5490

日本建築学会大会学術講演梗概集（東北） 2009年 8 月

斜路勾配の違いが歩行移動における筋負担および下肢関節角度に及ぼす影響
斜路・階段の移動動作における人体負担に関する実験研究 その２
斜路筋負担勾配
下肢関節角度筋電図

正会員
同同○垂井 健吾 ＊1
久保田 一弘＊3
荻原 一郎 ＊5

同同
同波多野 舞子＊2
布田 健＊4
直井 英雄 ＊6

表 1. 実験対象斜路勾配一覧

１．研究目的
本研究では、斜路歩行における筋負担および下肢関節回転角度を測定し、斜路勾配の違いがこれら２つの指標に及ぼす影響を定量的に捉え、更にその１の階段昇降における実験結果を用いてこの両者を連続的に比較し分析することで、各種設計指針等の根拠となる基礎資料を提示することを最終目的としている。

勾 配
水平角度 [°]
0.0
R[mm]
0T[mm]
600
2R+T[mm] 600
歩幅 [mm] 600

1/153.8355255955261/124.843516602518

1/105.750500600502

1/87.160480600484

大腿直筋
前脛骨筋

大腿角度
膝回転角度

脛骨点

大腿二頭筋外果下点腓腹筋

図２ 筋電測定箇所

図３ 下肢関節 図４
角度測定点

測定角度の定義

図５ 下肢関節角度変化の様子
大腿直筋
筋電最大値 [mV]

①実験日時：2008 年８月 25,26 日②実験場所：（独）建築研究所 ユニバーサルデザイン実験棟③被 験 者：本学男子学生３名④実験装置：実験は勾配を無段階で調整できる勾配可変ス
ロープデッキを使用した ( 図１)。実験対象とした斜路の勾配は表 1 に示す通りである。路面の表面には滑り防止等安全の観点から、長尺塩ビシートを敷設した。
⑤使用機器：筋電の計測及びデータ解析には㈱ディケイエイ
チ社の TRIAS システムを、また下肢関節角度の測定解析には同社の FrameDIAS Ⅳをそれぞれ採用した。
(2) 実験方法

図１ 勾配可変
スロープデッキ

大転子点

２．実験内容（1）実験諸元

1/6
9.575
450600456

1.00

昇り

大腿二頭筋

腓腹筋

前脛骨筋
降り

①実験手順
0.75
被験者には、日本人の平均歩行速度とされる時速４km（0.590.50秒／歩 ) に歩調を合わせてスタートの合図で右足から踏み出0.25し、６歩目の左足を右足に揃えて静止させた。歩幅は、自然0.00
水平 1/15 1/12 1/10 1/8 1/6
水平 1/15 1/12 1/10 1/8 1/6
歩幅による歩行動作に近付けるねらいおよび階段との比較の勾配
図６
斜路勾配別筋電最大値（被験者平均）
ため、水平の場合を 600mm とし、斜路を階段とみなした場
合の各勾配での２Ｒ + Ｔ（以下「段寸法」という。Ｒ：蹴上（図４）、その回転量が多いほど負担が大きいと考え、それぞげ寸法、Ｔ：踏み面寸法）がほぼ 600mm になるように斜面れの最大値を抽出した。
上の歩幅を調整した。被験者には、測定前に勾配および歩幅３．実験結果及び考察について十分に確認させ、無駄な動作をしないよう教示した。 （1）斜路勾配と筋負担との関係②表面筋電計による筋電測定①筋電最大値について
被験筋は左右の大腿直筋、大腿二頭筋、前脛骨筋、腓腹筋筋電最大値の測定値は、各被験者の各被験筋ごとに有意水の計８箇所とした（図２）。サンプリング周波数は予備実験
準 0.05 で外れ値検定を行ったが、同じ被験者の同じ勾配ににおいて安定的な筋電最大値を得る事ができた 100Hz を採用おける試技であってもデータにばらつきが出る結果となり、した。初動動作と調整動作を除く３～５歩目を筋電波形と同明確な傾向はみられなかった（図６）。各被験者および各被期撮影した動画より抽出し解析の対象とし、筋電最大値およ験筋の測定値をそれぞれの平均値で基準化した場合の標準偏び筋電積分値を導出した。
差は 27％程度であり、筋電最大値はその程度のばらつきが③下肢関節角度の測定あるものとして予め考慮する必要がある。
被験者には観測点として大転子点および左右の膝・踝に観②歩行 1 サイクルあたりの筋電積分値について測用反射板を貼付し（図３）、斜路側面より歩行の様子を撮影
歩行１サイクル動作（立脚・遊脚の２歩）あたりの筋電積
した動画データから観測点の座標を追跡することで、下肢関分値を抽出し勾配ごとに比較した結果、全被験者に共通の傾節角度を測定した。大転子点を中心として左右の脛骨点がな向として、昇り降りともに斜路勾配にかかわらずほぼ一定のす角度を大腿角度、脛骨点を中心として大転子点と内外果下値となった（図７：棒グラフ）。なお、筋電積分値についても、点がなす角度を 180 度から引いた角度を膝回転角度と定義し筋電最大値同様各被験者間の測定値を基準化した場合、標準
The influence of difference of ramp-slope on muscle laod and angles of legs
An experimental study on physical load during walk on ramp and stairs (Part2)―1003―TARUI Kengo et al.

