シーティングベルトによるレッグプレス・エクササイズ

シーティングベルトを座ったままの姿勢で使って効果的な膝の運動ができるのではないかと考えていた。
私はレッグプレスをしている時の床反力を計測するシステムを持っているので、それでどのような出力をしているのか調べてみようと考えた。
しかし、ベルトを突っ張ると床反力計に力は伝わらないのでこのままでは計測はできない。
そこで、特殊なベルトを使って、床反力計の裏側をベルトが回るように設定して、シーティングベルトを突っ張る時の足部出力の具合を計測してみることにした。


通常のレッグプレスではこのように股関節近くから足部に向かって出力が行われる。
この時、大腿四頭筋優位の出力となっている。


シーティングベルトを突っ張ると、予想通り出力が膝よりに変位する。
ハムストリングを使った出力になったのかと筋電図を計測してみたが、筋収縮は大腿四頭筋優位のままであった。

シーティングベルトを突っ張ると膝近辺から足部中央に向かって出力が行われている。
しかし、ハムストリングの筋活動が高まるわけではなかった。
これは予想外の結果である。


しかし、よくよく考えてみるとハムストリングがほとんど収縮しなくても、下腿軸に沿って外力が加わると、膝関節の剪断力はほとんど働かない。
結果としては膝関節に安全な運動様式となっている。

これは、安全で安楽な膝の運動として有望である。



各条件においての膝関節に働く負荷の状態を記述する。この考察は膝蓋大腿関節を無視した２次元での考察である。脛骨に注目して力の釣り合いを考えたとき、脛骨にかかる外力 ( Fa ) と、大腿四頭筋の発揮する力 ( Fb ) および大腿骨の接触力 ( Fc ) のベクトルは閉じて三角形を形成する。関節の接触力はさらに軸圧 ( C ) と脛骨前方引き出し力に対する抵抗力 ( S ) に分解される 。このようなモデルを考えたとき、多くの開運動連鎖のような脛骨の遠位に負荷をかけた運動では、軸圧、脛骨前方引き出し力ともに大きいことが示される。そこで、脛骨の近位に負荷をかけるようにすると、脛骨前方引き出し力は減少する。また、脛骨軸に対してより浅い角度で負荷をかけると脛骨前方引き出し力は減少する。さらに、大腿四頭筋とハムストリングの共同収縮を引き起こした場合も同様に脛骨前方引き出し力は減少する。この図において大腿四頭筋 ( Q ) とハムストリング ( H ) の合力が Fb となる。閉運動連鎖の最大の特性はこの大腿四頭筋とハムストリングの共同収縮により前方引き出し力が減少するという co-contraction theory にあると考える。

入浴エクササイズが夢21で紹介

本日発売の健康雑誌「夢21 ３月号（わかさ出版）」に入浴エクササイズが紹介された。
さっそく編集部から送られてきた見本誌をみると、１冊丸ごと膝痛の特集号になっている。
私の記事は高名な順天堂大学の黒澤　尚先生や東京都リハビリテーション病院の林　泰史先生の記事に挟まれて掲載されている。
畏れ多いが、名誉なことである。

膝の体操法はいろいろと考案されて実施されてきたが、私の考案した入浴エクササイズは単なる思いつきにしてはずいぶん広く受け入れられてきた。
お風呂好きの日本人の特性にぴたりと当てはまったからであろう。
CKCのコンセプトを応用したことにはPTや膝専門の医師から積極的な支持があった。

今年の鹿児島での日本リハビリテーション医学会でも教育講演で紹介の場が提供されるので、さらにアピールすることができる。
今年は入浴エクササイズがブレイクするかもしれない。

二関節筋のEMS

これまでの研究では静止肢位において大腿直筋やハムストリングを電気刺激して様々な知見を得た。
中でも、立位でハムストリングを電気刺激すると膝伸展が起こるというのはやっていて楽しい実験であった。

