の成果の一部は，公益財団

究の試験食程度の脂質摂取量の範囲では，座位中法人石本記念デサントスポーツ科学振興財団の支断活動による効果は観察し難かったのかもしれな

援によるものです．

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

92 ─
文 献

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and suppresses postprandial glycaemia in sedentary

physical activity for health: Special considerations inof Physical Fitness and Sports Medicine . 3: 85-90
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

93 ─

（2014）

walking attenuates the postprandial metabolic

Breaking up prolonged sitting with standing or

acute study. Diabetes Care. 39: 130-138（2016）23） Henson J., Davies M.J., Bodicoat D.H., et al.

デサントスポーツ科学 Vol. 44

response in postmenopausal women: A randomized

─

94 ─

生体内における生理的環境下での関節接触面解析手法を用いた肩関節疾患の病態解明
北海道大学病院

門

間

太

輔

（共同研究者） 北海道大学大学院

岩

崎

倫

政

北海道大学病院

松

居

祐

樹

北海道大学大学院

塩

田

惇

喜

苫小牧王子病院

沼

口

京

介

Evaluation of Shoulder Joint Diseases
Using Joint Contact Area Analysis in Vivo

byDaisuke Momma, Yuki Matsui

Hokkaido University Hospital, Center for Sports Medicine
Norimasa Iwasaki, Junki Shiota

Faculty of Medicine and Graduate School of Medicine

Department of Orthopaedic Surgery, Hokkaido University
Kyosuke Numaguchi

Department of Orthopaedic Surgery, Tomakomai Oji Hospital

ABSTRACT
Three-dimensional visualization of joint motion is an extremely signiﬁcant attempt toprovide important information for understanding pathological conditions and deciding

on treatment plans. Especially in the shoulder joint, the support mechanism of the joint
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

95 ─

by soft tissues such as tendons and ligaments, as well as hard tissues such as bones, isimportant. The purpose of this study was to develop a system to analyze the contact
area of the shoulder joint under physiological conditions using 4D-CT, which has been

difﬁcult to understand the pathophysiology of shoulder joint diseases in vivo. Since
these analysis methods can be widely applied to the analysis of joint motion throughout

the body, they are expected to be highly practical not only for upper limb diseases,
but also for lower limb and spinal diseases. The results are expected to be reported atinternational conferences and submitted to international journals in the future.
キーワード
生体内，生理的環境下，関節接触面，肩関節疾患，病態
Keywordin vivo, physiological condition, joint contact area, shoulder joint diseases, pathology

要 旨

緒 言

関節外科において関節動作を 3 次元的に可視化

関節外科において関節動作を 3 次元的に可視化することは，病態の把握，治療方針決定などに重することは，病態の把握，治療方針決定などに重要な情報を供給できる極めて意義のある試みであ

要な情報を供給できる極めて意義のある試みである．とりわけ肩関節においては，骨などの硬組織る．そのためこれまで，解剖検体を用いた解析 1），を含め腱・靭帯などの軟部組織による関節の支持

体表マーカーを用いた解析 2），イメージマッチン機構が重要であり，個々の構造が複雑にかつ相互グの手法を用いた動作解析などが行われてきた的に作用することで有効な関節機能を果たすた

3）

め，生体内における生理的な環境下における動作

限界点が存在する．すなわち，靭帯や筋肉および解析が重要である．本研究では，生体内における腱に作用する生体内の力学的負荷や，動作の再現

病態把握が困難であった肩関節疾患について，生が困難である点や，間接的な解析のため解析精度

理的な環境下における動作肩関節接触面を4D-CTに問題があった．とりわけ肩関節においては，骨を用いて解析し，そのシステムを構築することをなどの硬組織を含め腱・靭帯などの軟部組織によ目的とした．これらの解析手法は広く全身における関節の支持機構が重要であり，個々の構造が複る関節運動の解析に応用することが可能であるこ

雑にかつ相互的に作用することで有効な関節機能とから，上肢疾患に限らず下肢および脊椎疾患にを果たすため，生体内における生理的な環境下における解析まで，高い実用性が期待される．今後

おける動作解析が重要である．我々はこれまで，

は国際学会での報告や，英文雑誌への投稿が見込

3 次元骨モデルを用いた生体内における生理的なまれる．

環境下での関節接触面の解析手法の有用性を報告．しかしながら，これらの解析手法には多くのしている．さらに近年，4 次元 CT（4D-CT）により 3 次元骨表面情報を一定の範囲で撮像すること
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

96 ─

が可能となり，この結果 3 次元骨モデルの連続撮影が可能となったことで，関節の動作解析の有用性が報告されている．そこで本研究では，生体内における病態把握が困難であった肩関節疾患について，生理的な環境下における動作肩関節接触面を 4D-CT を用いて解析し，そのシステムを構築することを目的とした．
1．研究方法北海道大学病院倫理委員会の承認のもと患者からのインフォームドコンセントが得られた上腕骨骨欠損を有する反復性肩関節脱臼患者 8 名を対象とした．先行研究に準じて健側・患側とも，肩関
節 90°外転，水平伸展位で肩関節内外旋動作（3.3
秒間，31 シーン）を行い，4D-CT 撮影を行った（図 1）4）．

CT 画像において肩甲骨関節窩の骨欠損および上腕骨頭の骨欠損（Hill-Sachs Lesion）を計測した．得られた 4D-CT 画像から，3 次元骨モデルを作成し独自に開発した解析ソフトを用いて，肩甲上腕関節接触面の解析を行った．肩甲上腕関節の図1

接触面は骨モデル間の距離が 4mm 以下を関節接触面と定義した．最大外旋位および最大内旋位の5.9% であった．外旋時に上腕骨頭にプロットさ

関節接触面の平均値を比較検討した（図 2）．

れた関節窩の関節接触面は，関節窩軌跡を視覚化したものであり，患側において，最大内旋位の平2．研究結果均関節接触面積は 678.5 ± 140.6mm2 であり，最大

平均年齢は 27.0 歳（20-38 歳）であり全て男性で外旋位の平均関節接触面積は 479.3 ± 110.7mm2 とあった．Hill-Sachs Lesion の最大幅は平均 20.5 ±

有意に小さい結果であった（p<0.05）．一方，健3.2mm であり，肩甲骨関節窩骨欠損幅は，13.5 ±側では，内外旋における接触面積に有意な差を認

図2
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

疾患について，生理的な環境下における動作肩関

表1
（mm ）
患 側
健 側
2

最大外旋位
479.3±110.7
689.3±124.6

97 ─

最大内旋位
678.5±140.6
694.9±123.8

p値
<0.05
>0.05

節接触面を 4D-CT を用いて解析した．
謝 辞
本研究助成をいただきました公益財団法人石本めない結果であった（表 1）．
3．考 察
4DCT を用いて反復性肩関節脱臼患者の生体内での関節窩軌跡を視覚化した．今回の研究では，最新の 4DCT の技術を用いて，肩関節不安定症患者の関節接触面積の動的評価を行った．動的評価
では，軟部組織バランスも考慮されるため，静的評価と比べより生理的である．また，最大外旋位
での関節窩軌跡の幅は細く最大内旋位よりも有意に小さい結果であった．骨欠損の存在により，肩甲上腕関節の接触面積は，最大外旋で最大内旋と比較し有意に小さくなり，生体内における双極性
骨欠損の新たな評価方法となる可能性が示唆された．これらの解析手法は広く全身における関節運動の解析に応用することが可能であることから，上肢疾患に限らず下肢および脊椎疾患における解析まで，高い実用性が期待される．また国際学会での報告や，英文雑誌への投稿が見込まれる．
4．結 論
生体内における病態把握が困難であった肩関節

デサントスポーツ科学 Vol. 44

記念デサントスポーツ科学振興財団ならびに対象
患者に深謝いたします．
文 献1） Momma D., Nimura A., Muro S., Fujishiro H.,

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computed tomography evaluation of shoulder joint
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25;12（1）:3231. Epub 2022/02/27（2022）─98 ─

求心性および遠心性収縮運動による運動単位動員特性の変化〜高密度表面筋電図を用いた解析〜学

廣野（共同研究者） 愛 知 工 業 大 学

功

刀

峻

早 稲 田 大 学

吉

村

茜

中

京

大

哲

也

Acute Changes in Motor Unit Discharge Property After Concentric Versus
Eccentric Contraction Exercise in Knee Extensor

byTetsuya Hirono

Laboratory of Neuromuscular Biomechanics,

School of Health and Sport Science, Chukyo University
Shun Kunugi

Center for General Education, Aichi Institute of Technology
Akane Yoshimura

Faculty of Education and Integrated Arts and Sciences,
Waseda University

ABSTRACTThe aim of this study is to compare motor unit discharge properties after exercise

between concentric and eccentric contraction. Eighteen young healthy men performed
repetitive concentric or eccentric isokinetic knee extension until they exerted less than

80% of the baseline strength. High-density surface electromyography was recorded

during ramp-up isometric contraction to 50% of baseline strength and individual motor

units were identiﬁed before and after the exercise. Motor units were tracked before andデサントスポーツ科学 Vol. 44

─

99 ─

after the exercise. Muscle cross-sectional area evaluated by ultrasound and electricallyevoked torque were measured. Sixty-four and ﬁfty-three motor units were analyzed inconcentric and eccentric conditions, respectively. Motor units recruited with moderate
to high recruitments thresholds significantly decreased recruitment thresholds underboth conditions. Motor unit discharge rate significantly increased after concentric
contraction compared to eccentric contraction. A signiﬁcant greater increase in muscle

cross sectional area was noted under concentric condition. The evoked torque wassigniﬁcantly decreased under both conditions, but no difference between the conditions.
These ﬁndings suggested that concentric contraction to failure contributes to greater
neural input to muscle and metabolic responses than eccentric contraction.
キーワード
高密度表面筋電図，運動単位，求心性収縮，遠心性収縮，疲労運動
Keywordhigh-density surface EMG, motor unit, concentric contraction, eccentric contraction,
fatiguing exercise

要 旨
本研究の目的は，求心性および遠心性収縮運動
直後の運動単位動員特性を調べることである．最

生し，代謝ストレスも大きくなることが示唆された．
緒 言

大等速性膝伸展運動を求心性条件，遠心性条件をレジスタンス運動は様々な要素から成り立って開始前筋力の 80％以下に疲労するまで反復しており，それらは形態学的または神経学的適応を引行った．疲労運動の前後に最大筋力の 50％の漸き起こすが，神経学的適用については方法論的制増的筋力発揮を行い，高密度表面筋電図を外側広約によって詳細に検証することが難しかった．近筋から取得し，個々の運動単位活動を記録した．

年，高密度表面筋電図を用いることで中枢神経系

運動前後に外側広筋の筋断面積を超音波診断装置

特性を計測できる新たな方法が開発された 1, 2）．

にて計測し，電気的誘発筋力も記録した．検出さ運動単位の動員閾値で階層分けを行い，異なる発れた運動単位数は求心性条件で 64，遠心性条件

揮筋力の強度ごとの発火頻度を評価することで，で 53 であった．その結果，両条件ともに中高強

運動単位活動特性を中枢神経系から末梢の筋への度で動員される運動単位が有意に動員閾値を下げ

神経入力指標として詳細に調べることが可能となた．特に求心性条件後に有意に大きな発火頻度上

り 3, 4），神経筋システムのより詳細な生理学的情昇と大きな筋断面積の即時増加が生じた．両条件

報が明らかになってきた．

で電気誘発筋力は低下し，条件間差はなかった．

異なる収縮様式，つまり求心性収縮と遠心性収これら結果から，求心性収縮を疲労困憊まで行う

縮とでは発揮トルク，神経筋適応，代謝反応が異と，遠心性収縮よりも大きな筋への神経入力が発なる．遠心性収縮は求心性収縮よりも強い張力

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

100 ─

を発揮でき，機械的ストレスが大きくなる 5）が，Bioelectronica, Torino, Italy）を用いて，デジタル

6, 7）．遠心性収縮は酸素消

ア ナ ロ グ 変 換 器（Quattrocento, OT Bioelectronica,

費量や乳酸蓄積量などに示されるように代謝コス

Torino, Italy）にて 2048Hz のサンプリング周波数

神経活動は抑制される
7, 8），そのため遠心性収縮は求心性で取得し，10-500Hz のバンドパスフィルターで収縮よりもパフォーマンスコスト比が大きくなる処理した．電極貼付位置は大転子と膝蓋骨外側上9）．遠心性および求心性収縮中の運動単位発火特縁の中点とし，剃毛とアルコールでの脱脂処理性を調べた先行研究では遠心性収縮よりも求心性後に貼付した．得られた単極信号はソフトウェ

10）．

ア 上（MATLAB R2019a, MathWorks GK, Tokyo,

しかしながら，収縮様式が高閾値，低閾値動員のJapan; DEMUSE software ver. 5.0.1; The University

運動単位それぞれにどのような影響を与えるかにof Maribor, Slovenia）で個々の運動単位に分解さ

ついては不明な点も多い．動員閾値毎に運動単位れた．生理学的なエラーを含むものを除外し，得には異なる特徴や，異なる変化を示すことが多くられた個々の運動単位波形を元に疲労運動前後にトを少なくし収縮が高い発火頻度を有することを報告したの研究で報告されている

3, 11）．

レジスタンス運動後には，筋力が低下し，これ同様の波形を追随できたものを解析に用いた 14,
15）．個々の運動単位の発火頻度は，漸増筋力発，中枢と末梢の疲労

揮中の 0-25%，25-40％，40-50％ MVC 中の発火．本研究の目的は，求心性また頻度平均として算出した．さらに動員閾値毎に，は遠心性収縮による疲労運動課題直後の運動単位

0-25%MVC で動員され始める運動単位群（MU0-の発火特性，筋収縮特性，代謝反応の即時的変化

25），25-40％ MVC で動員され始める運動単位群

を調べることとした．

（MU25-40），40-50%MVC で動員され始める運動は神経筋疲労と定義されを含んでいる12）

13）

1．研究方法

単位群（MU40-50）と仕分けた．
電 気 刺 激 装 置（DS7AH, Digitimer, Ltd.,

下肢に神経学的および整形外科的な既往のなHertfordshire, UK）を用いて，大腿四頭筋近位部

い 18 名の健常若年男性（平均±標準偏差，年齢；と遠位部に装着した表面電極から 200 マイクロ秒

24.9 ± 5.3 歳，身長；170.8 ± 5.6 cm，体重；67.2の単発矩形波を最大の誘発筋力が出力できる電流± 11.4 kg）が研究に参加し，1 週間の間隔を空けを流すことで誘発筋力を測定した．

て 2 度実験室に訪れ，求心性条件，遠心性条件を超 音 波 診 断 装 置（LOGIQ e Premium, GE実施した．参加者には事前に実験の目的および手

Healthcare）の拡張モードを用いて，臥位にて外順を書面と口頭で説明し，同意を得た後に実施し側広筋の筋断面積を計測した．計測部位は，大転た．なお本研究は中京大学の「人を対象とする研子と外側上顆を結ぶ 30％，50％，70％位にて計究に関する倫理審査委員会」の承認を得て実施さ測し，その平均値を解析に用いた．

れた．

運 動 課 題 は ダ イ ナ モ メ ー タ ー（CON-TREX;

参 加 者 は 膝 伸 展 筋 力 計（Takei Scientiﬁc

CMV AG, Dübendorf, Switzerland）を用いて実施

Instruments Co., Ltd.）に て 膝 関 節 屈 曲 90 度 位

し，膝関節屈曲 90 度から 20 度までの範囲での求の最大等尺性膝伸展筋力（MVC）を計測した．

心性収縮または遠心性収縮を全力で実施する課題

50％ MVC の漸増的筋力発揮中の外側広筋の活とした．角速度は毎秒 30 度とし，10 回を 1 セッ

動 電 位 を 64 の 表 面 電 極（ 電 極 間 距 離 8mm）か

トとした．セット間休息は 60 秒間とし，セットら な る 高 密 度 表 面 筋 電 図（GR08MM1305, OT間に膝関節屈曲 90 度での最大等尺性膝伸展筋力
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

101 ─

発火頻度の結果を表 2 に示す．0-25%MVC 発を計測し，運動開始前の 80％を下回るまでセットを繰り返し行った．

揮中の発火頻度における二元配置分散分析および統計分析において，反復測定の二元配置分散分

25-40%MVC 発揮中の発火頻度における三元配置

析にて筋断面積と誘発筋力の変化を検討した．分

分散分析の結果，交互作用は認めず，時期の主効

割プロットデザインの二元配置または三元配置分果を認めた（ともに p<0.001）．40-50%MVC 発揮

散分析を用いて，各運動強度での運動単位発火頻

中の発火頻度における三元配置分散分析の結果，度の変化，動員閾値の変化を検討した．各値は平時期の主効果（p<0.001）と併せて収縮様式と時期

均値±標準偏差で記載した．有意水準は 5％としの交互作用も認め（p=0.030），求心性条件で大きた．

な発火頻度上昇を認めた．
筋断面積および誘発筋力の結果を表 3 に示す．

2．研究結果筋断面積における二元配置分散分析の結果，時期

求心性運動は 6.6 ± 3.6 セット，遠心性運動は，の主効果（p<0.001）と交互作用を認め（p=0.001）

7.4 ± 3.3 セット実施された．得られた運動単位数

求心性条件で大きな断面積上昇を認めた．誘発筋

は求心性条件で 66，遠心性条件で 53 の運動単位

力の二元配置分散分析の結果，交互作用はなくが摘出された．

（p=0.110），時期の主効果のみ認めた（p<0.001）．

動員閾値の変化は表 1 に示す．三元配置分散分

3．考 察

析の結果，有意な時期の主効果を認め（p<0.001），
動員閾値が疲労運動後に低下した．さらに収縮様求心性収縮および遠心性収縮による疲労運動課

式と時期の交互作用を認め（p=0.031），遠心性収題を実施し，その前後で運動単位活動，筋断面積，

縮条件での動員閾値低下の程度が大きかった．

電気刺激による誘発筋力の評価を行った．両条件

表1

MU0-25
MU25-40
MU40-50

運動前18.8±4.3
33.5±4.143.8±3.0
表20-25%MVC発揮中25-40％MVC発揮中40-50％MVC発揮中

各運動単位群における動員閾値の変化（単位は％MVC）
求心性条件

デサントスポーツ科学 Vol. 44

運動前19.2±4.3
33.6±4.2
43.4±3.2

遠心性条件

運動後
17.6±5.1
28.1±4.834.8±3.9

各運動単位群における発火頻度の変化（単位はpps）
求心性条件
Pre
Post
8.9±1.7
9.6±2.6
11.5±1.7
14.0±3.1
9.2±1.712.1±2.6
13.8±2.1
17.6±3.6
11.9±2.2
15.4±2.98.9±1.513.4±3.0

MU0-25
MU0-25
MU25-40
MU0-25
MU25-40
MU40-50
表3筋断面積（cm2）
誘発筋力（Nm）

運動後
18.5±4.3
29.6±4.437.1±4.5

運動前63.6±8.851.2±8.9

遠心性条件
Pre
Post
7.7±1.58.8±2.1
10.5±1.612.8±2.5
8.4±1.910.7±2.2
12.5±2.0
15.3±2.910.8±2.0
13.6±2.3
8.7±2.2
12.7±3.0

筋断面積および誘発筋力の変化
求心性条件

運動後
70.3±10.1
30.7±8.0

運動前63.6±9.752.3±6.8

遠心性条件

運動後
67.9±10.0
35.1±10.1

─

102 ─

ともに運動単位の発火頻度上昇と誘発筋力の減少

実施した際の運動単位活動および筋収縮特性を評が生じ，筋末梢性の疲労が生じたことで，中枢神価した．疲労運動後に筋断面積の即時的な増加，経系が補間するようにはたらいたと考えられる．

誘発筋力の低下そして運動単位発火頻度の上昇が筋断面積も両条件で増加し，代謝性の反応が生じ生じた．特に求心性収縮条件後には，筋断面積のた．条件間の比較において，求心性運動後に筋断増加と高強度筋力発揮時の運動単位発火頻度上昇

面積上昇が大きく，運動単位発火頻度も高強度筋が顕著であった．これら結果より，求心性収縮疲

力発揮中に顕著な上昇を認めた．

労運動は遠心性収縮と比較して，筋への大きな神

疲労運動課題後に発火頻度が上昇するのは，筋末梢性の疲労により筋の出力低下が生じたため，それを補うように中枢神経系の活動が上昇したと考えられる 16）．本研究で用いた電気刺激による

経入力と代謝性ストレスを誘発することが示唆された．
謝 辞

誘発筋力は，中枢神経系の活動を切り離し，筋末

本研究に対して助成を賜りました公益財団法人

梢性の収縮特性のみを評価することができる．誘

石本記念デサントスポーツ科学振興財団に厚く御発筋力は両条件で有意に減少し（表 3），本研究課

礼申し上げます．研究指導いただいた中京大学の題で用いた運動開始前の 80％以下に最大筋力が渡邊航平教授に感謝申し上げます．解析手法に低下する疲労運動課題によって，筋末梢性の疲労

ついてご指導いただいた University of Maribor のを誘発したと考えられる．

Aleš Holobar 教授にも感謝申し上げます．また，

40-50％ MVC 発揮中において，求心性条件で顕著な発火頻度上昇を認めた（表 2）．前脛骨筋で本研究に参加していただいた参加者の皆様にも感謝申し上げます．

収縮様式ごとの運動単位発火特性を調べた先行研究 6）では．求心性収縮中に大きな発火頻度を有す

文 献ることを示しており，これは求心性が大きなエネ

1） Holobar, A. and D. Zazula, On the selection of the

ルギー消費を要することが原因と考えられる 17）．
実際に本研究においても，即時的な筋断面積増加で評価した代謝性変化は，求心性条件でより顕著な増加を示した（表 3）．即時的な筋断面積の増加
は，筋肥大に重要な代謝性ストレス指標であり

18,

19）

，大きなエネルギーコストおよび代謝ストレ

スが，求心性条件での中枢性の変化を誘発した可能性がある．
本研究は即時的な神経筋の収縮特性を評価したにすぎないため，トレーニング介入における各特性の変化については明らかでなく，今後さらなる検討が必要である．
4．結 論
求心性または遠心性収縮の運動を疲労するまで

cost function for gradient-based decomposition of

surface electromyograms. Annu Int Conf IEEE Eng

Med. Biol. Soc., 2008: p. 4668-71（2008）

2） Holobar, A. and D. Zazula, Correlation-based

decomposition of surface electromyograms at low

contraction forces. Med. Biol. Eng. Comput., 42（4）:p. 487-95（2004）

3） Watanabe, K., et al., Age-related changes in motor

unit ﬁring pattern of vastus lateralis muscle duringlow-moderate contraction. Age (Dordr), 38（3）: p.

48（2016）

4） Watanabe, K., et al., Modulation of Neural and

Muscular Adaptation Processes During ResistanceTraining by Fish Protein Ingestions in Older Adults.

J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci., 75（5）: p. 867-874（2020）

5） Hanten, W.P. and C.L. Ramberg, Effect ofstabilization on maximal isokinetic torque of thequadriceps femoris muscle during concentric andデサントスポーツ科学 Vol. 44

─eccentric contractions. Phys. Ther. , 68（2）: p.
219-22（1988）

6） Duchateau, J. and S. Baudry, Insights into the neuralcontrol of eccentric contractions. J. Appl. Physiol.

（2014）(1985 ), 116（11）: p. 1418-25

7） Gonzalez-Izal, M., E. Lusa Cadore, and M.

Izquierdo, Muscle conduction velocity, surface
electromyography variables, and echo intensity

103 ─

1725-89（2001）

13） Siegler, J.C. and P. Marshall, The effect of metabolic

alkalosis on central and peripheral mechanisms

associated with exercise-induced muscle fatigue inhumans. Exp. Physiol., 100（5）: p. 519-30（2015）14） Kunugi, S., et al., Motor unit firing patterns on

increasing force during force and position tasks. J.

（2021）
Neurophysiol., 126（5）: p. 1653-1659

during concentric and eccentric fatigue. Muscle

15） Del Vecchio, A., et al., You are as fast as your8） Hoppeler, H., Moderate Load Eccentric Exercise; Adischarge of motor neurons determine the maximal（2014）
Nerve, 49（3）: p. 389-97

Distinct Novel Training Modality. Front Physiol., 7:
p. 483（2016）9） Nishikawa, K., Eccentric contraction: unravelingmechanisms of force enhancement and energy
conservation. J. Exp. Biol., 219（Pt 2）: p. 189-96（2016）

10） Pasquet, B., A. Carpentier, and J. Duchateau,

Specific modulation of motor unit discharge for asimilar change in fascicle length during shortening
and lengthening contractions in humans. J. Physiol.,577（Pt 2）: p. 753-65（2006）

11） Watanabe, K. and A. Holobar, Quercetin ingestion

modifies human motor unit firing patterns andmuscle contractile properties. Exp. Brain Res., 239（2021）（5）: p. 1567-1579

12） Gandevia, S.C., Spinal and supraspinal factors inhuman muscle fatigue. Physiol. Rev., 81（4）: p.

デサントスポーツ科学 Vol. 44

motor neurons: speed of recruitment and maximal

rate of force development in humans. J. Physiol.,597（9）: p. 2445-2456（2019）

16） Contessa, P., A. Adam, and C.J. De Luca, Motor unit

control and force ﬂuctuation during fatigue. J. Appl.

（2009）
Physiol.(1985 ), 107（1）: p. 235-43

17） Pinniger, G.J., et al., Tension regulation during

lengthening and shortening actions of the humansoleus muscle. Eur. J. Appl. Physiol. , 81（5）: p.

375-83（2000）

18） Schoenfeld, B.J., Potential mechanisms for a roleof metabolic stress in hypertrophic adaptations toresistance training. Sports Med., 43（3）: p. 179-94（2013）

19） Hirono, T., et al., Relationship Between Muscle

Swelling and Hypertrophy Induced by ResistanceTraining. J. Strength Cond. Res., 36（2）: p. 359-364（2022）

─

104 ─

運動が炎症誘発性筋力低下を抑制する
分子機構の解明
名古屋市立大学大学院

檜

森

弘

一

Mechanisms of Exercise-Induced Improvement of Muscle Dysfunctionin Polymyositis

byKoichi Himori

Graduate School of Sciences, Nagoya-City University

ABSTRACTIn the present study, we investigated the role of p62 in exercise-induced adaptationin muscle of experimental autoimmune myositis（EAM）mice, a widely used animalmodel for polymyositis. C57BL/6J mice were immunized with myosin to induce EAM

and subjected to voluntary running exercise for 4 weeks. Voluntary running exercise

increased the levels of phospho-p62 and improved endurance performance but notmuscle mass and strength in EAM mice. Moreover, EAM was induced in muscle-

speciﬁc p62 knockout and wild-type littermates mice. The induction of EAM resulted

in signiﬁcant decreases in muscle mass, strength, and endurance performance in wildtype and p62 knockout mice, without any difference between genotypes. These results

suggest that voluntary running exercise improves endurance performance in EAM miceindependent of p62 function.
キーワード
自発性走行運動，多発性筋炎，オートファジー関連タンパク質，持久性運動能力，
炎症誘発性筋力低下

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

105 ─

KeywordVoluntary running exercise, Polymyositis, Autophagy-related proteins, Endurance performance,
Inﬂammation-induced muscle dysfunction

状を増悪させずに筋の退行性変化を改善すること

要 旨が複数報告されており，多発性筋炎患者に対する本研究では，多発性筋炎のモデル動物である

運動療法の有効性を示す知見が蓄積されつつある

実験的自己免疫性筋炎（experimental autoimmune

5-7）

myositis: EAM）マウスを用い，当該マウスに対の退行性変化を改善するメカニズムについては十する自発性走行運動の効果における p62 の役割を分に理解されていない．一方，先行研究において，検討した．C57BL/6J マウスにミオシンタンパク

持久性運動はオートファジー関連タンパク質であで免疫することで EAM を誘導し，4 週間の自発る p62 を介して骨格筋における抗酸化酵素を増加

性走行運動を負荷したところ，p62 のリン酸化をさせることが報告されている 8）．したがって，多増大し，EAM マウスの持久性運動能力を改善し発性筋炎による筋の退行性変化に酸化ストレスのたが，筋量や筋力は改善しなかった．また，筋特増大が関与することから考えると，多発性筋炎患

異的 p62 欠損マウスと野生型マウスに EAM を誘者に対する持久性運動の効果に p62 が重要な役割

導した結果，EAM マウスにおける筋量，筋力おを果たす可能性が考えられる．

．ただし，持久性運動が多発性筋炎による筋

よび持久性運動能力は，野生型と筋特異的 p62 欠

そこで本研究では，まず，多発性筋炎のモデル

損マウスの間に違いはなかった．これらの結果か動物である実験的自己免疫性筋炎（experimental

ら，自発性走行運動は EAM による持久性運動能

autoimmune myositis: EAM）マウスにおける筋量，力を改善するが，その適応機序に p62 は関与しな

筋力や持久性運動能力の低下に対する持久性運動

い可能性が示唆された．

の効果と p62 の変動を検討した．次に，EAM による筋の退行性変化における p62 の役割を検証し

緒 言

た．

特発性炎症性筋疾患である多発性筋炎では，自己免疫機序により筋組織が傷害され，著しい筋量，筋力や筋持久力の低下が引き起こされる 1）．多発性筋炎患者におけるこれらの筋の退行性変化は，
日常生活活動を制限し 2），生活の質の低下をもた

1．研究方法1．1 実験動物および多発性筋炎モデルマウスの作製方法
実験には 8 週齢の雌性 C57BL/6J マウス，筋特らすため ，そのメカニズムを解明し，有効な治異的 p62 欠損マウスおよびその野生型マウスを療法を確立することは重要な課題である．多発性使用した．筋特異的 p62 欠損は，ニューヨーク大筋炎による筋の退行性変化には，酸化ストレスの学の Steven J. Burden 教授より供与された mlc1f増大が重要な役割を果たすことが報告されている

Cre マウスと筑波大学の柳川徹教授より供与され3）が ，その詳細なメカニズムは未だ十分には解明た p62 ﬂox マウスを交配し作製した．餌と水は自されておらず，有効な治療法も確立されていない．

由摂取とし，明暗サイクル，温度（23 度）や湿度

近年，多発性筋炎患者に対する持久性運動が症（50%）が管理された名古屋市立大学実験動物研

4）

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

106 ─

究教育センターにてマウスを飼育した．すべての

1．5 検体採取

動物実験は，名古屋市立大学医学研究科動物実験

運動介入実験では，運動期間最終日の一過性の委員会の承認を得て実施した．運動介入実験では，運動の影響を取り除くため，運動期間終了 24 時

C57BL/6J マウスを実験的自己免疫性筋炎（EAM）

間後に，遺伝子組換え実験では，エマルジョンの群と対照（CNT）群に分け，さらに安静群と運動最終投与から 2 週後にマウスを解剖し検体を採取群に分けた．遺伝子組換え実験では，筋特異的した．解剖はマウスを麻酔下で頸椎脱臼し安楽死

p62 欠損（p62mKO）マウスとその野生型（WT）

させた後，腓腹筋および足底筋を採取し筋重量をマ ウ ス を EAM 群 と CNT 群 に 分 け た．EAM は，測定した．その直後に液体窒素にて凍結し実験に抗原（ラット由来ミオシン）とフロイント完全ア

使用するまで -80 度にて凍結保存した．

ジュバントを等量混合したエマルジョンを 1 週間
毎に 3 回投与することで惹起した 9）．

1．6 ウェスタンブロット
タンパク質の評価にはウェスタンブロット法を

1．2 運動方法使用した．方法は，凍結保存した足底筋をウェ

運動群は，エマルジョンの最終投与翌日からスタンブロット用のサンプルバッファーに懸濁

ケージ内に回転ホイールを設置し，4 週間の自発しタンパク濃度を測定した．測定後，アクリル

走行運動トレーニングを実施した．運動群はト

アミドゲルを用いて電気泳動しタンパク質を分レーニング期間中の走行距離を継続的に測定し，離した．分離後，タンパクはメンブレンに転写運動を十分に実施したマウスのみを解析に使用しし，p-p62 Ser351（PM074，MBL Life Science，

た．安静群は，運動群がトレーニングを実施する

Nagoya ， Japan ）， p-p 62 Ser 403（ D 343， MBL

期間中，飼育ケージ内にて通常飼育した．

Life Science ）， p 62（ p 0067， MilliporeSigma ，Burlington，MA，USA），Copper-Zinc superoxide

1．3 四肢握力評価

dismutase（ CuZnSOD ）（ ab 16831， Abcam ，

四肢握力の測定には小動物用握力計（GPM-

Cambridge，United Kingdom），Manganese（Mn）

Melquest，Toyama，Japan）を用いた．グリッ
101B，SOD（ab13534，Abcam），および Extracellular（Ec）

プバーにマウスの四肢を把持させ，尾部を後方にSOD（ AF 4817， R&D Systems ， Minneapolis ，

牽引し，発揮されたピークの張力値（g）を記録しMN ， USA ）， Peroxisome proliferator-activated

た．測定は 5 回 3 セット行い，最大値を各個体のreceptor- γ coactivator 1 α（PGC-1 α）（AB3242，

四肢握力とした．

MilliporeSigma），Cytochrome c oxidase subunit
IV（COX IV）（4844, Cell Signaling Technology，

1．4 持久性運動能力テスト

Danvers，MA，USA），Myosin heavy chain（MHC）

小動物用トレッドミルを用いて持久性運動能力

IIa（SC-71，DSHB，Iowa City，IA），MHC IIbを評価した．テスト前日までの 3 日間は，トレッ（BF-F3，DSHB）の一次抗体と反応させた．反ドミル走行に馴化させるため，13.4 m/min の速度

応後，各メンブレンは一次抗体に対応した HRP

で 10 分間走行させた．持久性運動能力テストでラベルした二次抗体と反応させ，検出試薬にては，傾斜 5 度とし，速度は 13.4 m/min から開始して，発色しイメージングアナライザー（LAS500，GE

30 分ごとに 2.7 m/min ずつ速度を漸増し，マウスがHealthcare，Chicago，IL，USA）で観察した．なお，

疲労困憊状態に至るまでの総走行距離を算出した．

タンパク発現量は Ponceau-S 染色によるバンド強デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

度で補正した .

107 ─の Ser351 リン酸化は，運動により増加する傾向がみられ，p62 の Ser403 リン酸化は，運動により

1．7 統 計増加した（図 2B）．抗酸化酵素である CuZnSOD

統 計 は，EAM を 誘 導 し た WT マ ウ ス とおよび EcSOD の発現は，CNT および EAM マウ

p62mKO マウスにおける持久性運動能力の比較に

スで運動により増加する傾向がみられ，MnSODは対応のない t 検定を使用した．その他の測定結の発現は，CNT および EAM マウスで運動によ

果の比較には 2 元配置分散分析を使用し，有意差り増加した（図 2C）．ミトコンドリア生合成やミが認められた場合には post-hoc test として多重比

トコンドリア量の指標である PGC-1 αの発現は，

較（Turkey法）を実施した．有意水準は5%とした．

CNT マウスで運動により増加し，COX IV の発現は，運動により増加する傾向がみられた．また，

2．研究結果EAM マウスにおける PGC-1 αと COX IV の発現

2．1 4 週間の自発走行運動は，EAM による持は，運動により増加する傾向がみられた．MHC

久性運動能力の低下を改善し，p62 のリ

IIa の発現は，CNT マウスで運動により増加し，ン酸化を増大させる

EAM マウスで運動により増加する傾向がみられマウスの体重は，すべての群で違いはなかった（図 1A）．腓腹筋の筋重量，四肢握力は，EAMた．MHC IIb の発現は，CNT および EAM マウス
で運動により減少した（図 2D）．

により低下し，これらの変化は安静群と運動群の間に違いはなかった（図 1BC）
．持久性運動能力

2．2 p62 の欠損は，EAM による筋量，筋力お

テストにおける総走行距離は，EAM により減少

よび持久性運動能力の低下に影響を及ぼする傾向がみられた．また，EAM マウスにおけさない

る総走行距離は運動により増加した（図 1D）．図マウスの体重は，すべての群で違いはなかっ

2A に足底筋におけるウェスタンブロットの代表た（図 3A）．腓腹筋の筋重量，四肢握力は，EAM的な撮影像を示した．EAM マウスにおける p62により低下し，これらの変化に遺伝子型による違

図 1 自発性走行運動がEAMによる筋の退行性変化に及ぼす影響

A）体重（BW）；B）腓腹筋（GA）の筋重量（体重で補正）；C）四肢握力（体重で補正）；D）持久性運動能力テストにおける総走行距離．
CNT-Sed:安静対照群，CNT-Ex：運動対照群，EAM-Sed：安静実験的自己免疫性筋炎群，EAM-Ex：運動実験的自己免疫性筋炎群．*P < 0.05, **P< 0.01, ***P < 0.001.