①斜路勾配と筋負担の関係について
既報 2) では筋負担は斜路勾配に比例するとの報告もある
が、本研究では段寸法を一定に保つため斜面上の歩幅が勾配の増大に応じて減少しており、勾配増と歩幅減による効果が相殺し、筋負担はほぼ一定の値となった。
②斜路勾配と下肢関節角度の関係について
昇行時の大腿角度については既報 3) と一致した。降行時の大腿角度については既往研究による報告は無く、足軸交差角を用いた同種の研究 2) による、勾配の増大に応じて角度が小さくなるという報告と一致した。
（4）段寸法が同じ ( 約 600mm) 場合の斜路と階段の比較
本研究およびその１の研究は、同日に共通の被験者で実験を行っており、測定時刻の違いによる誤差は実験の精度から許容範囲と考え、段寸法が 600mm で同じ場合の斜路と階段について、昇行時歩行１動作あたりの筋電積分値を勾配の順に比較した（図 10 白色棒グラフ、値：左軸）。斜路では勾配にかかわらずほぼ一定であるが、階段では斜路より値が大きくなり、更に勾配の増加に伴い増加傾向にある。単位高さ換算値では、当然の結果ではあるが、勾配が急になるほど必要筋負担は少ない（図 19 折線グラフ、値：左軸 ( ) 内）。
一方、下肢関節角度は、大腿角度が斜路と階段を通じ勾配に関わらずほぼ一定とみなせるのに対し、膝回転角度は斜路ではほぼ一定を保ちながら、階段で有意に増加し、更に勾配に比例した増加傾向にある。斜路と階段におけるこの膝回転角度の増加分が、斜路と階段における筋電積分値の差分に関与していると考えられる ( 図 10 黒・灰色棒グラフ、値：右軸 )。
＊1＊2＊3＊4＊5＊6

独立行政法人
東京理科大学
東京理科大学
独立行政法人
独立行政法人
東京理科大学建築研究所 非常勤職員 工修大学院生
工学部 補手 工修
建築研究所 博士（工学）
建築研究所 工博
工学部 教授 工博100806040200[mVs/1m 昇降換算 ]

40200

昇り

降り

水平 1/15 1/12 1/10 1/8 1/6

水平 1/15 1/12 1/10 1/8 1/6

図８ 斜路勾配別の大腿角度最大値 ( 被験者平均 ) 勾配

昇り降り

水平 1/15 1/12 1/10 1/8 1/6

水平 1/15 1/12 1/10 1/8 1/6

図９ 斜路勾配別の膝回転角度最大値 ( 被験者平均 ) 勾配
1 サイクル動作あたりの筋電積分値（値：左軸）
1m 昇りに換算した筋電積分値 ( 値：左軸（ ）内）大腿角度最大値 ( 値：右軸 )膝回転角度最大値 ( 値：右軸 )1.0
180(10.0)
昇り
0.8150(8.0)(6.0)

0.61200.4900.2(2.0)

600.030
水平 1/15 1/12 1/10 1/8 1/6 26.5 35.0 45.0 56.0 勾配
斜 路階 段(4.0)