ただ、これら一連の実験については本当にハムストリングの作用で膝伸展が起こっているのかという疑問が常について回る。
要するに、電気刺激で何らかの反射が誘発されて大腿四頭筋が働いているのではないかという疑問である。
実際に、今回の発表でも同じ質問があった。
これについては、近い将来研究資金が調達されたら新しい計測システムを組んで、電気刺激中の各筋の活動状態を検証する予定である。
実は昨年もこの内容を含む課題を科研費に応募していたのだが落ちてしまったのだ。
今回の臨床歩行分析研究会定例会での発表では座長の金先生から、大腿四頭筋を取り除いてハムストリングだけにした解剖モデルで実際に膝伸展が確認されたという研究結果の援護射撃もあったが、最終的には実際の生体での筋収縮を筋電図で確認することが必要と考えている。
そのためには電気刺激中に筋電位の計測ができる装置を製作しなければならない。

この研究は来年４月の科研費の採否の結果待ちであるが、これから実施しようとしているのは歩行などの動作中に二関節筋を電気刺激するというものである。
この目的のために1chのポータブルEMS装置を４台製作した。
フットスイッチとハンドスイッチを使えるもので、様々な設定で電気刺激が行える。
この年末から実験を開始したところである。

この装置にはゼミ生が早速名前をつけてくれた。「KPP」である。
「河村ピリピリ」の略らしい。

ＣＫＣトリビア（CKC訓練器としてのPilates Reformer）

私はこれまで長年努力して理想的なCKC訓練器を開発してきた。
一応の理想型となるものを完成させることもできた。
ところが、いざこれを臨床で普及させようとしても実際にはほとんど不可能である。
余りにもコストがかかりすぎるので、メーカーが商品化してくれないからだ。

そんな折、数年前に、吉備国際大学の卒業生がPilatesのことを教えてくれたことからPilates Reformerの存在を知った。
Pilates は日本ではマットピラティスが主流であるが、海外ではエクイップメント（器具）を使ったピラティスも盛んであるらしい。
今回、研究所を開設するに当たってピラティスの器具を一式アメリカから輸入した。

Reformerを使って解析を行ったところ驚くほど理想的な出力が行われていることが判明した。
詳細はいずれ報告するが、ACLの術後や高齢者の訓練によさそうである。

CKCトリビア（なぜ揺動刺激＋EMSは有効か）

昨日の済生会病院の先生方との懇親会で、最新のACL術後患者さんの訓練情況を報告して貰ったのだが、既に６人が予定した３ケ月の訓練を終了していた。
この成績を見ると予想をはるかに上回る驚くべき筋力改善が見られる。

荷重立位周期的水平揺動刺激と筋電気刺激の併用は何故有効なのだろうか。

ひとつは弱い電気刺激でも速筋が刺激されるという逆リクルート特性（逆サイズの原理）が考えられる。
電気刺激は太い神経をまず刺激するので太い神経が支配する速筋が直ちに刺激されるのである。

特に今回は3Hzの揺動刺激に合わせて3Hzという超低周波で刺激されていることも良かったのではないかと考える。
超低周波では１回１回の電気刺激が完全な筋収縮を引き出すのである。

次に、揺動刺激が大腿の筋群を引き延ばしたところに電気刺激による収縮が起こるので、プライオメトリックな筋収縮が誘発されているのではないかと考えている。
揺動刺激で素早いエキセントリックな筋活動が起こり、その直後に電気刺激でコンセントリックな筋収縮が行われるといわゆるストレッチ・ショートニング・サイクルと呼ばれる現象が起こっているのではないかと予想する。

ストレッチ・ショートニング・サイクルにおいては大きな力が発生するとされている。
要するに、まずしゃがみ込んでエキセントリックな筋収縮をさせたほうが高くジャンプできるという現象である。
この特殊なストレッチ・ショートニング・サイクルが機能して、自覚的にはただ立っているだけにもかかわらず、驚くような筋力増強効果が得られたのではないだろうか。

ＣＫＣトリビア（CKC meets EMS）

EMSというのは筋電気刺激のことである。

今日はたまたま最初で最後の川崎医療福祉大学での非常勤講師の日であった。
なぜ最初で最後なのかというのにはちょっとした事情がある。
もともとは川崎医療短期大学医用工学科（治療機器学）非常勤講師の依頼があり、講義テーマが「治療的電気刺激」であった。
前任の非常勤講師の先生が都合で辞めるときに私を推薦したのがきっかけである。
それで、電気刺激のことを教えるのも自分の勉強になりそうだと思い引き受けて、平成14年度から年に１コマだけ短大へ教えに行っていた。
ところが、昨年から短大の医用工学科が閉鎖されることになり、代わりに隣の川崎医療福祉大学に臨床工学科ができたというわけである。
これまで７年に渡って電気刺激を教えてきたということになるが、今度はこちらの事情で来年度からの講義はお断りすることになってしまった。

