上り傾斜トレッドミル歩行が下肢筋活動に与える影響

【はじめに、目的】トレッドミルを用いた歩行トレーニングでは，限られた空間での連続した歩行が可能であり，下肢への運動負荷を効率良く与えられる．臨床では，トレッドミル歩行の設定は安全を考慮し，至適速度で実施することが多い．しかしながら，トレッドミル歩行の至適速度は平地歩行に比べ低下し，下肢筋活動量は減少すると報告されている．一方，上り傾斜でのトレッドミル歩行は，傾斜の増加に伴い，下肢筋活動量を高めることができる．しかし至適速度によるトレッドミル歩行に上り傾斜を付加した場合に，平地での至適歩行と比較し，どの程度の傾斜で同等もしくは高い筋活動量を得られるかは検証されていない．本研究では，至適速度でのトレッドミル歩行において傾斜を付加し，平地歩行との下肢筋活動量を比較した．また，その歩行の違いを，加速度計を用いた重心運動の解析から検討した．【方法】対象は健常男性13 名，年齢25.0 ± 2.7 歳（平均値±標準偏差），身長1.73 ± 0.04m，体重63.9 ± 8.1kgであった．課題は，至適速度での平地およびトレッドミル歩行とした．トレッドミル歩行では，3 条件の傾斜（傾斜0％，傾斜5％，傾斜10％）を設定した．至適速度の決定は，平地歩行においては，10m歩行を本人の任意の速度で反復し，中間5mの範囲での至適速度を算出した．トレッドミル歩行では，傾斜0％で60m/minを基準に速度変化させ，対象者が至適と判断する速度を選択した．課題は，まず平地歩行を実施し，その後トレッドミル歩行3 条件をランダムに実施した（合計4 条件）．下肢筋活動の測定は，表面筋電図計（DELSYS社）を用い，右下肢から記録した．記録筋は，前脛骨筋（TA），ヒラメ筋（SOL），大腿直筋（RF），内側ハムストリングス（MH），中殿筋（GM）の5 筋とした．歩行周期は，右側の前足部と踵部に貼付したフットスイッチで特定した．データは，サンプリング周波数1kHzで同時に記録した．得られた筋電図は，全波整流後30 歩行周期分を加算平均した．さらに立脚相のRoot Mean Square値を算出し，筋活動量の指標とした．筋活動量は，平地歩行に対する，傾斜付加によるトレッドミル歩行の筋活動量の変化を比較するために，平地歩行に対する比率を算出した．重心運動の評価では，第三腰椎部に固定した加速度計（ワイヤレステクノロジー社）を用いた．加速度データは，30 歩行周期分を加算平均し平滑化後，時間で2 回積分し変位を求めた．その変位から，上下および左右の重心移動幅を算出した．統計解析は，歩行速度を比較するために，対応のあるt検定を用いた．筋活動量と重心移動幅において，多重比較法（Bonferroni法）を用いて平地歩行とトレッドミル歩行の各条件を比較した．有意水準は5%とした．【倫理的配慮、説明と同意】所属施設の倫理審査会で承認後，対象に対して研究内容を十分に説明し，同意を得た．【結果】至適速度（m/min）は，平地歩行82.2 ± 9.6，トレッドミル歩行61.7 ± 5.9 で有意差を認めた．筋活動量は，平地歩行と比較し，TAとRFでは傾斜0％において有意に減少した．一方，傾斜0％と比較し，傾斜10％ではTA，RFともに有意に増加した．SOL，MH，GMでは，平地歩行と比較し，傾斜0％において有意差は認められなかった． SOLでは，傾斜10％において各歩行条件と比較し，有意に増加した．MH，GMでは，平地歩行および傾斜0%と比較し，傾斜5%，傾斜10%においてそれぞれ有意に増加した．重心移動の上下幅は，平地歩行と比較し，傾斜0%で有意に減少した．一方，傾斜10%では，傾斜0%と比較し有意に増加した．左右幅は，平地歩行と比較し，傾斜5%および10％で有意に増加した．【考察】過去の報告と同様に，平地歩行と比べトレッドミル歩行では，至適速度が有意に減少した．この速度減少に伴い，傾斜0％のトレッドミル歩行では，TAおよびRFと重心移動の上下幅が減少したと考えられる．SOL，MH，GMにおいては，歩行速度が減少することで，立脚相が延長し，平地歩行と比べても傾斜0％で活動量が維持されたと推察される．一方で，傾斜の増加に伴い，すべての筋で活動量の増加を示した．これは傾斜に伴い重心移動の上下左右幅が増加していることから，仕事量の増加が影響していると考えられた．上記から，トレッドミル歩行で平地歩行と，同等もしくは高い筋活動量を得るには傾斜5％以上を適用することが必要であると考えられた．しかしながら，10％以上の傾斜は，歩容の変化や転倒リスクなど，臨床上実施可能かどうかの判断を行う必要がある．【理学療法学研究としての意義】本研究は，臨床において上り傾斜トレッドミル歩行練習の実施を判断する根拠を示している点で意義がある．