大腿角度および膝回転角度 [° ]（3）既往研究との比較

大腿角度最大値 [° ]①大腿角度について
全被験者に共通の傾向として、昇りの場合は勾配が大きくなるにつれて大腿角度最大値は僅かに増加する程度であるが、降りの場合は勾配の増大に伴い明らかに小さくなった（図８）。昇りと降りでは歩行の性状が大きく異なり、昇りの場合の大腿角度は、みなしＲに応じて遊脚を持ち上げるための増加分と歩幅の減少による減少分の効果が同程度と言える。
②膝回転角度について
昇り降りともに勾配の変化に伴う膝回転角度最大値の大きな変化はみられず、ほぼ一定の値となった（図９）。特に昇りにおいては、勾配の増大に応じて膝の回転量も多くなることが予想されたが、歩幅の減少分で相殺される結果となった。
なお、下肢関節角度についても、筋電測定値同様各被験者間の測定値を基準化した場合、標準偏差は７％程度であった。

図７ 斜路勾配別の筋電積分値 ( 被験者平均 )60

膝回転角度最大値 [° ]歩行１サイクル動作あたりの筋電積分値とみなしＲから１m 昇降あたりに換算した筋電積分値を勾配ごとに比較すると、昇り降りともに勾配が急になるほど値は小さくなった（図７：折線グラフ）。急勾配の方が単位高さに到達するまでの歩数が少ないことが主な理由と考えられる。
（2）斜路勾配と下肢関節角度との関係

棒グラフ・・・歩行１サイクルあたり ( 値：左軸 )折線グラフ・・・1m 昇降あたり ( 値：右軸 )
1.0
10.0
0.8
8.0
0.6
6.0
4.0
0.4
0.2
2.0
昇り降り0.00.0
水平 1/15 1/12 1/10 1/8 1/6 水平 1/15 1/12 1/10 1/8 1/6勾配[mVs/1 サイクル動作 ]※ ( ) 内 1m 昇り換算値③単位高さに換算した場合の筋電積分値について[mVs/1 サイクル動作 ]偏差は５％程度であった。

図 10 段寸法 (2R+T)600mm の場合の斜路と階段における筋電積分値
および下肢関節角度 ( 大腿角度、膝回転角度 ) の関係（被験者平均）

５．まとめ
本実験の結果、段寸法一定という限定的な条件のもとではあるが、斜路勾配の違いが歩行動作における筋負担および下肢関節角度に及ぼす影響について定量的に把握することができた。また、段寸法一定の場合に、緩い斜路から急な階段に至るまで連続的に比較した結果、膝回転角度の増加分が筋負担の増減に関係していることを示唆する興味深い知見を得ることができた。なお、本研究の遂行にあたり、石崎悟士氏、同秋山学巳氏の協力を得た。ここに記して謝意を表する。
参考文献
1) 垂井健吾ほか：段差移動の「負担感」と「筋負担」との対応関係に関する実験研究，日本建築学会大会学術講演梗概集 E-1，
pp549-550，2007．
2) 中島一：傾斜路における昇降のしやすさについて，日本建築学会大会学術講演梗概集 計画系 55，pp1207-1208，1980．
3) 川村かお里ほか：昇降動作形態より見た階段・斜路の適切とされる寸法条件に関する検討，日本建築学会大会学術講演梗概集 E-1，
pp739-740，1999．
4) 小野英哲：人の上り、下り時の負担からみた段差と斜路の比較，
日本建築学会構造系論文集（601），pp31-36，2006．
5) 加 藤 達 雄： 斜 面 歩 行 の 筋 電 図 的 分 析， 日 本 体 力 医 学 会 56(5)p538，2007．他＊ 1 Part-time Staff Building Research Institute,M. Eng.
＊ 2 Graduate Student,Dept.of Architecture,Faculty of Eng.,Tokyo Univ. of Science＊ 3 Research Assoc.,Dept.of Architecture,Faculty of Eng.,Tokyo Univ. of Science,M.Eng.
＊ 4 Building Research Institute,Dr. Eng.
＊ 5 Building Research Institute,Dr. Eng.
＊ 6 Prof.,Dept.of Architecture,Faculty of Eng.,Tokyo Univ. of Science,Dr.Eng.

―1004―