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

108 ─

図 2 自発性走行運動がEAMマウス骨格筋のタンパク発現に及ぼす影響

A）足底筋におけるウェスタンブロットの代表的な撮影像；B）リン酸化p62およびp62の変動；C）抗酸化酵素の変動；D）ミトコンドリア関CNT-Sed:安静対照群，CNT-Ex：運動対照群，EAM-Sed：安静実験的自己免疫性筋炎群，EAM-Ex：運連タンパク質およびミオシン重鎖の変動．
*P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001.
動実験的自己免疫性筋炎群．

図 3 筋特異的p62欠損がEAMによる筋の退行性変化に及ぼす影響

A）体重（BW）；B）腓腹筋（GA）の筋重量（体重で補正）；C）四肢握力（体重で補正）；D）持久性運動能力テストにおける総走行距離．
CNT-WT:野生型対照群，CNT-KO：筋特異的p62欠損対照群，EAM-WT：野生型実験的自己免疫性筋炎群，EAM-KO：筋特異的p62欠損実験的*P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001.
自己免疫性筋炎群．

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

109 ─

図 4 筋特異的p62欠損がEAMマウス骨格筋のタンパク発現に及ぼす影響

A）足底筋におけるウェスタンブロットの代表的な撮影像；B）リン酸化p62およびp62の変動；C）抗酸化酵素の変動；D）ミトコンドリア関CNT-WT:野生型対照群，CNT-KO：筋特異的p62欠損対照群，EAM-WT：野生型実験的自己免疫性
連タンパク質およびミオシン重鎖の変動．
EAM-KO：筋特異的p62欠損実験的自己免疫性筋炎群．*P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001．
筋炎群，

いはなかった（図 3BC）
．EAM 群における持久性
運動能力は，遺伝子型による違いはなかった（図3D）．図 4A に足底筋におけるウェスタンブロッ

マウスにおいて EAM により増加した（図 4C）．
3．考 察

トの代表的な撮影像を示した．p62 および p62 のEAM マウスの骨格筋における p62 のリン酸化

Ser351 リ ン 酸 化 は，CNT お よ び EAM 群 に お いや抗酸化酵素の発現は，4 週間の自発性走行運動て p62mKO マ ウ ス で 低 下 し た（ 図 4B）．p62 のにより増加したものの，筋量や筋力の低下は改善

Ser403 リン酸化は，CNT および EAM マウスにおしなかった．これらの結果から，筋量や筋力について p62mKO マウスで低下する傾向がみられた．

いては，そもそも運動効果が得られず，自発性

CuZnSOD，MnSOD，PGC-1 α，COX IV，MHC

走行運動よるリン酸化 p62 の増加は筋量や筋力のIIa，および MHC IIb の発現は，すべての群で違改善に寄与しない可能性が高い．自発性走行運動

いはなかった（図 4CD）
．EcSOD の発現は，WTにより EAM マウスにおける筋量や筋力の低下がデサントスポーツ科学 Vol. 44

─

110 ─

改善されなかった理由について，抗酸化剤であp62mKO マウスでも WT マウスと同様に EAM にる N- アセチルシステインの投与が EAM による筋よる筋量，筋力，持久性運動能力の低下が引き起力の低下を改善することが報告されている一方でこされ，遺伝子型による違いはなかった．また，

4），EAM による筋量や筋力の低下には複数の要

リン酸化 p62 の発現は p62mKO マウスで著しく低因が関係することが指摘されていることから 10），下するものの，PGC-1 α，COX IV および MHC

走行運動が酸化ストレス以外の要因に作用しなの発現は遺伝子型による違いがなかった．これ

かったか，あるいは，走行運動による抗酸化酵素

らの結果から，自発性走行運動によって生じたの増大が，EAM による筋量や筋力を改善するに

EAM マウスの骨格筋における適応的変化に p62は不十分であった可能性が考えられる．

は関与しない可能性が示唆された．

本研究における 4 週間の自発性走行運動は，

p62 の リ ン 酸 化 を 増 大 す る と と も に EAM に よ3．結 論

る持久性運動能力の低下を改善した．本研究で本研究では，EAM に対する自発性走行運動のは，EAM マウスにおける COX IV の低下が観察

適応的変化における p62 の役割を検討した．自発されなかったため，EAM による持久性運動能性走行運動は，EAM マウスの骨格筋における p62

力低下の要因をミトコンドリア量の減少では説のリン酸化を増加させるが，筋量や筋力を改善し明できず，明らかにすることはできかった．一ないため，筋量や筋力については，運動効果に

方，EAM マウスの骨格筋では，走行運動によりp62 が関与しない可能性が高い．一方，自発性走PGC-1 αと COX IV の増加および MHC IIa の増加

行運動は，PGC-1 α，ミトコンドリア酵素およびと MHC IIb の減少が観察された．そのため，走MHC IIa 線維の発現を増大し，EAM マウスの持行運動は EAM マウスの骨格筋におけるミトコン

久性運動能力を改善した．しかしながら，EAM

ドリア生合成の促進によるミトコンドリア量の増を誘導した WT と p62mKO マウスの間で，持久性加や MHC IIb 線維に比べて酸化的リン酸化能力

運動能力や上記タンパクの発現に違いがなかったに優れた MHC IIa 線維の増加を介して持久性運動

ことから，持久性運動能力についても，運動効果

能力を改善したと推察される．ミトコンドリアとは p62 を介さないと考えられる．

p62 の関連性について，先行研究では p62 のリン酸化が Parkin 依存性マイトファジーにおけるポリ
ユビキチン化されたミトコンドリアの分解に重要であることが示されており

11, 12），p62 がミトコン

ドリアの品質維持に関与すると考えられている．

謝 辞
本研究は，公益財団法人石本記念デサントス
ポーツ科学振興財団の助成を受けて実施しました．深く感謝申し上げます．

しかしながら，PGC-1 αを介したミトコンドリア
量の増加に対する p62 の役割を直接検証した報告はなく，自発性走行運動による p62 のリン酸化が，ミトコンドリア量の増加に寄与するかどうかについてはさらなる検討が必要である．
さらに本研究では，EAM マウスに対する運動効 果 に お け る p62 の 重 要 性 を 確 認 す る た め，

p62mKO マウスに EAM を誘導した．その結果，

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─

112 ─

アイシングに伴う骨格筋再生の阻害は筋代謝機能をも低下させてしまうのか？
大

学

芝

口

（共同研究者） 同

増

田

和

実

同

小

間

陸

嗣

金

沢

翼

Does Icing Therapy Decrease Both Regenerative and Metabolic Capacities
Following Skeletal Muscle Injury?

byTsubasa Shibaguchi, Kazumi Masuda, Rikuhide Koma
Kanazawa University

ABSTRACT
Effects of icing treatment following skeletal muscle injury on mitochondrial

biogenesis, pain marker, and ﬁbrosis were investigated in male Wistar rats. We also
examined the countermeasure for offsetting the negative impact of icing treatment. At

28 days after muscle injury, ﬁbrotic area was increased and protein level of Voltage-

dependent anion-selective channel 1 was decreased when an icing treatment（ice pack,

0℃ for 20 min）was applied immediately following the injury. The icing treatment

reduced mRNA expression levels of pain markers（bradykinin B2 receptor andmicrosomal prostaglandin E synthase 1）at 1 day after the injury. On the other hand, theicing-related promotion of ﬁbrosis was signiﬁcantly attenuated when intermittent heatstress was combined, especially from 1-day after the injury（42℃ for 30 min on every

other day until 14 days after the injury）．Therefore, these results suggest that an icing

treatment immediately after skeletal muscle injury attenuates muscle pain at early phasefollowing the injury but impairs both muscle qualitative and mitochondrial recoveries

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

113 ─

during the regeneration. Our ﬁndings also indicate that the negative impact of icing

treatment on ﬁbrosis could be rescued when hyperthermia is combined within 1-day
after the injury.
キーワード
筋再生，ミトコンドリア，筋痛，線維化，アイシング
KeywordMuscle regeneration, Mitochondria, Muscle pain, Fibrosis, Icing

要 旨

期間には身体活動量が低下することから，治癒期間の延長や筋の再生不全はさらなる筋機能の低下

本研究では，筋損傷後のアイシング処置がミトを招くだけではなく，昨今問題視されるメタボ

コンドリアや痛み因子，線維化へ及ぼす影響を明リックシンドロームやロコモティブシンドローム

らかにするとともに，アイシングの負の側面を相の誘導因子にもなり得る．したがって，損傷後の殺し得る介入法についてラットを対象に検討し筋再生を促進して治癒期間を短縮させる方策の確た．筋損傷後の単回のアイシング処置は，損傷

立は，アスリートの早期現場復帰や競技力向上は

28 日後の線維化面積を増加させ，VDAC1 タンパ

もとより，一般人の健康の維持・増進の観点から

ク質発現量を低下させた．痛み関連因子（BKB2R

も我が国における喫緊の課題であると言える．

と mPGES-1）の 損 傷 1 日 後 の mRNA 発 現 量 は，スポーツの現場では，筋損傷を含むスポーツ外

アイシング処置によって減少した．一方，アイシ

傷が発生した場合，急性期の応急処置としてアイング処置後に間欠的な温熱刺激を併用すると，特シングが推奨されている．アイシング処置によっに損傷 1 日後から併用した条件で線維化が無処置て炎症・疼痛が抑えられ，正常な組織の二次的損と同程度まで軽減された．以上の結果から，筋損

傷を防ぐことによって，その後の組織再生が促進

傷後のアイシング処置は単回であっても受傷後早されると長年考えられてきた 1, 2）．一方，近年，期の筋痛を軽減できるが，その後の再生過程で筋

アイシング処置が筋再生に対して必ずしも正の効の線維化を促進するだけでなく，ミトコンドリア

果をもたらすわけではないことが明らかとなりつ

量の回復も妨げることが示唆された．また，アイつある．筋損傷直後に単回・短時間（20 分間）でシング処置の線維化亢進作用は，アイシング後 1

もアイシング処置を行うと，再生筋線維の成長抑日以内から温熱療法を併用することで相殺できる

制や線維化の助長，筋線維組成の正常な分布へのことが示された．

回復遅延といった筋の再生不全が生じることが報

緒 言
骨格筋損傷は筋挫傷や肉離れなどによって生告されている 3-5）．しかしながら，損傷した骨格筋に対するアイシング処置の生理作用については未だ不明な点が多い．

じ，スポーツ現場では高頻度に発生する外傷の一

骨格筋が損傷すると，特にその程度が重度の場つである．しかしながら，その損傷の程度によっ合にはエネルギー代謝の要であるミトコンドリアては治癒までに数ヵ月を要する場合がある．治癒の量や機能も低下する 6）．また，筋再生過程におデサントスポーツ科学 Vol. 44

─

114 ─

いてミトコンドリアの生合成やマイトファジーを傷（IN）群と損傷＋アイシング（ICE）群の 2 群に阻害すると，筋線維の修復や再生筋線維の成長が分けた（各 12 匹）．池崎ら 10）の方法に基づき，両抑制され，線維化も助長されることが報告されて群のラットの両側足底筋に対して麻酔下で 0.5%

7, 8）

．したがって，筋損傷後のアイシング処

塩酸ブピバカインを筋注し，筋損傷を惹起させた．

置がもたらす筋再生不全の背景に，ミトコンドリ

ICE 群には筋損傷手術終了直後の 1 回のみ，0℃

ア機能の破綻（生合成や代謝機能の低下）が関与のアイスパックを両後肢に当てるアイシング処置

している可能性は十分に考えられるが，このようを 20 分間行った．また，10 週齢の無処置の個体な観点からアイシングの生理作用を直接的に検証を Baseline 用のコントロール（Con）群とした（6した報告はない．また，疼痛緩和ケアとしてアイ

匹）
．

いる

シング処置が有効であることは事実であるが，そ実験 2 では，ラットの体重が等しくなるよう INのメカニズムは必ずしも明らかでなく，この利点

群と ICE 群，損傷＋アイシング＋温熱刺激（IH）

を生かしてアイシング処置の負の側面を相殺し得群の 3 群に分け，IH 群をさらに損傷 1 日後（IHd1）

る具体的な方策も未だ確立されていない．

と 2 日後（IHd2）から温熱刺激を開始する 2 群にそこで，本研究では，アイシング処置がもたら分けた（各群 7 匹）
．Shibaguchi ら 4）の方法に基づす筋再生不全の背景にミトコンドリア機能の破綻

き，全群のラット両側ヒラメ筋に対して麻酔下の可能性を仮定するとともに，痛みへの影響を明で 0.5% 塩酸ブピバカインを筋注し，筋損傷を惹らかにするため，生化学的・分子生物学的に検討起させた．ICE 群と IH 群へのアイシング処置は，した（実験 1）
．また，筋再生を促す方策として温実験 1 と同様の方法で実施した．また，IH 群には，

熱刺激の有効性が報告されていることから

4, 5, 9），

アイシング処置と温熱刺激の併用条件によって温覚醒下での温水浴（42℃，30 分）を損傷 1 日後または 2 日後から隔日に，最大 2 週間施した．

熱刺激がアイシングによる筋再生不全を抑制する
介入法となり得るかについても検討した（実験 2）．
1．方 法

1．3 サンプリング
実験 1 では損傷 1 日後と 28 日後に足底筋を，実験2では損傷28日後にヒラメ筋を麻酔下で摘出し，1．1 実験動物

液体窒素で冷却したイソペンタン中で素早く凍結

実験動物には 10 週齢の Wistar 系雄性ラットをさせた後，分析まで－ 80℃で保存した．

用いた．ラットは室温 23 ± 2℃，湿度 50~60%，
12 時間の明暗サイクルに設定した動物飼育室で1．4 ウエスタンブロット法

飼育し，標準固形飼料（MF，オリエンタル酵母）

凍 結 し た 足 底 筋 サ ン プ ル の 一 部 を， ビ ー ズと水を自由摂取させた．なお，本実験は，金沢大式 破 砕 機（BMS）を 用 い て Phosphatase/Protease

学動物実験規則および日本生理学会の制定した生Inhibitor Cocktail（ナカライテスク）が添加された理学領域における実験動物に関する基本指針に従RIPA lysis buffer でホモジナイズし，14,000 g で遠い，金沢大学動物実験委員会の承認を得て実施し心して得られた上清を全画分として回収した．得た．

られた全画分のタンパク質濃度を Protein Assay

Kit（Bio-Rad）を用いた Bradford 法によって測定1．2 実験デザイン

し，各サンプルのタンパク質濃度が均一となるよ

実験 1 では，ラットの体重が等しくなるよう損

うに 2X および 1X SDS Sample buffer で調整した
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

表1

Gene
BKB2R
COX-2
mPGES-1
GAPDH

115 ─

プライマー配列一覧

Forward primer
GAGCTTGAAGCATCCTAGGGAATTGTACAAGCAGTGGCAAAGG
ACTGCAGGAGTGACCCAGATCTCTCTGCTCCTCCCTGTTC

Reverse primer
CGCTTATGCCGTGAGACAAGATAGCATCTGGACGAGGCTTT
TGGGTCCCAGGAATGAGTAG
CGATACGGCCAAATCCGTTCBKB2R: Bradykinin B2 receptor, COX-2: Cyclooxygenase-2; mPGES-1: Microsomal prostaglandin E synthase 1, GAPDH:
Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase.

後，全てのサンプルを 95℃で 5 分間加熱した．

3-phosphate dehydrogenase（GAPDH） を 用 い，

調 整 済 み の サ ン プ ル（ タ ン パ ク 質 量：5 µg）

GAPDH に対する各遺伝子の mRNA 発現レベルのを 10% の SDS-PAGE ゲ ル で 電 気 泳 動・ 分 離

相対発現量を算出し，Con 群の平均値に対する相し た． 泳 動 後， セ ミ ド ラ イ ブ ロ ッ テ ィ ン グ 装

対値で示した．

置（ATTO） を 用 い て ゲ ル か ら polyvinylidene

diﬂuoride（PVDF）膜（Merck Millipore）に タ ン

1．6 組織染色法

パ ク 質 を 転 写 し た． 転 写 後 の PVDF 膜 を Bullet

凍結したヒラメ筋サンプルから厚さ 8 µm の凍Blocking One for Western Blotting（ナカライテス

結切片を作成し，4% PFA/ リン酸緩衝液（ナカラク）で 5 分間ブロッキングし，その後 5% ウシ血イテスク）で固定処理した．流水水洗後，シリウ

清アルブミンを含む Tris-buffered saline containing

スレッドを含むワンギーソン液（武藤化学）で切0.1% tween 20（TBST） で 希 釈 し た 抗 Voltage-

片を染色した．染色後，切片を超純水で洗浄し，

dependent anion-selective channel 1 抗体（55259-1-

70% エタノールで分別，100% エタノールで脱水，AP，Proteintech）と4℃で一晩反応させた．その後，キシレンで透徹した後，封入剤（武藤化学）で切5% Bullet Blocking One for Western Blotting を 含片を封入した．顕微鏡（CKX41，オリンパス）とむ TBST で希釈した抗 Rabbit IgG-HRP 抗体（GE

顕微鏡用デジタルカメラ（DP71，オリンパス）

Healthcare）と室温で 1 時間反応させ，化学発光を用い，1 切片当たり 5 ヶ所を重複しないよう倍試薬（EzWestLumi plus，ATTO）を用いて目的の率 200 倍で撮影し，画像統合ソフトウェア（DPタンパク質のシグナルを検出した．検出したシグ

Controller，オリンパス）でコンピュータに画像を

ナルの強度は Image J（NIH）を用いて定量化し，取り込んだ．染色画像 1 視野の全面積当たりのコ

Con 群の平均値に対する相対値で示した．

ラーゲン染色部（赤色）の面積の相対値を Image J
で定量化し，1 個体のコラーゲン線維面積は 5 視

1．5 リアルタイム RT-PCR 法

野の相対値の平均値として算出した．

凍 結 し た 足 底 筋 サ ン プ ル の 一 部 か ら，ReliaPrep miRNA Cell and Tissue Miniprep System

1．7 統計処理（Promega）を 用 い て 全 RNA を 抽 出 し た． 抽 出

データは平均値±標準偏差で示した．実験 1 のし た RNA サ ン プ ル は，ReverTra Ace qPCR RT

検証では，対応のない t 検定を用いて IN 群と ICE

Master Mix（TOYOBO）を 用 い て cDNA に 逆 転群の平均値の差の検定を行った．また，実験 2 の

写 し，THUNDERBIRD Next SYBR qPCR Mix

検証では，一元配置分散分析を行い，多重比較検（TOYOBO）を用いて PCR を行った．各遺伝子の定はTukey-Kramer法を用いた．
有意水準はP < 0.05

増幅は，表 1 で示したプライマーを用いて実施しとした．

た．内在性コントロールとして Glyceraldehydeデサントスポーツ科学 Vol. 44

─

116 ─
れなかった．

2．結 果
2．1 筋損傷後のアイシング処置がミトコンド
リア量に及ぼす影響

2．3 筋損傷後のアイシング処置と開始時期の異なる間欠的な温熱刺激の併用処置が線

ミ ト コ ン ド リ ア 量 の 指 標 と し て， 損 傷 28 日

維化に及ぼす影響

後 の 足 底 筋 の Voltage-dependent anion-selective

図 3 に線維化の指標であるコラーゲン線維面積

channel 1（VDAC1）タンパク質発現量をウエスタの変化を示した．損傷28日後のヒラメ筋のコラー

ンブロット法で検討した．その結果，VDAC1 発

ゲン線維面積は，IN 群よりも ICE 群で有意に高現量は IN 群と比較して ICE 群で有意に低い値を示した（図 1，P < 0.05）．
2．2 筋損傷後のアイシング処置が痛み関連因
子に及ぼす影響
図 2 に 筋 痛 の 発 生 に 関 連 す る Bradykinin B2

receptor（BKB2R）と Cyclooxygenase-2（COX-2），
Microsomal prostaglandin E synthase 1（mPGES-1）の mRNA 発現量の変化を示した．損傷 1 日後の足底筋の BKB2R mRNA 発現量は IN 群と比較してICE 群で有意に低い値であった（P < 0.05）．また，
mPGES-1 mRNA 発現量も BKB2R の場合と同様に，IN 群の値が ICE 群よりも低値を示す傾向にあった（P =0.055）．一方，COX-2 mRNA 発現量には IN 群と ICE 群の間に統計的な差異は認めら

図 1 筋損傷後のアイシング処置による損傷28日後のミトコンドリア量の変化（n = 6/群）
破線は Baselineを表す *: P < 0.05 vs ICE群

図 2 筋損傷後のアイシング処置による損傷1日後の痛み関連因子mRNA発現量の変化（n = 5/群）
破線は Baselineを表す *: P < 0.05 vs ICE群デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

117 ─

図 3 筋損傷後のアイシング処置と開始時期の異なる間欠的な温熱刺激の併用処置による損傷28日後のコラーゲン線維面積の変化（n = 7/群）

赤：コラーゲン線維，黄：筋線維，Scale bars = 50 µm *: P < 0.05 vs IN群 , † : P < 0.05 vs ICE群 , ‡ : P < 0.05 vs IHd1群

い値を示した（P < 0.05）．筋損傷後のアイシングとが求められる．本研究では，足底筋の損傷直後処置と損傷 1 日後から間欠的な温熱刺激を併用しにアイシングを行うと，ミトコンドリア量の指標

た IHd1 群では，コラーゲン線維面積の値が ICEである VDAC1 発現量が損傷 28 日後に有意に低下群よりも有意に低く（P < 0.05），IN 群の値とほぼした（図 1）．また，筋種は異なるが，損傷後にア同程度であった．一方，間欠的な温熱刺激の併用

イシングを施したヒラメ筋では損傷 28 日後のコを損傷 2 日後から開始した IHd2 群では，コラー

ラーゲン線維面積が有意に増加した（図 3）．筋損

ゲン線維面積の値が IN 群との間に統計的な差異

傷後のアイシング処置は遅筋・速筋を問わず線維は認められなかったものの，IHd1 群の値よりも化を助長することが報告されている3, 4）．したがっ有意に高い値を示した（P < 0.05）て，上記の結果は，筋損傷後の応急処置としてのアイシングは再生筋の線維化を亢進するのみなら

3．考 察ず，ミトコンドリア量の回復も遅延化させ，筋機ミトコンドリアは筋代謝の要となるオルガネラ能と筋代謝能の回復両方を妨げる可能性を示してであり，かつ細胞機能の恒常性と密接に関係している．本研究ではアイシング処置によって再生筋いるため，その量や機能の低下，変異は筋萎縮やのミトコンドリア量の回復が遅延化する機序やこ

ミオパチー等の骨格筋機能不全を引き起こす 11,の現象と線維化との関連性を直接的に明らかにす

12）．骨格筋が損傷すると，特にその程度が大きることはできなかった．これまで，筋再生過程にいほど一時的にミトコンドリアの量・機能が著しおけるミトコンドリア生合成やマイトファジーを

く低下する

6, 7）

．したがって，競技復帰や健康の抑制すると，筋線維の再生抑制・線維化の助長が維持・増進の観点から，筋損傷後の再生過程では生じることが報告されている 7, 8）．したがって，筋線維の再生のみならず，ミトコンドリアの量や今後はアイシング処置がミトコンドリア量の回復

機能の回復も促進させて，筋機能や筋代謝を素早に及ぼす影響をより経時的に確認するとともに，

く元のレベル，あるいはそれ以上に回復させるこミトコンドリア生合成やマイトファジー関連因子

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

118 ─

等への影響について検討する必要がある．

温熱刺激を併用するタイミングによってそれらを骨格筋損傷を含む急性外傷の応急処置として正規化できるのではないかと考えた．そこで，本アイシングに疼痛緩和作用があることは広く知研究では，間欠的な温熱刺激の併用開始時期の違られているものの，その分子機序は必ずしも明いが線維化に及ぼす影響についても検討した．そらかでない．本研究では，我々の先行研究を基の結果，IHd1 群と IHd2 群ともに線維化の程度が，急性炎症に伴う筋痛の誘発に関与する分軽減されていたが，IHd1 群の方が ICE 群と IHd2

子として知られる Bradykinin の受容体の一つであ群よりも線維化面積が有意に小さく，IN 群と同る BKB2R程度の値であった．このことは，筋損傷後にアイに

10），Prostaglandin E2（PGE2）の産生に13）関与する COX-2と mPGES-1の mRNA 発現

シング処置を行ったとしても，速やかに（損傷後量を検討した．その結果，足底筋損傷後のアイ

1 日以内）温熱療法の併用を開始することによっシング処置によって損傷 1 日後の COX-2 mRNAて，アイシング処置による線維化の亢進を抑制で発現量は有意に変化しなかったものの，BKB2R

きることを示す．しかしながら，その分子機序はmRNA 発現量は有意に低下した（図 2）．また，不明であるため，今後さらなる検討が必要である．

14）

15）

mPGES-1 mRNA 発現量も低下傾向にあった．このことは，筋損傷後の単回・短時間（20 分）のア

4．結 論

イシング処置でも BKB2R 発現と mPGES-1 を介し本研究では，筋損傷受傷直後にアイシング処置

た PGE2 産生が抑制され，受傷後早期の筋痛が軽を単回・短時間（20 分間）行っただけでも受傷後減される可能性を示している．一方，PGE2 は筋早期の筋痛を軽減できるが，その後の再生過程に再生に必須の筋サテライト細胞の正の調節因子とおける筋の質的な回復と筋代謝の要であるミトコ，筋の再生過程で PGE2 シ

ンドリア量の回復の両方を妨げることが示唆されグナル伝達を阻害すると筋線維の再生不全や線た．また，アイシング後の併用処置としての温熱

16, 17）．

療法は，筋損傷後少なくとも 1 日以内から併用開したがって，本研究のアイシング処置によって生始することで，アイシングの負の側面（線維化のじた線維化の亢進とミトコンドリア量回復の遅延亢進）を相殺できる介入法となり得ることが示さに，受傷後早期の mPGES-1 を介した PGE2 産生のれた．

しても知られており

16）

維化の亢進が生じることが報告されている減少が関与しているかもしれない．この点については推測の域を出ないため，今後その機序を含め詳細に検討する必要がある．

謝 辞
本研究の遂行にあたり，研究助成を賜りました

筋損傷後の再生過程で炎症反応（マクロファー

公益財団法人石本記念デサントスポーツ科学振興

ジの浸潤）や筋サテライト細胞の動員が抑制され財団に厚く御礼申し上げます．また，実験・分析

ると筋線維の再生不全が生じ，線維化も亢進するの実施にご協力頂きました金沢大学人間科学系・

18, 19）

技術補佐員 伊藤仁美氏，山田理恵氏に深く感謝．筋損傷後のアイシング処置は損傷部位へのマクロファージの浸潤と筋サテライト細胞の増3）殖・分化を遅延化させるが ，一方で受傷直後の温熱刺激はこれらの応答を促進することが報告されている 9）．したがって，アイシング処置によって炎症・再生応答が遅延化したとしても，その後

致します．
文 献
1） K n i g h t K . L . C r y o t h e r a p y i n s p o r t i n j u r ymanagement, Human Kinetics, Champaign（1995）

2） M e r r i c k M . A . S e c o n d a r y i n j u r y a f t e r
デサントスポーツ科学 Vol. 44

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デサントスポーツ科学 Vol. 44

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─

120 ─

身体活動による骨格筋の形態学的変化は脳の健康増進に寄与するか？
：認知機能と情動の改善を目指した戦略の構築
公益財団法人
明治安田厚生事業団
体力医学研究所須藤

みず紀Do Physical Activity Induced Morphological Changes in Skeletal Muscle
Contribute to Improvement in Brain Health: Development of Strategic Measures
Towards Improvement of Cognitive Function and Moodby
Mizuki Sudo

Physical Fitness Research Institute,

Meiji Yasuda Life Foundation of Health and Welfare

ABSTRACTThe purpose of the present study was to examine whether environmental enrichment（EE）that enables facilitation of wheel running activity and locomotor activity（LA）

increase skeletal muscle mass and mitigate anxiety-like behaviors. The present EE
consisted of a running wheel, a slope, a tunnel, and a hut. Wistar rats were divided into
four different housing groups（standard environment: SE; only running wheel group:
EEW; EE without running wheel group: EENW; and EE, n=7-12, each）．The LA ofeach rat was continuously recorded using a three-axis accelerometer that was implanted

subcutaneously at the back of the rat. After exposure to each housing environment for
30 days, the animal was transferred to the an elevated plus maze to evaluate the anxiety

level. All experimental data were expressed as mean ± standard deviation. The level ofsigniﬁcance was set at P < 0.05. A two-way ANOVA found the statistically signiﬁcantmain effect of group（P = 0.001）．The post-hoc analysis showed that locomotor
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

121 ─

activity of the EE group was significantly higher than other groups（P < 0.001）．
Anxiety-like behavior was reduced in the EEW and the EENW groups. Soleus muscle
were greater in the EE, EEW, EENW groups compared with the SE group. Hence,the present study suggested that both wheel running activity and LA in the absence of
wheel running reduce anxiety-like behavior, but LA in the SE does not despite the sameamount of LA.
キーワード
身体活動，情動，骨格筋，環境エンリッチメント，不安様行動
Keywordlocomotor activity, mood, skeletal muscle, environmental enrichment, anxiety-like behavior

要 旨

的なパンデミックによる「身体活動」の低下に伴い，認知機能やメンタルヘルスが加速度的に悪化

本研究は，自発的な身体活動が骨格筋に及ぼすすることが懸念されており，「身体活動」が脳の影響と情動の関係を検証した．本実験は，Wistar

健康維持のために如何に重要であることを再認識系ラットを用い，4 条件の飼育環境として，自発させられている．身体活動は，認知機能や情動・的な身体活動誘導環境モデル（遊具＋ホイール

感情といったメンタルヘルスを維持・向上させる

群，ホイールのみ群，遊具のみ群），通常環境モだけでなく，予防策としても有力なツールとしてデル）を作成した．30 日間の飼育期間中，各個体認識されていることから，「運動による脳の健康における身体活動レベルを計測した．飼育期間終増進効果」の作用機序を解明すべく，脳や骨格筋

了後に，不安様行動，及び，後肢骨格筋の形態変といった単一の臓器 / 細胞に焦点を当てた研究が化を検証した．その結果，身体活動レベルは，環多く行われてきた．一方，運動の健康増進効果は

境エンリッチメント（遊具＋ホイール）条件群が全身に及ぶにもかかわらず，臓器間のクロストー

有意に高い値を示した．一方で，ヒラメ筋におけクに焦点を当てた研究は少なく，骨格筋と脳の関る骨格筋量は，通常環境条件群と比較して全群に係性を示すエビデンスも乏しいのが現状である．

おいて有意な増加を示した．また，不安様行動は，

これまでの先行研究より，身体活動が認知機能

ホイールのみ群，及び遊具のみ群において通常環の向上やメンタルヘルスの安定をもたらすことは境群よりも有意な低下を示した．以上のことから，知られている 1-5）が，未だ不明な点は多い．

自発的な身体活動による不安様行動の改善は，身動物モデルにおいては，飼育環境と脳機能の関体活動レベルに依存するとは限らず，骨格筋の形係を検証した先行研究として，環境エンリッチメ

態が関連している可能性が示唆された．

ント（Environmental Enrichment: EE）モデルが挙緒 言げられる．環境エンリッチメントには，標準的な飼育条件と比較して，感覚，認知，運動刺激を強近年，“いかに心身ともに健やかな状態で老いめる飼育条件が含まれる 6）．これまで，EE 条件

るか” が重要視されているが，COVID-19 の世界

は動物の探索，社会的相互作用，認知機能の向デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

122 ─

上，身体活動を誘導し，うつ病や不安様行動の改
善につながることが示唆されている

7-10）

．一方で，

EE 条件による脳機能への有益な効果は，部分的には EE 条件により誘発される身体活動量の増加と関連している可能性が高い．しかしながら，各個体ごとに定量し，2）骨格筋の形態的変化と行
動科学テストよる情動変化の関係を明らかにすることを目的した．
1．研究方法

個体の活動量の評価を集団で飼育から定量するこ

１．1 実験動物と飼育環境条件とは，技術的に困難であるため，我々の知る限り，本研究は，（公財）明治安田厚生事業団体力医EE 条件における各個体の身体活動量を直接的に学研究所動物実験委員会の倫理審査に則り実験評価した研究は皆無である．

を行った（No.2014002）．対象は，雄性の Wistar

また，近年，「健康寿命の長さ」は「骨格筋量」
11）

rat（6 週齢，SLC，各群 N = 7-12）とし，12 時間

ことから，の明暗サイクルで一定の温度，及び湿度が保た

骨格筋が身体全体に対して健康増進に重要な役割れた部屋で飼育を行った．餌と水は自由摂取とであることが示唆されている．さらに，歩行速度した．ラットは以下の 4 つの異なる条件下で飼育と強く相関することが示されている

12）との関係性も指摘されていることを行った（図 1）：通常の飼育ケージ（40 × 25 ×から，筋の動員そのものが脳への求心的な刺激と20 cm）内にて飼育する通常環境条件群（standard

なり，脳の機能を保つ可能性が予想されるが，身environmental condition; SE 条件群），大型のケー

体活動量と脳機能と骨格筋の 3 方向の視点からのジ（60 × 40 × 40 cm）に遊具（スロープ，小屋，知見はほとんどない．したがって，本研究は，自トンネル）とランニングホイールを設置して飼発的且つ継続的な身体活動による骨格筋の形態的

育 す る 環 境 エ ン リ ッ チ メ ン ト 条 件 群（enriched

変化が脳の機能維持に寄与するという仮説を立てenvironmental condition; EE 条 件 群 ），EE 条 件 群

た．本研究は，動物を対象に環境エンリッチメン

から遊具を省いて飼育するホイールのみ群（EE-

ト条件における，1）自発的な身体活動レベルを

Wheel; EEW 条 件 群 ），EE 条 件 群 か ら ラ ン ニ ンと認知機能

図 1 通常飼育ケージ（左）と環境エンリッチメントケージ（右）デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

123 ─

グホールを省いて飼育する遊具のみ群（EE- No-

重量を測定した．筋重量の統計結果をふまえた

Wheel; EENW 条件群）．全群は 1 ケージ 2 匹ずつ上で，Sol 筋を対象に組織染色を行なった．筋の複数飼いとし，飼育期間は 30 日間（順化期間は

サンプルは，液体窒素で冷却したイソペンタン

1 週間）とした．

中で急速凍結した．クライオスタット（-20℃，

Leica, CM1510）で 10 μ m の 横 断 切 片 を 作 成
１．2 身体活動レベルの評価

し，免疫組織学染色後を施した．一次抗体は，

身体活動レベルは，小動物専用の 3 軸加速セ

Mouse monoclonal slow MHC 抗 体（Novocastrate

ンサー（Nano-Tag: 15 mm × 14.2 mm × 7.1mm，Laboratories, Univ.of Iowa, 1：40），Mouse fast

2.5g，キッセイコムテック社，日本）を用いた．

MHC monoclonal 抗 体 の ア イ ソ フ ォ ー ム IIA 型

イソフルランによる吸引麻酔下で背部皮下にセン（Studies Hybridoma Bank, Univ.of Iowa, SC-71, 1：

サーを埋め込み，縫合の処置をおこなった．セン

1000）を用いた．全ての切片は，一次抗体処理

サーは，埋め込んでから 30 日間の飼育終了後に後，Vectastain ABC キ ッ ト（Vector Laboratories,

体内から回収した．加速度センターは，事前に設Funakoshi, Japan）を用いて免疫組織化学反応を施定した閾値以上の動きを感知し振動数として記録

し，光学顕微鏡下にて観察・撮影を行なった．筋することができる．本研究では，暗期における一線維横断面積（cross-sectional are: CSA）は，撮影

日当たりの総振動数における週ごとの平均値を算

画像を筋線維ごとにトレースした後，NIH の画像

出し，身体活動レベル（Locomotor Activity :LA）処理ソフト（Image J）を用いて測定を行なった．

として評価した．
1．5 統計解析
1．3 不安様行動の評価

全ての値は，
平均値±標準偏差で示した．グルー

不安様行動は，飼育期間終了後に，高架式十字

プ間の統計的比較は GraphPad Prism 9（version 9,

迷路テスト（Elevated Plus-Maze Test: EPM）より

GraphPad Software, La Jolla, CA）を用いた．身体評価した．この迷路は，25 × 5cm のオープンアー

活動レベルは，各群における週ごとの変化を二元

ムと高さ 15cm の黒色の壁に囲まれたクローズ

配置の分散分析を行い，不安様行動，及び筋重量

アームが交差しており，床からアームまで 70cm

は各群に対する一元配置の分散分析を行なった．

の高さを有している．アームには，高さ 3 mm の

また，CSA の統計解析は，Studentʼ s t-test を用い

プラスティック製の板がつけられており，動物がた．全て有意水準は 5% 未満とし，交互作用が見落下する可能性を限りなく低くした．対象動物は，られた場合，Tukey-Kramer による多重比較検定

中央部よりスタートし，10 分間の行動を継続的を実施した．

に動画記録した．取得した動画より各アームの滞在時間を，二次元動画解析ソフトウェア（Move-

tr/2D, Library）を用いて解析をおこなった．

2．結 果
2．1 体 重飼育終了後の体重は，各群間に有意な差異はな

１．4 後肢骨格筋の形態学的評価

かった（EE: 273 ± 10g, EEW: 272 ± 10g, EENW:

全 測 定 終 了 後 に， 麻 酔 下 に お い て， 前 脛 骨

275 ± 12g, SE: 279 ± 15g）．

筋（tibialis anterior: TA），ヒラメ筋（soleus: Sol）
，足底筋（plantaris: Pla）を摘出し，直ちに筋湿デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

124 ─

暗期における週ごとの身体活動レベルを算出した（図 2）．身体活動レベルは，群において主効
果が認められた （F 3, 24 = 7.137, P < 0.001）．また，多重比較検定の結果，EE 条件群の身体活動レベルは，各群よりも有意に高い値を示した（P <0.0001）．一方で，EENW 条件群は SE 条件群と比べて有意に低い値を示した（P < 0.0001）．

**

Locomotor activity count (/12h)

300000

EE
EEW
EENW

OPEN arm 滞在時間 / CLOSE arm 滞在時間(%)

2．2 身体活動量800

P<0.0001
600

P=0.021

400

200

0
EE

SE

EEW

EENW

SE

高架式十字迷路における各アームにおける滞在時間比
図 3図3高架式十字迷路における各アームにおける滞在時間比

200000100000*れ（F3,35 = 33.37, P < 0.0001），EEW 条件群，及び EENW 条件群において SE 条件群よりも有意

0
1week

2week

3week

4week

図2 暗期における週ごとの身体活動レベル

図 2 暗期における週ごとの身体活動レベル
mean ± SD. **P<0.00001vs. SE, EEW, EENW,

mean ± SD. **P<0.00001vs.*P<0.05
SE, EEW,
EENW, *P<0.05 vs. SE
vs. SEに高い値を示した（EEW; P < 0.0001, EENW; P =0.021，図 3）．
2．4 骨格筋湿重量

2．3 不安様行動の評価

飼育終了後に摘出した後肢骨格筋は，体重あEPM テストによる不安様行動は，各アームにたりの筋湿重量（mg / g）として算出した（表 1）．

おける滞在時間によって評価された（オープン

体重あたりの Sol 筋において群間における主効果

アーム；不安様水準が低い，クローズアーム；不がみられ（F3, 20 =10.66, P = 0.0002），SE 条件群

安様水準が高い）．オープンアーム滞在時間は，と比較して EE 条件群，EEW 条件群，EENW 条件

EEW 条件群（185 ± 31 sec），及び EENW 条件群

群において有意な高値を示した．TA 筋と Pla 筋に（233 ± 22 sec）では SE 条件群（103 ± 16 sec）とおいては，群間における差異はみられなかった．

比較して有意に高い値を示した（EEW; P < 0.0001,

EENW; P = 0.042）が，EE 条件群（82 ± 14 sec）

2．5 筋線維タイプ型の割合と筋線維横断面積に差異はみられなかった．また，それぞれのアー

体重あたりの骨格筋湿重量において，Sol 筋のム滞在時間の比（オープンアーム／クローズアー

み有意差が得られたことから，本報告書では，解ム）を算出した結果，群における主効果がみら析が終了した EE 条件群と SE 条件群両群間におけ

表 1 UV-visible absorption spectra of UV absorbers in DMF and on cellulose acetate film

Skeletal Muscle
EE
TA / BW, mg / g
1.57±0.03
Sol / BW, mg / g
0.45±0.01*
Pla / BW, mg / g
0.96±0.02
mean ± SD.*P < 0.05 vs SE

EEW

1.60±0.03
0.42±0.01*
0.95±0.01

EENW

1.59±0.03
0.40±0.01*
0.96±0.02SE

1.56±0.04
0.36±0.01
0.92±0.03

P value
P = 0.79
P = 0.0002
P = 0.34

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

125 ─

る筋線維タイプの割合と筋線維横断面積を定量しリッチメントが身体活動レベルに及ぼす影響を定た．

量的に検証し，それに伴う情動と骨格筋の形態学

筋線維タイプの割合は，MHC slow 型，及びMHC IIA 型の両方において SE 条件群（slow; 84.3

的変化について動物モデルを用いて評価することを目的として実施した．

± 7.1%, IIA; 22.3 ± 7.2%）と EE 条 件 群（slow;

その結果，1）暗期における身体活動レベルは，84.0 ± 5.0%, IIA; 25.2 ± 4.1%）の間に有意な差はホイールと遊具を設置した環境エンリッチメント

見られなかった．

条件群において，通常環境条件群，ホイールのみ

CSA は，slow 型， 及 び MHC IIA 型 に お い て，

条件群，遊具のみ条件群よりも高いことが明らか

EE 条件群は SE 条件群と比較して有意に高い値をとなった．一方で，2）不安様行動は，ホイール示した（slow 型 ; P = 0.04, 図 4, MHC IIA 型 ; P =のみ条件群と遊具のみ条件群の両方において抑制

0.02, 図 5）．

されていることが示唆された．骨格筋の形態的変

CSA of MHC slow ﬁber type (μm 2)

4000

SE

P=0.04EEて筋重量の増加がみられ，EE 条件群における横断面積が増加したことが明らかとなった．

3000

身体活動レベルの増加は，環境エンリッチメン
ト条件が自発的な身体活動量を促すことを示唆し2000ており，特に持久的な運動と視覚，感覚刺激を与える遊具の設置条件の組み合わせにおいて身体活動レベルが増加することが本研究より示唆され1000た．これまで，ラットにおいて身体活動量は赤外線レーザーを用いた方法による評価が多かった．

0

MHC slow型筋線維横断面積
図 4 図4ヒラメ筋におけるヒラメ筋におけるMHC
slow型筋線維横断面積

CSA of MHC IIA ﬁber type (μm2)

化は，SE 条件以外の群では，3）ヒラメ筋においP=0.02SE
EE

レーザーを用いた場合，X, Y, Z 軸方向の身体的動きを感知することで身体活動量を算出することができる．しかしながら，レーザーの場合，複数匹の動きに対して分別した解析が不可能であるため，単独での飼育中の身体活動量しか測定するこ2000とができない．単独飼育により，ラットの情動は1500

うつ状態に類似した応答が観察される可能性が高1000

い．したがって，単独飼育は，ネガティブな状態

500
0

MHC IIa型筋線維横断面積
図 5 図5ヒラメ筋におけるヒラメ筋におけるMHC
IIa型筋線維横断面積

3．考 察
本研究は，自発的な身体運動を促す環境エンデサントスポーツ科学 Vol. 44に起因した身体活動量の減少が予想され，健常なラットにおける身体活動量と比較して過小評価される可能性が高い．よって，環境エンリッチメン
ト条件における本研究の結果は，自発的な身体活
動量と脳機能の関係性を詳細に検証する上で重要なデータとなることが予想される．
本研究における不安様行動は，環境エンリッチ
メント条件では変化がみられなかったが，ホイー

─

126 ─

ルのみ条件と遊具のみ条件にて不安様水準の低下性があるため，身体活動レベルに依存しない筋肥が示唆された．これまでの先行研究では，ホイー

大がもたらされた可能性がある．

ル，トレッドミル運動などによる身体活動量の増

本研究では，身体活動レベルと筋重量の増加が加は，ポジティブな情動を誘発することが報告さ最も顕著であった環境エンリッチメント条件におれてきた 13, 14）ことから，情動の改善には効果的

けるヒラメ筋を対象とした筋線維タイプの割合とであると予想していた．しかしながら，本研究で筋線維横断面積を定量した．ラットのヒラメ筋は，は，ホイールと遊具を組み合わせた環境エンリッ

MHC IIA 型と MHC slow 型が主なものである 18）

チメント条件における身体活動レベルが上昇した

が，その割合に変化は見られなった一方で，両方にもかかわらず不安様行動の変化はみられず，ホの型における筋線維横断面積は増加し，肥大したイール運動を伴わない遊具のみ条件においても情ことが示唆された．すなわち，この筋線維の肥大動の改善が見られたことは興味深い．遊具のみ条が筋重量に反映されていると考えられる．筋線維

件は，身体活動レベルは通常飼育群よりも低下し横断面積の増加の要因は，先述した身体活動におていることが本研究の結果より示されている．ホ

ける筋の動員が要因として推測されるが，今後，イールによる有酸素的な運動を伴わない遊具のみ

筋タンパク質の合成機構についての詳細を検証すの環境が，探索行動や視覚刺激を促し，脳機能る必要があると考えている．

9, 10,

本研究より，環境エンリッチメント条件による15）を加味すると起こりうる現象である．したがっ自発的な身体活動レベルは増加したが，ポジティて，本研究の飼育環境において，身体活動レベル

ブな情動への変化と骨格筋の形態学的変化は非依に依存しない情動の安定がもたらされた可能性が存的である可能性が示唆された．現状では，骨格ある．

筋における形態学的変化が，脳機能の維持に影に影響を及ぼすことは，これまでの先行研究

また，本研究より，全ての群において身体活動響するか否かは断定することはできない．しかレベルに依存せず，通常環境条件よりヒラメ筋にし，マイオカインにより脳への影響を考慮した場おける筋重量と筋線維横断面積の増加がみられ

合，自発的な身体活動レベルの上昇が筋肥大をもた．従来，走行運動による筋の肥大は誘発しにく

たらし，筋より放出される物質が求心的に脳の神いとされてきたが，運動負荷の違いが走行中の筋経活動に作用する可能性は十分に考えられるだろ

16）

．本

う．本研究のモデル用いたさらなる検証が必要で研究にて設定した環境条件が，ホイールランニン

ある．さらに，脳機能の認知機能についても現在，グ，立ち上がり，歩行といった複数の行動を自発解析を進めており，自発的な身体活動による効果

的に実施したことで，複合的に筋の動員に作用しの検証を深めたい．

の動員に関連した知見も報告されているている可能性がある．また，先行研究では，実施頻度の多い低負荷レジスタンストレーニングが高4．結 論

負荷レジスタンストレーニングと比較して同等の本研究より，環境エンリッチメント条件はラン17）．

ニングホイールを伴うことで身体活動レベルが増

本実験モデルは，遊具のみ条件群では，スロープ，

加することが示された．一方で，ヒラメ筋量と横トンネル，立位可能なケージのサイズなどの環境

断面積は，環境エンリッチメント条件におけるの設置が，後肢の骨格筋に対して高頻度の低強度

ホールランニングの有無にかかわらず，不安様行

筋活動となり，ヒラメ筋量の増加に寄与した可能動の低下をもたらすことが示唆された．

筋肥大効果をもたらすことが指摘されている

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─謝 辞
本研究を遂行するにあたり，助成を賜りました
公益財団法人石本記念デサントスポーツ科学振興財団および関係者の皆様に厚く御礼申し上げます．
文 献1） Ando, S., Komiyama, T., Sudo, M., Higaki, Y.,

Ishida, K., Costello, J. T. and Katayama, K. Theinteractive effects of acute exercise and hypoxia on

127 ─

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─128 ─

ヒト身体がもつ冗長自由度は
目標指向性運動の学習を難しくしているのか？
：効果的な運動学習方法論の確立を見据えて
筑

波

大

学

佐

渡

夏

紀

Does The Redundancy in Human Body Make Learning Goal-Directed Motor
Tasks More Difficult?
: Insights into Establishing an Effective Motor Learning ProgrambyNatsuki Sado

Faculty of Health and Sport Sciences,
University of Tsukuba

ABSTRACTThe redundancy in human body is believed to make motor control more complex.

However, given the inherent noise in the human control system, the redundancy may

allow strategies to reduce the effects of noise during a several goal-directed motortask, making motor execution rather easy. Here I show a case in which experimental
reduction of degrees of freedom delays motor learning compared to the normal

condition in a non-dominant arm dart throwing task. A total of 21 adult male andfemale participants were randomly allocated to a shoulder-joint restrained group anda control group and asked to perform 20 throws x 10 sets of a non-dominant arm dart

task. The dart landing point and upper-limb kinematics were measured using a 3D

motion-capture system. The shortening of the distance between the landing point andtarget in the control group reached a plateau at approximately the third set, whereas thisshortening was delayed in the restrained group: at the third set, the distance between thelanding point and target was signiﬁcantly longer in the restrained group（0.135 ± 0.026

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

129 ─

m）than in the control group（0.099 ± 0.018 m）．These results suggest that practicemethods in which each motor segmented structure（i.e., part–method of learning）is

mastered separately can rather delay the learning of goal-directed motor tasks.
キーワード
運動制御 , ダーツ , 協調 , UCM 仮説 , 分習法
KeywordMotor control, Darts, Coordination, UCM hypothesis, Part–method of learning

要 旨

合わせ・筋活動の組み合わせが無数に存在する．
組み合わせが無数に存在することは，その構成要

ヒト身体の冗長自由度は運動制御を複雑にする

素のいずれかに機能障害が生じても運動遂行を可と考えられている．しかし，ヒト制御系に内在す能にするという点で，運動遂行可能性の頑健性とるノイズを考慮すると，冗長自由度はノイズの影いう利点をもたらしている．しかし，一意に定ま響を軽減させる方略を可能とし，運動遂行をむしらず無数に存在する組み合わせの中からある一つ

ろ簡単にしているかもしれない．本研究では，
ダーを決定しなくてはならないという状況は，計算論

ツ課題を用いて，実験的な自由度の削減が通常の上，制御を複雑にしているといえる．先に例示し条件と比べて運動学習が遅延するという事例を示たようなリーチング課題において，各関節運動はす．成人男女計 21 名を，肩関節を拘束する拘束

試行間でばらつくのに対し，手先の軌道はほぼ同群と対照群に無作為に割り付け，非利き腕ダーツ

じ軌道を描くことが観察されている 1）．この観察

課題を 20 投× 10 セット行わせた．三次元動作計

を基に Berunstein 1）は，ヒトは複数の要素を協調

測装置を用いてダーツの到達点と上肢の運動学をさせることで自由度を削減し，冗長性による複雑測定した．対照群ではおよそ 3 セット目で到達点さを解決していると推察した．つまり，制御を考– 目標間距離の短縮がプラトーとなったが拘束群える上では，身体が持つ冗長自由度は運動課題のではこの短縮が遅延した．3 セット目では拘束群遂行を難しくする要因と捉えられている．身体の（0.135 ± 0.026 m）で対照群よりも有意に到達点 –冗長自由度による運動遂行の複雑さは感覚的にも

目標間距離が長かった （0.099 ± 0.018 m）．この広く認識されている．例えば，運動の要素 （例え

結果は，運動構造を部分的に取り出すような分習ば走動作における接地や腿上げ）を取り出すこと法のような練習法は，むしろ目標指向型運動の学

で運動を簡略化して学習を促進する「分習法」が習を阻害してしまう可能性を示唆している．

運動学習の実践場面でしばしば用いられ，保健体

緒 言育の教科書にも取り上げられている．
ヒト身体には中枢神経系の運動指令から筋活動

ヒトの身体は 200 以上の骨を 600 以上の筋で制に至るまでに取り除くことのできないノイズが内御している多自由度系である．目の前のコップに在する 2）．この制御系のノイズによってヒトはい

向かって手を伸ばすような単純な動作であってかに簡単な動作であっても完全に同じ動作を再現も，達成するための手先の軌道・関節角度の組みすることができない．このことは特にリーチング

デサントスポーツ科学 Vol. 44

130 ─
A

B

10

F2
〔N〕

10

F2
〔N〕

10

C

F2
〔N〕

─

F1+F2=10
0

10

F1
〔N〕

（N）

F1+F2=10
0

10

（N）

F1
〔N〕

F1+F2=10
0

10

F1
〔N〕

（N）

図 1 UCM仮説の概念図

Aは学習前，Bは協調によってパフォーマンスが改善
ここでは両手の（左手:F1 右手:F2）合計で10 Nバネを押すという試技を例にしている．
Cはバラつきの縮小によってパフォーマンスが改善した分散をそれぞれ示している．
Bのように「結果に関係す「UCM仮説」
では，した分散，（直線に平行な方向）のばらつきを制御しない
るばらつき」（F1+F2=10の直線に直交する方向）のみを制御し「結果に関係のないばらつき」という協調方略によって合計値を10 Nに近づけると考えられている．

やダーツ投げのような目標指向型の運動課題を再課題における冗長性の利用については推察の域を現よく正確に行う上で問題となりうる．ヒト運動

出ない．

制御の協調方略として「Un-Controlled Manifold

本研究では，ダーツ未経験者を対象とした非利（UCM）仮説」が提唱されている ．この仮説でき腕ダーツ課題を用いて，実験的な自由度の削減

は，ヒトの制御系があらゆる全ての運動要素を個が初期の運動学習に及ぼす影響を検討することを別に制御しようとしているのではなく，運動課題

目的とした．実験に先立ち，冗長自由度が削減さの達成に関わる方向へばらつかないように要素間れた条件では学習が遅延することを仮説とした．

3）を共分散させ，逆に要素間の関係から課題の結果に影響を及ぼさないばらつきは制御しないという

1．方 法

ものである 4-7）
（図 1 にその概略を示した一例を載

1．1 実験デザインせる）．このような UCM 仮説を基に，自由度が関節の拘束による運動自由度の削減が運動学習高い状況下では要素間の協調というノイズの影響に及ぼす影響を検討することを目的に，関節の拘を軽減して運動の正確性を高める方略が可能にで

束により運動自由度が削減された状態で実験試技きると考えることもできる．換言すると，運動課を行う「関節拘束群」と肩関節が拘束されていな題の達成を “難しく” していると捉えられる冗長い状態で実験試技を行う「対照群」に研究対象者

自由度を，むしろヒトは利用して正確性の高い運を無作為に割り付け，非利き腕ダーツ課題を行わ

動遂行を “簡単” にしているとも捉えることがでせるランダム化比較試験を行った．

きる．これまで，様々な目標指向型課題において，実験に先立ち，片側の対応のない t 検定を対

運動要素間の協調や上達に伴う協調度合いの高ま

象に検定力分析（α = 0.05, 1- β = 0.80）を行い，12-14），冗長性が運動課題を達成

各群 10 名の計 20 名が必要であることを確認しする組み合わせの多様性を生み出し，ヒトはそのた．この検定力分析の結果を基に，研究対象者

冗長性を「利用して」課題を達成していると推察

はダーツ投げ経験のない健常な筑波大学に所属

りが確かめられはされてきた12-14）．しかし，自由度が低減するする学生男女 21 名とした．研究対象者を，肩関と運動の学習・制御に実態としてどのような影響

節を拘束される関節拘束群 11 名（男性 5 名，女性を与えるかは直接検証されておらず，目標指向型

6 名，22.4 ± 4.4 歳）と，肩関節を拘束しない条件
デサントスポーツ科学 Vol. 44─

で同課題を行う対照群 10 名（男性 5 名，女性 5 名，

131 ─

した（図 2A）．

22.5 ± 4.0 歳）に無作為に割り付けた．各研究対

解剖学的肢位のデータを取得し，その後手関節

象者には事前に実験の目的及び試技内容の説明をの内外側と肘関節の内外側に貼付したマーカーを行い，書面にて協力の同意を得たうえで実験を除去した．マーカーの除去後，肘関節及び肩関節行った．本研究は筑波大学体育系研究倫理委員会

中心を算出するための機能的動作を行わせた．肘の承認を得て行われた（体 021-86）．

関節の機能的動作は肘関節 90 度程度の屈曲・伸展を 5 回繰り返しであった．肩関節の機能的動作

1．2 実験手順は 1. 水平外転 0 度から 90 度の方向に 30 度程度の本研究のダーツ課題にはハードダーツ

肩関節屈曲・外転動作，2. 肩関節屈曲 30 度から中国）が使用された．ダーツのシャ（Chandeny 製，

外転 30 度までの水平外転および逆回転，であっ

トル側の末端には直径 10 mm の反射マーカーを，た．この動作は，股関節中心推定のガイドライン

針先から 0.03 m の位置には反射マーカーで用いらで提案されている Star-Arc 動作 8）を肩関節用に改れる再帰反射シールをそれぞれ貼付した．ダーツ

変したものであった．以上の事前測定後，関節拘競技で使用される標的は情報を多く含むため，研

束群には肩関節内外転の拘束が行える添え木を，究対象者が得られる視覚的なフィードバックが的対照群には拘束群が装着した装具と同程度の質量とダーツ着弾位置のみとなるよう，ダーツ投げのである木片をそれぞれ上腕と体幹に装着した（図標的には 0.75 m × 0.50 m のコルクボードを用い

2B）．関節拘束群では，拘束具により肩関節の運た．コルクボードには 4 隅及び左辺上に計 5 点の動ができないことを，対照群では木片を装着した半球型の反射マーカーを貼付し，目標点となるよ後も肩関節の運動が可能であることを確認した．

う対角線の交点にバツ印をつけた．

添え木及び木片はいずれもベルトで巻いて固定し実験に先立ち，研究対象者には実験用ウェアのた後にずれないようにテープで補強した．

着用させた．直径 14 mm の反射マーカーを肩甲実験試技は，非利き腕によるダーツ投げ課題 20

帯と上肢の解剖学的特徴点に貼付した（図 2A）．

投× 10 セットの計 200 投とした．全ての研究対象

また，上腕と前腕には 4 つの反射マーカーが固定

者は右利きだったため，左腕で実験試技を行った．

されたプラスチックのクラスターマーカーを貼付

各セット間には 1 分間の休憩を設け，装具の固定

A

B

C

関節拘束群

図 2 実験設定対照群

A: マーカーセット，B: 肩関節の拘束方法，C: 使用した4セグメント（肩甲骨，上腕，前腕，手）+ダーツのモデル

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

132 ─
A. 対照群女子
0.3

a.1setb.2setc.3setd.4sete.5setf.6setg.7seth.8seti.9setj.10set0-0.3

ダーツ到達点 鉛直方向座標（m）

0.3

0

-0.3

B. 拘束群女子
0.3

a.1setb.2setc.3setd.4sete.5setf.6setg.7seth.8seti.9setj.10set

0

-0.3
0.3

0

-0.3
0.3

0

-0.3 0.3

0-0.3 0.3

0-0.3 0.3

0-0.3 0.3

0-0.3

図 3 ボード上のダーツ到達点の典型例

Aは対照群女子の，Bは拘束群女子の一例を示している．原点はダーツの標的点として示している．

によって傷害や不快感が発生していないかを確認

リング周波数 200 Hz で収集した．標的の鉛直下しながら実験を進行した．

方向の地面上の点を原点とし，投射方向を向いた

世界ダーツ連盟（World Darts Federation）の公際の右方向を x 軸正方向，投射方向を y 軸正方向，式ルールに則り，高さ 1.73 m ・距離 2.43 m を目

鉛直上方向を z 軸正方向とする右手系の座標系を標点と設定し，コルクボードの対角線の交点がそ

絶対座標系と定義した．

の位置になるよう丁寧に設置した．標的の高さに対する研究対象者の身長の違いによる影響を考慮

1．3 データ分析

し，0.10 m の踏み台を用いて 0.10 m 単位で調整を得られた座標値データは残差分析 9, 10）により行った．

遮断周波数を決定し，2 次の Butterworth low-pass

赤外線カメラ 6 台を有する光学式 3 次元自動

digital ﬁlter を双方向からかけることで位相ずれ

動作計測装置（Motion Analysis Corp. Santa Rosa,の無いように平滑化した．実際に使用された遮断CA, USA）により研究対象者・ダーツ・コルクボー

周波数は，研究対象者の上肢のマーカーが 13–19

ドに貼付した反射マーカー 3 次元座標値をサンプ

Hz，ダーツのマーカーが 13–16 Hz であった．本デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

133 ─

研究では左肩甲帯，左上腕，左前腕，左手部かダーツの持ち手の座標はダーツ針先側の反射ら構成された 4 セグメントモデルを使用した（図マーカーから 0.035 m シャトル側後部の反射マー

2C）．手関節中心は関節の内外に貼付した 2 個のカー方向へ向かった点としてそれぞれ定義した．

マーカーの中点定義とした．肘関節中心は，肘関ダーツの針先の座標は，シャトル側後部の反射

節屈曲伸展課題中の，上腕に対する前腕のクラスマーカーから針側の反射シールまでの線分を 0.03

ターマーカー 4 点に共通する幾何学的回転軸を求m 延長した所にある点と定義した．ダーツ離手め，上腕骨内・外側上顆の位置を回転軸に投影し瞬間は，ダーツの持ち手と第三中手骨の距離が 3．肩関節中心は，肩関節SD 以上離れた瞬間として定義した．針先の座標の機能的運動課題中の，肩甲帯における上腕のクがコルクボード平面を通過した瞬間の 3 フレーム

ラスターマーカー 4 点に共通する幾何学的な回転前から 3 フレーム後までの計 7 フレームの針先の中心を求めることで定義した 11）．

座標で 3 次スプライン内挿を行い，コルクボード

その中点と定義した

11）

ダーツ到達点－標的距離（m）

0.30

0.20

＊

＊：p <0.005

0.10

対照群

関節拘束群
0

1

2

3

4

5
6
セット数

7

8

9

10

図 4 ダーツ到達点―目標座標のセット内平均

アスタリスクは有意差を表している（Bonferroniの不等式を用いて，有意水準の補正を行っている）

ダーツ到達点の鉛直方向座標（m）

0.20

0

-0.20

対照群

関節拘束群
-0.40

1

2

3

4

5
6
セット数

7

8

9

10

図 5 ダーツ標的点を原点としたダーツ到達点の鉛直座標の各セットの平均値
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

134 ─

肩関節角度（rad）

0

-0.5

対照群

関節拘束群
1
0
肱関節最大屈曲瞬間

50
正規化時間
（%）

100
離手瞬間

図 6 肩（肩甲上腕）関節角度の時系列変化の例

関節拘束群と対照群それぞれ1名ずつの10セット目20投のアンサンブル平均を示している．
時間は肘関節最大屈曲瞬間から離手瞬間までを
肩甲骨上角から肩峰に向かうベクトルと肩関節中心から肘関節中心に向かうベクトルが同じ方向を向いてい
100%として正規化している．
る肢位（上腕が水平に近い肢位）を0度とし，正が外転，
負が内転として示している．

平面上の点を着弾位置と定義した．コルクボード

ダーツ到達点―標的間距離が短縮された（図 3，

4 点の位置座標からコルクボードの対角線の交点

4）．距離の短縮は，
関節拘束群ではおおよそ6セッ（つまり目標点）を原点とする右手系の座標系をト目，対照群ではおおよそ 3 セット目でそれぞれ定義し，着弾位置はこの座標系で示した．肩関節

プラトーとなることが観察された（図 4）．3 セッ

角度を，肩峰角（AI）から肩甲骨上部角（TS）にト目において関節拘束群（0.135±0.026 m）のダー

向かうベクトルと肘関節中心から肩関節中心に向ツ到達点―標的間距離は対照群（0.099 ± 0.018 m）

かうベクトルの角度として算出した．

より有意に長かった（p=0.04，図 4）．全てのセッ
トで，標的を原点としたダーツ到達点の鉛直座標

1．4 統計処理

は関節拘束群と対照群の間に有意差は認められな

本研究では，各種の変数について 1 セット 20 投かった（p>0.14，図 5）．

の平均値を各研究対象者の各セットの代表値とし対照群では離手に向かって肩関節が約 0.2 radて統計処理に用いた．ダーツの飛行中の姿勢によ（約 11 ﾟ）外転したのに対し，関節拘束群の肩関り針先側の反射シールの位置が計測できなかった

節はほとんど動いていないことが確認された（図試技は除外した．Shapiro-Wilk test を用いて正規6）．

性を確認した後，正規性の有無に応じて対応のな
い t-test と Wilcoxon signed-rank test のいずれかを

3．考 察用いてダーツ到達点から標的間の距離の群間差を非利き腕ダーツ投げ課題において，対照群では検定した．危険率は Bonferroni の不等式を用いておよそ 3 セット目で到達点 – 目標間距離の短縮が補正し，検定全体の有意水準は 5 % とした．

プラトーとなったが，拘束群ではこの短縮が遅延

2．結 果
関節拘束群も対照群もセットが進むにつれてすることが観察された．3 セット目では拘束群で対照群よりも有意に到達点 – 目標間距離が長かった．これらの結果は，非利き腕ダーツ投げ課題で
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

135 ─

は冗長自由度の実験的な削減が運動学習を遅らせ度が関わる運動課題に直接適用できない．また，たことを示している．

本研究は初期の運動学習を対象としており，運動

ダーツ試技中の肩関節角度の変化は関節拘束群

課題の経験者がさらに正確性及び再現性を高める

で小さく，関節拘束が適切に行われたことを確認という運動学習に本研究で得られた知見を適用すした．また，ダーツ到達点の鉛直座標に差はみらることはできない．つまり長期的な運動学習に対れなかった．従って，本研究で得られた拘束群とする言及にも限界がある．以上のような部位特異対照群の差は，肩関節の自由度削減によってダー性・自由度特異性・短長期の特異性といった問題

ツ速度が不足したことによるものではなく，運動が解決されることで，冗長自由度と運動学習の関学的自由度の削減が影響した結果を表しているも係が今後さらに明らかにされていくと考えられのと考えられる．

る．本研究の知見はこれらの検証をするための仮

これまで，様々な目標指向型課題において，関節運動や筋活動，投射運動における投射角度・投説を立てる上で重要な根拠を提示するものである．

射速度の変数（リリース変数）が運動学習によっ

運動学習の現場では，複数の運動要素からなる

12-14）．

全身運動について，運動要素を取り出して個別にこれらの協調研究では，冗長性により運動課題を学習させ，後で組み合わせる「分習法」がしばし達成する運動の組み合わせの多様性を生み出し，ば用いられている．しかし，本研究は自由度を削

ヒトは「冗長性を利用して」課題を達成している

減することでむしろ正確性を求められる目標指向て協調していくことが確かめられてきたと推察されてきた

12-14）．しかし，筆者の知る限型運動課題の学習が遅延することをダーツ課題でり，自由度を実験的に削減して通常の運動学習と示した．本研究で得られた知見が先駆けとなり，比較した研究は行われておらず，冗長自由度が目

今後一般化されることで，全身運動の運動要素を

標指向型運動の利点となることを直接示した研究

細分化して習得する分習法に代わり，まとめて習は見られない．そのため，「単に制御変数の次元得するための運動学習理論が構築されることが期を削減して冗長自由度による計算コストを小さく待される．

するためだけに強調させているのか」，「運動課題の正確性を高めるために冗長自由度を利用してい

4．結 論

るのか」
，について直接言及することができなかっ本研究では非利き腕ダーツ投げ課題における，た．一方，本研究は非利き腕ダーツ投げ課題にお肩関節拘束による実験的な自由度の削減が初期のいて冗長自由度の削減が運動学習を遅らせたこと

運動学習に及ぼす影響を検討した．ダーツ到達点を示した．この結果は，これまで推察の域を出な―目標点間の距離を肩関節の冗長自由度を持たな

かった，運動を複雑にしていると考えられている

い関節拘束群と対照群で比較した結果，関節拘束

冗長自由度がむしろヒトの正確性・再現性の高い群の方が通常の試技を行う対処群よりも距離が短

パフォーマンスに有利であることを直接的な事例

縮されるのが遅くなった．本研究の結果は，運動を示すものである．

学的自由度が大きい状況がむしろ運動学習にとっ本研究では非利き腕ダーツ投げ課題という上肢のみの運動を対象とした．そのため，冗長自由度の削減が運動学習に及ぼす影響について今回得られた知見を他の身体部位，より多くの身体の自由
デサントスポーツ科学 Vol. 44て有利になる事例の 1 つを示すものである．
謝 辞
本研究は堆耕平氏・藤森俊秀氏・野中愛里氏（筑

─

136 ─

波大学大学院）の多大な協力を得て行われた．また，公益財団法人石本記念デサントスポーツ科学振興財団第 44 回（2022 年度）研究助成金に支援された．ここで深く御礼申し上げる．
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デサントスポーツ科学 Vol. 44─

日本外傷データバンクを用いたスポーツ関連外傷の疫学データの推移と予後関連因子に関する研究
大

阪

大

学

中

尾

俊一郎

（共同研究者） 同

廣

瀬

智

也

同

中

川

雄

公

同

片

山

祐

介

同

北

村

哲

久

Epidemiological Study in Sports-Related Trauma
Using The Japan Trauma Data Bank

by
Shinichiro Nakao , Tomoya Hirose ,Yuko Nakagawa , Yusuke Katayama

Department of Traumatology and Acute Critical Medicine,
Osaka University Graduate School of Medicine
Tetsuhisa Kitamura

Department of Social and Environmental Medicine,
Osaka University Graduate School of Medicine

ABSTRACT
Background: Sports-related trauma is an important epidemiological problem. The

purpose of this study was to evaluate epidemiological characteristics, and to explore

prognostic factors in sports-related trauma in Japan. Methods: A retrospective analysis

was performed using the Japan Trauma Data Bank（JTDB）. We included sportsrelated trauma admitted between 2004 and 2018. Logistic regression analysis was
performed to explore factors associated with in-hospital mortality and adjusted odds

デサントスポーツ科学 Vol. 44

137 ─

─

138 ─

ratios（aOR）were calculated. Results: We identiﬁed 5,828 eligible patients, 2,429 werechildren and 3,399 were adults. The median age was 21 years, and 83.8% were male.

The most common season for children was April-June（30.6%）, and the most common

season for adults was January-March（37.5%）. In-hospital mortality was 1.2%. In
multivariable logistic regression analysis, male, head/neck injury, and thoracic injury

were significantly associated with in-hospital mortality（aOR 4.11［95% CI 1.4917.02］，P=0.018; aOR 18.00［95% CI 10.06-33.92］，P<0.001; aOR 4.18［95% CI

2.27-7.50］，P<0.001）. Conclusion: In sports-related trauma in JTDB, male, head/neckinjury, and thoracic injury were signiﬁcantly associated with in-hospital mortality.
キーワード
スポーツ関連外傷，疫学，日本外傷データバンク，死亡率
Keyword

sports-related trauma, epidemiology, Japan Trauma Data Bank, mortality

要 旨【背景】スポーツ関連外傷は，重大な疫学的問題である．本研究の目的は，本邦において，スポー

頸部外傷，胸部外傷は院内死亡と有意に関連していた．
緒 言

ツ関連外傷において小児と成人の違いなど疫学的

外傷は，世界中で 45 歳以下の死亡原因の第 1 位

特徴を評価し，予後関連因子を探索することであとなっている 1）．スポーツに関連した外傷の多くる．
【方法】日本外傷データバンク（JTDB）を用は軽度から中等度であるが，重篤な外傷が発生

いて後方視的な解析を行った．2004 年から 2018

し，重大な合併症や後遺症，死亡を引き起こすこ

年に入院したスポーツ関連外傷を対象とした．ロとがある 2）．スポーツに関連した小児の大きな外

ジスティック回帰分析を行い，院内死亡と関連す傷は比較的少ないが，子供や青少年のスポーツへる因子を探索した．
【結果】対象患者 5,828 例を同の参加が盛んになるにつれて増加していると報告

定し，2,429 例が小児，3,399 例が成人であった．

されている 3-5）．小児のスポーツ関連外傷の特徴

年齢の中央値は 21 歳で，83.8％が男性であった．

は，身体活動，筋発達，学校環境などの違いによ

小児で最も多い季節は 4-6 月（30.6％）であり，成り，成人のそれとは異なる場合がある6-8）．しかし，人で最も多い季節は 1-3 月（37.5％）であった．院

重症スポーツ関連傷害の特徴や，小児と成人の違内死亡は 1.2％で，多変量解析の結果，男性，頭いに関する情報はまだ乏しい．

頸部外傷，胸部外傷は院内死亡と有意に関連し本邦におけるスポーツ関連外傷の疫学は，スていた（aOR 4.11［95% CI 1.49-17.02］，P=0.018;

ポーツ安全協会，日本体育協会，日本スポーツ振aOR 18.00［95% CI 10.06-33.92］，P<0.001; aOR 4.18

興センターなどの機関からの報告があり，中学［95% CI 2.27-7.50］，P<0.001）．
【結 語 】JTDB を校・高等学校の体育的部活動中の事故として届出用いてスポーツ外傷の疫学を分析した．男性，頭のあったものでは年間発生頻度は 10 万人あたり
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

139 ─

9,452 件，スポーツ安全協会傷害保険の保険金支死亡率などである．ISS は，最も重傷の 3 つの身払い実績からの検討では加入者 10 万人あたりの体部位における最高 AIS スコアの二乗の合計とし発生頻度は 1,874 件と報告されている．疾患別頻て計算された 11）．

度の内訳では「骨折」，「捻挫」，「挫傷 ･ 打撲症」

【対象】JTDB に登録された 2004 年から 2018 年

が多いが，致死的な外傷や重症外傷となりうる外に入院したスポーツ関連傷害の患者を研究の対象

傷分類ではなく，例えば胸腹部の臓器損傷は「内とした．年齢，性別，院内死亡率に関する情報が臓系疾患」とまとめられており，スポーツによる

記録にない患者，および病院間搬送による二重重症外傷や死亡に関する調査としては限定的であになっているデータは除外した．対象患者を，18る．また，スポーツ関連外傷は，学校管理下以外

歳未満の小児と 18 歳以上の成人の 2 群に分けた．

の一般市民による体力増進，健康保持やレクリ【変数】JTDB データベースから以下の患者特エーション目的のスポーツは含まれていない．本性を抽出した：年齢，性別，鈍的または鋭的外傷，研究の目的は，日本全国のデータベースを用いて，救急医療システム（119番）への通報から入院まで

重症スポーツ関連外傷の特徴と転帰を記述し，予の日付と時系列，AIS コード，ISS，病院到着時

後との関連因子を検討することである．

のバイタルサイン，退院時の死亡率．季節的な傾向を評価するため，12か月を4つの期間に分けた．

1．研究方法

1 月～ 3 月，4 月～ 6 月，7 月～ 9 月，10 月～ 12 月

【研究デザイン】全国の任意の病院ベースのの 4 つの期間に分けた．救急医療システムの通AIS3 以上の重症外傷を登録するレジストリであ報を受けた時間帯を 8 時間の時間帯に分けた（する日本外傷データバンク（JTDB）の後方視的な解な わ ち，00:00-07:59，08:00-15:59，16:00-23:59）．

析を行った．大阪大学大学院医学系研究科の施設

負傷部位を評価するために，AIS コード化され倫理委員会が本研究を承認した．インフォームド

外傷を次のカテゴリーに分類した：頭頸部，胸コンセントの要件は免除された（承認番号 16260-

部，骨盤 / 下肢，脊椎．病院到着時の収縮期血圧

3）．

が 80mmHg 未満をショックと定義した 12）．病院【日本外傷データバンク】JTDB は，日本外傷

外心停止は，病院到着時の収縮期血圧が 0mmHg，

学会と日本救急医学会により 2003 年に制定されまたは心拍数が 0bpm の場合と定義した．

9）

た ．2018 年現在，日本全国の主要な外傷治療施年齢の段階にわたる分布を表すために，小児は10）．

4 つのグループに，成人は 3 つのグループに年齢

デ ー タ は，AIS（Abbreviated Injury Scale）コ ーを分類した：未就学児（0 ～ 5 歳）
，学童期（6 ～ディングの研修を修了した参加施設の医療スタッ11歳），
少年期1（12 ～ 14歳），
少年期2（15 ～ 17歳），

フにより，Web ベースのシステムを用いて収集・

若年成人（18 ～ 64 歳），若年高齢者（65 ～ 74 歳），

提出された．JTDB には，外傷患者に関する以下

高齢者（75 歳以上）13）．

の情報が含まれている：年齢，性別，損傷メカ【統計解析】連続変数は中央値および四分位範ニ ズ ム，AIS コ ー ド（ バ ー ジ ョ ン 1998），Injury囲（IQR），カテゴリー変数はカウントおよびパー

Severity Score（ISS），病院到着時のバイタルサイ

センテージで示した．2 群間の患者特性の比較は，ン，救急医療システムの呼び出しから退院までの連続変数には Mann-Whitney U 検定，カテゴリー

日付と時系列，処置（例：経カテーテル動脈塞栓

変数にはカイ二乗検定または Fisher の正確検定を術），外科手術と CT スキャン，合併症，退院時の用いた．2 群間の院内死亡率の差を比較するため

設 280 施設がこのレジストリに参加している

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

140 ─

に，多変量ロジスティック回帰分析を用い，調整

23:59 の時間帯のスポーツ関連外傷は，小児でよオッズ比（aOR）および 95％信頼区間（CI）を算り多かった．受傷部位は，全コホートで頭頸部が出した．

最も多かった（16.5％）．小児，成人ともに受傷部

両側 P 値＜ 0.05 を統計的有意とした．すべて

位は頭頸部が最も多く，次いで小児では骨盤・下の統計解析は R 統計ソフトウェア（version 3.6.2；

肢外傷，
成人では脊椎外傷であった．頭頸部，
胸部，

R Foundation for Statistical Computing, Vienna,

骨盤・下肢および脊椎への外傷は，小児が成人

Austria）を用いて行った．

より有意に少なかった（14.5% vs. 18.0%, p<0.001;
3.8% vs. 14.3%, p<0.001; 9.6% vs. 16.9%, p<0.001;

2．研究結果7.5% vs. 17.0%）．ISS 中央値は 9（IQR, 4-13）であ

調査期間中に JTDB に記録された 356,535 人のり，小児の ISS 中央値は 9（IQR, 4-9）
，成人は 9

外傷患者のうち，6,669 人がスポーツ関連外傷に（IQR, 8-16）であった．病院到着時のショックは分類された．そのうち，スポーツ関連外傷の患

全コホート中 1.2％，院外心停止は 0.4％であった．

者 5,828 例を同定し，2,429 例が小児，3,399 例が病院到着時ショックと院外心停止に 2 群間で統計

成人であった（図 1）．患者の特徴を表 1 に記載し学的な差はなかった．全体の院内死亡率は 1.2％

た．患者全体の年齢の中央値は 21 歳（IQR, 14-40

で，小児の院内死亡率（0.6％）は，成人（1.6％）

歳）で，83.8％が男性であった．ほとんどは鈍的よりも低かった（P<0.001）．小児および成人にお外傷であった（98.7％）．受傷季節は，全コホート

ける年齢群別の患者特性を表 2 および表 3 に示しでは 1 月から 3 月が最も多かった（30.3％）．小児

た．小児では，学童期以降で 4 月から 6 月の受傷

では4 ～ 6月（30.6％）が最も多く，次いで7 ～ 9月が多く，成人は全年齢層で最も多い季節は 1 月か（27.0％），成人では 1 ～ 3 月（37.5％）が多く，季ら 3 月であった．

節の分布は小児と成人では有意差を認めた（P ＜患者特性と院内死亡率の関係を表 4 にまとめ0.001）．時間帯は，小児も成人も 08:00 ～ 15:59 がた．多変量ロジスティック回帰分析の結果では，最も多く（60.3％ vs 64.4％），小児と成人で時間

小児と成人の院内死亡率には統計的に有意な差は帯の分布に有意差があった（P ＜ 0.001）．16:00 ～認められなかった（aOR 0.56［95% CI 0.29-1.00］,

図 1 患者フローデサントスポーツ科学 Vol. 44─表1

2004年から2018年までの重症スポーツ関連傷害の患者特性

Total
Characteristics
n=5,828
Age, median, Q1-Q3
21
14-40
Male sex, n（%）
4,886
（83.8）
Type of injury, n（%）
Blunt
5,755
（98.7）
Penetrating
23（0.4）
Missing50（0.9）
Season, n（%）
January-March
1,768（30.3）
April-June
1,474（25.3）
July-September
1,391（23.9）
October-December
1,195（20.5）
Time of day
00:00-07:59
109
（1.9）
08:00-15:59
3,653（62.7）
16:00-23:59
1,665（28.6）
Missing401（6.9）
Injury site（AIS 3+）, n（%）
Head/neck964（16.5）
Thorax578（9.9）
Abdomen369（6.3）
Pelvis/lower-extremity806（13.8）
Spine
760（13.0）
ISS, median, Q1-Q3
9
4-13
Shock on arrival, n（%）68
（1.2）
Out-of-hospital cardiac arrest, n（%）22（0.4）
In-hospital mortality, n（%）71
（1.2）
AIS, Abbreviated Injury Scale; ISS, Injury Severity Score
表2

小児
n=2,429
14
11-16
2,072
（85.3）

成人
n=3,399
36
24-48
2,814
（82.8）

2,406
5
18（99.1）
（0.2）
（0.7）

3,349
18
32

（98.5）
（0.5）
（0.9）

495
744
656
534

（20.4）（30.6）（27.0）（22.0）

1,273
730
735
661

（37.5）（21.5）（21.6）（19.4）

26
1,464
776
163

（1.1）
（60.3）（31.9）
（6.7）

83
2,189
889
238

（2.4）
（64.4）（26.2）
（7.0）

352
92
150
232
182
9
25
7
15

（14.5）
（3.8）
（6.2）
（9.6）
（7.5）
4 -9
（1.0）
（0.3）
（0.6）

612
486
219
574
578
9
43
15
56

（18.0）（14.3）（6.4）（16.9）（17.0）
8-16
（1.3）
（0.4）
（1.6）

P value
0.010
0.057

<0.001<0.001<0.001<0.0010.720<0.001<0.001<0.0010.607
0.540<0.001

小児における重症スポーツ関連外傷の年齢層別患者特性
0–5 years
Preschoolers
n=41
5
5 -5
30
（73.2）

Characteristics
Age, median, Q1-Q3
Male sex, n（%）
Season, n（%）
January-March
11（26.8）
April-June
9（22.0）
July-September
11（26.8）
October-December
10（24.4）
Time of day
00:00-07:59
0（0.0）
08:00-15:59
25 （61.0）
16:00-23:59
13 （31.7）
Missing3（7.3）
Injury site（AIS 3+）, n（%）
Head/neck9（22.0）
Thorax1（2.4）
Abdomen0（0.0）
Pelvis/lower-extremity6（14.6）
Spine
0
（0.0）
ISS, median, Q1-Q3
9
4-9Shock on arrival, n（%）2
（4.9）
Out-of-hospital cardiac arrest, n（%）1（2.4）
In-hospital mortality, n（%）0
（0.0）
AIS, Abbreviated Injury Scale; ISS, Injury Severity Score
デサントスポーツ科学 Vol. 44

141 ─

6–11 years
Middle childhood
n=593
10
8-11
444
（74.9）

12–14 years
Young teens
n=844
13
13-14
737
（87.3）

15–17 years

Teenagers
n=951
16
15-17
861
（90.5）

131
177
134
151

（22.1）（29.8）（22.6）（25.5）

190
240
228
186

（22.5）（28.4）（27.0）（22.0）

163
318
283
187

（17.1）（33.4）（29.8）（19.7）

4
315
232
42

（0.7）
（53.1）（39.1）
（7.1）

8
539
246
51

（0.9）
（63.9）（29.1）
（6.0）

14
585
285
67

（1.5）
（61.5）（30.0）
（7.0）

74
10
25
54
11
9
12
4
6

（12.5）
（1.7）
（4.2）
（9.1）
（1.9）
4 -9
（2.0）
（0.7）
（1.0）

91
28
50
97
51
9
4
1
2

（10.8）（3.3）（5.9）（11.5）
（6.0）
4 -9
（0.5）
（0.1）
（0.2）

178
53
75
75
129
9
7
1
7

（18.7）
（5.6）
（7.9）
（7.9）
（12.6）
5-16
（0.7）
（0.1）
（0.7）

─

142 ─
表3

成人における重症スポーツ関連外傷の年齢層別患者特性
18-64 years
Young adults
n=3,082
33
23-45
2,582
（83.8）

Characteristics
Age, median, Q1-Q3
Male sex, n（%）
Season, n（%）
January-March
1,136（36.9）
April-June
670（21.7）
July-September
671（21.8）
October-December
605（19.6）
Time of day
00:00-07:59
73（2.4）
08:00-15:59
1,952（63.3）
16:00-23:59
833（27.0）
Missing224（7.3）
Injury site（AIS 3+）, n（%）
Head/neck537（17.4）
Thorax447（14.5）
Abdomen214（6.9）
Pelvis/lower-extremity
480（15.6）
Spine
512（16.6）
ISS, median, Q1-Q3
9
5-16
Shock on arrival, n（%）38
（1.2）
Out-of-hospital cardiac arrest, n（%） 12（0.4）
In-hospital mortality, n（%）51
（1.7）
AIS, Abbreviated Injury Scale; ISS, Injury Severity Score
表4

Characteristics
Age groupChildren
AdultsSex
Male
FemaleSeasonJanuary-March
April-June
July-September
October-December
Time of day
00:00-07:59
08:00-15:59
16:00-23:59
Injury site（AIS 3+）
Head/neck

65-74 years
Younger elderly
n=227
69
66-71
179
（78.9）

75 years and older

Older elderly
n=90
78
76-82
53 （58.9）

110
42
41
34

（48.5）（18.5）（18.1）（15.0）

27
18
23
22

（30.3）（20.0）（25.6）（24.4）

8
172
35
12

（3.5）
（75.8）（15.4）
（5.3）

2
65
21
2

（2.2）
（72.2）（23.3）
（2.2）

52
34
4
62
52
9
4
2
3

（22.9）（15.0）（1.8）（27.3）（22.9）
9-16
（1.8）
（0.9）
（1.3）

23
5
1
32
14
9
1
1
2

（25.6）（5.6）（1.1）（35.6）（15.6）
9-16
（1.1）
（1.1）
（2.2）

重度のスポーツ関連傷害を負った患者の死亡率に関する各変数のオッズ比%

Mortality（n/N）

Adjusted Odds Ratio（95% CI）

P value

0.6
1.6（15/2,429）（56/3,399）

0.56（0.29 to 1.00）
Reference

0.057

1.4
0.4

（67/4,886）（4/942）

4.11（1.49 to 17.02）
Reference

0.018

1.8
0.9
1.4
0.8

（31/1,768）（13/1,474）（18/1,319）（9/1,195）

1.73（0.70 to 3.38）
1.12（0.45 to 2.67）
0.68（0.58 to 3.15）

0.333
0.868
0.527

0 .9
1 .4
1 .0

（1/108）（50/3,603）（17/1,665）

0.68（0.04 to 3.68）
1.05（0.60 to 1.93）

0.718
0.869

5.5
0 .4
3.6
1 .0
0.5
1 .3
0.2
1 .4
1.1
1 .2

（53/964）（18/4,864）（21/578）（50/5,250）（2/369）（69/5,459）（2/806）（69/5,022）（8/760）（63/5,068）

Reference

Reference

18.00（10.06 to 33.92）
Reference
Thorax4.18（2.27 to 7.50）
Reference
Abdomen1.26（0.20 to 4.50）
Reference
Pelvis/lower-extremity
0.48（0.07 to 1.66）
ReferenceSpine
1.28（0.54 to 2.72）
Reference
OR, odds ratio; CI, confidence interval; ISS, Injury Severity Score; AIS, Abbreviated Injury Scale

NA

NA

NA

NA

<0.001NA<0.001
NA
0.764
NA
0.323
NA
0.538
NA

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

表5

小児
成人
年齢層
<6
6-11
12-14
15-17
18-64
65-74
75性別

Male
Female
時間帯
0-8h
8-16h
16-24h
季節
1-3月
4-6月
7-9月
10-12月頭部頸部外傷胸部外傷
腹部外傷
下肢骨盤外傷
脊椎外傷
ISS, Median [IQR]
来院時ショック
死亡

143 ─

スポーツ関連外傷の経時的推移

2004-2008（n=432）156（36.1%）276（63.9%）

2009-2013（n=2004）
783（39.1%）
1221（60.9%）

2014-2018（n=3392）1490（43.9%）
1902（56.1%）

2（0.5%）
29（6.7%）53（12.3%）
72（16.7%）
264（61.1%）9（2.1%）
3（0.7%）

12（0.6%）180（9.0%）285（14.2%）
306（15.3%）1120（55.9%）71（3.5%）30（1.5%）27（0.8%）384（11.3%）506（14.9%）573（16.9%）
1698（50.1%）
147（4.3%）
57（1.7%）366（84.7%）66（15.3%）

1669（83.3%）335（16.7%）

2851（84.1%）
541（15.9%）12（2.8%）272（63.0%）130（30.1%）42（2.1%）1225（61.1%）
590（29.4%）55（1.6%）2156（63.6%）945（27.9%）

146（33.8%）
98（22.7%）
114（26.4%）74（17.1%）
103（23.8%）43（10.0%）52（12.0%）46（10.6%）
75（17.4%）
9.00 [9.00, 16.0]
17（3.9%）12（8.1%）575（28.7%）467（23.3%）
488（24.4%）474（23.7%）350（17.5%）
204（10.2%）
129（6.4%）274（13.7%）236（11.8%）
9.00 [4.00, 13.0]30（1.5%）28（5.9%）1047（30.9%）909（26.8%）789（23.3%）647（19.1%）
511（15.1%）
331（9.8%）
188（5.5%）486（14.3%）449（13.2%）
9.00 [4.00, 13.0]24（0.7%）22（3.0%）p=0.057）が，男性，頭頸部外傷，胸部外傷は院の院内死亡率に統計的な差は認められなかった

内死亡と有意に関連していた（aOR 4.11［95% CI

が，男性，頭頸部外傷，胸部外傷は院内死亡と有1.49-17.02］，P=0.018; aOR 18.00［95% CI 10.06-

意に関連していた．

33.92］，P<0.001; aOR 4.18［95% CI 2.27-7.50］，

頭頸部の外傷は院内死亡率の悪化と有意に関P<0.001）．表 5 に，スポーツ関連外傷の患者特性連しており，これは先行文献 14, 15）と一致していの経年変化をまとめた．4 年ごとの登録患者数はた．胸部外傷は単独でも重症となり死亡率に影響増加しており，高齢者の割合は増加傾向で，死亡を与えると言われているが，特に頭部と合併する割合は低下傾向であった．

と，さらに死亡率に影響を与えうると言われてい3．考 察

る 16）．
先行研究では，スキーやスノーボードなどの冬

日本全国のデータベースを用いて，重症スポー

季スポーツにおいて，重度の外傷が比較的多く見ツ関連外傷の特徴や転帰，患者の転帰に関連するられると報告されている 17-19）．日本では冬季ス因子について報告した．スポーツ外傷の季節は，ポーツが盛んであるため，成人の重症スポーツ関

小児では 4 ～ 6 月と 7 ～ 9 月が多く，成人では 1

連外傷は 1 月から 3 月にかけて多く発生したこと～ 3 月であった．多変量解析の結果，小児と成人は矛盾しない結果である．子供のスポーツ関連外

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

144 ─

傷は，4 ～ 6 月と 7 ～ 9 月に多く，これは日本のは，頭頸部と胸部の損傷が多いため，スポーツ用

学校制度と一致する．小学校，中学校，高校での頭部保護具と胸部保護具がより強調されるかもは，通常の体育に加えて，中学生と高校生が自主しれない 25-27）．

的に課外活動としてスポーツクラブに参加するこ

本研究は，本邦の AIS3 以上の外傷を登録するとができる 20）．また，日本の学校では毎年，全重症外傷のレジストリを用いており，経年的に校生徒が参加する運動会が開催され，ウォーキン

登録数が増加していることが予想された．JTDB

グ，ランニング，水泳競技などの活動が行われては 2003 年から登録が開始されており，本研究は20）．これらは，小児の重症スポーツ関連外2004 年からのデータを用いていること，参加施

傷の季節や時間帯の分布に影響を与える可能性が設数は徐々に増加していることを踏まえると，登ある．

録数の増加は外傷患者の増加ではなく，レジストいる

頭胴体比が大きく，頭蓋骨が薄いため頭部外傷リへの参加施設数の増加によるものと考えるのがは子どもでより一般的であるが，本研究では成人妥当であろう．今後もレジストリの分析を続け，で頭部外傷が多かった

21）．腹部損傷は，胸郭が柔軟で腹筋が発達していないため，小児でより起22）

経年的変化を検討していく必要がある．
本研究にはいくつかの限界がある．第一に，本．腎臓損傷のよ研究は日本の主要な救命救急センターが参加した

うなスポーツに関連した重度の腹部損傷は，過去

全国規模の外傷データベースを基にしているが，の研究で示された小児の単独損傷で起こりやすい

JTDB は人口ベースのデータベースではなく，デー

こりやすいと考えられているとされている 23, 24）．しかし，本研究では小児とタの登録も任意であるため，結果の一般化には限成人で有意差は認めなかった．このような受傷部界があるかもしれない．第二に，JTDB はスポー位の分布の違いは，流行しているスポーツの種類

ツの種目に関するデータを含んでいないため，ス

で異なると考えられる．北米などではアメリカン

ポーツ種目におけるサブグループ解析を行うこと

フットボールなどの激しいコンタクトを伴うスができなかった．第三に，今回の結果は人気スポー

ポーツは人気であるが，日本ではそれほど普及し

ツの分布，人口の年齢分布，学校教育制度，医療ていない．過去の国際的な外傷データベースの分制度が異なる地域には適用できない可能性があ析では，ウィンタースポーツの主要な外傷では，る．

頭部，胸部，脊椎，骨盤の損傷が一般的であったと報告されている 17）．このことから，本研究で4．結 語

は成人のスポーツ関連外傷は冬季に発生していた

全国規模の外傷データベースを用いて，重度のため，頭頸部，胸部，下肢 / 骨盤，脊椎損傷の割

スポーツ関連外傷の包括的な解析を実施した．ス

合が子供と比較して大きいことが説明できるかも

ポーツ関連外傷が最も多く発生する季節は，小児しれない．院内死亡率については，小児と成人のでは 4 ～ 6 月，成人では 1 ～ 3 月であった．小児間に統計的に有意な差は認められなかった．

と成人に関わらず，院内死亡率は男性，頭頸部外また，スポーツによる重度外傷の患者特性と転傷，胸部外傷は院内死亡率と関連していた．疫学

帰を分析したところ，男性，頭頸部外傷，胸部外を理解することで，本研究は重度のスポーツ関連

傷がそれぞれ独立して死亡に関連していた．この外傷の予防とケアの向上に役立つ可能性がある．

結果は，スポーツにおける外傷の予防と治療の改善に役立つと思われる．重症スポーツ関連傷害でデサントスポーツ科学 Vol. 44─謝 辞
本研究は，公益財団法人石本記念デサントス
ポーツ科学振興財団の助成を受けたものです．
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デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

147 ─

運動による白色脂肪組織の量的・機能的適応を制御する因子としての骨格筋 AMP キナーゼの可能性
京都大学大学院

横

川

拓

海

（共同研究者） 同

江

川

達

郎

同

林

達

也

Effect of Skeletal Muscle-Specific AMP Kinase Inhibition on Exercise-Induced
Quantitative and Functional Adaptations of White Adipose Tissue

by
Takumi Yokokawa

Division of Food Science and Biotechnology,

Graduate School of Agriculture, Kyoto University
Tatsuro Egawa, Tatsuya Hayashi

Graduate School of Human and Environmental studies,
Kyoto University

ABSTRACT
Exercise elicits quantitative and functional adaptations of white adipose tissue（WAT）; however, the molecular mechanism remains unclear. AMP kinase（AMPK）

in the skeletal muscle may contribute to the adaptations of WAT via enhanced fat

oxidation and myokine expression. Therefore, we investigated whether AMPK in theskeletal muscle is involved in exercise-induced quantitative and functional adaptationsof WAT. For skeletal muscle-speciﬁc inhibition of AMPK activity, we used transgenic
mice overexpressing the dominant-negative mutant of AMPK α 1 in the skeletal

muscle（AMPK-DN mice）．Both AMPK-DN and wild-type（WT）mice wererandomly divided into two groups: wheel running groups or sedentary groups. After

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

148 ─

the four-week intervention, the body weight was measured, and the epididymal WAT
was excised. The protein expression of lipolysis-related molecules, triacylglycerol
synthesis-related molecules, and a mitochondrial marker were measured by western

blotting. AMPK-DN mice demonstrated exercise-induced decrement of epididymal
WAT weight. Furthermore, although WT mice showed an increase in the protein

expression of lipolysis-related molecule perilipin 1, this increase was diminished in

AMPK-DN mice. On the other hand, no significant differences between genotypes
were observed in the exercise-induced response of triacylglycerol synthesis-related

molecules（fatty acid synthase and stearoyl-CoA desaturase 1）and a mitochondrial

marker（voltage-dependent anion channel）．In conclusion, these results suggestthat AMPK in the skeletal muscle contributes to exercise-induced quantitative andfunctional adaptations of WAT.
キーワード

AMP キナーゼ，白色脂肪組織，肥満，運動，ミトコンドリア
Keyword

AMP kinase, white adipose tissue, obesity, exercise, mitochondria

要 旨

るトリアシルグリセロール合成関連分子ならびにミトコンドリアマーカーの増加は，野生型および運動は白色脂肪組織の量的・機能的適応を惹起

AMPK-DNマウスにて同程度であった．以上より，するが，詳細な分子機序は明らかでない．骨格筋

骨格筋 AMPK は運動による白色脂肪組織の量的・

AMP キナーゼ（AMPK）は脂肪酸利用の制御やマ

機能的適応に寄与していることが示唆される．

イオカインの発現を介して，運動による白色脂肪組織の適応に寄与している可能性がある．以上よ緒 言り，本研究では骨格筋 AMPK が，運動による抗運動は各組織における分子シグナルを惹起する

肥満効果ならびに白色脂肪組織の分子適応に寄与ことで，脂肪酸代謝亢進・抗肥満効果をもたらす

する可能性を検討することを目的とした．骨格筋と考えられるが，その詳細な分子機序は明らかで特異的 AMPK α 1 ドミナントネガティブ変異体過ない．運動トレーニングは，骨格筋の脂肪酸代謝

剰発現（AMPK-DN）マウスならびに野生型マウ

関連分子ならびにミトコンドリア生合成を増加さスを，自発性走運動群ならびに非運動群にわけて，せることで，脂肪酸代謝の亢進に寄与していると介入を実施した．4 週間の介入期間終了後，体重考えられている．一方，近年では運動の標的としを測定し，精巣上体白色脂肪組織をサンプリングて骨格筋以外の組織に関する解析が進んでおり，した．AMPK-DN マウスでは，運動に伴う白色脂申請者らは長期的な運動により白色脂肪組織の肪組織重量の減少ならびに脂肪分解関連分子の発ミトコンドリア生合成 1）・脂肪酸分解関連分子 2）

現増加が部分的に減弱していた．一方，運動によが増加することを明らかとしている．しかしながデサントスポーツ科学 Vol. 44

─

149 ─

ら，運動による白色脂肪組織の分子適応を制御す

ゼ阻害剤ならびフォスファターゼ阻害剤を加える詳細な機序は未だ同定されていない．

た radioimmunoprecipitation buffer 中で，ポリトロ骨 格 筋 の 5'-adenosine monophosphate-activated

ンホモジナイザーを用いて，各組織をホモジナイ

protein kinase（AMPK）は急性運動により活性化

ズした．その後，4ºC にてローテーターにより撹することが，齧歯類ならびにヒトの双方で明らか拌した．遠心分離後に脂肪層を除いた上清を回収

3, 4）．骨格筋特異的な AMPK α欠損

し，再度，遠心分離を実施し，同様に上清を回

マウスは，運動時の脂肪酸利用が抑制されること収した．得られた上清中のタンパク質濃度を測が報告されている ．加えて，骨格筋 AMPK は定し，各サンプル間でタンパク質濃度が等しく

白色脂肪細胞の代謝的適応をもたらすマイオカイ

なるように調整した後，3 倍濃度のサンプルバッ

ンの発現制御に関与していることも明らかとなっフ ァ ー を 混 合 す る こ と で，SDS-polyacrylamideとなっている5）ている 6–8）．従って，運動に伴う骨格筋 AMPK の

gel electrophoresis（SDS-PAGE）用 の サ ン プ ル

活性化は，白色脂肪組織の分子適応をもたらすこを 調 整 し た． 等 量 の サ ン プ ル を SDS-PAGE にとで抗肥満効果に寄与している可能性が考えられ

よ り 分 離 し た 後，Criterion blotter（Bio-Rad，

るが，上記の可能性は未だ検討されていない．

Hercules，CA，USA）を 用 い て，polyvinylidene

以上より，本研究では骨格筋 AMPK が，運動diﬂuoride membrane へとタンパク質を転写した．

による抗肥満効果ならびに白色脂肪組織の分子適

転写後のメンブレンを 5% の脱脂粉乳（NFDM）

応に寄与する可能性を検討することを目的としを含んだ tris-buffered saline（TBST）で 30 分間ブた．

ロッキングした後，5% アルブミンを含む TBST

1．実験方法に一次抗体を加えた溶液にて 4ºC で一晩インキュベートした．このメンブレンを TBST により洗1．1 実験動物ならびに運動介入

浄 し，1%DFDM/TBST で 3000 倍 希 釈 し た 二 次

8-10 週齢，雄性の骨格筋特異的 AMPK α 1 ドミ

抗 体（Cell Signaling Technology，Danvers，MA，

ナントネガティブ変異体過剰発現（AMPK-DN）

USA）と室温で 1 時間インキュベートし，再度，

マウスならびに野生型（WT）マウスを用いて，TBST にて洗浄した．このメンブレンを化学発光

自発性走運動を施す群（WT ＋運動群 [n=6] なら試薬（Nacalai Tesque，Kyoto，Japan）により反応

びに AMPK-DN ＋運動群 [n=6]）ならびに非運動させ，化学発光撮影装置（ATTO，Tokyo，Japan）

群（WT ＋安静群 [n=7] ならびに AMPK-DN ＋安を用いて目的タンパク質を検出した．検出した

静群 [n=7]）の 4 群に分類した．4 週間の運動介入

バ ン ド は，ImageJ（National Institutes of Health

後，体重を測定し，精巣上体白色脂肪組織をサン

Bethesda，MD，USA）で定量化した．

プリングした．本実験は京都大学が定める「京都大学における動物実験実施に関する規程」に従い，

1．3 一次抗体

京都大学大学院人間・環境学研究科人間情報研究・ウェスタンブロット法における標的タンパク質

動物実験委員会の審査・承認を得て実施した．

の検出には，以下の抗体を使用した：hormone-sensitive lipase（ HSL ，1 : 5000， Cell Signaling
1．2 ウェスタンブロット法

Technology，#18381）；adipose triglyceride lipase

白色脂肪組織におけるタンパク質発現量の解析（ ATGL ，1 : 5000， Cell Signaling Technology ，にはウェスタンブロット法を用いた．プロテアー# 2439）； perilipin 1（ PLIN 1，1 : 5000， Cell

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

150 ─

Signaling Technology ， # 9349）； comparative

では運動介入により組織重量が有意に減少してgene identification-58（CGI-58，1:5000，Abcam，

いた．一方で，AMPK-DN マウスでは運動によCambridge，UK，ab183739）；fatty acid synthase

る白色脂肪組織重量の減少が抑制されていた（図（FAS，1:5000，Cell signaling Technology，#3180）

1B）．

stearoyl-CoA desaturase 1（SCD1，1:5000，Cell
Signaling Technology，#2794）；voltage-dependentanion-selective channel protein（VDAC，1:5000，
Cell Signaling Technology，#4661）．

AMPK-DN マウスでは運動に伴う脂肪分解関連
タンパク質の増加が部分的に抑制された．
運動及び骨格筋 AMPK 経路が白色脂肪組織の脂肪分解経路に及ぼす影響を検討するために，関連タンパク質の白色脂肪組織における発現量を1．4 統計解析測定した．野生型マウスにおいて，運動による全ての測定値は，平均値±標準誤差で示した．

PLIN1 の有意な増加（図 2C）ならびに，HSL お

統計処理は，主効果を遺伝子型ならびに運動介入

よび CGI-58 の増加傾向が観察された（図 2A およとした対応のない二元配置分散分析を実施したび D）．一方，AMPK-DN マウスにおいては，運後，Benjamini and Hochberg 法による多重比較検動による HSL および CGI-58 の発現増加が観察さ定により実施した．

れなかった（図 2A, D）．また，PLIN1 に関しても，

AMPK-DN マウスでは運動による発現増加が減弱

2．実験結果していた（図 2C）．加えて，野生型マウスの運動

AMPK-DN マウスでは運動による白色脂肪組織
重量の減少が抑制されていた．

群と比較して，AMPK-DN マウスの運動群では，

CGI-58 が有意に減少しており（図 2D），HSL は4 週間の介入期間後の体重を測定したところ，減少傾向を示した（図 2A）．ATGL に関しては，44 群間で有意な差は観察されなかった（図 1A）．

群間で有意な差が検出されなかった（図 2B）．

精巣上体白色脂肪組織に関しては，野生型マウス

図 1 体重ならびに精巣上体白色脂肪組織重量（％体重）eWAT：精巣上体白色脂肪組織，WT：野生型マウス，DN：AMPKドミナントネガティブ変異体発現マウス，Sed：非運動群，
Ex：運動群，eWAT：epididymal white adipose tissue

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

151 ─

図 2 白色脂肪組織における脂肪分解関連タンパク質の発現量

WT：野生型マウス，DN：AMPK ドミナントネガティブ変異体発現マウス，Sed：非運動群，Ex：運動群，HSL：hormone-sensitive lipase，
ATGL：adipose triglyceride lipase，PLIN1：Perilipin 1，CGI-58：comparative gene identification-58

野生型ならびに AMPK-DN マウスにおいて，野生型ならびに AMPK-DN マウスにおいて，運動によるトリアシルグリセロール合成経路関連

運動によるミトコンドリアタンパク質の増加が観タンパク質の増加が観察された．

察された．

運動及び骨格筋 AMPK 経路が白色脂肪組織の運動及び骨格筋 AMPK 経路が白色脂肪組織のトリアシルグリセロール合成経路に及ぼす影響をミトコンドリア生合成に及ぼす影響を検討するた

検討するために，関連タンパク質の白色脂肪組

めに，ミトコンドリアマーカーである VDAC の織における発現量を測定した．野生型ならびに白色脂肪組織における発現量を測定した．野生型

AMPK-DN マウスの双方において，運動によるならびに AMPK-DN マウスの双方において，運FAS ならびに SCD1 の発現増加が観察された．一動による VDAC の発現増加が観察された（図 4）．

方で，AMPK-DN の発現による影響は検出されな

一方，遺伝子型による発現変動は観察されなかっかった（図 3）．

た．

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

152 ─

図 3 白色脂肪組織におけるトリアシルグリセロール合成経路関連タンパク質の発現量

WT：野 生 型 マ ウ ス，DN：AMPK ド ミ ナ ン ト ネ ガ テ ィ ブ 変 異 体 発 現 マ ウ ス，Sed：非 運 動 群，Ex：運 動 群，FAS：Fatty acid synthase，
SCD1:stearoyl-CoA desaturase 1

方，自発性走運動による白色脂肪組織のトリアシ
ルグリセロール合成経路関連タンパク質の増加な
らびに，ミトコンドリア生合成の亢進に関しては，骨格筋 AMPK の寄与が観察されなかった．以上
より本研究は，骨格筋 AMPK が運動に伴う白色
脂肪組織の量的・機能的適応に関与していることを示唆した点で新規性を持つ．
本研究において，骨格筋 AMPK 活性は，自発性走運動に伴う白色脂肪組織重量の減少に関与していることが示された．この機序としては，①骨格筋 AMPK ならびに下流分子の活性化により骨格筋の脂質代謝が亢進したこと，②骨格筋 AMPK
図 4 白色脂肪組織におけるミトコンドリアタンパク質の発現量

WT：野生型マウス， DN： AMPK ドミナントネガティブ変異
体発現マウス，Sed：非運動群，Ex：運動群，VDAC：voltagedependent anion-selective channel protein

3．考 察により制御される何らかの因子により白色脂肪組
織の機能的変化が生じ，脂肪分解が亢進したことが考えられる．前者に関しては，骨格筋 AMPK
が脂肪酸の取り込み制御に関与していること，ミトコンドリア生合成をはじめとする脂肪酸代謝経路の関連分子の発現を上方制御することが明らか

本研究結果より，骨格筋 AMPK は，自発性走となっており，一定の成果が得られている 9）．一運動に伴う白色脂肪組織重量の減少ならびに，白方，後者の可能性に関しては，近年，骨格筋と白色脂肪組織の脂肪分解経路関連タンパク質の発現

色脂肪組織の臓器連関が複数報告されているもの

増加に部分的に関与していることが示された．一の 6, 8），AMPK の直接的な関与を示した研究は存デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

在しない．従って，本研究では骨格筋 AMPK 活性の阻害が，運動に伴う白色脂肪組織の分子適応に与える影響を検討した．

153 ─

な検討を実施する必要がある．
骨格筋と同様に，脂肪組織のミトコンドリア
が，運動により増加することが明らかとなってい先行研究により，長期的な運動が白色脂肪組織

る 11, 15）．脂肪組織のミトコンドリアは，エネルの脂肪分解経路を担うタンパク質の発現量を増加

ギー代謝に寄与すると共に善玉アディポカイン

2, 10, 11）．HSLとされているアディポネクチンの発現制御に寄をはじめとするこれら分子の増加は，アドレナリ

与していることが明らかとなっており 16），肥満

ンなどの運動誘導性因子による白色脂肪組織の脂や二型糖尿病への関与が示唆されている 17）．白肪分解活性を亢進させることで，運動時の効率的

色脂肪組織のミトコンドリア生合成の制御機序させることが明らかとなっている．従っと し て，peroxisome proliferator-activated receptorて，本研究では骨格筋 AMPK が白色脂肪組織のgamma coactivator 1-alpha（PGC-1 α）の骨格筋で脂肪分解経路関連タンパク質の発現に寄与しての増加が，マイオカインである irisin ならびにβいる可能性を検討した．図 2 で示されているよう-aminoisobutyric acid（BAIBA）を介して，白色脂に，骨格筋 AMPK は PLIN1 の運動による増加に

肪組織のミトコンドリア生合成ならびにベージュ

な脂肪燃焼に寄与している可能性がある

12）

関与していることが示唆された．先行研究により，化をもたらすことが報告されている 6, 8）．AMPK

PLIN1 の欠損マウスはカテコラミン刺激による脂は PGC-1 αの上方制御因子であることから 18），

肪分解が減弱すること 13），PLIN1 の過剰発現はAMPK-DN マウスでは，白色脂肪組織の運動に伴食事誘導性の肥満を抑制することが示されているうミトコンドリア生合成の増加が抑制されると考

14）

．従って，
運動に伴う骨格筋 AMPK の活性化は，えられた．しかしながら，本研究では野生型に比白色脂肪組織の PLIN1 の発現増加をもたらすことして，同程度のミトコンドリアマーカーの増加がで，効率的な脂肪燃焼をもたらしている可能性がAMPK-DN マウスにて観察された．従って，骨格ある．

筋 AMPK の白色脂肪組織におけるミトコンドリ

10, 11），ア制御への寄与は，本研究結果からは示唆されな運動による HSL ならびに CGI-58 への影響は増加

かった．本研究のリミテーションとして，測定し傾向のみであり，ATGL に関しては発現変動が観たミトコンドリアマーカーが VDAC のみであっ

察されていない．この理由の 1 つとしては，先行たことがあげられる．従って，白色脂肪組織のミ

研究は 2 群間の比較であったのに対し，本研究でトコンドリアタンパク質ならびに遺伝子の発現量は 4 群間の比較を実施したことで，より多くのサを包括的に測定するとともに，ミトコンドリア

ンプルパワーが必要になったことが考えられる．

DNA 量を計測することで，骨格筋 AMPK が白色

また，その他の可能性として，本研究においてマ

脂肪組織の機能を制御する分子機序の解明につな

ウスへのストレスを考慮して多頭飼育（2 匹 / ケー

がる可能性がある．

一方で本研究では，先行研究とは異なりジ）にて自発性走運動を施したことがあげられる．ランニングホイールへのアクセスが社会的ヒ

総 括

エラルキーに依存することで，運動量に差が生じ骨格筋 AMPK は，自発性走運動に伴う脂肪組ている可能性がある．以上より，適切なサンプル

織の量的・機能的適応に部分的に関与しているこ

サイズのマウスを用いて，各マウスに十分な運動とが示唆された．

負荷をかけることのできる実験系にて，より詳細
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

154 ─
謝 辞
本研究を遂行するにあたり，助成を賜りました

公益財団法人石本記念デサントスポーツ科学振興財団に深く御礼申し上げます．
文 献1） T. Yokokawa, K. Kido, T. Suga, K. Sase, T. Isaka,

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lipolysis, enhanced leptin production, and resistanceデサントスポーツ科学 Vol. 44

─

155 ─

to diet-induced obesity, Proc. National Acad. Sci. 98,

Ryu, M. Kim, S.Y. Kim, M.-S. Kim, S.-W. Kim,

（2001）

Mitochondrial Function in Adiponectin Synthesis

6494–6499. https://doi.org/10.1073/pnas.101042998

14） H. Miyoshi, S.C. Souza, M. Endo, T. Sawada, J.W.

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デサントスポーツ科学 Vol. 44

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pnas.0705070104（2007）

─

156 ─

深度センサを用いた Scapular dyskinesis 検出手法の確立
東京医科歯科大学大学院

井

原

拓

哉

（共同研究者） 日本電気株式会社安川

かわしまクリニック

辛

嶋

良

介

東京医科歯科大学大学院

藤

田

浩

二

洵

Establishment of Scapular Dyskinesis Detection Method Using a Depth Sensor

byTakuya Ibara, Koji Fujita

Department of Functional Joint Anatomy,

Graduate School of Medical and Dental Sciences,
Tokyo Medical and Dental University
Makoto Yasukawa

Biometrics Research Laboratory, NEC Corporation
Ryosuke Karashima

Department of Rehabilitation, Kawashima Clinic

ABSTRACT
Quantiﬁcation of scapular motion in patients with shoulder disorders is important, butthere are no existing tools that allow simple quantiﬁcation in clinical setting. Recently,
depth sensors have attracted much attention in terms of accuracy and price. Therefore,

this study was conducted to investigate the reliability of scapula angle measurement
using depth sensors as a preliminary study to quantify scapula motion using depth
sensors. The angles of superior and inferior rotation, internal and external rotation,

and anterior and posterior tilt between two trials were calculated from point cloud
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

157 ─

using depth sensor data, and the intraclass correlation coefficients and the standard
error（SEM）were examined in healthy adult male subjects. The results showed thatthe correlation coefﬁcients were good for both anterior elevation and scapular planeelevation. The SEM was less than 10 degrees for both tasks except for superior andinferior rotation. Based on the results of this study, quantiﬁcation of scapular motion
using the depth sensor was considered to be good from the standpoint of reliability, but
improvement of accuracy and examination of validity need to be examined.
キーワード
肩甲骨，肩関節，運動機能障害，深度センサ，信頼性
Keyword

Scapular, Shoulder, Scapula dyskinesis, Depth sensor, Reliability

要 旨

緒 言

肩関節障害を有する患者の肩甲骨運動の定量化

投球障害肩を中心とするアスリートの肩関節障は重要であるが，臨床現場で簡易的に定量化でき害では，肩甲骨の運動への注目度は高く，肩甲骨

るツールは現存しない．近年，深度センサは精度

運動の異常（Scapular dyskinesis）がインピンジメ

および価格の面から注目を集めている．そこで，ント症候群などの障害を惹起することが知られて本研究は，深度センサを用いた肩甲骨運動の定量

いる 1, 2）．このような肩甲骨運動の異常に伴う肩化を図る予備的研究として，深度センサを用いた

関節障害の治療には，初期症状として現れる僅か

肩甲骨角度計測の信頼性の検討を目的に実施しな運動の異常を検出し，正しく評価することが重た．健常成人男性を対象に前方挙上および肩甲骨要であるとされている 3）．臨床現場では経験豊富

面挙上中の身体背面を深度センサで撮影し，深度な医師やセラピストが視診や触診で評価を行ってセンサの情報を用いて作成した点群データから二おり，多くの場合，定量評価は行われていない．

試行間の上・下方回旋，内・外旋，前・後傾の角

X 線動態撮影 4）や Dynamic MRI を用いる方法 5），度を算出し，相関係数及び標準誤差の検討を行っ

皮膚上に貼付した磁気式センサを用いる方法 6）なた．結果，相関係数は，前方挙上・肩甲骨面挙上ども存在するが，高価で特殊な設備が必要である

ともに良好な値を示した．また標準誤差は上・下こと，侵襲を伴うことなどから一般的な臨床現場

方回旋角度を除いて両課題とも 10 度未満であっへの導入は容易でなく，普及していないのが現状た．本研究の結果より，深度センサを用いた肩甲である．従って，現場への導入が容易な機器を用骨運動の定量化は，信頼性の観点からは良好と思いて，非侵襲的かつ高精度に肩甲骨運動を定量化

われたが，精度向上と妥当性の検討が必要であっすることが，肩関節障害の治療・予防に必要不可

た．

欠である．そこで，本研究では近年，安価に入手でき，精度も大幅に向上した深度センサに着目した．深度センサを利用した運動計測は，非侵襲的デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

158 ─

である利点もあり研究が盛んである．近年の報告

で行った．

でも，深度情報を利用して肩甲骨の三次元的な姿
勢および運動を評価できる可能性が指摘されてい7）

1．2 課題動作る ．そこで我々は，深度センサを利用した肩甲

課題動作は，肩関節の前方挙上（矢状面方向へ

骨運動の異常検知技術を確立することで，臨床現の挙上：図 1a）と肩甲骨面挙上（前額面より 30 度

場における肩関節障害の治療および予防の発展に前方位置での挙上：図 1b）とした．

貢献することを目的に実施した．本研究では，深度センサを用いた肩甲骨運動の異常検知のための

1．3 計 測予備的研究として，深度センサを利用した肩甲骨計測には Azure Kinect DK（Microsoft 社製）を

角度算出の信頼性の検討を行った．

用 い た． 被 験 者 は 上 衣 を 脱 い だ 状 態 で， 高 さ40cm の椅子に座り，被験者の後方 90cm，高さ

1．方 法

100cm の位置に三脚を用いて Azure Kinect DK を

1．1 対 象設 置 し た．Azure Kinect DK の カ ラ ー カ メ ラ は

対象は，肩関節に愁訴のない健常成人男性 9 名

解像度 3840 × 2160 pixel，深度カメラは解像度

18 肩であった．全対象者において，肩関節に愁

640 × 576pixel に設定した．計測周波数は 30Hz に訴および既往がないことを確認した．また研究実設定した．

施に先立ち，本学の研究倫理委員会（承認番号：

被験者には，最大の前方挙上および肩甲骨面挙M2021-295）の承認を得たうえで，各被験者に十上（前額面から前方へ30ﾟの位置での挙上）を行っ

分に研究内容を説明し，書面にて同意を得たうえた状態を保持した後，上肢を下垂し，完全に上

図 1 課題動作
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

159 ─

肢を下垂した安静座位を保持するよう指示した．

色と深度情報を用いて身体背面の色付き点群を作

各挙上位はそれぞれ 2 回ずつ実施した．課題動作成した（図 2）．

試行中，身体背面の色および深度情報を，Azure

Kinect DK のカラーカメラ及び深度カメラで撮影

次 に Azure Kinect DK の Body Tracking 機 能 を用いて身体各評点座標を推定した（図 3）．

Body Tracking 機 能 を 用 い て 算 出 し た Neck，

した．

Chest， 左 右 の Shoulder 座 標 に よ っ て 囲 ま れ る
1．4 解 析区間に肩甲骨が含まれるため，元の色付き点群

解析では，まずカラー画像から上肢挙上中のデータからこれらの座標情報を用いて，肩甲骨を3frame を特定し，Azure Kinect DK にて取得した含む領域を抽出した．抽出した領域の点群に対図 2 身体背面の色付き点群の例

図 3 Azure Kinect DKのBody Tracking機能を用いて推定した身体背面からの各標点の例
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

160 ─

し voxel down sampling を行ったのち，Neck から有意水準は 5％とした．解析には Python3.8 を用

Chest を結ぶベクトル（第 1 軸）を Y 軸正方向，該いた．

当の Shoulder から Neck を結ぶベクトルと第 1 軸がなす平面に垂直な直線がなすベクトル（第 2 軸）

2．結 果

を Z 軸正方向，および第 1 軸，第 2 軸両方に垂直

前方挙上においては，Azure Kinect DK の Body

なベクトルを X 軸正方向として点群を回転したのTracking が不良であった 2 名 2 肩を除いた 16 肩で，ち，原点を Neck に水平移動した．さらに，肩甲相関係数は，上・下方回旋角度：0.58（p=0.02），前・棘および肩甲骨内側縁を含むと思われる点群を，

後傾斜角度：0.68（p<0.01），内・外旋角度：0.61

皮膚表面の傾きを参考に抽出し（図 4），それらを（p=0.01）であった（図 5）．SEM は上・下方回旋用いて肩甲の向きに一致すると思われる平面を推角度：11.5 ﾟ，前・後傾斜角度：4.5 ﾟ，内・外旋角度：YZ平面，定した．最後に，推定した平面がXY平面，

4.5 ﾟであった．ICC は上・下方回旋角度：0.74，前・ZX 平面と成す接線の方程式を計算し，各平面に後傾斜角度：0.82，内・外旋角度：0.75 であった．

おける接線の傾きを上方・下方回旋，前・後傾，内・肩甲骨面挙上においては，Azure Kinect DK の外旋角度として算出した．

Body Tracking が不良であった 2 名 2 肩を除いた
16 肩で，相関係数は，上・下方回旋角度：0.73

1．5 統計的検討（p<0.01），前・後傾斜角度：0.71（p<0.01），内・信頼性の指標として，各肢位（前方挙上，肩甲

外旋角度：0.54（p=0.03）であった（図 6）．SEM

骨面挙上位）における 2 試行間の角度の相関係数は上・下方回旋角度：23.0 ﾟ，前・後傾斜角度：5.5 ﾟ，を求めた．さらに，2 試行間の標準誤差（SEM）

内・外旋角度：7.8 ﾟであった．ICC は上・下方回

および級内相関係数（ICC（1．2））を算出した．

旋角度：0.85，前・後傾斜角度：0.83，内・外旋

図 4 身体背面の深度情報から推定された肩甲棘（青点）
および
肩甲骨内側縁（緑点）と内側縁に近似した空間上の直線（赤線）

デサントスポーツ科学 Vol. 44─

図 5 前方挙上における各角度の2試行のプロット

図 6 肩甲骨面挙上における各角度の2試行のプロット
デサントスポーツ科学 Vol. 44

161 ─

─

162 ─

角度：0.63 であった．

め，慣性センサの不得手な部分に関してはむしろ強みになっていたと考えられた．上・下方回旋角

3．考 察

度に関しては，精度が下がる傾向が認められた．

本研究は深度センサを用いて，安価で侵襲のな

その理由として本研究では数学的に肩甲棘や肩甲

い簡便な肩甲骨運動の計測方法の確立を目指した

骨内側縁を同定し，それを基に角度を算出する手予備的検討として，深度センサを用いて算出され法を取ったが，この手法が精度を下げている要因

る角度の信頼性を検討した．

と思われた．結果のプロット（図 5, 6）を見ると，本研究の結果，前方挙上・肩甲骨面挙上ともに数値的に妥当な範囲に一塊となった点群を認める

0.5 ～ 0.7 程度の有意な相関を認め，測定の信頼が，両挙上方向に関して逸脱した点も認め，計測性があると考えられた．先行研究

7）

では，身体表の妥当性・精度の観点からは，まだ改善の余地が面の隆起を利用した肩甲骨下角の位置の推定可能あると思われた．深度センサが取得している情報性に言及していたが，これは安静立位を基準とし量の豊富さを鑑みると，近年隆盛を極めている機たものであり，挙上時には特に僧帽筋・広背筋と械学習などの手法を解析に取り入れることで，飛思われる筋収縮に伴う隆起の増強により肩甲骨下

躍的に精度が上昇する可能性がある．深度センサ

角の位置推定は困難であった．そこで本研究では，の利用には，慣性センサと比較して，センサの皮

肩甲骨の内側縁や肩甲棘に着目した．位置の同定

膚ずれの影響を受けないことが強みとして考えらに関して，肩甲骨内側縁も前述の筋の膨隆の影響れ，データ取得後の解析手法を改善していくことを受けるが，肩甲骨下角より広い幅を持つため同で，より高精度に肩甲骨角度を取得できるものと定しやすく，肩甲棘は，直上に筋の付着が存在し考えられた．

ないため，筋の膨隆の影響を受けにくいことが測定の信頼性向上につながったものと考える．
一方，SEM は上・下方回旋角度を除いて両肢
位とも 10 度未満であった．上・下方回旋角度のSEM は前方挙上で約 11 ﾟ，肩甲骨面挙上で約 23 ﾟであった．慣性センサを用いた肩甲骨角度の信頼

今後さらに研究を進め，より高精度な肩甲骨角度の推定及び運動中の角度変化の追跡，妥当性の検証を行い，臨床現場での実用に足る肩甲骨角度の提示手法の確立を図っていく必要がある．
4．結 論

性に関する報告 8）では，可動範囲ではあるが検者

深度センサを用いた肩甲骨運動の定量化は，信内信頼性は挙上 120 ﾟで上・下方回旋角度：0.88，

頼性の観点からは十分活用できる可能性がある

前・後傾斜角度：0.67，内・外旋角度：0.80 と高が，精度の点にはまだ改善の余地が残る．今後，値を示し，SEM はいずれも 5 度程度を示していた．

機械学習などの手法も含めた精度の向上と，妥当この研究と比較すると，本研究における SEM の性の検証を実施していく必要がある．

値は特に内・外旋角度および前・後傾斜角度に関しては良好であった．その理由として，慣性セン

謝 辞サを用いた計測では，重力加速度を用いて角度計

本研究の実施に当たり助成を賜りました公益財算が成されるため，重力加速度方向にセンサの軸

団法人石本記念デサントスポーツ科学振興財団にが重複し，変化が少ない動きに関しては鋭敏でな

厚く御礼申し上げます，解析にご助力いただいた

い可能性がある．一方，深度センサを用いた本手

山梨大学の牧野浩二先生に深く感謝申し上げま法は，身体後面から深度を用いて計測しているた

す．また，被験者としてご協力いただいた皆様に
デサントスポーツ科学 Vol. 44─も合わせて感謝申し上げます．
文 献1） Chopp-Hurley J.N., O'Neill J.M., McDonald

A.C., et al. Fatigue-induced glenohumeral andscapulothoracic kinematic variability: Implications

163 ─

shoulder radiography with use of a dynamic flat

panel detector. Radiol. Phys. Technol. , 7:254-61（2014）

5） Garetier M., Borotikar B., Makki K., et al. Dynamic

MRI for articulating joint evaluation on 1.5 T and

3.0 T scanners: setup, protocols, and real-time

sequences. Insights Imaging, 11:66（2020）

for subacromial space reduction. Journal of6） Overbeek C.L., Geurkink T.H., de Groot F.A., etof the International Society of Electrophysiologicalshoulder: A cross-sectional analysis and reliability

electromyography and kinesiology: official journal（2016）
Kinesiology, 29:55-63

2） Noguchi M., Chopp J.N., Borgs S.P., et al. Scapularorientation following repetitive prone rowing:
implications for potential subacromial impingement

mechanisms. Journal of electromyography andkinesiology: ofﬁcial journal of the International Societyof Electrophysiological Kinesiology , 23:1356-61（2013）

al. Shoulder movement complexity in the aging

assessment. Journal of orthopaedic research: ofﬁcial

publication of the Orthopaedic Research Society ,39:2217-25（2021）

7） Bonnet V., Yamaguchi T., Dupeyron A., et al.

Automatic estimate of back anatomical landmarks
and 3D spine curve from a Kinect sensor. 2016

6th IEEE International Conference on Biomedical

Robotics and Biomechatronics (BioRob)，924-（
9 2016）3） Kibler W.B., Ludewig P.M., McClure P.W., et al.

8） van den Noort J.C., Wiertsema S.H., Hekman

shoulder injury: the 2013 consensus statement fromwireless measurement of scapular kinematics.

Clinical implications of scapular dyskinesis in

the 'Scapular Summit'. British journal of sports（2013）
medicine, 47:877-85

4） Sakuda K., Sanada S., Tanaka R., et al. Functional

デサントスポーツ科学 Vol. 44

K.M.C., et al. Reliability and precision of 3D

Medical & biological engineering & computing ,52:921-31（2014）

─

164 ─

全身振動刺激トレーニングの神経生理学的効果の検証
東京国際大学一寸木洋平

Matija Milosevic（共同研究者） 大阪大学大学院
東京国際大学

猪

股

高

志

同

酒

井

美

園

Study on Neural Effects of Whole-Body Vibration TrainingbyYohei Masugi, Takashi Inomata, Misono Sakai
Tokyo International University
Matija Milosevic

Osaka University

ABSTRACT
Whole-body vibration（WBV）training is widely used as a training method forathletes, older adults, and people with central nervous system injuries. Although it has

been shown that WBV can strongly suppress H-reﬂex excitability of the soleus muscle,
the effects on other muscles remain unknown. Therefore, the purpose of this study was
to determine the effects of WBV on the spinal reﬂex circuits of the ﬂexor and extensor
muscles of the thigh and lower leg muscles. Seven healthy adult male individuals

participated in this study and underwent assessments before, during and after WBV anda control condition that included standing only. Surface electromyography signals wererecorded unilaterally in the right leg during the experiments. In the WBV condition, theintervention was applied for 1 minute and in the control condition participants stoodstill for 1 minute. Posterior root muscle（PRM）reﬂexes were measured in four lower

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

165 ─

extremity muscles, including the tibialis anterior（TA），soleus（SOL），vastus medialis（VM），and biceps femoris（BF）before, during, and after the interventions. Our results

showed that the peak-to-peak amplitudes of PRM-reflexes of the TA, SOL, and BF

muscles decreased signiﬁcantly during the WBV intervention, compared to before theintervention. However, no effect was observed in the control condition. These results
indicate that WBV has widespread inhibitory effects on reﬂex circuits in muscles otherthan the SOL, but this effect is not sustained following a short duration intervention.
Overall, our results suggest that WBV can be used effectively to temporarily decrease
spasticity in neurological disorder population.
キーワード
全身振動刺激トレーニング，経皮的脊髄刺激，脊髄反射，筋電図，体性感覚入力
Keywordwhole-body vibration training, transcutaneous spinal cord stimulation, spinal reﬂex,
electromyography, somatosensory input

要 旨

勢としたが，振動刺激は与えずに PRM-reﬂex の
計測のみを実施した．実験の結果，全身振動刺激

全身振動刺激トレーニングは，アスリート，高介入中において，介入前と比較して，前脛骨筋，齢者，中枢神経疾患患者のトレーニング法としヒラメ筋，大腿二頭筋の PRM-reﬂex のピークピーて広く用いられている．これまで全身振動刺激

ク値が有意に低下した．この低下は，全身振動刺が，足関節の底屈筋であるヒラメ筋の H 反射興奮

激介入後は認められなかった．また，コントロー

性を強く抑制することが報告されてきたが，ヒラル条件では有意な差は認められなかった．この結メ筋以外の他の筋への効果は不明であった．そこ

果から，全身振動刺激は，ヒラメ筋以外の筋の単で，本研究では，全身振動刺激が大腿・下腿の屈

シナプス反射回路興奮性に対しても一時的な抑制

筋・伸筋の単シナプス反射回路興奮性に及ぼす影効果を有することが明らかになった．

響を明らかにすることを目的とした．対象は，健常成人男性 7 名とし，実験条件は，全身振動刺激

緒 言条件とコントロール条件であった．実験中，右下

近 年， 全 身 振 動 刺 激（whole-body vibration;

肢の筋から表面筋電位を測定した．全身振動刺激

WBV）トレーニングは，アスリートのパフォー

条件では，被検者の姿勢は立位とし，被検者の足マンス向上 1），高齢者の健康増進 2），中枢神経疾底部へ 1 分間の振動刺激を付加し，介入中および患後のリハビリテーション 3）など多様な目的で介入前後における下肢 4 筋（前脛骨筋，ヒラメ筋，

用いられている．現在のところ，下肢血流の増内側広筋，大腿二頭筋）の Posterior root muscle加 4），柔軟性の増加 5），単シナプス反射回路興奮（PRM-）reﬂex を測定した．コントロール条件で性の低下 6-8）などの生理学的作用が報告されていは，被検者の姿勢は，全身振動刺激条件と同一姿る．その中でも，WBV の単シナプス反射回路興デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

166 ─

奮性に対する効果については，Sayenko らが報告が報告されている 12-14）．これらの研究結果に基している 8）．彼らは，単シナプス反射回路興奮性づき，本研究では，WBV によって生じる体性感の指標として，主にⅠ a 群感覚線維を経皮的に電覚入力が下肢複数筋の単シナプス反射回路の興奮

気刺激することによって得られる Hoffmann 反射性を同時に抑制すると仮説を立てた．この仮説を（H 反射）と呼ばれる電気生理学的手法を用いて，検証するため，WBV が大腿・下腿の屈筋・伸筋

WBV トレーニングの神経生理学的効果を明らかの PRM-reﬂex に及ぼす影響を明らかにすることにした．彼らの報告によると，1 分間の WBV（振を本研究の目的とした．

動周波数 35Hz）によって，WBV 介入中におけるH 反射振幅値が介入前の振幅値の約 10% にまで低1．研究方法下した．また，この有意な低下は，WBV 介入後

1．1 被検者

36 秒間続いた．WBV による H 反射興奮性低下の被検者は，重篤な神経疾患や整形外科疾患の機序として，Ⅰ a 群感覚線維終末のシナプス前抑ない健常成人男性 8 名であった．被検者 8 名のう制や Post-activation depression の関与が考えられ

ち，1 名は立位で PRM-reﬂex を誘発できなかったている．

ため，途中で実験を中止した．立位で計測可能で

WBV の 神 経 生 理 学 的 効 果 を 調 べ る た め に，あった被検者 7 名（平均±標準偏差，年齢 :28 ± 6.9

Sayenko らが採用した H 反射法は，方法論上の理歳，身長 :174.5 ± 7.2cm，体重 :65 ± 8.6kg）のデー

由から，ヒラメ筋をはじめとした限られた筋でタを用いてデータ解析を行った．本研究は東京国

のみ誘発可能であり，大腿二頭筋などの誘発困

際大学医学系研究倫理審査委員会より承認が得ら難な筋の情報は取得できない．また，H 反射法でれた後，実施された（承認番号 :21-13）．被検者

は，複数の筋を同時に測定できないため，複数のに対して説明文書を用いて十分な説明を行い，書筋における単シナプス反射回路興奮性の変化を同面にて同意を得た上で，実験は実施された．

時に捉えることができない．これまで WBV の筋力増強効果については多様な筋で調べられてきた

1．2 表面筋電図が 9），WBV の H 反射回路興奮性に与える効果は，

表面筋電位を取得するために，前脛骨筋，ヒヒラメ筋のみでしか調べられておらず，他の筋へ

ラメ筋，内側広筋，大腿二頭筋長頭に表面電極の効果は不明であった．本研究では，大腿・下腿（Vitrode F–150S，日本光電社製）を電極間距離 20の屈筋・伸筋への WBV の効果を同時に調べるた

mm で貼付した．表面筋電位信号は，生体アンプ

めに，下肢の複数の筋の反射応答を同時に誘発で（多チャンネル増幅器，日本光電社製）を用いて，

き る Posterior-root muscle reﬂex（PRM-reﬂex）法

5Hz–3kHz の帯域通過フィルタで 1000 倍に増幅さを用いた 10, 11）．PRM-reﬂex は，腰髄・仙髄の後れた後，アナログ－デジタル変換器（PowerLab，根を経皮的に電気刺激することで得られ，H 反射

ADInstruments 社製）を用いてコンピュータに取と神経生理学的な特徴が類似していることから，り込まれ，ハードディスクに保存された．なお，

主に単シナプス反射回路の興奮性を反映している

サンプリング周波数は，10kHz とした．

と考えられている

11）．

先行研究においては，下肢の関節運動に関連し

1．3 経皮的脊髄刺激た体性感覚入力は，異なる髄節レベルの単シナプ本研究では，脊髄後根を電気的に刺激するこス反射回路興奮性に対しても抑制効果があることとで誘発される PRM-reﬂex を評価指標として用デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

167 ─

いた．電気刺激には，定電流刺激装置（DS7A，2 条件の間は 15 分間の休憩を入れた．2 つ実験条

Digitimer 社製）を用いた．刺激は，パルス幅が件は，被検者毎に無作為に並べ替えて順序効果を

1ms の矩形波とした．効果的に脊髄後根を刺激す排除した．実験の最後に，各筋の最大随意収縮中るために，陽極（100mm × 75mm）を剣状突起との表面筋電位信号を計測した．

臍の間の腹部に，陰極（50mm × 50mm）を，T12/

PRM-reﬂex の 測 定 は， 介 入 前 の 1 分 間（Pre），

L1，L1/L2 または L2/L3 の棘突起間の皮膚に貼付

介入中の 1 分間（During），介入直後からの 1 分した．陰極の位置は，PRM-reﬂex の誘発が可能

間（Post0-1），介入 1 分後からの 1 分間（Post1-2），．刺激強度は，

介入 5 分後からの 1 分間（Post5-6）に行なわれた．

立位で全ての被検筋から明確な反応を誘発できる

電気刺激は，6 秒の間隔を空けた．電気刺激のタ強度とした．決定した刺激強度で，二連発刺激（刺イミングは，LabVIEW（National Instruments社製）

激間隔 50ms）を行い，1 回目の刺激によって誘発によって制御された．

な部位を探索し，決定された

15, 16）される反応に比べて 2 回目の刺激によって誘発さ両 条 件 と も 被 検 者 は， 全 身 振 動 刺 激 装 置

れる反応が減衰するか確認した．二連発刺激を行（Personal Power Plate，Power Plate 社 製 ）上 で 立うことで，誘発された反応が運動神経への直接的位姿勢をとった．WBV 条件では，1 分間にわたな刺激による反応であるか，あるいは，シナプスり被検者の足底部に振動刺激（35Hz）が与えられを介した反応であるかを確認した

11, 16）．

た．Control 条件では，足底部への振動刺激は与えられなかった．

1．4 三次元座標データ

介入時の振動刺激の有無を記録するために，1

三次元座標データを取得するために，4 台の赤

軸加速度センサー（3123A，Dytran Instruments 社

NaturalPoint 社製），
外線カメラ（OptiTrack Flex13，製）を全身振動刺激装置上に取り付け，加速度

カメラハブ（OptiHub2，NaturalPoint 社製）およびのアナログ信号を，アナログ－デジタル変換器

計測ソフトウェア（Motive Tracker，NaturalPoint）（PowerLab，ADInstruments 社製）を介して PC にから構成される光学式モーションキャプチャー

取り込んだ．得られたデータは，実験中の振動刺システムを用いた．直径 14mm の反射マーカーを激の有無を確認するために用いられた．

被検者の解剖学的標点（肩峰，大転子，大腿骨外側上顆，腓骨外果，踵骨隆起，第 5 中足骨頭）に1．6 データ解析

テープで貼付した．カメラのフレームレートの設刺激によって得られた PRM-reﬂex のピークピー

定は 100fps とし，カメラハブから出力された同期ク値を算出した．背景筋活動量として，刺激前

信号は，アナログ - デジタル変換器（PowerLab，

50ms の表面筋電位信号の二乗平均平方根の値を

ADInstruments 社製）を用いて収録され，三次元求め，その値を最大随意収縮時の二乗平均平方根

座標データと表面筋電位信号との同期を行った．

の値で正規化した．解析には，データ解析ソフト

三次元座標データは，実験中の姿勢変化を視覚的ウェア（Matlab R2020b，Mathworks 社）を用いた．

に確認するために用いられた．
1．7 統計解析
1．5 実験プロトコル

二連発刺激による 1 発目と 2 発目の PRM-reﬂex

本実験は全身振動刺激（WBV）条件とコントのピークピーク値の比較は，対応のある t 検定をロール（Control）条件の 2 条件を同日に実施した．

用いた．正規性の検定（Shapiro-Wilk）が棄却さ

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

168 ─

れた場合は，ノンパラメトリックの検定である

Wilcoxon の符号順位検定を用いた．
各条件の PRM-reﬂex のピークピーク値と背景

Software 社製）を用いた．有意水準は 5% とした．
2．結 果

筋活動量は反復測定の一元配置分散分析を行っ

図 1 に二連発刺激によって誘発された PRM-た．その結果，主効果があった場合は，Pre の値

reﬂex の ピ ー ク ピ ー ク 値 の 値 を 示 す．2 発 目 のをベースラインとして，Dunnett の検定を行った．

PRM-reﬂex のピークピーク値が 1 発目のものより

反復測定の一元配置分散分析は，正規性の仮定をも有意に小さかった（TA:p=0.016，SOL:p=0.005，

基にした検定であるため，統計解析を行う前は前VM:p=0.016，BF:p=0.027）.

提が満たされているか確認を行った．正規性の検図 2 に WBV 条件および Control 条件における定（Shapiro-Wilk）が棄却された場合は，ノンパラ

PRM-reﬂex のピークピーク値の典型データ（n=1）

メトリックの検定である Friedman の検定を用いを示す．WBV 条件では，Pre に比べると，During

た．

において，TA と SOL と BF でピークピーク値のSigmaplot（Systat
統計処理及びグラフ作成には，明らかな低下が認められた．しかし，WBV 条件

図 1 二連発刺激によるPRM-reflexのピークピーク値の変化（n=7）

二連発刺激によって誘発された前脛骨筋（TA）,ヒラメ筋（SOL）,内側広筋（VM）,大腿二頭筋（BF）におけるPRM-reflexのピークピーク値（中央値,四分位範囲）を示している.刺激間隔は50ｍｓとし,同一強度の刺激を加えたところ,1発目（1st）に比べ,2発目（2nd）のピークピーク
値は有意に小さな値を示した.*:p<0.05,**:p<0.01

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

169 ─

図 2 全身振動刺激条件（WBV）およびコントロール条件（Control）におけるPRM-reflexのピークピーク値の変化（典型例n=1）

縦軸は, 前脛骨筋（TA）,ヒラメ筋（SOL）,内側広筋（VM）,大腿二頭筋（BF）におけるPRM-reflexのピークピーク値を示している.横軸は測定開始を0秒とし,時系列を示した.

の During に見られた低下は，介入後には見られプロットとエラーバーは，被検者 7 名の平均値なくなった．

と標準誤差を示している．Control 条件のデータ

図 3 に WBV 条件および Control 条件におけるに対して，反復測定の一元配置分散分析および

PRM-reﬂex のピークピーク値の変化を示す．各Friedman の検定を行ったところ，有意差は認め

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

170 ─

図 3 全身振動刺激条件（WBV）およびコントロール条件（Control）におけるPRM-reflexのピークピーク値の変化（n=7）

縦軸は,前脛骨筋（TA）,ヒラメ筋（SOL）,内側広筋（VM）,大腿二頭筋（BF）におけるPRM-reflexのピークピーク値（平均値±標準誤差）を示している.横軸は,介入前（Pre）,介入中（During）,介入直後から1分間（Post0-1）,介入1分後から1分間（Post1-2）,介入5分後から1分間（Post5-6）を示した.*:p<0.05,**:p<0.01

られなかった．一方で，WBV 条件の TA，SOL，られた（TA:p<0.001，SOL:p=0.019，VM:p=0.020，

BF のデータにおいては，有意差が認められた

BF:p<0.001）． さ ら に，Dunnett の 検 定 の 結 果，

（TA:p=0.006，SOL:p=0.004，BF:p=0.002）．

さPre と比較して，During で有意な増加が認められた

ら に，Dunnett の 検 定 の 結 果，Pre と 比 較 し て，

SOL:p=0.029，BF:p<0.001）．一方で，（TA:p=0.047，

During で有意な低下が認められた（TA:p=0.011，

Control 条件においては有意差は認められなかっSOL:p=0.018，BF:p=0.002）．

た．

表 1 に WBV 条件および Control 条件における背景筋活動量のデータを示す．背景筋活動量は，最3．考 察

大随意収縮（MVC）中の表面筋活動電位で正規化

本研究の目的は，WBV が大腿・下腿の屈筋・した値（%MVC）を用いた．反復測定の一元分散

伸筋の単シナプス反射回路興奮性に及ぼす影響分析および Friedman の検定の結果，WBV 条件のを明らかにすることであった．実験の結果，1 分

TA，SOL，VM および BF において有意差が認め間の WBV 介入中において，下肢 3 筋（前脛骨筋，デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

171 ─

表 1 WBV条件およびControl条件における背景筋活動量（%MVC）の変化（平均値±標準誤差）

WBV

Control

TA
SOL
VM
BF
TA
SOL
VM
BF

Pre

During1.26±0.29
4.94±0.84
2.48±0.53
3.41±0.51
1.06±0.30
5.19±0.88
1.98±0.36
3.75±0.85

3.14±0.53 *8.79±1.44 *5.72±1.32
7.99±1.54 **1.31±0.31
4.83±0.89
2.15±0.36
4.36±1.71

Dunnettʼs test, * p < 0.05, ** p <0.01

Post 0-1
1.13±0.13
6.19±0.68
2.63±0.61
4.91±1.69
1.26±0.32
4.36±0.76
2.23±0.37
3.07±0.76

Post 1-20.85±0.11
5.01±0.60
2.35±0.62
3.80±1.02
1.16±0.40
4.69±0.80
2.30±0.52
3.29±0.93

Post 5-60.69±0.08
5.05±0.60
2.51±0.58
3.64±0.73
0.73±0.12
4.59±0.68
2.08±0.33
3.39±0.66

ヒラメ筋，大腿二頭筋）の PRM-reﬂex のピークとが示されている 8）．本研究において，ヒラメ筋

ピーク値が有意に低下した．この低下は，WBVの PRM-reﬂex のピークピーク値が WBV 介入中に介入終了後は認められなかった．以下に，本結果大幅に減少した点は先行研究の結果と一致していを考察する．

る．一方で，刺激の持続効果については，先行研
究では介入後 36 秒間持続したと報告されている

3．1 方法論についてが，本研究では介入後 1 分間の低下は認められず，

本研究で用いた PRM-reﬂex は，二連発刺激に

先行研究の結果 8）と一致しなかった．先行研究

よって PRM-reﬂex のピークピーク値が減少する

では，EasyStand 5000 と呼ばれる立位姿勢を保持ことや局所振動刺激によって振幅の減少が見られする装置が用いられており，立位時における筋活ることから，シナプスを介した反応であるとされ動量の差が不一致の原因のひとつと考えられる．

．また，シミュレーションを用いた研また，H 反射と PRM-reﬂex の違いとして，PRM-究により，PRM-reﬂex は主に脊髄後根が刺激され

reﬂex では，異名筋のⅠ a 群感覚線維からの入力

ることによって誘発されると考えられているの影響があり，この点も結果の差異の要因として

ている

11）

17,

18）

．

考えられる．

本研究では，刺激電極の貼付位置を決定した後，ヒラメ筋以外の他の筋においても，WBV 中に二連発刺激によって誘発された反応が運動神経へ

PRM-reﬂex のピークピーク値が大幅に減少した．

の直接的な刺激による反応であるか，あるいは，ヒラメ筋以外の筋への抑制効果を報告した研究

シナプスを介した反応であるかを確認した．図 1

は，これまでなく，本研究において初めて明らかに見られるように，測定されたすべての筋でピーにすることができた．先行研究において，受動ス

クピーク値の減少が見られたことから，本研究でテッピング 12, 14）など筋紡錘を中心とした体性感計測された反応は，シナプスを介した反射応答で覚入力が惹起される条件において，単シナプス反あり，単シナプス反射回路の反射応答を誘発でき

射回路興奮性が全体的に抑制されることが示されたものと考えられる．

ており，Ⅰ a 群感覚線維終末のシナプス前抑制が関与していると考えられてきた 14）．本研究においても，WBV によって惹起される体性感覚入力

3．2 WBV の神経生理学的効果

WBV の神経生理学的効果については，これまで H 反射法を用いて調べられてきた

6-8）

が，Ⅰ a 群感覚線維終末のシナプス前抑制や Post-．この方

activation depression などの複数の抑制機序が，複法を用いた研究によると，ヒラメ筋の H 反射が数の筋の PRM-reﬂex の低下に関与したものと考介入前と比較して，WBV 中に強く抑制されるこえられる．

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

172 ─
3．3 臨床的意義

げます．また，研究助成の申請時にご協力頂いた

WBV トレーニングは，アスリート，高齢者，

東京大学大学院中澤公孝教授，本研究にご参加頂

中枢神経疾患患者のトレーニング法として広く用いられている．WBV トレーニングの効果については，既に多数の介入研究が行われており，シス
テマティック・レビューでもその有効性が報告されている 1-3）．例えば，中枢神経疾患患者においては，伸張反射亢進の結果として生じる運動機能障害の 1 つである痙縮に対する治療効果が検証されており，脳性麻痺や脳卒中の痙縮の緩和に対して一部有効性が認められている 3）．しかし，今のところ，そのメカニズムについては明らかになっていない．

PRM-reﬂex を評価指標として用いた本研究においては，WBV が下肢の複数の筋の単シナプス
反射回路興奮性を同時に低下させることが明らかになった．この結果から，WBV トレーニングが下肢の複数の筋の痙縮緩和や筋緊張低下の効果を有することが示唆された．本研究では，短時間のWBV による急性効果について検討したが，繰り返し WBV を行うことで単シナプス反射回路興奮
性を持続的に低下させられるかは今後検討する必要がある．また，本研究は健常者を対象としたものであったため，中枢神経疾患患者を対象として今後検討する必要がある．
4．結 論
本研究では，WBV が大腿・下腿の屈筋・伸筋の単シナプス反射回路興奮性に及ぼす影響を明らかにすることを目的として実験を行ったところ，

WBV に下肢の複数の筋の単シナプス反射回路興
奮性を同時に抑制する効果があることが明らかになった．
謝 辞
本研究に助成いただいた公益財団法人石本記念
デサントスポーツ科学振興財団に厚く御礼申し上いた被検者の皆様に厚く御礼申し上げます．
文 献1） Hortobagyi, T., et al., Small and inconsistent effectsof whole body vibration on athletic performance: asystematic review and meta-analysis. Eur. J. Appl.

（2015）
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─

174 ─

坂ダッシュトレーニングによる下肢筋活動への影響
東京大学・早稲田大学

欠畑（共同研究者） 立 命 館 大 学

後藤

早 稲 田 大 学

礒

順天堂大学・早稲田大学

彼

末

岳
悠

太

繁

雄

一

之

Effects of The Lower Limb Muscle Activity During Uphill Sprint Training

by
Gaku Kakehata

The university of Tokyo, Waseda Univerisity
Yuta Goto

Ritumeikan university
Shigeo Iso

Waseda university
Kazuyuki Kaosue

Juntendo university, Waseda Univerisity

ABSTRACTThe purpose of this study was to clarify effect of uphill sprinting to runningspatiotemporal variables and lower limb muscle activity. Twelve university sprinters（seven males）were volunteered to this study. Subjects performed 60 m sprint withmaximal effort in two conditions（level sprint vs uphill sprint）．Then, we obtained
running spatiotemporal variables and electromyography（EMG）from lower limb

muscles（biceps femoris, rectus femoris, tibial anterior, lateral head of gastrocnemius）．
We calculated the running spatiotemporal variables（e.g., running speed, step

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

175 ─

frequency, step length），EMG activity amplitudes（%MVC），and relative EMG

timings in running cycle（%）in analysis section（40-60m）．We observed runningspeed, step frequency, and step length were significantly decreased in the uphillsprint. However, no signiﬁcant differences were observed in EMG activity amplitudes

between two conditions. On the other hand, the onset and offset timings of rectus
femoris muscle were signiﬁcantly shifted to the latter half of the running cycle in the

uphill sprint. Therefore, we may consider the possibility that delay in the timing of therecovery movement（i.e., hip ﬂexion）of the swing leg in the uphill sprint. These results

suggest that uphill sprint training may affect the timing of muscle activity rather than
the amount of muscle activity. We conclude that neuromuscular control of the lower
limb muscle is different between uphill sprint and level sprint.
キーワード
スプリント走，坂ダッシュ，下肢筋活動，筋電図，バイオメカニクス
KeywordSprint running, Uphill sprint, Muscle activity, Electromyography, Biomechanics

要 旨
本研究は，上り坂走と平地走における下肢筋活動の相違について解明することを目的とした．被グは，筋活動量でなく筋活動のタイミングに影響を及ぼす可能性が示された．
緒 言

験者は大学陸上競技部の男女 12 名（男子 7 名，女短距離走のトレーニング方法に坂ダッシュト

子 5 名）であった．平地および上り坂で 60m を全レーニング（上り坂走）がある．上り坂走は，傾力疾走した際の走動作と下肢筋（前脛骨筋，腓腹斜走路を駆けあがることで下肢筋群を鍛えるレジ

筋外側頭，大腿直筋，両脚の大腿二頭筋）の筋電

ステッドスプリントトレーニングである 1）．国立

図を取得した．解析区間（40-60m）における時空

スポーツ科学センターの陸上競技トレーニング場

間的変数，筋活動のタイミング，筋活動量を定量においても傾斜走路が併設されており，上り坂走

し条件間で比較した．その結果，上り坂走では走は多くのトップアスリートが実施するトレーニン

速度，ピッチ，ストライドが有意に減少した．筋

グ方法のひとつである．また，上り坂走は陸上競

活動量はいずれも条件間で有意差が認められな技以外のスポーツにおいてもそのトレーニング

かった．一方，上り坂走では，大腿直筋の筋活動効果を認める報告がある 2, 3）．先行研究では，上のタイミングがランニングサイクルの後半に有意り坂走では，平地走と比較して下肢筋群の筋活動にシフトした．これは上り坂走において，スウィ量が増加するという一連の知見が得られている

ング脚のリカバリー動作（股関節屈曲）のタイミ

が 4-6），その走速度は 7.5m/s に満たず，中距離走

ングに遅延が生じ，ピッチの低下に繋がっていた（800m）のレース中の走速度と同程度である．一と推察される．以上より，坂ダッシュトレーニン

方，トップスプリンターの 100m 走における最高デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

176 ─

走速度は 11m/s を超えることを考慮すると，これ説明し，実験参加への同意を得た．本研究は早稲までの上り坂走と平地走による下肢筋活動の違い

田大学の人を対象とする研究に関する倫理審査委

は，比較的低速度における知見に留まっている現員会の承認（承認番号 2021-093）を得たうえで実状がある．また，上り坂走と平地走における筋活施した．

動や走動作の変化を検討した先行研究の多くは，
トレッドミル走による実験環境であり，両条件間

1．2 実験プロトコル4,

被験者は十分なウォーミングアップを実施後，

7-9），全力疾走した際の筋活動や時空間的変数（走

全天候型陸上競技場の直線走路を全力疾走する

速度，ピッチ，ストライドなど）の変化は解明さ条件（以下，平地走）と競技場隣接のアスファル

れていない．また，トレッドミル走とオーバーグ

ト舗装された上り坂傾斜路（平均傾斜 4 ﾟ）を全力

ラウンド走（overground running）とでは走動作や疾走する条件（以下，上り坂走）でそれぞれ 60m

筋活動に相違があることが指摘されている．

走を 2 本実施した．被験者には，いずれも加速区

したがって，上り坂走による下肢筋活動への影響

間 40m のあと，40-60m 区間を最大努力で疾走すについて，全力疾走（高速度），かつオーバーグるよう指示した．この 40-60m 区間を分析区間とラウンド走による筋活動の振る舞いから検討するして定義し，20m の所要タイムを光電管システム必要がある．そこで，本研究は全力疾走中の下肢（Brower TCi-Gate Timing System, Brower Timing）

筋活動について 2 つの条件間（上り坂走および平で記録した．試技の順番はランダムとし，いずれ地走）における筋活動のタイミングおよび活動量

もタイムの良い試技を分析対象試技として採用しの相違について解明することを目的とした．

た．接地，離地のタイミングを同定するためにで走速度を統一させるというプロトコルが多く

10, 11）

被験者の走動作をデジタルハイスピードカメラ

1．方 法

．
（FZ-300，Panasonic）で 追 従 撮 影 し た（240Hz）

1．1 被験者

被 験 筋 は， 両 側 の 大 腿 二 頭 筋（biceps femoris:

被験者は大学陸上競技部に所属する短距離選手

BF），右脚の大腿直筋（rectus femoris: RF），前脛

男子 7 名，女子 5 名であった（表 1）．被験者には，骨筋（tibial anterior: TA），腓腹筋外側頭（lateral

実験の目的と内容および危険性等について口頭でhead of gastrocnemius: LG）の計 5 筋とした．各筋

表1

身体特性および平地走と上り坂走における時空間的変数の個別データ

Running speed（m/s） Step frecuency（Hz）
Step length（m）
Contact time（sec）
Flight time（sec）
Subject Gender Mass（kg） Heigt（m） Age（years） Level Uphill Level Uphill Level Uphill
Level
UphillLevel Uphill
A
W
50
1.63
21
8.20
6.80
4.07
3.97
2.01
1.71
0.118
0.136
0.128
0.116
B
W
54
1.65
21
7.84
6.69
4.19
4.10
1.87
1.63
0.117
0.139
0.122
0.106
C
W
48
1.58
22
7.35
6.37
4.09
3.95
1.80
1.61
0.119
0.142
0.125
0.111
D
W
52
1.69
19
8.73
7.32
4.39
4.28
1.99
1.71
0.100
0.120
0.129
0.113
E
W
62
1.71
22
7.78
6.67
4.06
4.00
1.92
1.67
0.121
0.138
0.126
0.112
F
M
69
1.71
22
9.90
9.17
4.50
4.46
2.20
2.06
0.094
0.099
0.128
0.125
G
M
74
1.81
22
9.66
8.40
4.25
4.12
2.27
2.04
0.101
0.113
0.134
0.130
H
M
60
1.72
22
9.98
8.56
4.47
4.41
2.23
1.94
0.095
0.110
0.129
0.117
I
M
72
1.69
22
9.32
7.85
4.51
4.46
2.07
1.76
0.102
0.122
0.120
0.103
J
M
66
1.70
22
10.06
8.54
4.57
4.54
2.20
1.88
0.093
0.108
0.126
0.112
K
M
79
1.87
19
9.35
8.31
4.18
4.13
2.24
2.01
0.106
0.117
0.134
0.126
L
M
78
1.83
22
9.71
8.16
4.38
4.20
2.22
1.94
0.096
0.112
0.132
0.127
Mean±SD 64±11 1.72±0.08 21±1 8.91±0.97 7.64±0.95* 4.29±0.19 4.2±0.21* 2.07±0.16 1.82±0.17* 0.106±0.011 0.122±0.014* 0.127±0.004 0.117±0.008*
平均値±標準偏差デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

177 ─

図 1 ランニングサイクル局面の定義の筋電図信号はワイヤレス筋電センサー（Trigno

同期装置（全周囲光呈示器 , Q'sﬁx）の光信号が確

Wireless Sensor, DELSYS）を用いて，サンプリン

認された時刻を基準に，カメラ映像の時間軸と同グ周波数 2000Hz にて記録した．大腿の筋電セン期させた．筋電図信号の時間軸に，動画像から読サー貼付位置は，解剖学的正位において大転子かみ取った FS と FO のタイミングを対応させ，右ら膝関節裂隙を結んだセグメントを大腿長とし，脚を「基準脚（ipsilateral leg）」
，左脚を「反対脚

その 50 % 位置の筋腹位とした．下腿の筋電セン（contralateral leg）」とした．本研究では，両脚のサー貼付位置は，解剖学的正位において膝関節裂

FS と FO のタイミングから，ランニングサイクル

隙と外果を結んだセグメントの 30 % 位置の筋腹の局面を図 1 の通り定義した．ランニングサイク位とした．各筋の筋電図信号は，20-450 Hz のバ

ルは，基準脚の FS（以下，iFS）の瞬間から次のンドパスフィルター処理をされたうえで，コン

基準脚の FS（以下，iFS2）までとし，iFS から基ピューターに取り込まれた．試技の終了後，各筋iFO）までを「接地期（Contact）」
準脚の FO（以下，の最大随意収縮（以下，MVC）を 5 秒間の徒手抵と定義した．また，iFO から反対脚の FS（以下，抗により記録した．

cFS）までを「スウィング期前期（Early-swing）」，
cFS から反対脚の FO（以下，cFO）までを「スウィ1．3 時空間的変数の解析方法

ング期中期（Mid-swing）」，cFO から iFS2 までを

20m の所要タイムに要した時間（sec）から走速「スウィング期後期（Late-swing）」と定義した（図度（m/s）を算出した．ハイスピードカメラの動1）．これらの 4 局面における筋活動量を二乗平均

画像を動画再生ソフトウエア（QuickTime Player,

平方根（RMS）値として求め，MVC 値で正規化

Apple）に取り込み，分析区間に要した 4-5 ランニ

した相対値で算出した（%MVC）．先行研究を基

ングサイクル分の接地の瞬間（Foot-Strike：以下，に，大腿直筋と両脚の大腿二頭筋の筋活動のオンFS）と離地の瞬間（Foot-Off: 以下，FO）のタイミ

セット，オフセットのタイミングを TKEO フィル

ングのフレーム数をカウントした．そのフレー

タによる閾値設定に従い算出した 12, 13）．TKEO

ム数から各ステップの接地時間（sec），滞空時間

フィルタは，筋電図信号のオンセットを計算する（sec）を算出し，平均のピッチ（Hz）を算出した．

ための信頼性の高い方法であることが確認されてまた，走速度とピッチから平均ストライド（m）

いる 12, 13）．これらのオンセット，オフセットのを算出した．

タイミングは，ランニングサイクルの相対的なタイミング（%）で算出した．

1．4 筋電図信号の解析方法

大腿直筋と両脚の大腿二頭筋のオンセット

筋電図信号は，生体信号処理速度ソフト（Lab（onset）およびオフセット（offset）のタイミング

Chart 8 for windows, ADInstruments）に取り込み，から，筋制御の変数である Switch および Scissors

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

178 ─

図 2 筋制御の変数SwitchおよびScissorsの定義（先行研究 15）を基に作成）について，先行研究を基に定義した 14, 15）（図 2）．

Scissors1（%）=（iRF-onset）-（cBF-onset）「Switch」

Scissors2（%）=（cBF-onset）-（iRF-onset）

基準脚の主動筋と拮抗筋の関係にある基準脚の大腿直筋（iRF）と大腿二頭筋（iBF）の切換えに

1．5 統計処理

要した時間の長さを示す指標として以下のように平地走と上り坂走における時空間的変数および定義した（図 2A）．

筋活動のタイミングの平均値の差の検定は対応のSwitch1（%）=（iRF-onset）-（iBF-offset）

ある t 検定により検討した．また筋活動量の平均

Switch2（%）=（iBF-onset）-（iRF-offset）

値の差の検定について，対応のある 1 要因の分散

これらが負の値である場合は，大腿直筋と大腿分析により検討した．有意水準は 5% 未満とし，二頭筋は共収縮していることを示す．
「Scissors」
スウィング脚の股関節屈筋として機能する大10% 未満を有意傾向として扱った．
2．研究結果腿直筋（iRF）と接地脚（反対脚）の股関節伸筋と2．1 時空間的変数

して機能する大腿二頭筋（cBF）との活動の時間

表 1 に，平地走と上り坂走における各変数の平差を示す指標として以下のように定義した（図均値±標準偏差を示した．上り坂走において走速2B）．

度（p< 0.001），ピッチ（p< 0.001），ストライド（p<デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

179 ─

0.001），滞空時間（p< 0.001）が有意に減少した．

短縮する傾向にあった．図 3 に，大腿直筋と両脚一方，接地時間（p< 0.001）は有意に増加した．

の大腿二頭筋の活動のタイミングについて示した． 図 4 に，基準脚における前脛骨筋，腓腹筋

2．2 筋活動の変数

外側頭，大腿直筋，大腿二頭筋の筋活動量を示し

表 2 に筋電図信号の変数の平均値±標準偏差をた．いずれも条件間で有意差は認められなかった．

示した．上り坂走において iRF-onset（p= 0.024），

iRF-offset（p= 0.046）が サ イ ク ル の 後 半 に 有 意

3．考 察にシフトした．同様に，上り坂走において iBF-

本研究は平地走と上り坂走，いずれも全力疾走

offset がサイクルの後半にシフトする傾向がみ

中の時空間的変数，筋活動量，筋活動のタイミン．さらに，上り坂走において，られた（p= 0.094）

グの相違について調べた．

Swicth2（p=0.092）および Scissors2（p= 0.057）が3．1 時空間的変数および筋活動量について
表2

平地走と上り坂走における筋活動のタイミング

iRF-onset（%）
iRF-offset（%）
iBF-onset（%）
iBF-offset（%）
cBF-onset（%）
cBF-offset（%）
Switch1（%）
Switch2（%）
Scissors1（%）
Scissors2（%）

Level
39.7±3.574.0±3.773.4±4.1
30.3±4.424.9±3.880.7±5.5
9.4±6.3-0.6±3.4
14.9±4.5
6.7±6.0

Uphill40.7±2.875.5±3.473.9±3.831.9±3.424.2±3.0
79.5±4.4
8.3±4.5-1.2±3.4
15.4±4.7
3.3±3.0

P-value*0.024*0.0460.469#0.094
0.235
0.276
0.229
#0.0920.388#0.057

平均値±標準偏差*: 5% 水準で有意差がある，#：10% 水準で有意傾向にある．

上り坂走で平地走と同一の走速度を獲得するた
めには，高いピッチが要求される 4, 8）．また，上り坂走では，筋活動量が増大するという知見が得られている 4-6）．条件間で走速度を 7.5m/s で統一したトレッドミル走では，上り坂走で大殿筋，中殿筋，大腿直筋，大腿二頭筋，腓腹筋外側頭の筋
活動量が増加したことが報告されている 4）．しかし，これらの認識はトレッドミル走による実験環
境に基づく．一方，本研究では平地走，上り坂走

図 3 大腿直筋と大腿二頭筋の筋活動のタイミング*: 5% 水準で有意差がある，#：10% 水準で有意傾向にある

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

180 ─

図 4 基準脚の前脛骨筋，
腓腹筋外側頭，大腿直筋，
大腿二頭筋の活動量の比較

いずれもオーバーグラウンド走で全力疾走すると3．2 筋活動のタイミングについていう実験環境であり，上り坂走では全被験者の走

これまで，上り坂走と平地走における筋活動の速度，ピッチ，ストライドが低下した（表 1）．つタイミングを定量しその相違について検討した研まり，上り坂走で平地走の全力疾走時よりも高い

究は無い．スプリントでは大腿筋活動が主要なパ

走速度を獲得することはオーバーグラウンド走でワー発揮を担うこと 16-18），さらに大腿直筋と大は困難であり，トレッドミルで走速度を統一させ

腿二頭筋の活動のタイミングが高いスプリントパ

た先行研究とは異なるピッチ，ストライドの適応

フォーマンスを獲得するために重要な因子であるが示された．また，筋活動量についても先行研究ことから 14, 15），これら 2 筋の活動のタイミングにとは異なり条件間で有意差は認められなかった着目した．その結果，上り坂走における大腿直筋（図 4）．これらのことから，トレーニングで実施のオンセット，オフセットのタイミングは，ランされるオーバーグラウンド走による上り坂走は，

ニングサイクルの後半にシフトするという特徴が平地走よりも低い走速度に留まるものの，平地走．スプリントにおける大観察された（表 2, 図 3）と同等の筋活動量が要求されることが明かとなっ腿直筋は主に股関節屈曲筋として機能し 14, 19, 20），

た．また，上り坂走ではピッチの低下すなわちラスウィング脚を前方に振り出す局面であるスウィ

ンニングサイクル時間の延長が生じることから，ング期前半および中盤に強く活動する（図 4）．ま平地走と同等の筋活動量をより長い時間にわたりた，特に高速度では，素早い股関節屈曲（脚のリ発揮していたことが推察される．以上より，オーカバリー動作）によって，高いピッチを獲得する

バーグラウンド走による上り坂走では，筋活動量戦略に切り替わる 16-18）．このとき大腿直筋の活そのものに変化は生じさせず，平地走と同等の筋動のタイミングが早い者ほど高いピッチを獲得し活動量に留まることが示された．

ていたことが示されている 14）．また，上り坂走において，股関節は平地走よりも離地時には伸展
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

181 ─

位にあるため，接地期における可動域が増大する

活動が反対脚の活動に対して遅延していたこと

8）

ことが報告されている ．本研究で観察された上を意味する．先行研究では，この Scissors2 の時り坂走で大腿直筋の活動のタイミングが遅れると間が長い，つまりスウィング脚の大腿直筋の活動いう変化は，股関節屈曲のタイミングすなわちリを早期に実現している者ほど，高いピッチを獲得

カバリー動作の遅延に繋がり，結果としてピッチしていたことが報告されている 14）．これは，スの低下を誘発していた可能性が考えられる．

プリントの技術で重要視されている技術のひとつ

さらに，上り坂走では大腿二頭筋のオフセット

であるシザース動作に相当する筋制御の特徴であのタイミングがランニングサイクルの後半にシフり，Scissors2 の時間の延長は，上り坂走におけるトする傾向がみられた（iBF-offset, p=0.094）．上シザース動作の遅延を間接的に反映しているもの

り坂走では，傾斜路に対して身体重心を鉛直方向と考えられる．以上より，これらの筋制御の変化へ移動させる必要があるため，接地期後半におけが，上り坂走におけるピッチの低下の要因である

る地面反力の推進成分が増大する

21, 22）．さらに，股関節が平地走よりも離地時に伸展位にあること
23），上り坂走において接地時間が延長したとい可能性が考えられる．
4．結 論

う結果を考慮すると，上り坂走で大腿二頭筋のオ

オーバーグラウンド走かつ最大努力による坂

フセットのタイミングが遅延したことは，股関節

ダッシュトレーニングでは走速度，ピッチ，スト

伸展筋である大腿二頭筋の活動を延長させ，よりライドが減少する．このとき，下肢筋活動量は変

大きな地面反力を獲得しようとした適応であると化しないものの，大腿直筋の筋活動のタイミング推察される．以上より，大腿直筋と大腿二頭筋のがランニングサイクルの後半に有意にシフトす

活動のタイミングは上り坂走と平地走とでは異なる．その結果，スウィング脚のリカバリー動作（股る筋活動の振る舞いを示すことが示唆された．

関節屈曲）のタイミングに遅延が生じ，ピッチの低下を誘発している可能性が考えられる．まとめ

3．3 筋制御の変数について

ると，オーバーグラウンド走かつ最大努力による上り坂走において，スウィング期後半における坂ダッシュトレーニングでは，筋活動量そのもの

大腿直筋と大腿二頭筋の切り替わりに要した時が増大するのではなく，筋活動のタイミングに影．
間（Switch2）が短縮する傾向にあった（p=0.092）

響を及ぼす可能性が示唆された．以上より，
坂ダッ先行研究では，Switch2 とピッチに有意な正の相シュトレーニングを現場で実施する際，大腿筋関関係があることが報告されている．すなわち，（大腿直筋と大腿二頭筋）の活動のタイミングを，主動筋と拮抗筋のスムーズな切換えが達成されて平地走と同等に維持させることで，高いピッチのいる者ほど高いピッチを示した 14）．本研究では獲得に繋がり，結果として高いパフォーマンスに上り坂走でピッチが低下したが，その要因のひと繋がる可能性が示唆される．

つはこの主動筋と拮抗筋の活動の制御の変化にあると考えられる．さらに，スウィング脚の大腿直謝 辞筋のオフセットのタイミングと接地脚の大腿二本研究は，公益財団法人石本記念デサントス頭筋の活動のオフセットのタイミングの時間差

ポーツ科学振興財団の研究助成を受けて実施され（Scissors2）が短縮する傾向にあった（p=0.057）．

た．財団の御支援に深く感謝する．本研究を遂行

このことは，相対的にスウィング脚の大腿直筋のするにあたり御協力いただいた早稲田大学競走部

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

182 ─

にも感謝する．
文 献1） Paradisis, G.P., & Cooke, C.B. The effects of sprint

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デサントスポーツ科学 Vol. 44

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strike runners during overground downhill andground reaction forces in forefoot strike and rearfoot（2016）

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─

184 ─

ランニング中の足部アーチ変化および
足底荷重分布パターンの定量化
木内（共同研究者） 同

平

野

智

也

同

角

田

直

也

同

船

渡

和

男

国士舘大学大学院

聖Quantitative Analysis of Foot Arch Deformation and Plantar Load Distribution
Pattern During Runningby
Akira Kiuchi , Tomoya Hirano ,Naoya Tsunoda, Kazuo Funato

Kokushikan University Graduate School of Sport System

ABSTRACTThe purpose of this study was to quantify changes in the foot medial longitudinalarch and the plantar load distribution during running. Plantar pressure measurement

plate（Novel GmbH®, 100Hz）, motion capture system（Oxford, 100Hz）and Forceplate（Kistler, 1KHz）were synchronized. Plantar load distribution was divided

into five sub-area based on anatomical measurement points. Medial longitudinalarch angle was calculated as the angle between the first metatarsal distal medial,navicular tuberosity and posterior aspect of heel, and ﬁrst metatarsophalangeal joint

angle as the angle between the hallux proximal end of ﬁrst phalanx, ﬁrst metatarsal
distal and proximal medial. The plantar load was observed to shift to the forefootduring push off, and the medial longitudinal arch angle showed the largest change.

Thereafter, the anterior ground reaction force tended to increase with dorsiﬂexion of the
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

185 ─

metatarsophalangeal joint. Medial longitudinal arch is a ﬂexible structure that absorbs

plantar load during foot contact, and it was assumed that the dorsiﬂexion of the ﬁrst

metatarsophalangeal joint during push off contributed to the increase in foot stiffness to
support forward propulsion from the forefoot.
キーワード
足底荷重，足部アーチ，地面反力，ランニング，キネマティクス
KeywordPlantar load, Foot arch, Ground reaction force, Running, Kinematicsている．その中でも，内側縦アーチは，歩行やラ

要 旨

ンニング中に足底に加わる負荷に応じて接地初期

ランニングにおける足部内側縦アーチの変化おの柔軟な構造から，接地後期に硬い構造へ変化す

よび足底荷重を定量化することを目的とした．足ることで，前方への推進力を生成するという重要

底圧分析機（Novel GmbH ，100Hz），モーショな役割を担う 1）．

®

ンキャプチャシステム（Oxford，100Hz），フォー

足部の接地中に足底に加わる負荷は足底荷重とスプレート（Kistler，1KHz）を同期し，足底を解呼ばれ，今日までに足底圧分析機を用いて評価さ剖学的計測点に基づいて 5 つに分割した．参加者れてきた．足底荷重を評価する際の問題として，

8 名が 2.78m/s の速度でランニングを行った．内足底をどの様に区分して各足底部位の荷重を定量

側縦アーチ角度は第一中足骨遠位端，舟状骨，踵化するかがあげられる．一般的に用いられる幾何

骨側面のなす角度，中足趾節関節角度は，母趾末学的方法は，決められたアルゴリズムで足底を区

節骨近位端，第一中足骨遠位端および近位端のな分するため，簡便に部位別の足底荷重を評価する

す角度として算出した．足底荷重は，接地とともことができる．しかし，足部のかたちは人それぞに後足部および前足部外側の荷重がみられ，蹴りれ異なるため，足底のどの部分にどのくらいの荷出し時には前足部に荷重がシフトし，内側縦アー

重がかかっているのか定量化して評価することがチ角度が最大の変化量を示した．その後，中足趾困難である．この制限を克服するために，足の解節関節背屈に伴い前方向の地面反力が増加する傾剖学的ランドマークに基づいた区分方法が開発さ向がみられた．内側縦アーチは，足部接地中，足れた 2, 3）．一般人のジョギングや競技者のランニ

底荷重を吸収するための柔軟な構造から，蹴り出

ング動作では，足部に関する障害の発生が高く 4），

し時に中足趾節関節を背屈させることで剛性を高それを防止するためのシューズの設計・開発にもめ，前足部で蹴り出すことで前方への推進力を生注視されてきた 5）．ランニング動作において，上

み出していると推察される．

記のスポーツ障害を予兆し，防止するためには，

緒 言

足部の機能解剖学的見地に基づいた足底荷重の評
価と足部が持つ内側縦アーチの衝撃吸収が考えら

ヒトの足部は，3 つのアーチ（内側縦アーチ，

れるところである．しかし，現在までランニング

外側縦アーチ，中足骨アーチ）によって形成され中の内側縦アーチの変化と足底荷重分布の定量的デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

186 ─

分析および評価に関する試みは希少である．そこメラ 14 台（Oxford 社製，以下 VICON）を用いてで本研究は，ランニングにおける足部接地中の内取得した．サンプリング周波数は 100fps とした．

側縦アーチの変化と足底荷重分布を足の解剖学的

地面反力の測定には，フォースプレート（900 ×

ランドマークに基づいて定量化することを目的と600mm，Kistler 社製，以下 FP）2 台を用いた．サした．

ンプリング周波数は 1kHz とした．足底荷重分布の測定には，
足底圧分析機 Novel emed XL（1529×

1．研究方法504mm，Novel GmbH® 社製，以下 Novel）を用い

1．1 参加者

た．Novel は，1 センサー 5 × 5mm（0.25cm2）で参加者は，健康な成人男性 8 名であった（年あり，1440 × 440mm の測定範囲の中に 25344 の齢：20.8 ± 3.4 歳， 身 長：174.2 ± 4.7cm， 体 重：センサーが配列されている．1 センサーの測定閾

69.9 ± 5.6kg）．実験実施にあたり，参加者に対値は 10kPa（1N/cm2）であり，その後 5kPa の精度

し，実験の目的，方法および危険性について説明

で圧力を測定することができる．1 センサーに加し，実験参加の同意を得た．なお，本研究は，国わる足底荷重（N）は，1 センサーの圧力値（1N/

士舘大学大学院スポーツ・システム研究科研究論cm2）に，1 センサーの面積（0.25cm2）を乗じるこ

理評価委員会の承認を得て実施した（承認番号：とで算出した．サンプリング周波数は 100Hz とし

21014）．

た．3 つの計測器（VICON，FP および Novel）は，

Novel の TTL 信号を VICON および FP に入力する
1．2 データ取得

ことで同期した．

図 1 に実験配置図を示した．位置座標データ

参加者には，Novel が埋設された走路を 2.78m/

は，光学式三次元動作分析システム VICON カs でランニングするように指示を行った 6）．速度

図 1 実験配置図
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

187 ─

は，光電管を測定範囲 3m に設置し，通過タイム

貼 付 位 置 は， 踵 骨 外 側 部（Lateral calcaneus 以を計測し，測定範囲から通過タイムを除すことで下 LCA）， 載 距 突 起（Sustentaculum tail 以算出した．視線が下を向いたり，Novel の測定範

下 STL）， 第 一 中 足 骨 近 位 端（First metatarsal

囲に歩幅を合わせたりせず，設定速度の± 5% のproximal medial 以 下 MP1）， 第 一 中 足 骨 遠 位

範囲で走行した試技を成功試技と定義した．

端（First metatarsal distal medial 以 下 MD1） 母
趾 末 節 骨 近 位 端（Hallux proximal end of ﬁrst

1．3 座標定義

phalanx 以下 HLX），第二・第三中足骨遠位端中本研究で用いた VICON および FP の座標系は間点（Between second and third metatarsal head 以

Global Coordinate System 座 標 系 と し て 定 義 し，

下 TOE）， 第 五 中 足 骨 近 位 端（Fifth metatarsal

左右軸を x 軸，前後軸を y 軸，x 軸と y 軸に直行

proximal lateral 以 下 MP5）， 第 五 中 足 骨 遠 位 端した軸を z 軸とした．Novel 座標系と VICON お（Fifth metatarsal distal lateral 以 下 MD5），踵骨

よび FP 座標系の原点位置が異なるため，Novel

側面（Posterior aspect of heel 以下 HEE）
，舟状骨の測定範囲上にリファレンスマーカーを 4 点設置（Navicular tuberosity 以下 NAV）の合計 10 点としし，Novel と VICON および FP 座標系との位置関た.

係を計測した．最終的に，各リファレンスマーカーの座標値を Novel automask ソフトウェア（Novel

1．5 足底圧区分方法

GmbH 社製）に入力することで Novel 座標系の足底圧は，先行研究 2, 3）をもとに足部ランド

原点位置を VICON および FP 座標系を統一した．

マーク座標位置から 5 部位に分割した．図 3 に足®

底分割方法と分割された足底部位の名称を示す．
1．4 足部ランドマーク貼付位置

VCION によって計測した足部ランドマーク座標

足部解剖学的計測点から足底を区分するために

位置（x，y）は，Novel座標上へ鉛直に投射された．

Oxford Foot Model を参考に，参加者の右足部解Novel 座標は VICON および FP 座標と統一されて剖学的計測点にランドマークを貼付した（図 2）．

いるため，1 センサー計測範囲（x 座標：5 mm，y

図 2 足部ランドマーク貼付位置

図 3 足底分割方法と分割された足底部位

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

188 ─

座標：5 mm）ごとに足底を区分した．

度を Visual3D v6 x64（C-Motion 社製）を用いて分足底圧を区分するために，足部ランドマーク座

析した．内側縦アーチ角度は，MD1，NAV およ

標位置から中間座標位置を算出した．MP1 座標位

び HEE の成す角度として，中足趾節関節角度は，

置と STL 座標位置を結んだ中間座標位置（Medial

180 ﾟから HLX，MD1 および MP1 のなす角度を差

mid-point between MP1 and STL 以 下 MMID）おし引いて算出した（図 4）．足部キネマティクス

よび MP5 と LCA を結んだ中間座標位置（Lateral

データは，踵接地時のデータを基準にして，足部

mid-point between MP5 and LCA 以下 LMID）を接地中の変化量（Δ）を求めた．

決定した．次に，MP1 と MP5 を結んだ中間座標
位 置（Proximal fore foot 以 下 PROXFF）お よ び

2．研究結果MMID 座標位置と LMID 座標位置を結んだ中間

図 5 は，ランニング中の足底部位別の足底荷重座標位置（Distal heel foot 以下 DISTHF）を算出しおよび内側縦アーチ角度の変化量を示す．足底荷た．最終的に，PROXFF と TOE を結んだ線を延重は，接地とともに後足部の内外側および前足部長することにより，前足部を内側と外側に分割し，外側が増加し，その後，前足部内側の荷重が増

DISTHF と HEE を結ぶことにより，後足部を内側加した．足底荷重の最大値（合計荷重値：2.55N/と外側に分割した．また，DISTHF と PROXFF のBW）は接地時間の 40% でみられ，前足部内外

間を中足部とした .

側で大きな値を示す傾向であった（前足部内側：1.13N/BW，前足部外側：1.09N/BW）．足底荷重
が最大値を示す 40% 以降は，後足部および中足

1．6 データ分析
計測した Novel データは，Novel automask ソフ部の荷重が減少し，前足部に荷重が移行していく®

トウェア（Novel GmbH 社製）を用いて各足底部傾向がみられた．内側縦アーチ角度の変化量は，位の荷重値を算出した．

前足部の荷重値の増加に伴い増加する傾向がみら

ランドマークの位置座標データは，残渣分析法

れ，足底荷重が最大値を示す接地時間の 40% 付を用いて最適遮断周波数（7Hz）を決定した後，4近で最大値（15.1 ﾟ）を示し，その後は急速に減少

次のバタワース型ローパスフィールターを用いてする傾向であった．

平滑化を行った．足部キネマティクスデータと図 6 は，ランニング中の中足趾節関節角度の変して，内側縦アーチ角度および中足趾節関節角化量および前後方向の地面反力を示す．中足趾節

図 4 足部キネマティクスデータ分析方法
デサントスポーツ科学 Vol. 44

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189 ─

図 5 ランニング中の足底部位別の足底荷重および内側縦アーチ角度の変化量

図 6 ランニング中の中足趾節関節角度の変化量および前後方向の地面反力

関節角度の変化量は，足部接地後から接地時間

ともに後足部の内外側および前足部外側の荷重に55% まで底屈する傾向がみられ，60% 以降から背始まり，足部接地から離地までを正規化した接地

屈する傾向がみられ，80% で最大値（16.1 ﾟ）に達

時間の 10% 以降から前足部内側および中足部のした．前後方向の地面反力は，足部接地と同時に荷重がみられ，40% で最大の荷重値がみられた．

後ろ方向の地面反力がみられ，接地時間 25% で

前足部外側は 40% で最大値に達し，その後，徐々最大値（-0.37N/BW）がみられた．接地時間 50%に減少した．前足部内側の荷重は 40% 以降も増以降から前方向の地面反力が増加し，65 ～ 70%

加する傾向がみられ，50% で最大値に達し，そので最大値（0.22N/BW）を示した．

後，徐々に減少した．De Cock et al.7）は，若年成3．考 察人 220 名のランニング中の足底圧を評価した．その結果，ランニング中の足底圧の一般的なパター

本研究は，ランニング中の足底荷重パターンのンは，踵，第五中足骨，第一中足骨，第一趾の順定量化を試みた．その結果，足底荷重は，接地とであったと報告している．本研究結果においてもデサントスポーツ科学 Vol. 44

─

190 ─

蹴り出し時に，前足部の外側から内側へ荷重がシの内外側および前足部外側の荷重に始まり，足フトする傾向がみられた．足部内側縦アーチは母部接地から離地までを正規化した接地時間の 10%趾外転筋を有し，蹴り出し時に足部剛性を高める

以降から前足部内側および中足部の荷重がみられ

6, 8）．本研究で観た．最大の荷重値を示す接地時間の 40% 付近で察された前足部外側から内側への荷重シフトは，は，前足部の内外側で高い荷重値を示し，内側縦蹴り出し時の足部剛性を高めるための足部の機能

アーチ角度は，最大の変化量を示した．前方向のであると考えられる．一方で，本研究結果では，

地面反力が増加する接地時間の 60% 以降は，足

明確な後足部の荷重がみられなかった．これは，底荷重の前足部外側から内側へのシフト，中足趾

実験試技を裸足でのランニングとしたため，多く

節関節背屈に伴う内側縦アーチ角度の減少がみらの参加者が踵接地を避け，フォアフット走法またれた．このことから，足部内側縦アーチは，足部はミッドフット走法であったためであると考えら

接地中，足底荷重を吸収するための柔軟な構造かれる．

ら，蹴り出し時に中足趾節関節を背屈させること役割を担っているとされている

内側縦アーチ角度の変化量は，最大の荷重値を示す接地時間の 40% 付近で最大の変化量を示し，
6）

先行研究と同様な傾向を示した ．足部の内側縦アーチは，荷重の変化に適応するために十分な柔で剛性を高め，前足部で蹴り出すことで前方への推進力を生み出していると推察される．
謝 辞

軟性と前方推進を可能にする剛性を持つ．最大の本研究に対して助成を賜りました公益財団法人

変化量を示した接地時間の 40% 付近は前足部に石本記念デサントスポーツ科学振興財団に厚く御大きな荷重がかかっており，足部内側縦アーチは礼申し上げます．

足部への負荷を吸収する役割を担っていると考えられる．Hicks 9）が提唱したウィンドラスメカニ

文 献

ズムは，中足趾節関節背屈に伴い，足底腱膜が踵

1） Mahieu Céline, Salvia Patrick, Beyer Benoît, Rooze

骨を中足骨へ引っ張ることで内側縦アーチが挙上し足部の剛性が高まるとされている．本研究においても，中足趾節関節背屈に伴い，内側縦アーチ
角度が減少する傾向がみられた．また，前後方向の地面反力をみてみると，中足趾節関節が背屈す
る 60% 以降で前方向の地面反力が増加する傾向がみられた．このことから，中足趾節関節の背屈に伴い，足部の剛性が高まり前方への推進力が高まったと推察される．
4．総 括
本研究は，ランニングにおける足部内側縦アー
チの変化および足底荷重を定量化することを目的とした．その結果，解剖学的計測点によって区分された足底荷重パターンは，接地とともに後足部

Marcel, Feipel V é ronique, Van Sint Jan Serge:

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6） Kelly Luke A., Lichtwark Glen., Cresswell8） Kelly Luke A., Cresswell Andrew G., Racinais

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─

192 ─

マスク着用が運動時の呼吸筋活動，
呼吸循環応答および有酸素能力に及ぼす影響
大阪教育大学小川剛

司

Effect of Cloth Face Mask Wearing on
Exhaustive Incremental Running Among Young Men

byTakeshi Ogawa

Osaka Kyoiku University

ABSTRACTThis study aimed to investigate the effects of wearing a cloth face mask on

physiological responses during exercise and running performance. Nine healthy men

performed a graded load treadmill running test until exhaustion while wearing a cloth
face mask（FM）and without a mask（CON）．Minute ventilation and oxygen uptake

were measured using a mass spectrometry metabolic analyzer, and mouth pressure（Pm）was measured and calculated as an integral Pm to assess respiratory muscle

effort. Maximal minute ventilation was signiﬁcantly lower in the FM condition thanin the CON condition（p<0.05），while an integral Pm was signiﬁcantly higher in the

FM condition than in the CON condition（p<0.05），and Time to exhaustion tended

to be lower in the FM condition（p=0.07）．However, VO2max was not significantly

different between conditions. Our results suggest that in healthy young men, wearing
a cloth facemask did not affect aerobic capacity even though impairing pulmonary
hyperventilation.
キーワード
マスク，有酸素能力，呼吸筋，呼吸デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

193 ─

Keywordface mask, aerobic capacity, respiratory muscle, pulmonary ventilation

要 旨てはその着用の効果を認め，推奨されている 1, 2）．
運動中は，激しい呼吸により飛沫核の広がりが大

本研究は，マスク着用が運動時の呼吸代謝応答

きくなることがシミュレーションされている 3, 4）．

および運動能力に及ぼす影響を調べることを目

そのため，運動中であってもマスクの着用の必要的とした．9 名の健康男子大学生が実験に参加し性が議論されてきた．

た．実験は，布マスクを着用（FM）およびマス

近年，サージカルマスクや N95 マスク着用時のクなし（CON）の条件において，トレッドミル走

運動パフォーマンスや呼吸・循環反応に関する研による漸増負荷運動を疲労困憊まで行った．運動究が数多く行われている 5-7）．運動中のマスクの中，呼気ガス代謝分析器を用いて，換気量（V E）

装着は不快感の増大や，運動耐容能が低下する可および最大酸素摂取量（V O2max）を測定した．最能性が指摘されている 5, 6）．また，これらのマス

大V EはFMでCONよりも有意に低値を示す一方でクの着用は呼吸抵抗を増加させ，結果として肺換（p<0.05），口腔内圧は FM で有意に高値を示した

気量を減少させる 6, 7）．マスク着用によって呼吸（p<0.05）ことから，マスク着用による最大 V E のが制限されることで，ガス交換の低下，動脈血酸低下は呼吸抵抗の増加によって生じることが示唆

素飽和度（Sao2）の低下が引き起こされ，結果とされた．運動継続時間は FM で CON よりも低値

して最大酸素摂取量（V O2max）の低下が生じるこ，運動能力が低下を示す傾向にあった（p=0.07）とが考えられる．一方で，マスクを着用しても運する可能性が示唆された．一方で，V O2max には動耐性や呼吸循環応答には影響を及ぼさないこと

マスクありなしで有意な差は見られなかった．布

を報告するものもあり 8），マスクの種類や，実験

製マスクは，呼吸抵抗が低いながらも換気量を低参加者の特性，運動プロトコルが異なることで，下させ，運動能力を低下させる傾向にあるものの，一貫した結果は得られていない．さらに，先行研

有酸素能力には影響しないことが示唆された．

究において実験条件で用いられるサージカルマス

緒 言

クや N95 マスクは運動時に着用することはあまりなく，スポーツ実践の場面では，近年，薄手の布新型コロナウイルス感染症（COVID-19）は，製フェイスマスクを着用することが多い．運動時

2019 年 12 月に中国で確認されてから，数ヶ月のに着用することの多い布製フェイスマスクでも，うちに世界的流行となった．COVID-19 の感染は呼吸抵抗による不快感や呼吸筋活動の増大によ

主に飛沫核への曝露によって生じることから，そり，運動パフォーマンスを低下させるかについての防止行動として，ソーシャルディスタンスの確は十分に明らかでない．

保や，室内での密閉，密集を防ぐ，いわゆる「三密」

COVID-19 の感染拡大とその対策が長期に続くの回避が推奨され，マスク装着が日常化するなど，

現在，感染拡大予防対策を取りながら，社会活動

人の生活行動を大きく変えた．フェイスマスクのの維持する行動が求められている．マスク着用が着用は，人との距離を保てない場合や，室内に他運動時の呼吸循環応答および運動能力にどのよう者と長時間滞在する場合に，感染拡大地域においな影響を及ぼすかについて調査することで，スデサントスポーツ科学 Vol. 44

─

194 ─

ポーツ活動や学校体育をはじめとする社会活動のに入室後，身長および体重測定を行い，任意のス

維持と，感染拡大予防のバランスの取れた施策をトレッチを行った．その後トレッドミルを用いて実行してく上で重要な基礎的な知見をもたらすも歩行による3分間のウォーミングアップを行った．

のと考えられる．そこで本研究では，布製フェイ

ウォーミングアップ終了後，被験者は呼気ガス分

スマスクの装着時の呼吸筋活動，呼吸循環応答，

析のため，蛇管を介して質量分析計のセンサーに

V O2max および運動パフォーマンスを調べること接続された呼気マスクを着用した．心拍出量測定を目的として，健康な若年男性 9 名を対象に，フェのための心電図電極を 6 箇所貼り付けた．事故防イスマスク装着時と非装着時のトレッドミル走試

止のために，上半身ハーネスを装着した後，測定

験を疲労困憊するまで実施した．

を開始した．測定開始後，3 分間の安静を保ち，

1．実験方法

テストを開始した．トレッドミルにおける走運動
ではハーネスの位置を被験者に合わせて調節し，

1．1 対象者

実験を通して同じ長さに調節した．また，走運動

健康な男性 9 名を対象に呼吸器循環器系及び筋において，ランニングシューズは普段履き慣れた骨格系に既往歴の有無を問診し，参加意思を示

ものを 2 条件のテストの両方で同じものを使用すした（年齢 :21.3 ± 2.0 歳 , 身長 :175.3 ± 5.9 ㎝ , 体重ることとした．すべての実験において室内の気温:69.5 ± 3.8 ㎏）．

を 25℃に設定した．

実験に先立ち，実験の趣旨，実験実施上の起こり得る危険性について十分に説明し，実験参加

1．3 フェイスマスクの同意を得た．本研究はヘルシンキ宣言に則り，本研究の FM 条件では，市販されている布製

被験者倫理・人権・個人情報保護への配慮の上にのフェイスマスクを用いた（表地 : ポリエステ

実験が遂行された．本研究は大阪教育大学倫理委

ル 100%, 裏 地 : ポ リ エ ス テ ル 98%, ポ リ ウ レ タ

員会の承認を得て行われた．

ン 2%）．フェイスマスクを着用してから呼気採取マスクを着用し，激しい呼吸時にも呼気ガス

1．2 研究手順の漏れの無いようヘッドストラップで固定したすべての被験者はトレッドミルによる疲労困（図 1A）．呼気マスクを装着した後，被験者は憊までの漸増負荷走行テストをマスク装着条

50cmH2O の圧力で呼気を行い，呼気マスクに接件（FM）お よ び マ ス ク を 装 着 せ ず に 行 う 条 件

続された蛇菅の先を手で閉じた．この時験者と被（CON）の 2 条件で行った．それぞれのテストは，

験者は，漏れの音や感覚，視覚的（マスクが持ち別日に少なくとも 48 時間を空けて無作為な順序上がっていないか，横からの気流等）に注意深くで行った．また日内変動を考慮し，各被験者内に確認した（図 1B）．

おける 2 条件のテストは同じ時間帯（時間差 2 時間以内）に行われた．被検者は本実験参加前一週

1．4 漸増負荷運動テスト

間以内に，実験手順について説明を受け，実験機

本研究は Bruce treadmill protocol 9）を用いて漸器の装着および運動様式に慣れるために，練習を増負荷運動テストを行った．運動負荷は 3 分毎に行った．被験者には，実験開始 24 時間前からカ

トレッドミルの速度と傾斜を増加させた（表 1）．

フェインおよびアルコールの摂取と過度な運動を3分間の歩行によるウォーミングアップ

行わないように指示した．テスト当日は，実験室（3.0km/h，0% 傾斜）を行った後，実験器具を装
デサントスポーツ科学 Vol. 44

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195 ─

図 1 布マスクの着用

A,布マスク着用時の呼気マスク: 着用の手法，B,気流の漏れが無いかは蛇管出口を塞いで呼吸努力により圧力を高めて確認した．

表1
ステージ
1
2
3
4
5
6
7

漸増負荷走行テストの負荷設定
走速度（km/h）
3.0
4.0
5.4
6.7
8.0
8.8
9.6

斜度（%）
10
12
14
16
18
20
22

を測定した．質量分析計は校正ガス（大気相当 :O2 , 20.90%，Co2, 0.05%，N2, Balance 及び呼気相
当：O2, 13.0%，Co2, 5.01%，N2, Balance）を用いて校正した．各パラメーターは 60 秒毎に平均して，運動中のその最大値を解析に用いた．最大酸
素摂取量（V O2max）は，漸増負荷運動テストにおける V O2 を 1 分毎に平均し，その最大値を用いた．

着しテストを開始した．テスト開始後，トレッド

V O2max の判定条件として呼吸交換比が1．10以上，

ミル上での 3 分間の安静を行い，その後，疲労困

最大心拍数が予想最大心拍数（220－年齢）の90%

憊に至るまで走行した．疲労困憊の基準はトレッを超える，走速度の増加にも関わらず V O2 が定常

ドミル後方にある，速度に対して維持できなかっに達する，のいずれか 2 つ以上の条件を満たされた場合に，被験者の足等が通過するとトレッドミていることとし，すべてのテストにおいて確認しルが非常停止するセンサーの 80 ㎝手前に設けた，一回拍出量（SV）及び心拍出た．心拍数（HR）

一定ラインより，被験者が走行位置を維持できず

量（CO）は，インピーダンス式心拍出量計（Physioに後ろに下がった時点を疲労困憊とし，運動を終Flow Q-Link, Manatec Biomedical, France）を用い了した．

て 1 拍ごとに測定し，60 秒毎に平均して解析に用いた．口腔内圧を圧力トランスデューサーカテー

1．5 測定項目

テル（MicroSensor Basic Kit, Codman & Shurtleff,

呼気ガスの測定は，蛇菅を通して呼気採取マ

Inc., MA）を呼気マスク内に固定し，フェイスマ

ス ク に 接 続 さ れ た 質 量 分 析 計（ARCO-2000N,

スクや呼気マスクを装着した場合にもカテーテル

ARCO，Japan）を用いて呼気ガスを分析することの先端が皮膚及びマスクに当たらないことを確で運動中連続的に測定した．Breath by breath 法

認した上で測定を行った．口腔内圧は AD 変換器

で酸素摂取量（V O2），二酸化炭素排出量（Vco2），（PowerLab 8a/d, AD instruments, Australia） を 介

分時換気量（V E），一回換気量（VT）, 呼吸数（f R）

してサンプリング周波数 200Hz でノートパソコン

デサントスポーツ科学 Vol. 44

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196 ─

に記録し，波形分析ソフト（Lab Chart ver.7, AD

instruments, Australia）を用いて解析した．口腔内2．研究結果圧の変化は，吸気筋群（吸気圧）および呼気筋群

2．1 呼吸代謝応答（呼気圧）の活動によって発生することから，得漸増負荷運動テストの結果を表2に示す．また，られた口腔内圧は，吸気圧および呼気圧の双方の

図 2 に最大酸素摂取量（V O2max）および漸増負荷

絶対値を 60 秒毎に積分し解析に用いた．動脈血

運動走行テストにおける疲労困憊までの運動継続

酸素飽和度（Sao2）は，被験者の全額部から Pulse

時間の結果を示した．V O2max は FM と CON で有Oximeter（N-560，Covidien Med，Ireland）を用い

意な差は見られず（P=0.76, d=0.58），運動継続時て測定し，60 秒毎に記録した．主観的運動強度

間は FM において CON よりも有意ではないもの（RPE）は Borg スケールを用いて測定し，呼吸困の低値を示す傾向にあり（P=0.02, d=0.68）, その難感は Modiﬁed Borg スケール 10）を用いて測定し低下率は 2.6 ± 3.4% であった．V Emax は FM におた．RPE 及び呼吸困難感は1分毎に被験者に尋ね，

いて CON と比較して有意に低値を示し（P<0.001,

記録した．

d=1.42）, そ の 低 下 率 は 13.4 ± 10.7% で あ っ た．
VT は FM で CON よりも有意に低かった（P=0.03,

1．6 統計解析

d=0.85），f R は Mask で CON よりも有意ではない

実験によって得られたデータは全て平均値±標

ものの低い傾向にあった（P=0.04, d=1.66）．∫ Pm

準偏差で示した．全ての統計解析はデータ解析ソ

は Mask で CON よりも 20.7 ± 22.6% 有意に高値をフト SPSS 28（IBM, NY）を用いた．布マスク装示した（P=0.02, d=0.78）．

着条件間の比較には paired t-test を用いた．効果

CO，SV，HR， は，Mask と CON で 有 意 な 差

量は Cohen's d（d）を算出し，それぞれ効果量がは見られなかった（表 2）．Sao2 についても両条件

0.8，0.5，および 0.2 となった時を効果大，中，小間で有意な差は見られなかった．

とした．RPE および呼吸困難感は，繰り返しのある 2 元配置分散分析（マスク条件×走行ステージ）

2．2 呼吸困難感を用いた．効果量は偏イータ2乗（ηp ）を算出し，RPE および呼吸困難感の漸増負荷走行中の結それぞれ効果量が 0.01, 0.06, および 0.14 となった

果を図 3 に示す．RPE および呼吸困難感ともに交時を効果大，中，小とした．有意水準（P）は 5％互作用（マスク条件×走行ステージ）は有意でな未満とした．

かった（P=0.09 および P=0.12）．また，マスク着

2

表2
V Emax（L/min）
VT（L）
f R（breath/min）
V co₂peak（ml/min）
COmax（L/min）SV（ml）HR（beat/min）
Sao₂（%）∫Pm（cmH2O.min）

漸増負荷走行テストにおける呼吸循環応答の最大値

マスクあり
98.9±11.6
2.2±0.351.2±5.43780±39024.5±6.0
135.1±31.8
189.2±7.9
93.8±2.5
166.3±29.1

マスクなし
117.6±11.6
2.4±0.354.2±5.24179±52625.4±5.2
142.6±33.5
190.1±7.7
93.0±1.7
138.5±15.3

P値<0.001
0.03
0.04
0.05
0.71
0.59
0.55
0.33
0.02

効果量（d）
1.42
0.85
0.78
0.76
0.13
0.18
0.12
0.35
0.95

数値は平均± 標準偏差. V Emax, 最大換気量; VT, 一回換気量; f R, 呼吸数; V co₂peak, 最高二酸化炭素排出量; COmax, 最大心拍出量; SV, 一回拍出量; HR, 心拍数; SaO₂, 動脈血酸素飽和度;∫Pm, 口腔内圧積分値.

デサントスポーツ科学 Vol. 44

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197 ─

図 2 V O2maxおよび運動継続時間

図 3 最大下走行各ステージにおけるRPEおよび呼吸困難感

図は走行運動における第5ステージまでの各ステージにおける結果を示す．
上がRPE，
下が呼吸困難感を示す．
●はマスクあり条件，○はマRPE，呼吸困難感双方において交互作用（マスク条件×走行ステージ）は有意でなかった（P=0.09およびP=0.12）．
スクなし条件を示す．

用条件の主効果も有意ではなかった（P=0.25 およ．しかしながら，呼吸困難感のマスク
び P=0.05）
条件の p η 2 は 0.32 と高かった．
デサントスポーツ科学 Vol. 44

3．考 察
先行研究において不織布マスクや N95 マスクを

─

198 ─

着用しての運動は，運動中の不快感を増大させ，Sao2 レベルに影響することが報告されている 15）．

運動耐性を低下させる可能性があることが報告さ

本研究の被験者においては，CON 条件においてれている ．また，マスクを着用しての運動は熱すでに Sao2 は安静時（99%）と比較して 5％程度放散を妨げ，熱中症の危険性を高めることも指摘

低下しており，若干であるが Sao2 の低下が観察されている 1）．マスク着用運動中の生理的反応とされた．そこで，マスク装着によって V E が制限

して，最大下運動時の呼吸困難の増加，HR や血されるのであれば，Sao2 の大きな低下が見られ，圧の上昇などが確認されているものの，ガス交

V O2max も低下する可能性があったが，結果とし換効率の低下による Sao2 の低下，V O2max の減少ては，FM 条件で CON 条件よりも V E は大きく低があるかどうかについては，結果が一致していな

下したものの，フェイスマスクを装着しても Sao2

1）

5-8, 11, 12）．これら先行研究の多くは不織布マスに差が見られず，布製マスクの装着は V E の高さ

クでの検討であり，COVID-19 感染拡大以降にス

自体には影響するものの，ガス交換を悪化させなポーツ実践において，よく着用されるようになっいことが示唆された．

いた布マスクでの検討は少ない．本研究はスポーツ先行研究では，サージカルマスクや N95 マスクの実践で使用されるような低抵抗の布製マスク装を着用しての運動は，呼吸困難感や不快感を増大

着時の最大走運動時の呼吸循環応答を調べることさせることが報告され，これが運動パフォーマンを目的とした．その結果，布製フェイスマスクのスに影響することが示唆されている 5, 11）．しかし装着によって口腔内圧の増加と V Emax の大きな低ながら，呼吸困難感は FM 条件で高く推移する傾下が観察され，呼吸抵抗と呼吸筋活動が増加する

向にあるものの，有意ではなかった．本研究で用ことで換気増大が制限されることが示唆された．

いた，布製のフェイスマスクは医療用マスクより一方で，循環応答はマスク条件間で有意な差は見も呼吸の抵抗が低かったことが予想され 16），運られなかった．さらに，布製フェイスマスクの装動時の呼吸困難感はそれほど高まらないことが示

着は V O2max に対して影響は少ないこと，運動パ唆された．

フォーマンスの低下が誘発される可能性が示唆さ

運動時の換気増大に対して，呼吸筋活動は指数関数的に増大し，呼吸筋での酸素消費量は増大すれた．
多くの非鍛錬者では激しい運動中でも Sao2 はる 17）．そのため，高強度運動時には活動筋と呼維持されており，肺換気量そのものは正常肺のガ吸筋の間で，血流競合が生じることが知られておス交換に影響を与えないと考えられている．一方り，呼吸筋活動の増大は活動筋への血流量を制で，持久的鍛錬者では運動誘発性動脈性低酸素血限することが報告されている 18, 19）．したがって，症（EIAH）が見られることがある．持久的鍛錬

呼吸筋活動の増大は運動パフォーマンスの制限要者では運動中の高すぎる心拍出量による肺胞にお因になりうることが示唆されている 20）．本研究

ける拡散時間の短縮や，ガス交換に関与しないで算出した口腔内圧積分値は，正確な呼吸筋仕事

血流（死腔）の増加の他，不十分な換気量による量ではないものの，FM 条件において CON 条件

ガス交換制限が，換気 / 血流比の不均衡をもたらよりも高値を示しており，フェイスマスクの着用

し，動静脈酸素格差の拡大を生じさせることがそによって呼吸抵抗が高まり，呼吸筋活動が増大し13, 14）．特に換気応たことが考えられる．フェイスマスク着用によっ答の制限に注目すると，高強度運動時には胸郭て，呼吸筋努力が増加し，活動筋との血流競合がの物理的な制限や気道抵抗の増大は V E を制限し，生じることで，活動筋への血流が制限された可能の原因として考えられている

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─

199 ─

性があり，運動パフォーマンス低下傾向の一因と製マスクを着用して運動することは，COVID-19

なった可能性がある．

流行地において人との距離を保てない屋内などでフェイスマスクを装着して運動した場合の循環応答については，N95 マスクの場合，最大下運動
強度では血圧が上昇すること 6）や，心拍数が高くなる傾向がある 7）一方で，最大心拍出量は影5）は認められるかもしれない．
謝 辞
本研究に対して助成を賜った財団法人石本記念

響を受けないことが報告されている ．本研究でデサントスポーツ科学振興財団に厚く御礼申し上は，若い男性では布製フェイスマスクを装着してげます．また，実験にご協力いただきました対象

も最大心拍出量に影響がないことを示唆する結果

者の皆様ならびに，実験遂行に協力いただきましとなった．

た平野由夏様に深く感謝いたします．

本研究の限界について，本研究の被験者は，健康な若い男性であった．本研究の結果はすべての人において，布製マスクを着用しても有酸素能力には影響しないと結論づけることはできない．子
供や高齢者，慢性呼吸器疾患者など，体力特性や
年齢，呼吸器疾患の有無により，異なる結果が得られることが予想される 21）．一方で，本研究では，
呼気ガス採取マスクと布製マスクを重ねた状態で運動テストを実施した．そのため，ガス採取用マ
スクは呼吸抵抗が小さいとはいえ，実際の運動状
況よりも高い呼吸負荷がかかっていたことが考えられる．したがって，本研究で得られた結果は，
布製フェイスマスクの効果を過大評価する可能性
がある．
4．まとめ
本研究では，布製フェイスマスクを着用した最大運動時の呼吸循環応答および有酸素能力を検討した．その結果，布製フェイスマスクを装着しての最大走行時には，呼吸筋活動が高まり，V E が低下するものの，V O2max は非装着時と有意な差がなかった．本研究の結果から，健康な若年男性において布製マスクを装着すると，ガス交換や有酸素能力に影響を与えることなく運動が可能であるが，運動能力が低下する可能性があることが明らかとなったこれらの結果から，COVID-19 流行
地では，大きな飛沫の飛散を防ぐことができる布デサントスポーツ科学 Vol. 44

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デサントスポーツ科学 Vol. 44─

運動前の食事摂取の違いが動脈スティフネスと有酸素性運動パフォーマンスに及ぼす影響―植物性ベース食品と動物性ベース食品の比較―
日本体育大学岡本

孝信Effects of Differences in Pre-Exercise Dietary Intake on
Arterial Stiffness and Aerobic Exercise Performance-Comparison of Vegetable and Animal Based-Foodsby
Takanobu Okamoto

Nippon Sport Science University

ABSTRACTThis study was investigated the effects of vegetable-based versus animal-based

dietary intake before exercise on arterial stiffness and aerobic exercise performance.

Eleven healthy young adults performed a vegetable-based or animal-based dietary

trial on separate days in a randomized crossover trial. We matched the protein, fat, andcarbohydrate（PFC）balance of vegetable and animal-based diets. Carotid-femoral

pulse wave velocity（cfPWV），blood pressure and heart rate were measured before
and 120 min after the meal on the both vegetable-based or animal-based dietary trial.

After the all measurement, aerobic performance was assessed using a graded power
test. The cfPWV in the vegetable-based diet signiﬁcantly decreased after the meal（p< 0.05）．However, The cfPWV in the animal-based diet did not differ before and after

meal. Blood pressure and heart rate did not differ before and after meal in the both

trials. Maximal oxygen uptake was higher in the vegetable-based diet trial than in the
animal-based diet trial（P<0.05）．These results indicate that pre-exercise vegetable-

based dietary intake may reduce arterial stiffness, and may improve aerobic exercise

デサントスポーツ科学 Vol. 44

201 ─

─

202 ─

performance.
キーワード
食事摂取，脈波伝播速度，最大酸素摂取量，血圧，心拍数
Keyword

Dietary intake, Pulse wave velocity, Maximal oxygen uptake, Blood pressure, Heart rate

スは加齢や様々な生活習慣にともない増大するた

要 旨

め，その増加の抑制や改善が心血管系疾患発症の本研究は運動前の植物性ベース食品と動物性一次予防として重要であろう．中でも，頸動脈 -ベース食品の摂取が動脈スティフネスと有酸素性

大腿脈波伝播速度（cfPWV）で評価した中心動脈

運動パフォーマンスに及ぼす影響について検討

スティフネスの上昇は，心筋梗塞または脳卒中なした．11 名の健康な若年成人男性（21 歳～ 27 歳）

どの将来の心血管イベントおよび全死因死亡の強を対象に，タンパク質，脂質，炭水化物（PFC）

力な予測因子である 2-4）．したがって，中心動脈のバランスを同様の比率で設定された植物性ベー

スティフネスの上昇を出来るだけ抑えることは，

ス食品（植物性条件）または動物性ベース食品

心血管疾患の予防に重要である．

（動物性条件）条件をそれぞれ別々の日に実施し世界的な食事志向の変化にともない，植物性食た．植物性または動物性条件において，食品摂取品摂取を中心としたベジタリアンやヴィーガン

前および食品摂取 120 分後に頸動脈 - 大腿動脈間といった菜食者は毎年世界各国で増加傾向にあ

脈波伝播速度（cfPWV），血圧および心拍数を測る 5）．植物性食品には，硝酸塩，亜硝酸塩やフラ定した．全ての測定終了後，有酸素性運動パフォー

ボノイドなどが豊富に含まれており，動脈機能にマンスとして最大酸素摂取量を測定した．植物性

対して好影響を与えることが報告されている．実条件では，食後に cfPWV が有意に減少した（p ＜際，植物性食品の摂取を中心とした菜食者は雑食．しかし，動物性条件における cfPWV は，0.05）

者と比較して，動脈スティフネスの指標である

食前と食後で有意差が認められなかった．両条件

脈波伝播速度（pulse wave velocity：PWV）や頸において，食事前後で血圧および心拍数に有意差

動脈内膜中膜複合体厚が有意に低く 5），血管内皮は認められなかった．最大酸素摂取量は，植物性機能の指標である血流依存性血管拡張反応が有意条件において動物性条件と比較して有意に高値をに高いことが示された 6）．一方，日常的食事にお．本研究の結果から，運動前の示した（P<0.05）

ける菜食者は雑食者と比較して，最大酸素摂取量

植物性ベースの食品摂取は動脈スティフネスを低（VO2max）を始めとする有酸素性運動パフォーマ

下させ，最大酸素摂取量を向上させる可能性が示

ンスが有意に高いことが報告されている 7）．この唆された．

ように，植物性食品の摂取は動脈機能のみならず，
有酸素性運動パフォーマンスの向上に有効である

緒 言可能性が推測される．

動脈スティフネス（硬さ）の増大は心血管系疾1）

患の独立した危険因子である ．動脈スティフネ

近年，中心動脈は有酸素性運動パフォーマンス
と関連することが報告されており，加齢にともな
デサントスポーツ科学 Vol. 44─う動脈スティフネスの増大が VO2max の低下や肥満度（BMI）と関連することが明らかにされている ．また，Fernberg et al.
8）8）は，若年者であって203 ─

参加への同意を得た．
なお，本研究は日本体育大学倫理審査委員会の承認（承認番号第 021-H026 号）を得て実施した．

も VO2max が低い場合は動脈伸展性が低いことを報告している．さらに，われわれは VO2max と動

1．2 身体組成の測定

脈スティフネスの日差変動とその関係性について

身長は身長計（株式会社ヤガミ製：YG-200）を検討し，動脈スティフネスが低い日は VO2max が用いて 0.1cm 単位で測定した．体重および体脂肪

高く , 動脈スティフネスが高い日の VO2max は低はインピーダンス法により体組成計（株式会社イ9）

いことを報告している ．しかし，運動前の植物

ンボディー・ジャパン製：Inbody770）を用いて性食品の摂取が動脈スティフネスや有酸素性運動測定した．

パフォーマンスに及ぼす影響については明らかに
1．3 実験プロトコル

されていない．
本研究では，運動前の一回の食事摂取の違いが対 象 者 は， 実 験 室 来 室 後 に 気 温 23 ℃， 湿 度動脈スティフネスおよび有酸素性運動パフォーマ

50％に設定した人工気候室にて仰臥位で 10 分間

ンスに及ぼす影響について検討することを目的との安静を取った．中心動脈の伸展性の測定としした．

て大動脈 - 大腿間脈波伝播速度（cfPWV）を，下肢動脈伸展性の測定として大腿動脈 - 足首間脈

1．方 法

波伝播速度（faPWV）を測定した．また，上腕1．1 対象者

動脈の血圧および心拍数を測定した．全ての事

対象者は定期的な運動習慣および喫煙習慣のな

前測定が終了後，被験者は指定の時間から植物

い健康な成人男性11 名（年齢 ; 21歳～ 27歳，
身長；

性ベース食品または動物性ベース食品を摂取し171.1 ± 5.0cm，体重；63.7 ± 5.8kg，体脂肪率；

た．食事 2 時間後から動脈機能の測定を行うた

BMI：21.8±2.0kg/m2）とした．なお，
14.9 ± 4.1%，

め， 再 度 測 定 前 に 仰 臥 位 で 10 分 間 の 安 静 を 取

対象者の選定においては，国際標準化身体活動質

り，cfPWV，faPWV，血圧および心拍数の測定を問票（IPAQ）日本語短縮版を用いて低身体活動と行った．その後，自転車エルゴメーター（Lode 社

評価された者を対象とした（表 1）．実験の開始に

製：Corivalcpet）を用いた漸増負荷試験を実施し，あたり，ヘルシンキ宣言の原則に基づいて，本研VO2max を測定した（図 1）．

究の目的と実験手順について文章および口頭で十分に説明し，全ての参加者から書面における実験
表1

対象者の身体特性

年齢（平均：歳）
年齢（範囲：歳）
身長（cm）
体重（kg）
体脂肪（%）BMI（kg/m2）
身体活動量
喫煙習慣

BMI:体格指数

デサントスポーツ科学 Vol. 44

各条件はクロスオーバーで実施され，1 週間以上の条件間隔で実験を行った．
1．4 植物性ベース食品および動物性ベース食品

22.6±1.8
21-27
171.1±5.0
63.7±5.8
14.9±4.1
21.8±2.0
低いなし

対象者は植物性ベース食品と動物性ベース食品の摂取を行った．植物性および動物性ベース食品の両方において，PFC（タンパク質，脂質，炭水化物）バランスをエネルギー生産栄養素バランスの目標量内（タンパク質：13 ～ 20%，脂質：20～ 30%，炭水化物：50 ～ 65%）に収まるよう同

─

204 ─

図 1 実験プロトコル

cfPWV: 頸動脈 - 大腿動脈脈波伝播速度様に設定した．PFC バランスは，PFC それぞれのち上がり時間の時間差を基に算出された．

カロリー（タンパク質：4kcal，脂質：9kcal，糖質：
4kcal）と 1 日の推定エネルギー必要量から目標量

1．6 血圧および心拍数の測定内に収まるよう算出した．

上腕動脈の収縮期血圧および拡張期血圧は血推定エネルギー必要量（kcal/ 日）＝基礎代謝量（kcal/ 日）×身体活動レベル10）

圧脈波検査装置（フクダコーリン株式会社製：

FORM -5 PWV/ABI）を用いて上腕にオシロメト

植物性ベース食品は米類，野菜，穀物，豆類でリーセンサーを取り付けて動脈の血圧波形を記録構成されていた．一方，動物性ベース食品は米類，して評価した．頸動脈収縮期血圧は同じ血圧脈波

肉類，野菜で構成されていた．なお，植物性，動検査装置を用いて頸動脈にトノメトリーセンサー

物性ベース群共，卵製品や乳製品は摂取しなかっを取り付けて血圧波形を記録して評価した．プレた．

チスモグラフィーを用いて得られた圧力信号は，収縮期血圧および拡張期血圧の値を等しくするこ

1．5 動脈スティフネスの測定とで校正し，平均動脈血圧を算出するために使用

本研究では，大動脈および下肢の動脈スティフされた．

ネスをそれぞれ反映する頸動脈 - 大腿動脈 PWV（cfPWV）および大腿骨 - 足首 PWV（faPWV）を測

心拍数は両手首に心電図センサーを装着して評価した．

定した．cfPWV および faPWV の測定には，血圧脈波検査装置（formPWV/ABI, フクダコーリン社

1．7 最大酸素摂取量の測定

製 , 東京 , 日本）を使用した．本装置は，心音図，

最大酸素摂取量（VO2max）の測定は自転車エ

心電図，脈波および血圧を同時に測定することで，ルゴメーター（Lode 社製：Corival 1000SS）を用動脈スティフネスを非侵襲的に測定することが可いた運動負荷試験を行った．1 分間安静を保った能である．PWV の測定に先立って，対象者を仰後，20W で 1 分のウォームアップを行い，1 分間

臥位にて 20 分間安静にさせた．

で 20W 分徐々に増加するプログラムで疲労困憊

cfPWV は以下の式より算出した．

まで測定した．運動中は電子メトロノームに従っ

cfPWV = Dcf/Tcfて所定のペダリング頻度（60 回転 / 分）を保った．

Dcf は頸動脈起始部から大腿動脈に当てたトノ

運動中の呼気ガスは，呼気ガス分析装置（ミナト

メトリーセンサーまでの距離を，Tcf は頸動脈か

医科学株式会社製：AE-310S）を用いてブレスバ

ら大腿動脈波形の切痕までの時間差を示す．

イブレス法で測定した．VO2max は，呼吸交換比

faPWV は足関節のセンサーと大腿動脈のセンサーから得られる足関節動脈波と大腿動脈波の立が >1.15 かつ，VO2 がプラトーに達したときの 30
秒平均の最大値を酸素摂取量と定義した．
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

205 ─

1．8 血糖値

Statistics Ver.27.0）を用いた．測定データの経時検者がメーカーのマニュアルに従って，看護的変化の比較には，繰り返しのある 2 元配置分散

師が採血をした採血針の先から採血針（株式会社

分析（条件×時間）を行い，有意差が認められた

三和化学研究所製：アイピット）に血液（約 2 μ

場合は下位検定として Bonferroni 法による多重比L）を採取し，自己検査用グルコース測定器（PHC

較を行った．VO2max の比較には対応のある t 検

ホールディングス株式会社製：GT-1830 グルコ

定を用いた．統計処理の有意水準は危険率 5％未

ガード™ G ブラック）にセンサー（アークレイ株

満とした．

式会社：自己検査用グルコースキット Gセンサー）を注入後，血液を吸入してグルコースオキシダー
ゼ酵素電極法により血糖値の測定を行った．

2．結 果
2．1 対象者の特性
表 1 に本研究の対象者 11 名の身体特性を示し

1．9 血液生化学分析

た．本研究は非肥満者で身体活動量が低く，喫煙

血液サンプルは，採血針（テルモ株式会社：シュ

習慣がない者を対象とした．

アシールド SV 採血セット）を用いて各参加者のcfPWV の変化

非利き腕の尺骨静脈から収集した．1 mL の蒸留

表 2 に，植物性および動物性条件における食事

水を加えた後，全てのサンプルを 4,000RCF で 15前後の cfPWV の変化を示した．食前の cfPWV は分間遠心分離し，血清分注後に冷凍保存（5℃）し植物性条件および動物性条件の間に有意差を認めた．

なかった．植物性条件における cfPWV は食前と分析項目は，中性脂肪（TG），総コレステロー

比較して食後において有意に低下した（p<0.05）．

ル，
高比重リポタンパク（HDL）-コレステロール，

一方，動物性条件における cfPWV は摂取前後に低比重リポタンパク（LDL）コレステロールとしおいて有意な変化は認められなかった．

た．
中性脂肪（TG）は酵素法（遊離グリセロール消去法），総コレステロール，HDL コレステロール
および LDL- コレステロールは酵素法（直接法）
により測定した．

表2

植物性および動物性条件における食事前後のcfPWVの変化

cfPWV（cm/秒）
食前植物性条件（n=11）860±66
動物性条件（n=11）826±63cfPWV: 頸動脈-大腿動脈間脈波伝播速度* p<0.05 vs. 食前

食後790±95*835±851．10 統計処理

faPWV，血圧および心拍数の変化

すべてのデータは平均値±標準偏差で示した．

表 3 に，植物性および動物性条件における食事

統計解析には統計解析ソフトウェア（IBM：SPSS

前後の faPWV，血圧および心拍数の変化を示し

表3

植物性および動物性条件における食事前後のfaPWV，血圧および心拍数の変化

faPWV（cm/秒）
収縮期血圧（mmHg）
拡張期血圧（mmHg）
平均血圧（mmHg）
脈圧（mmHg）
心拍数（bpm）

植物性条件（n=11）
食前
食後918±144966±119115±6
117±10
66±5
65±8
83±5
84±7
49±5
52±4
53±8
56±10

faPWV: 大腿動脈-足首間脈波伝播速度
デサントスポーツ科学 Vol. 44

動物性条件（n=11）
食前
食後921±122937±98114±10
116±7
64±7
65±6
80±8
82±5
50±7
51±6
54±6
57±8

─

206 ─

た．食前の faPWV，血圧および心拍数は植物性（TG）は動物性条件において食前と比較し，食後条件および動物性条件の間に有意差を認めなかっ．
において有意に増加した（p<0.05）

た．faPWV，血圧および心拍数は両条件において食前と比較し，食後に有意な変化は認められな
かった．

3．考 察
本研究では，運動前の 1 回の食事摂取の違いがVO2max の比較

動脈スティフネスおよび有酸素性運動パフォー

表 4 に， 植 物 性 お よ び 動 物 性 条 件 に お け る

マンスに及ぼす影響について明らかにすること

VO2max の比較を示した．植物性条件におけるVO2max は動物性条件と比較し，有意に高値を示した（p < 0.05）．
表4を目的とした．その結果，植物性条件におけるcfPWV は食前と比較して食後において有意に低下した．また，植物性条件における VO2max は，

植物性および動物性条件におけるVO₂maxの比較

VO2max（mL/kg/秒）
VO2max: 最大酸素摂取量* p<0.05 vs. 動物性条件

植物性条件（n=11）
47.0±3.2*

動物性条件（n=11）
44.9±4.1

動物性条件と比較して有意に高値を示した． したがって，運動前の植物性ベース食品の摂取は動脈スティフネスを低下させ，有酸素性運動パフォーマンスの向上に寄与している可能性が示唆された．

Taylor et al. 11）は，健康な成人男女 17 名を対象

血糖値，総コレステロール，HDL コレステロー
ル，LDL コレステロールおよび中性脂肪の変化
表 5 に，植物性および動物性条件における食事
前後の血糖値，総コレステロール，HDL コレス
テロール，LDL コレステロールおよび中性脂肪の変化を示した．食前の血糖値，総コレステロー
ル，HDL コレステロール，LDL コレステロールに液体混合食（経腸栄養剤：1 日のエネルギー消費量の 40％）の摂取前と比較して摂取 60 分後と180 分後の両方で cfPWV が有意に減少したことを報告した．また，食事の内容により動脈スティフネスが増大することも報告されており，例えば高脂肪食摂取 180 分後に，中性脂肪増加にともなうcfPWV の有意な増加が報告されている 12）．このように，動脈スティフネスは 1 回に摂取する食事および中性脂肪は植物性条件および動物性条件のの内容によって変化する．本研究は植物性ベース

間に有意差を認めなかった．血糖値，総コレステ

食品の摂取において，食後 2 時間後の cfPWV はロール，HDL コレステロールおよび LDL コレス

有意に低下した一方で，動物性ベース食品におけテロールは，両条件において食前と比較して食る cfPWV は摂取前後において有意な変化が認め後に有意な変化は認められなかった．中性脂肪

られなかった．これらの結果は，1回の植物性ベー

表 5 植物性および動物性条件における食事前後の血糖値，中性脂肪，
HDLコレステロールおよびLDLコレステロールの変化
総コレステロール，

血糖値（mg/dL）
中性脂肪（mg/dL）
総-cho（mg/dL）
HDL-cho（mg/dL）
LDL-cho（mg/dL）

植物性条件（n=11）
食前
食後91.7±6.6
96.1±9.573.3±38.982.3±22.6
157.5±33.4
162.9±33.3
57.2±11.8
59.5±11.2
84.5±26.2
87.9±28.4

cho: コレステロール，HDL: 高比重リポタンパク，LDL: 低比重リポタンパク

動物性条件（n=11）
食前
食後91.1±6.8
98.5±11.4
75.8±31.5
97±43.9*
163.5±35.4
164.4±31.1
56.4±1357.7±1090.8±27.1
90.5±25.5
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

207 ─

ス食品の摂取が中心動脈スティフネスの低下に効は VO2max の低下と関連することが示唆されてい果的であることを示唆する．植物性食品には多くる．実際，Tomoto et al. 20）は，18-64 歳の健康なの植物性ポリフェノールが含まれており 13），動男性 82 名を対象にした検討で , 近位大動脈の動脈

脈スティフネスの低下に影響したものと考えられスティフネスが VO2max と負の相関関係にあるこる．実際，若年男性を対象とした研究において，とを報告した．

植物性ポリフェノール類の 1 回の摂取は，摂取 2

一方，Boreham et al. 21）は 405 名を対象とした

時間後の動脈スティフネスを有意に低下させるこ

研究において大動脈スティフネスと VO2max に

14）．また，先行研究におい負の相関があることを報告した．さらに近年，て 1 回のポリフェノールの摂取は若年者の動脈ス

Okamoto et al. 9）は，健康な若年男女 24 名を対象

ティフネスを有意に低下させることが報告されてに個々の VO2max と動脈スティフネスの日差変動

いる 15）．このように，本研究結果は先行研究ととその関係性について検討し，動脈伸展性が高同様の結果を示している．さらに，植物性食品のい日は VO2max が高く，動脈伸展性が低い日の一つである大豆食品にはイソフラボンが含まれてVO2max は低いことを報告している．したがって，

おり，その代謝物であるエクオールは，ヒトの血動脈スティフネスの低下は VO2max の増加に寄与

管内皮細胞において一酸化窒素合成酵素（eNOS）

する可能性があるものと考えられる．

とが報告されていると熱ショックタンパク質（Hsp90）の結合を促進

先行研究において，菜食者は雑食者と比較してする．Hsp90 は eNOS に結合することで，eNOS

VO2max が有意に高い 7）ことが報告されている．

の活性化が促進され 16），L アルギニンを L シトル

しかし，菜食者は雑食者と比較し，炭水化物の摂リンおよび NO に変換する．NO は血管平滑筋を取量及びグリコーゲン貯蔵量が多く，運動時のエ弛緩させ動脈スティフネスを低下させる．した

ネルギー生産，運動パフォーマンス向上に起因しがって，本研究の結果は，植物性ベース食品摂取ている可能性が報告されている 7）．しかし，本研にともない食後 2 時間において cfPWV が有意に

究では植物性食品および動物性食品の PFC バラ

低下していることから，イソフラボンやエクオー

ンスを同等に設定し，糖質摂取量はほぼ統一した．

ルの作用により血管平滑筋の緊張度を急激に減少

その結果，血糖値は両条件において食前と比較しさせた可能性が示唆された．

食後に変化は見られず，条件間差も認められな

本研究では，動物性食品条件と比較して，植物かった．一方，動物性条件における食後の中性脂性食品条件において VO2max が有意に高値を示し

肪は食前と比較して有意に増加した．植物性条件

た．VO2max を規定する因子は一回拍出量，心拍の中性脂肪は食事前後において有意な変化を認め

数，動静脈酸素較差であり，心血管系の影響を強なかったことから，両条件間の PFC バランスをく受ける．特に左心室から駆出される血液を緩衝統一したものの，動物性条件の脂質の割合が高くする大動脈の伸展性は VO2max に影響を及ぼすこなっていた可能性が示唆される．さらに，植物性

17）．一般の集団におい

食品に含まれる血漿硝酸塩と亜硝酸塩は動脈機能て，動脈伸展性が高いほど左室の収縮および拡張

とともに，有酸素性運動パフォーマンスを増加さとが明らかにされている，さらには，持久性アスリートにせることが報告されている 22）．したがって，本

おいても，動脈伸展性が高いほど，左心室の収研究の結果は，グリコーゲン貯蔵量と関係なく，

縮および拡張機能が高い報告されている 19）．ま

一過性の植物性食品摂取による動脈スティフネス

た，加齢にともなう中心動脈スティフネスの増大の低下が有酸素性運動パフォーマンスの向上に起

機能が高く

18）

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

208 ─

因したものと考えられた．
本研究で得られた成果は，日常生活において応用が可能である．例えば，本研究の結果は，健康増進のためにジョギングやウォーキングを実施す
る前の食事として，植物性食品を摂取することによって効率の良い運動を行える可能性を示唆する．また，本研究の結果において，動物性条件と比較し，植物性条件の VO2max は有意に高値を示したことから，競技会やトレーニングなどの運動
実施前の食事選択においても応用可能である．競
技種目や競技レベルにおいて日々の食事の選択やタイミングは異なるが，運動前の食事選択の新しい知見を提供する．
以上のことより，本研究で得た知見は，健康増
進や競技力向上のための新しい食事選択として活用することができる重要な知見である．
4．結 論
本研究の結果から，運動前の植物性食品の摂取が動脈スティフネスを低下させ，最大酸素摂取量を向上させる可能性が示唆された．
謝 辞
本研究の遂行に際して，助成を賜りました公益財団法人石本記念デサントスポーツ科学振興財団に心より御礼申し上げます．
文 献1） Sutton-Tyrrell K., Najjar S.S., Boudreau R.M.,

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19） D'Andrea A., Riegler L., Cocchia R., Scarafile R.,

Salerno G., Gravino R., Golia E., Vriz O., Citro
R., Limongelli G., Calabrò P., Di Salvo G., Caso

P., Russo M.G., Bossone E., Calabrò R. Left atrialof dietary flavanol monomers and procyanidins

volume index in highly trained athletes. Am. Heartrandomized, controlled, double-masked intervention20） Tomoto T., Maeda S., Sugawara J., Relation between

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trial. Am. J. Clin. Nutr., 108（6）:1229-37（2018）.

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16） Joy S., Siow R.C., Rowlands D.J., Becker M., Wyatt

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Mann G.E. The isoflavone Equol mediates rapidJ., 159（6）:1155-6（2010）

arterial stiffness and aerobic capacity: Importance ofproximal aortic stiffness. Eur. J. Sport Sci., 17（5）:571-5（2017）21） Boreham C.A., Ferreira I., Twisk J.W., Gallagher

A.M., Savage M.J., Murray L.J., Cardiorespiratory

fitness, physical activity, and arterial stiffness:
the Northern Ireland Young Hearts Project.

Hypertension., 44（5）:721-6（2004）

vascular relaxation: Ca2+-independent activation of22） Cermak N.M., Gibala M.J., van Loon L.J., Nitrate

ERK 1 / 2 and Akt phosphorylation in humanperformance in trained cyclists. Int. J. Sport Nutr.

endothelial nitric-oxide synthase/Hsp90 involving

endothelial cells. J. Biol. Chem., 15;281（37）:27335-

デサントスポーツ科学 Vol. 44

supplementation's improvement of 10-km time-trial

Exerc. Metab., 22（1）:64-71（2012）

─

210 ─

スポーツとアートとテクノロジーを融合した
新しいスポーツ参画システムによる若者の運動継続モデルの検証
順 天 堂 大 学

鈴

木

大

柳

谷

登志雄

グランドデザイン株式会社

小

川

和

株式会社ネイキッド

村

松

亮太郎

東

野

崎

大

（共同研究者） 同

京

大

学

地
也
地

Study of A Model for Youth Exercise Continuity Through A New Sports
Participation System that Integrates Sports, Art, and Technology

byDaichi Suzuki, Toshio Yanagiya

Faculty of Health Sports Science, Juntendo University
Kazuya Ogawa

Grand Design Co.,Ltd.
Ryotaro Muramatsu
NAKED, INC.

Daichi Nozaki

Graduate School of Education, The University of Tokyo

ABSTRACT
Increasing the rate of sports participation in the population is an issue that many

countries are tackling. In Japan, the sports participation rate among adults is less than

30%, especially among those in their 20s and 30s, which is the lowest compared withother age groups, and there is an "indifferent" group to exercise and sports.

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

211 ─

The purpose of this study was to investigate the attitudes of the younger generation

toward exercise and sports, and to examine the motivational factors necessary for theindifferent to exercise and continue to do so. Male and female university students wereguided through a new sports content（SPOREV.）that combined digital technology, art,and music on campus, and their attitudes toward exercise and sports were conﬁrmed
through a questionnaire survey before and after the experience.

As a result, most of the participants answered that they had a certain exercise habit

and conﬁdence in their physical ﬁtness in the past and at present. On the other hand,some students in the indifferent group who had no exercise habit and had no intention
to exercise in the future also participated in SPOREV. because "it looked interesting" or"I was invited by a friend," and their motivation to exercise tended to increase after theexperience. In the future, we will further examine the motivation and reward system tomake the indifferent group want to engage in exercise.
キーワード
運動習慣，興味・関心，ニュースポーツ，アート，テクノロジー
KeywordExercise Habits, Interests, New Sports, Arts, Technology

要 旨

答えた学生であった．一方で，運動習慣がなく今後も運動するつもりがないと答えた無関心層の学

国民のスポーツ実施率向上は各国が取り組む課

生の一部も「面白そう」「友人に誘われた」との題である．わが国においては，成人のスポーツ実

理由で SPOREV. を体験しており，体験後の運動

施率は 3 割以下で，特に若者世代（20・30 代）はに対する意欲が向上する傾向があった．今後は，他年代に比べ最も低く，また運動・スポーツへのさらに無関心層が運動に取り組みたくなる動機付「無関心層」が存在する．

けや報酬システムを検討する．

本研究では，若年世代の運動・スポーツに対する意識を調査するとともに，無関心層が運動実施・

緒 言継続に必要な動機付け要因を検証することを目的

東京 2020 オリンピック・パラリンピックを契とした．男女大学生を対象に，キャンパス内に設機に，政府は国民のスポーツ参画を加速させ，健置したデジタル技術にアートと音楽を融合した新康長寿社会実現を目指している．その一方で，成しいスポーツコンテンツ（SPOREV.）を提供し，人の週3日以上のスポーツ実施率は27.0% であり，その体験の前後にアンケート調査にて，運動・ス

特に 20 代と 30 代はそれぞれ 18.9%，および 17.5%

ポーツに対する意識を調査した．

と他年代に比べ最も低いことが報告されている

その結果，SPOREV. を体験した多くは，過去
や現在に一定の運動習慣や体力への自信があるとデサントスポーツ科学 Vol. 44

1）．また，運動・スポーツをしない「無関心層」

が 15.2％存在し，運動の頻度を増やせない理由と

─

212 ─

して「仕事や家事が忙しいから」（43.7％）「面倒エールカンパニー」として認定する制度を実施しくさいから」（27.5%）が多数を占めている．

て，スポーツ運動習慣の普及を行っている 7）．

スポーツ実施・継続率向上は，各国が政策とし一方，学校体育や部活動での運動実施機会のて取り組む世界規模課題であるが，2020 年からあった高校を卒業後，大学生のスポーツ機会は著のコロナ禍での外出自粛により，身体活動量やス

しく低下するものの，その年代に向けたアプロー

ポーツ環境条件が更に低下している．また，日本

チ方法は確立していない．

においては，運動・スポーツ実施理由は「健康の近年，エンターテイメントやゲーミフィケー

ため」（73.9％）「体力増進・維持のため」が上位

ションと身体活動量増加・スポーツ実施率向上に1）を占めており ，また，「運動・スポーツ＝学校

関して注目が高まっている．例えば，2016 年に体育や部活動」のイメージが定着しており，生活発売された スマートフォン向け位置情報ゲームの中で気軽にスポーツを楽しむ習慣や環境が整備

アプリ「Pokémon GO」において，ゲームアプリ

されていないことも課題である．

使用前後を比較すると 1 日の平均歩数が約 2,000

スポーツ実施率と運動時間の低下に伴い，子供歩増加することが報告されている 8）．また，2007の体力低下が報告されている 2）．青年期の体力は，

年に発売された Wii 専用ゲームソフト『Wii Fit』

その後の寿命や高血圧，糖尿病といった生活習慣や2017年に発売されたNintendo Switch専用フィッ病にも関連することがわかっており

3, 4）

，青年期

トネスソフト『リングフィット アドベンチャー』の体力が低いことが中高年期以降に疾病を発症さなど，スポーツやフィットネスをテーマにした

せ，死亡率を高めることに繋がると考えられる．

ゲームソフトの売り上げが多いことからも，若年また一方で，青年期のスポーツ・運動習慣が直接層へのアプローチ方法として，スポーツ・運動の的に中高年期以降の疾病と関連するだけでなく，多様性を発信することも効果的であると考えられ青年期から中高年期にかけてのスポーツ・運動習る．

慣の継続が様々な疾病予防には重要であることも報告されている5, 6）

そこで本研究では，若者年代の運動実施や継．つまり，青年期のスポーツ・

続の動機付けを明らかにするために，高いエン

運動習慣の定着が，将来の疾病予防に繋がり，医ターテイメント性（デジタル技術やアート・音

療費削減に関与すると考えられるため，より早期楽）とフィジカルデータ蓄積システムを併せ持からのスポーツ・運動習慣の定着を図る必要があ

つ，既に開発済みの新しいスポーツコンテンツ

る．

（SPOREV.）を応用し，若年世代の生活圏に，行スポーツ庁は，20~50 代の「働き盛り世代」に

動変容や嗜好性の検証を行う．
「楽しんで繰り返

健康的なライフスタイルを定着させるために，一しスポーツ空間に参加した結果健康になる」シス

日の大半を過ごす職場において，スポーツに親しテムの構築と，運動継続に必要な要素を探索し独むきっかけづくりを進めている．例えば，朝や昼

創的な運動継続モデルの提案に繋げる．

休みなどに体操・ストレッチをするなどのスポー
ツ・運動の機会を提供することや，階段の利用や

1．方 法

徒歩・自転車通勤の奨励，あるいはスタンディン

1．1 対象者

グミーティングの実施など，社員の健康増進のた東京都内にキャンパスが所在する 1 私立大学のめに，スポーツ競技に限らず，スポーツ実施に向医学・医療系および国際教養に関する学部に所属

けた積極的な取組を行っている企業を「スポーツする男女大学 1 年生 620 名を対象とした．すべて
デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

213 ─

の対象者は，本研究の目的及び内容，安全性に関

ンス②）．設置期間終了後，体験の有無にかかわするインフォームド・コンセントを行った上で実らず対象者全員に運動・スポーツの実施・意識に

験参加の同意を得た．本研究は，順天堂大学スポー

関する Web アンケートを再度実施した（図 1 ▼調

ツ健康科学部・大学院スポーツ健康科学研究科研

査②）．

究等倫理委員会の承認を得た後に実施した．
1．3 「NAKED SPOREV.」
1．2 実験手順

株式会社ネイキッドが開発し，パナソニック株

2022 年 4 月に対象者全員に運動・スポーツの実

式会社エレクトリックワークス社が技術支援して施・意識に関する Web 方式のアンケートを実施いるシステムで，Azure Kinect DK によりボーン（図 1 ▼調査①）し，その後所属キャンパス内に新データや動作をセンシングし，映像・音響ととも：しいスポーツコンテンツ（「NAKED SPOREV.」に運動を安全に実施し新たなスポーツ拡張体験が次項で詳細説明）の設置について案内を行った可能なコンテンツである 9）．これまでに，渋谷区（図 1 ▽アナウンス①）．4 月 4 日から 5 月 31 日ま立宮下公園サンドコートにて「体力測定を，もっでの約 2 か月間の平日 11:00-17:00 までにキャンパと楽しく」というテーマで，体力測定でよく行わ

ス内にて，自由に体験できることとした（図 2）．

れる「垂直とび」，「反復横とび」，「筋力測定」を体験した者には体験直後の感想を調査した（調査コンテンツ化し実施した．壁を押す力の数値に②）．設置開始から，おおよそ一か月経過時点でよって変化する動物との力比べや，自分の跳躍力

再度呼びかけを行い体験を促した（図 1 ▽アナウ

が動物で表現されるなど，身体を動かすと，その図 1 実験スケジュール

図 2 キャンパス内に設置した「NAKED SPOREV.」（左）と体験の様子（右）デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

214 ─

人の動きやフィジカルデータからアニマライズさ

SPOREV. を「実際に体験をした（体験群）」は 81

れたアートが生み出される仕様である．体験後に，「見に行ったが体験しなかった（見名（15.5%）は，体験者のスマートフォンにフィジカルデータ学群）」は 165 名（31.6%），「行かなかった（非体が記録され，日々の生活でのアドバイスがフィー験群）」は 276 名（52.9%）であった．

ドバックされる．
本研究では，「垂直とび」と「反復横とび」の2 種目を設定し，いずれかを選択して体験する仕様とし実施した．

2．2 SPOREV. のへ参加状況と背景（運動習
慣・背景）SPOREV. に「体験した（体験群）」，「見に行ったが体験しなかった（見学群）」，「行かなかった

1．4 質問項目（非体験群）」の 3 群間の背景を比較検討した．比運動・スポーツの実施・意識に関する Web 方

較検討項目は，1）性別，2）運動・スポーツの実

式のアンケート（調査①，調査②）での質問項目

施状況（行動変容の 6 つのステージ），3）体力へは，スポーツ庁の「スポーツの実施状況に関すの自信，4）今まで（過去）の運動部活動の所属，る調査」，笹川スポーツ財団「スポーツライフに

5）今後の運動・スポーツの実施とした．

関する調査」，行動変容ステージモデルを参考に，①健康・体力・運動・スポーツに関する意識，②

1）性別

今まで（過去）の運動・スポーツの実施状況，③

性別では，統計的な差は見られなかったが体現在の運動・スポーツの実施状況，④今後の運動・

験群は男性が多く，非体験群には女性が多く見ら

スポーツの実施について，の 4 つのカテゴリーでれた（図 3）．

作成した．体験した者には体験直後の感想を調査した（調査②）．

2）運動・スポーツ実施状況（行動変容の 6 つのステージ）

1．5 データ処理

行動変容の 6 つのステージをみると，非体験群

対象者を調査②時点で，SPOREV. に「実際ににおいて，「運動実施はなく，今後もするつもり体験した（体験群）」，「見に行ったが体験しなかっがない」という無関心期の人が多かった（残差分

た（見学群）」，「行かなかった（非体験群）」の 3

析 ; p<0.01）．また，見学群において「運動はし群に区分し，各質問への回答を比較する記述統計ていないが，今後はじめようと思っている」の関を実施した．また，χ二乗検定，残差分析を実施

心期の人が多い傾向が見られた（p=0.05）．定期し，比較検討した．有意水準は 5％未満とし，す的に運動をしている人（6 ヶ月以上継続している，

べての解析は SPSS（Ver. 25，IBM 社製）を用いて実施しているが 6 ヶ月未満）の割合は大きく変わ行った．

らなかった（図 4）．

2．結 果
2．1 SPOREV. への参加状況

3）体力への自信
体力への自信との関連では，統計的な群間差は4 月と 6 月に実施した運動・スポーツの実施・見られなかったが，体験群は「体力に自信がある」

意識に関する Web 方式のアンケート（調査①，調「どちらかと言えば体力に自信がある」人が多く

査③）の両方に回答をした対象者 522 名のうち，見られた．一方，非体験群には，「体力に自信がデサントスポーツ科学 Vol. 44

─

215 ─

図 3 SPOREV.の体験状況における性差

図 4 運動・スポーツ実施状況とSPOREV.の体験状況

図 5 体力への自信とSPOREV.の体験状況ある」と「体力に不安がある」と答えた人が多く，

動への所属状況との間に有意な関連が見られた

回答が二極化していた（図 5）．

（p<0.05）．体験群には運動部に所属していた人が多く（残差分析 ; p<0.05），見学群には運動部と

4）今まで（過去）の運動部活動の所属

文化部の両方が多く（残差分析 ; p<0.05），もしくSPOREV． の 体 験 状 況 は， 高 校 時 代 の 部 活は文化部に所属していた人が多い傾向であった

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

216 ─

図 6 今まで（過去）の運動部活動の所属とSPOREV.の体験状況

図 7 SPOREV.体験状況と今後の運動・スポーツ実施への意欲（p=0.05）．非体験群は部活動に所属していない人

査①と調査②）での運動・スポーツの実施状況（行が多い結果であった（残差分析 ; p<0.05）（図 6）．

動変容の 6 つのステージ）の変化について検討した．その結果，調査①で「今後も運動するつもり

5）今後の運動・スポーツの実施がない」と答えた 21 名のうち，体験・見学後に大学キャンパスでの生活圏にスポーツの取り組

10 名が「今後運動するつもり」，11 名が変わらずみがあった場合，運動実施回数はどうなるかと「今後も運動するつもりがない」と答えた（表 1）．

いう質問では，体験群では「運動実施回数が大

また，同じく，「今後も運動するつもりがない」

いに増える」と答えた人が多かった（残差分析 ;と回答した 21 名のうち，14 名が「SPOREV. であ

p<0.05）．見学群では「ある程度増える」「わかられば今後は運動するつもり」と回答し，7 名がかない」と回答した人が多く，非体験群には，「まっわらず「今後も運動するつもりがない」と答えた

たく増えると思わない」と答えた人が多く見られ

（表 2）
．

た（図 7）．
2．4 SPOREV. に参加した・見学に行った理2．3 体験・見学前後での運動に対する意識の変化
体験群と見学群の 246 名の体験・見学前後（調由 / 行かなかった理由
体験群，見学群 259 名に SPOREV. を訪れた理由を複数回答で尋ねた結果，「面白そうだから」デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

表1

217 ─

運動・スポーツの実施状況（行動変容の6つのステージ）の変化

表 2 SPOREV.での運動・スポーツの実施状況（行動変容の6つのステージ）の変化（30.1%）が最も多く，次いで「友人に誘われたに着目し，そのステージによってスポーツコンから」（20.8%），「楽しそうだから」（20.1%），「興

テンツへの体験の有無を検討した．その結果，味があったから」（15.8%），「友人に勧められた」

SPOREV. を体験した，または見学したと回答し（4.6%）であった．

た 246 名に着目したところ，事前アンケートでは，一方で，非体験群の 249 名の SPOREV. を訪れ「運動するつもりはない」と回答した 21 名のうち，なかった理由は，「時間がなかったから」（49.4%），

10 名は参加後に「今後，運動をするつもり」と「特に理由はない・なんとなく」（35.3%）であっ行動が変化した回答をした．これを，岡が作成した．

た運動行動の変容段階 10）の視点で考えると，運3．考 察
本研究では，対象者の運動行動変容ステージ
デサントスポーツ科学 Vol. 44

動をするつもりはないという「無関心期」の 21
名のうち 10 名が，今後運動するつもりという「関心期」のステージへと行動が変化したことが窺え

─

218 ─

た．

「興味があったから」といった SPOREV. 自体が興さらに，事前アンケートで「運動するつもり

味関心をひくコンテンツであったことがうかがえ

は な い 」 と 回 答 し た「 無 関 心 期 」 の 21 名 の うたことと同時に，友人に誘われたから，友人に勧ち，もし今後 SPOREV. での運動を実施する場合められたといった友人とのつながりによって体はどうかと条件付きで質問したところ，14 名が験・見学につながっていたことが明らかとなった．

「SPOREV. であれば今後は運動するつもり」と回一方，約半数の非体験群が体験しなかった理由と答し，7 名が変わらず「今後も運動するつもりがして，半数が「時間がなかったから」と答えていない」と答えた．すなわち，運動するつもりはる．このことは，スポーツ庁のスポーツ実施に関ないと回答した「無関心期」のうち，特にこのする調査と同様の結果が得られた．今回，スポー

SPOREV. の実践を通して，“私は現在，運動をしツ実施率が低調な若年成人（大学生）に対する取ていないが，近い将来（6 ヵ月以内）に始めよう

り組みとして，学生生活の多くの時間を過ごすと思っている” という「関心期」や “私は現在，キャンパス内に機器を設置し，空き時間に運動を運動をしているが，定期的ではない”，といった取り入れてもらうことを目論んでいたものの，想「準備期」に移行した学生が増えたことが明らか

定通りには実践につながらなかった．しかし，非となった．

体験群の3割以上が「特に理由はない・なんとなく」

このことから，実際に，SPOREV. を体験した，とも回答していたため，特に大きな理由がないこ

または見学した学生のうち，運動行動変容ステーと，なんとなく体験しなかったという理由であるジモデルの「無関心期」に該当していた学生にとっことより，積極的なアプローチがあれば体験につて，今回の SPOREV. での体験や，見学が，運動ながった可能性があることも示唆された．

実施に対するハードルを下げ，行動の変化への一助となったことが考えられる．

今後，今回のようなエンターテイメント性の高いスポーツ参画コンテンツの改良を検討すること

なお，運動行動の変容ステージは，他の年代とに加え，さらにゲーミフィケーションや報酬系メ同様に大学生の運動実施を検討する際の有効な変カニズムを加味したシステムを検討するなど，ス

数であることが示されており 11），若年成人のス

ポーツに無関心な若者のスポーツ参画及び継続のポーツ実施率向上やスポーツ習慣の獲得に向けた契機となる仕組みづくりを目指す必要がある．

運動行動の変容ステージを考慮した介入の有効性

将来的には，SPOREV. による運動を継続的にが示唆されている．荒井らは，大学生における運実施することにより，運動参加や継続といった運動行動の変容ステージに対応した体育授業が運動動習慣に関する調査のみならず，運動部活動や習慣に与える効果を与えると報告していることか

サークル活動と同様に，大学生の体力の維持あるら 12），今後，このような先行研究をふまえ，既いは増進につながるかという効果測定をする必要

存の若年期におけるあそびや，体育の授業のありもあるといえる．SPOREV. の特徴として，単な方をより多様なものにしたり，SPOREV. だけでる身体を用いたエンターテインメント装置のみななく新しいスポ―ツコンテンツについてもさらならず，運動機能をスコア化することで体力測定のる検討を行うことによって大学生の運動習慣への機能も有することから，縦断的な設置により，こ影響等も着目していきたい．

のような調査も可能であるといえる．体力の観点

体験群，見学群 259 名に SPOREV. を訪れた理からいうと，筋力の維持には最大筋力の 30％以由として，「面白そうだから」，「楽しそうだから」，上の力発揮が必要であり，体力の増進には週に 2デサントスポーツ科学 Vol. 44

─～ 3 度のトレーニング実施が必要であると言われている．SPOREV. による運動がこれらの強度と頻度を上回るものであれば，体力の維持増進の効果を期待することができる．
4．結論・結語・総括・まとめ
本研究によって，運動習慣がなく今後も運動をするつもりがないと答えた無関心層の学生においても，「面白そう」「友人に誘われた」との理由
で SPOREV. に参加したのち，運動に対する意欲が向上する傾向を認めた．この結果は，今後，運動へ無関心な若者が運動に取り組む契機や動機付
け，環境づくりへ検討に繋がるものである．
謝 辞
本研究に対して助成を賜りました公益財団法人
石本記念デサントスポーツ科学振興財団に深く感謝申し上げます．また，本研究を実施するにあたってご尽力くださった順天堂大学スポーツ健康科学部の染谷由希助教，河村剛光准教授，大久保菜穂
子准教授，同研究戦略推進センターの小倉かさね

URA，同スポーツ健康医科学推進機構（JASMS）
事務局，株式会社ネイキッド，パナソニック株式会社エレクトリックワーク社に深く感謝いたします．
最後に，キャンパス内での本研究の実施にあたり，実施大学の代表者，各学部長，各部署の皆様にご尽力いただき，また，20 名を超える研究補助の学生の皆様のご協力無くして成り立ちません
でした．関係頂いた皆様には心より御礼申し上げます．
文 献1） 令 和 元 年・ ス ポ ー ツ 庁 ． 令 和 元 年 度 ス ポ ー

デサントスポーツ科学 Vol. 44219 ─ツの実施状況等に関する世論調査．h t t p s : / /www.mext.go.jp/sports/content/20210526-spt_

kensport01-000007034_8.pdf

2） 平成29年度全国体力・運動能力，運動習慣等調

査結果 https://www.mext.go.jp/sports/b_menu/

toukei/kodomo/zencyo/1401184.htm

3） Sato M., Kodama S., Sugawara A., Saito K., Sone

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Old Age with Risk of Osteoporosis in Older Adults:
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7） スポーツ庁．スポーツエールカンパニー https://www.mext.go.jp/sports/b_menu/sports/mcatetop05/
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https://naked.co.jp/works/9736/

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モデルに基づく運動アドヒレンス研究の動向，体育学研究，45，4. 543-561（2000）

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グラムが大学生の運動習慣に与える効果，体育学（2009）
研究 , 1-13

─

220 ─

講
学
委員長（兼）

川

原

委

員

井

上

委

員

押

田

委

員

緒

方

委員（兼）

梶

原

委

員

上

委員（兼）

評
術

委

員

貴

一般社団法人大学スポーツ協会

真

理

神戸大学

芳

治

名古屋大学

徹

東京大学医学部附属病院

莞

爾

信州大学

繊維学部

繊維学部コーディネータ

條

正

義

信州大学

繊維学部

教授

佐

藤

祐

造

委員（兼）

島

﨑

恒

藏

名古屋大学名誉教授
一般社団法人健康評価施設査定機構
日本女子大学 名誉教授

委

員

下

光

輝

一

委員（兼）

下

村

吉

治

公益財団法人健康・体力づくり事業財団 理事長（東京医科大学 名誉教授）
中部大学 応用生物学部 食品栄養科学科 教授

委

員

田

島

文

博

和歌山県立医科大学リハビリテーション医学講座

委

員

田

畑

泉

立命館大学

委

員

田

村

照

子

文化学園大学

委員（兼）

永

富

良

一

東北大学

委

員

西

村

太

良

京都工芸繊維大学

委

員

檜

垣

靖

樹

福岡大学スポーツ科学部

教授

委

員

平

田

耕

造

神戸女子大学

名誉教授

委員（兼）

廣

田

孝

子

廣田アンチエイジング研究所

委

員

福

永

哲

夫

鹿屋体育大学

特任教授

委員（兼）

藤

本

繁

夫

大阪公立大学

名誉教授

委

吉

岡

利

忠

医療法人三良会

員

大学院

副会長

人間発達環境学研究科

教授

名誉教授

中央施設部門リハビリテーション部
障害者健康増進・運動医科学支援センター長

教授

スポーツ健康科学部

理事長

教授

特任教員（教授）

名誉教授

大学院

医工学研究科

教授

元教授

家政学部

所長

村上新町病院

院長＊（兼）は理事または評議員と兼務
事務局長

根

無
（常

和
明
勤）

公益財団法人石本記念デサントスポーツ科学振興財団
デサントスポーツ科学 Vol. 44

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221 ─

入選研究者成果報告書講評
学 術 委 員
東京大学医学部附属病院 中央施設部門 リハビリテーション部 教授
障 害 者 健 康 増 進 ・ 運 動 医 科 学 支 援 セ ン タ ー 長

緒

方

徹

2021 年に開催されたパラリンピック東京大会

下肢にかかる負荷量を床反力計を用いることで定を経て，パラスポーツが社会の中にどの様に定着

量的に計測している．計測に際しては実際の競技するかが問われる時期を迎えている．そして，社場面の走行を想定したスピードをトレッドミル会への定着の一環として，スポーツ科学の中での上で再現したうえで下肢にかかる力を計測してお定着にとっても大事な時期となっている．依然とり，競技に直結した研究デザインとなっている．

して COVID-19 による活動制限はとくにフィール

義足ランナーの健側，義足側と健常者を比較する

ド研究分野では大きな影響を及ぼしており，パラ

ことで，義足ランナーの健側下肢への負荷量が大アスリートを対象とした研究の実施が容易でない

きいことを明らかにしている．また，走行スピー状態が続いている．こうした中ではあるが，本号

ドを複数条件設定し，走行速度があがることで，ではパラスポーツに関して 2 篇の報告が寄せられ

義足側の負荷量も漸増していくことが確認されている．研究実施が難しいなかで工夫がなされた

た．大腿切断者の短距離走は義足の膝継手や板バ業績であり，その点でも意義深いものである．

ネなど道具の側に目が向きがちであるが，それを大橋らの報告はバドミントン競技用車いす開発を念頭に置いた片手駆動が可能な車いす機構の操支える下肢に対する影響を定量的に捉えた点に大きな意義がある．

作に関するものである．ラケット競技において状

今回の 2 篇の論文はいずれも競技実施がパラア

況に応じて片手で車椅子の前後移動ができるよ

スリートのからだに及ぼす影響に焦点をあてたもう，片側のリムを二重にしたシステムを作成し，のとなった．パラスポーツを展開していくうえで，健常成人を対象とした研究を行い，操作時の筋肉

ハイパフォーマンスの競技実践を進める事の重要への負荷量を筋電図解析によって実施している．

性は言うまでもないが，並行してスポーツ障害の標準化された前後運動を実施することで，その時予防に向けた知見の蓄積も欠かせない．移動機能に生じる筋活動電位を，通常車いすを使用した場の障害をもつアスリートにおいては，健常部位へ合と片手駆動の車いすを使用した場合とで比較しの負荷は日常生活でもすでに高い状態にあることている．これによって上肢のどの筋肉への負荷がが知られており，スポーツ障害によって疼痛や機多くなるかを解析し，特に片手駆動の車いすにお能障害が生じると，競技だけでなく日常生活にもいては深指屈筋と上腕三頭筋の活動が増加するこ支障が生じることが懸念される．本号の 2 篇は筋とを明らかにしている．開発したシステムを現場

電図や床反力計といったパラメータを活用し，こに広めていくうえで，身体への影響を考慮した貴れを適切な対照群と比較することで局所にかかる重な情報が得られたと考えられる．

負荷を論じるアプローチをとっている点で共通性

一方，安間らは片側大腿切断ランナーを対象にデサントスポーツ科学 Vol. 44がある．パラアスリートのスポーツ障害に関する

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222 ─

研究はまだ課題が多く残されており，今後もこうげられる．また，スポーツ障害発生の有無についしたアプローチによる研究が活発に行われることてもデータベース化はまだ進んでいない．ここにが期待される．

は健常者のスポーツと異なり，選手の疾患や障害スポーツの様々な場面において縦断的なデータの蓄積によるスポーツ障害の予防・治療の試みがの個人情報管理と密接に関連した配慮事項があることにも取り組んでいかなければならない．

進んでおり，近年のセンサーの小型化や，機械学

このようにパラアスリートのスポーツ障害研究

習も含めたデジタルデータの処理技術の発展がこには様々なハードルがあり，研究の対象として容の分野を益々推し進めていくことが予想される．

易ではないかもしれない．しかし，競技を始めた

パラスポーツにおいては選手や競技の個別性が高アスリートが長く競技に関わり，さらにその後のく，どのようなデータを収集するのか，またデー

生活においても支障なく過ごせる環境を整備する

タの標準化をどのように行うかについてなど検討

ためにもこの分野の科学支援は欠かせない要素とする課題は多い．加速度センサーを例に挙げると，いえる．研究者だけで乗り越えられないハードル

体のどの部位につけるのか，競技の様式によっても存在するため，選手や関わる各団体がスポーツ

対象者をどのように分類するのか，またそもそも障害研究の重要性について共通認識をもって，研

健常者で用いられる加速度データの解析方法がパ

究の環境の整備がすすむことが期待される．

ラアスリートで利用できるのか，といった点があデサントスポーツ科学 Vol. 44

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223 ─

入選研究者成果報告書講評
学 術 委 員日 本 女 子 大 学
名 誉 教 授一般社団法人 日本衣料管理協会 副会長

島

﨑

恒

藏

第 44 回研究成果報告書に掲載の被服・工学系と同等程度まで回復した．骨血流に関しては，部の研究課題について講評する．研究課題は 4 件あ位によって傾向が異なり，たとえば橈骨では運動り，それぞれ内容は多岐にわたるが，課題ごとに直後に血流量は低下し，20 分後には有意に増加

講評したい．

することが明らかになった．以上のように，MRI

研究課題「高強度運動後の筋血流・酸素化動態の ASL 技術を用いることにより，本研究では前からみたクールダウンの効果：MRI を用いた検腕を測定部位とした血流測定が可能であるなどの討」は，高強度運動後のクールダウンの効果に着成果を得ている．しかし気になる点として，測定目したものである．クールダウンは，全身の循環部位としては他の部位も考えられるわけで，「な動態の急激な変化を避ける目的で行われるものでぜ前腕部を選択するのに至ったのか」につては説あり，本課題は，筋血流・酸素化動態の観点から明があってもよかったと思う．また，本実験結果

アプローチするものである．血流の画像化には，が血流障害などの疾患に対する臨床応用へも期待コンピュータ断層診断装置（CT）を用いる方法なできるとしているが，スポーツ科学の観点からは，

どもあるが，造影剤（トレーサー）を必要とする

本課題が目指した「クールダウンの効果」に対し，など侵襲的な側面を持っている．本課題の特徴は，この実験結果から導かれる意義や知見などに関す

磁気共鳴画像法（MRI）により非侵襲的に血流・る言及がなく，物足りなさが残る点は否定できな

酸素化動態を評価するところにある．

い．クールダウンの解明は，スポーツ分野に寄与

実験において，被検者は健常成人男性で，測定対象部位は「前腕」である．運動負荷は，握力計する面が大きい故に，本研究をさらに進展させていただきたいと考える．

を用いた右手のハンドグリップ運動とし，被検者

研究課題「屋外暑熱環境下における運動中の高の実施可能な最大強度で「収縮 / 弛緩」を「1 秒

輻射熱が身体冷却リカバリー時の体温動態に及ぼ/1 秒」のサイクルで 2 分間，繰り返すものであす影響」は，屋外暑熱環境下において運動を行っる．MRI による撮像は，運動前，運動直後，運た際の身体冷却リカバリー時の体温動態に関して

動 20 分後の 3 回実施している．得られた画像か研究したものであるが，特に影響が大きい高輻射ら動脈スピンラベリング（ASL）法により，右前

熱存在下の環境に焦点を当てている．夏季の熱中

腕近位部（前腕全体，手関節屈筋群および伸筋群）症への対策が取りざたされる昨今，スポーツ関係の血流マップを得ている．実験結果としては，運者ばかりでなく，屋外労働者などにも有効な情報

動前に比較して前腕全体，手関節屈筋群と伸筋群提供が期待される研究課題でもある．

の血流量は 2 分間の運動直後に有意に増加し，20実験においては，運動習慣のある健常男性（大分間の回復期に屈筋群と伸筋群の血流量は安静時学生）を被検者として，気温 31 － 35℃，湿度 48

デサントスポーツ科学 Vol. 44

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224 ─

－ 65％ RH，日射量 950 － 1,150W/m2 の環境下

著者らが進めてきた一連の研究から派生した課題

で直腸温が 38.50℃になるまで，定められた自転のようで，具体的にはスポーツ時の汗中に含まれ車運動で負荷をかけている．身体冷却リカバリー

る乳酸量の評価（表示）を試みたものである．すは，室温 28 － 31℃，湿度 50 － 60％ RH の環境

なわち，乳酸応答性ポリマーを綿布（報告書中で下で，「冷水摂取のみ」と「冷水摂取とファン付

は” 木綿布”）と複合させ，色素を用いることで，

きジャケット併用」をランダムな順序で実施し，乳酸濃度により綿布上の図柄を変化させるという直腸温が 37.75℃に低下するまで継続している．

試みである．これが実現すれば，汗中の乳酸濃度実験結果としては，リカバリー時の外耳道温におに応答して図柄が変化するスポーツウェアを作りける低下率は，ファン付きジャケット併用の方が出すことができ，アイデア商品につながる可能性

水分摂取のみのケースよりも有意に高く，平均皮もある．

膚温では冷却開始 20 分間の低下率も，ファン付

具体的な実験手順は，モノマー溶液（含有成きジャケット併用の方が水分摂取のみより有意に分：ボロン酸モノマーや第四級アンモニウムモノ

高いことが示された．また主観的指標に関してもマー）を綿布に含侵し，これにフォトマスク（図ファン付きジャケット併用によって早期に改善し柄）を介し紫外線を照射して重合させ，乳酸応答ていくことが示されたが，本研究課題で注目点と性ポリマーを綿布上で複合化する．得られた綿布

なる直腸温の低下率は，平均値においてはファンをアニオン色素で着色すれば，乳酸水溶液に応答付きジャケット併用の方が冷水摂取のみよりもわ

して図柄が変化する綿布を作り出すことができずかに高い傾向であったものの，統計的に有意差る．実験において，アニオン色素で着色した乳酸は検出できなかったとしている．本実験の結果

応答性ポリマーの複合化綿布に対して，乳酸応答

は，冷水摂取とファン付きジャケット併用が高輻性を検討したところ，乳酸濃度の上昇により図柄

射を伴う屋外暑熱環境下における被検者の熱負荷が変化していくことが確かめられた．しかし実際を早期に低減し，疲労感や温熱感の低下に結びつには，図柄のさらなる精細度の向上が必要である

く点で，有効であることを示した．若干，気づいことがわかった．また申請書において計画したイた点を挙げるとすれば，被検者数がやや少ないの

ンクジェットプリンターの使用やアイロンプリン

ではないかと思う点と，実験で採用したファン付

ト紙の検討も，残された問題となっている．ここきジャケットの性能の問題である．前者に関してで付言すれば，実際にスポーツウェア等への応用

は，この種の実験では個人差・実験誤差が大きいを考える場合には，上記の課題に加え，さらに乗と思われるためであり，後者に関しては，ファン

り越えなければならないハードル（課題）もある．

付きジャケットの冷却性能が直接結果に結びつく

たとえば，乳酸濃度変化による繰り返し応答へのと考えるためで，これらの点に対する念入りな検耐久性，そして衣服であれば洗濯や日光に対する討があってもよかったであろう．今後の研究に期

耐久性にも十分な対策が必要であろうし，それ以待したい．

前に汗中の乳酸濃度を検出する場合に，” ウェア

研究課題「汗中の乳酸に応答して図柄が変化すのどの部位につけて，どのような利用の仕方をするスポーツウェアの開発」は，スポーツウェアにるか”，なども検討すべきであろう．しかし着想関する研究ではあるものの，これまで研究例の多は面白い課題なので，実現に向かって進捗させてかった快適性や機能性に関する研究とは，全く視いただきたい．

点が異なるものである．本研究課題は，従来から研究課題「環境条件の違いにおける発汗によるデサントスポーツ科学 Vol. 44

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225 ─

衣服の張り付き不快感の評価」は，衣服の快適性れている．すなわち低湿度環境では冷感や濡れ感

評価に関わる研究課題であり，衣服が発汗によっによる不快感が生じ，中位的な温度環境では生地て濡れて張り付いた際の不快感について検討したのすべり抵抗感が表面化して不快感となり，高温ものである．特に本課題では環境条件を変化させ湿度の環境では衣服内湿度が高くなって蒸れ感やた状態で，生理・心理状態を調査しているのが特

べたつき感による不快感が発現することが明らか徴である．

にされている．以上の結果は，有益な知見といえ実験では，健常な成人男性を被検者として，一ようが，試料として Y シャツ生地を選定した点

定の環境下で 20 分間の運動を負荷して発汗を促については，若干疑問が残る．Y シャツを肌着なした後，温湿度が異なる 5 種類の環境下で生理・しに直接着用することもあるだろうが，皮膚と直心理状態を調査している．評価時に着用したの接接触する重要さを考えると，明らかに肌着素材

は，Y シャツ（綿・ポリエステル混紡のブロード（ニット）の方がプライオリティは高いはずであ

生地）である．またこの他に，同種の Y シャツる．両者の間では，生地特性がかなり異なるので，生地から採取した試料を加温した人工皮膚上に置

Y シャツ生地の結果が肌着素材にそのまま適用でき，水分を滴下して熱・水分の移動状態を把握し，きるかは疑問である．また分析方法に関しても幾さらに生地の水分量を変化させて人工皮膚との間分，荒っぽさを感じる点があり，生地の種類や構のすべり抵抗力測定も行っている．実験結果から造との関係も含めて，本研究課題がさらに継続・は，環境条件が大きく評価に影響することが示さ

発展することに期待したい．

デサントスポーツ科学 Vol. 44

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226 ─

入選研究者成果報告書講評
学 術 委 員立命館大学 スポーツ健康科学部

教授

田

畑

泉

中川伸ら（山口大学）は，嫌気性作業閾値（AT）

これらの結果は，スポーツ現場で疼痛予防等のたより低い主観的運動強度 13 以下の強度での，30めに頻用されるのアイシングの副作用を温熱刺激

分間自転車エルゴメータ運動を週 2 回，4 週間，が抑制することを示したものであり，今後，ヒト

慢性あるいは反復性うつ病患者 8 名（44.6 ± 12.8を対象に同様な方法によるスポーツ選手の筋コン歳）に行わせたところ，うつ病臨床評価 HAND

ディション維持に関する方策開発の一助となる可の値が 12.87 から 8.62 に大きく低下しすることこ能性が示された．

とを明らかにし，従来，有効性が報告されている

佐渡夏紀（筑波大学）は，成人男女（21 名）を

中等度の強度での 1 時間の運動を週 3 回よりも負対象に，ダーツ投げにおいて，肩関節を拘束する

担の少ない運動療法で，臨床の観点から大きな改ことにより自由度を削減した場合に，そうで無い

善を得ることができたと報告している．この研究条件に比べて，3 投目の到達点－目標間距離が短は，我が国において患者数が増加しているうつ病

縮したことより，運動学的自由度が大きい状況のの新たな運動療法の開発につながる社会的にも意方が運動学習に有利となることを示唆した．この義のあるものと考えられる．

研究は冗長性という観点から，保健体育の授業を

山中航ら（順天堂大学大学院スポーツ健康科
学研究科）は，仮想空間（VR）技術を用いたサイ再評価するという点で社会的意義が高いと考えられる．

クリング運動中の競争他者との関わりが運動パ

一寸木洋平（東京国際大学）らは，Posterior-

フォーマンスに与える影響を観察した．その結

root muscle reﬂex 法を用いて，これまで報告の無果，追い抜かれる場面において，自転車運動のパい，ヒラメ筋以外の下肢筋（前頸骨筋，大腿二頭フォーマンス（回転数）が低下することが示され筋）においても，全身振動刺激が，単シナプス反た．この研究成果は，競技力向上のつながる新し

射回路興奮性を一時的に抑制することを若年男子

いメンタルトレーニング法の開発に記する貴重な7 名で明らかにした．この全身振動刺激はスポーものである．

ツ選手の競技力向上等で利用されていることか

芝口翼（金沢大学）らは，ラットを対象とした研究により，筋損傷後のアイシングが，28 日後ら，その機序をさらに解明することに資する基礎研究として価値があると考えられる．

の当該筋のミトコンドリア量を低下させ，さらに欠畑岳（東京大学・早稲田大学）は，大学陸上筋の線維化を促進すること，一方，アイシング 1

競技所属の男子 7 名と女子 5 名を対象に，上り坂

日後から隔日で温熱刺激（温水浴（42℃：30 分）（平均傾斜 4 ﾟ）と平地における 60 ｍ全力疾走中）を 2 週間で行うことにより，筋損傷後のアイシの下肢筋活動を筋電図で比較評価した．その結果，ングによる筋線維化を抑制すること報告してた．

平地走に比べて登り坂走では，大腿直筋と大腿二デサントスポーツ科学 Vol. 44

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227 ─

頭筋の筋活動のタイミングがランニングサイクル

量，血中酸素飽和度には影響が見られなかったとの後半にシフトすることが明らかとなった．この報告した．この研究成果は，新型コロナウイルス

研究は，陸上競技で頻用されている全力坂道走ト

蔓延下においても，布製のマスクは，呼吸循環系

レーニングに関する実践的・かつ基礎的研究としの反応の大きな影響を与えずに，運動を実施するて評価される．

ことが可能であることを示唆したものであり，コ

木内聖（国士舘大学）らは，ランニング（速土：ロナ渦における安全な運動を示したという点で社

2.78 m/sec）中の足部の 3 つのアーチ（内側縦アー

会的に大変，有意義な研究であると評価できる．

チ，外側縦アーチ，中足骨アーチ）変化及び足底鈴木大地（順天堂大学）らは，“スポーツとアー

加重分布パターンを足底圧分析機で定量化した．

トとテクノロジーを融合した新しいスポーツ参画

その結果，特に内側縦アーチが前方への推進力をシステム” の体験が，運動に対する行動変容のス生み出していることを明らかにした．この研究成テージ与える影響について，620 名の大学生につ果は，足部のアーチという観点から，競技力向上

いて調査を行った．その結果，このシステムを体のための新しいトレーニング方法の開発につなが験した場合，行動ステージが上昇することが明らる基礎的研究として評価される．

かとなり，このようなシステム参加が，運動・ス

小川剛司（大阪教育大学）は，スポーツ実践中

ポーツの参加が低い若年層の運動を始めるきっかに多く用いられている布製のマスクが，運動に対けを促す可能性が示された．この研究は，若年者する呼吸循環系の反応に及ぼす影響を，若年男性の運動・スポーツへの参加を高める新しい方法論

9 名を対象に観察した．その結果，最大換気量はの開発という観点から社会的意義が高い．

有意に低下したが，最大酸素摂取量や最大心拍出デサントスポーツ科学 Vol. 44

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228 ─

入選研究者成果報告書講評
学 術 委 員
名古屋大学 名誉教授

押

田

芳

治

毎年多数の応募の中から，第 44 回石本記念デ

物性ベース食品の摂取が種々の競技成績に影響をサントスポーツ科学振興財団研究助成に採択され与えるか，さらに植物性ベース食品摂取の優位性

た 32 件のうち報告書として提出された論文は 24のメカニズムに関して今後一層明らかにしていた件に留まったという．これも少なからずコロナ禍

だきたい．続いて，京大の横川らの「運動によるが研究の進捗に影響をおよぼしたものと考えられ

白色脂肪組織の量的・機能的適応を制御する因子

る．24 件中，私に課せられた 9 件について講評としての骨格筋 AMP キナーゼの可能性」についする．広範囲の研究であるので，私の独断で 2 つて，京大の林教授主宰のグループは長らく骨格筋の大きな課題に分類し，評価を加えたい．中には

内 AMPK を研究されてきたが，今回は内臓脂肪

整形外科的な分野もあり，内科医の私には少々荷との関係に着目し，運動による AMPK 活性増大が重く，的の外れたコメントであればご容赦願い

が白色脂肪の変容に影響を与える可能性を提示したい．

た．今後は運動による骨格筋内 AMPK，筋由来

1】『運動による種々の身体反応に関する研究』ペプチドであるイリシン，白色脂肪の褐色脂肪化

5 件の研究で成り立っており，体力・スポーツの連関を明らかにしてほしい．名市大の檜森は「運

医学分野の普遍的課題といえる．まず，中村学

動が炎症誘発性筋力低下を抑制する分子機構の解園大学の熊原らの「若年成人における歩行およ明」について，自己免疫性筋炎モデルを対象に自び同等速度のジョギングによる座位行動ブレイ

発運動は筋炎進展防止の有効性を提示したが，そクが食後血糖・脂質動態に及ぼす影響」についの機序に関して候補に挙げたタンパクは関与しなて，これまで ADA の指針で示された，2 型糖尿いという negative data であった．医療費抑制の観病患者では 30 分座位毎に最低 3 分の運動を勧め

点からも運動が自己免疫疾患の発症予防や進行阻ている．健常者でも長時間安静に対する弊害，中止に有効とする研究を続けていただきたい．さい途での運動の有効性を述べている．しかし，現実

ごに，明治安田厚生事業団の須藤の「身体活動に社会においては 30 分毎に運動を実施することがよる骨格筋の形態的変化は脳の健康増進に寄与す困難である．一つの方法として短時間運動の代わるか？：認知機能と情動の改善を目指した戦略

りに EMS 利用も効果的か検討されるのも宜しいの構築」について，これまで身体運動の継続のかと思われる．次に，日体大の岡本の「運動前のMCI，うつ病，寿命延伸に対する有効性は周知の

食事摂取の違いが動脈スティッフネスと有酸素性事実である．残念なことに，本研究では認知機能

運動パフォーマンスに及ぼす影響 ―植物性ベーの改善，そのメカニズムまで明らかにできていな

スと動物性ベース食品の比較― 」について，植い．さらなる研究成果を期待するものである．

物性ベース食品の優位性が示された．現実的に植2】『骨・関節・筋に関するバイオメカニクス，
デサントスポーツ科学 Vol. 44─

整形外科的観点からの検討』

229 ─

明示され，その対策まで言及されることを期待し以下の 4 件が該当すると思われ，その評価を行たい．最後に北大の門間らの「生体内における生う．まず，東京医歯大の井原らの「深度センサを

理的環境下での関節接触面解析手法を用いた肩関

用いた Scapular dyskinesis 検出手法の確立」につ節疾患の病態解明」について，筆者らも述べていいて，肩甲骨動作を深度センサで計測した点はユ

るように，他誌への投稿を意識してのことと思わ

ニークな発想と思われる．ただ，筆者らも信頼性

れ，本文章はあくまでも本研究申請書類に加筆しの観点から述べているように，精度の向上が喫緊た程度で論文の体をなしていない．それゆえにコの課題といえよう．次に中京大の廣野らの「求心メントのしようがない．

性および遠心性収縮運動による運動単位動員特性

以上が私に課せられた講評である．なかには，の変化～高密度表面筋電図を用いた解析～」つい筆者の方々から「的外れ」，「勉強不足」，「独断」て，正直，一読では理解できなかった．レジスタ

等の御叱責を受けるかもしれない．一つの意見とンス運動による一時的な筋力低下の原因は神経筋して読んでいただけると幸いである．さて，今回疲労とし，運動部位に高密度筋電図，筋エコー図

9 編の論文，あるいは査読した論文のなかには図を用いて，求心性，遠心性筋収縮運動後の運動単表が本文中に入り込んでいるものが何編か見受け位レベルで検討を加えたものである．先述したよられた．一般的な論文の体裁は，本文，引用文献

うに研究に至った経緯，意義が理解できなかっの後に各表，図の説明文，各図で成り立っている

た．門外漢にも理解できるようにお願いしたい．

はずである．国内外の学術雑誌の投稿規定にもそ

大阪大中尾らの「日本外傷データバンクを用いたのように記載されている．

スポーツ関連外傷の疫学的データの推移と予後関本講評を終えるにあたり，石本記念デサントス

連因子に関する研究」について，内容は題名通り

ポーツ科学振興財団の篤志に厚くお礼申し上げるである．今後可能なら本研究結果から，外傷はどとともに，若手・中堅研究者のさらなる発展を祈のような状況で発生したか，練習中か，競技中か，

念いたします．

たまたま行っていた余暇スポーツ時であったかを

デサントスポーツ科学 Vol. 44

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230 ─

事 業 内 容わが国の体育・スポーツに関する学術研究の振興と健全なスポー
ツ活動の発展に資するため，次の事業を行う．
Ⅰ．健康の増進と体力の向上およびスポーツ科学に関する調査・研究に対する援助（1）研究委託：
財団において研究課題を定め，適当と思われる関係機関等
に対し研究を委託する．

（2）研究助成：
体育学，健康科学，人間工学，被服科学，運動施設工学等
健康の増進と体力の向上に関する学術，およびその他スポーツ振興に寄与する学術研究に関する講座をもった大学，
およびこれらの分野において教育，または研究・調査活動を積極的に行っている個人，またはグループより広く課題
をつのり，その調査・研究の飛躍的発展・充実が期待されるものに対し助成金を交付する．
Ⅱ．わが国スポーツの振興・発展と充実に寄与する団体に資金援助を行い，トップレベルの選手育成・強化，競技力の向上を図る．
Ⅲ．スポーツの施設，用具，衣服に関する学術的資料および関連文
献の収集・保存・公開を行う．

デサントスポーツ科学 Vol. 44

─

理
理 事 長

石

本

常務理事

川

原

理

事

梶

原

理

事

佐

理

事

理

和

事・監

事

之
貴

一般社団法人大学スポーツ協会

莞

爾

信州大学

藤

祐

造

名古屋大学 名誉教授
一般社団法人健康評価施設査定機構

島

﨑

恒

藏

日本女子大学事杉浦剛

デサントジャパン株式会社

R&D ユニット長

監

事

篠

原

祥

哲

篠原祥哲公認会計士事務所

公認会計士

監

事

髙

木

茂 太 市

檜垣・鎌倉・寺廣法律事務所

弁護士

監

事

檜

垣

誠

檜垣・鎌倉・寺廣法律事務所

弁護士

デサントスポーツ科学 Vol. 44

次

繊維学部

副会長

繊維学部コーディネータ
理事長

名誉教授

231 ─

─

232 ─

評

議

員

評 議 員

小

関

秀

一

株式会社デサント代表取締役社長

評 議 員

下

村

吉

治

中部大学

応用生物学部

評 議 員

永

富

良

一

東北大学

大学院

評 議 員

廣

田

孝

子

廣田アンチエイジング研究所

評 議 員

藤

本

繁

夫

大阪公立大学

評 議 員

塔

筋

祥

平

デサントジャパン株式会社
執行役員 スタッフユニット長

食品栄養科学科

医工学研究科

教授

教授

所長

名誉教授

デサントスポーツ科学 Vol. 44─

特 別 顧 問
特別顧問

猪

谷

千

春

国際オリンピック委員会 名誉委員

特別顧問

山

下

泰

裕

公益財団法人日本オリンピック委員会

デサントスポーツ科学 Vol. 44

会長

233 ─

─

234 ─

活

動

報

告

（1） 第 44 回課題学術研究および自由課題学術研究助成金交付
令和 4 年 3 月 22 日
（2） 公益財団法人日本オリンピック委員会，公益財団法人日本スポーツ協会，公益財団法人日本パラスポーツ協会，一般社団法人日本体力医学会，一般社団法人日本臨床スポーツ医学会，ならびに一般社団法人女性アスリート健康支援委員会 への寄付金交付
令和 4 年 3 月 22 日
（3） 臨時書面理事会（決議の省略）
開催日：令和 4 年 5 月 17 日
議 題：① 評議員会招集の件（4） 定時理事会
開催日： 令和 4 年 6 月 10 日
議 題：① 令和 3 年度事業報告承認の件② 令和 3 年度決算報告書承認の件③ 株主権の行使の件④ 評議員会招集の件（5） 第 45 回学術研究公募開始
令和 4 年 6 月 14 日
（6） 定時書面評議員会（決議の省略）
開催日：令和 4 年 6 月 29 日
議 題：① 令和 3 年度事業報告承認の件② 令和 3 年度決算報告書承認の件（7） 第 43 回～第 44 回学術研究成果報告書提出締切
令和 4 年 6 月 30 日

（8） 第 45 回課題学術研究公募締切
令和 4 年 8 月 5 日

デサントスポーツ科学 Vol. 44─（9） 第 45 回課題学術研究公募申請書審査
令和 4 年 8 月 6 日～令和 4 年 11 月 17 日
（10）令和 4 年度学術委員会
開催日：令和 4 年 11 月 17 日
議 題：① 令和 4 年度（第 45 回）学術研究公募審査の件② その他（11）臨時書面理事会（決議の省略）
開催日：令和 5 年 1 月 20 日
議 題：① 評議員会招集の件（12）定時理事会，定時評議員会（同時開催）
開催日：令和 4 年 2 月 22 日
議 題：① 令和 5 年度事業計画承認の件② 令和 5 年度収支予算承認の件③ 基本財産取り崩しの件
以デサントスポーツ科学 Vol. 44

上

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－編

集

後

記－

機関紙「デサントスポーツ科学」第 44 巻の発行にあたり，学術研究をお寄せいただいた研究者の皆さま，発行にご尽力いただいた学術委員の先生方はじめ関係者の皆さまに厚く御礼申し上げます．
コロナ禍の影響が続くなかで精力的に研究に取り組まれ，予期せぬ障害を創意工夫と情熱で克服し研究を完成されたご苦労は大変なものだったと思います．残念ながら，期間内に研究の完成に至らず当号巻に掲載ができなかった研究者もいらっしゃいますが，次号巻への掲載に向けて引き続きご研究に取り組まれております．皆様方に心より敬意を表します．
機関紙「デサントスポーツ科学」は当号巻より e ジャーナルとしての発刊となりました．本棚に並ぶ冊子が増えなくなることには寂しさも感じますが，助成研究の成果を広く情報公開することは当財団の目指すところであり，e ジャーナルへの移行により，皆さまよりお寄せいただいた研究論文が広く検索・参照され，スポーツ健康科学領域の研究の発展に寄与することに期待を感じております．
機関紙「デサントスポーツ科学」は当財団のホームページ，J-STAGE，信州大学産学連携情報提供支援データベースに掲載をいたします．これまで発行しました機関紙も順次 e ジャーナルとして掲載をしてまいります．
今後とも当財団の学術研究募集に多数のご応募をいただき，一層充実した機関紙「デサントス
ポーツ科学」の発行を応援いただきます様，よろしくお願い申し上げます．
編集局長 坪 内 敬 治「デサントスポーツ科学」第 44 巻
D E S C E N T E S P O R T S S C I E N C E Vo l . 44
（表紙デザイン 永井 一正）
発 行 人

石本 和之

編 集 人

坪内 敬治

発 行 日

令和 5 年 2 月 22 日

Feb. 22, 2023
発 行 所

PUBLISHER

公益財団法人 石本記念デサントスポーツ科学振興財団 事務局
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ISSN 0285-5739
デサントスポーツ科学 Vol. 44