そのような事情はさておき、電気刺激には昔から興味があった。
私の古くからの研究仲間（そう言っては先方に失礼かもしれないが）の労災リハ工学センターの元田英一先生は脊髄損傷患者にEMSを行って効果を上げていたし、久留米大学医学部の志波直人教授は電気刺激した拮抗筋の負荷を利用して無重力環境である宇宙での筋トレの研究を行っていたからである。

川崎医療短期大学での非常勤講師は年１回の授業のためにいろいろ勉強してたくさんのスライドを用意し、試験問題も作らなくてはならないという私にとっては見返りの少ない仕事であったが、これが現在の研究に発展してきた。
人間困るとそれにつぶされてしまう人とその困ったことを逆に何かに利用する人がいる。
私は明らかに後者であり、せっかく苦労しているのだから電気刺激の勉強したことを何かに活用しようとした。

無理矢理にCKCとEMSをくっつけて科研費に応募した。
ついでに基礎の培養神経細胞を電気刺激する内容も付け加えておいた。共同研究者のK先生の研究内容を確保するためである。
そしたら何とその課題が採択されたのだ。
さらに、その課題の次に申請した課題も採択された。
現在２匹目のドジョウならぬ３匹目のドジョウを狙ってさらに次の課題を応募しているところである。
私にとってはいまやCKCとEMSの組み合わせは非常に重要な研究になってしまった。

EMSを利用してCKCにおける個々の筋肉の作用を解析しているという話は前回記述したが、現在最も力を入れているのは「荷重立位周期的水平揺動刺激と筋電気刺激による筋力増強法の研究」である。
健常人での研究結果は良好で、現在はACL再建術後患者を対象として臨床研究を行っている。
次のステップは高齢虚弱者である。
電気刺激には研究すればするほど魅力を感じており、運動したくてもできない人、運動嫌いな人には最適な治療法ではないかと考えている。
電気刺激にはどうも単純に筋収縮を引き起こすという遠心性の効果だけでなく、従来よく知られている痙性を抑制するという求心性の効果に加えて、脊髄内あるいは脳内の神経再生を促進する効果もあるのではないかと考えられ始めている(Neuromodulation)。
CKCとEMSを併用すると言うところが私のオリジナルである。

ＣＫＣトリビア（ハムストリングは膝伸筋）

結論から先に書くと、ＣＫＣにおけるハムストリングは膝を伸展し、地面を後方へしっかりと蹴る役割を果たしているのではないかと考えている。

Blaimontらは、膝屈曲60度までの範囲ではハムストリングのレバーアームは股関節が膝関節より大きいため、ハムストリングの収縮時によって膝関節屈曲よりも股関節伸展の方が勝り、結果として膝伸展が起こる、すなわちＣＫＣではハムストリングは膝伸展筋として作用すると推論した。

我々はＣＫＣのような多数の筋群が同時に働く運動で、特定の筋肉がどのような作用を果たしているかを調べるために、筋電気刺激を応用している。
つまり、ＣＫＣの出力を計測できる環境下で特定の筋肉に筋電気刺激を与えてその作用を見るのである。
これまでのところ、股関節の角度にかかわらず、膝屈曲60度まではBlaimontらが記載しているように膝伸展作用が見られた。
さらに、ハムストリングの作用で膝伸展作用が起こるときは、踵方向に出力することが分かっている。

従来短距離選手が速く走るのにハムストリングはすばやく膝を屈曲して腿をかき上げるのに重要などと言うことが言われていたが、私はそうではなくて下肢全体で地面を蹴ったとき、ハムストリングが発達していればいるほど後方へ蹴るのに有利なのだと思う。
後方へ蹴る力が強ければそれだけ前方への推進力が生じるので早く走れるのである。

ＣＫＣトリビア（ＣＫＣサイレント）

ＣＫＣにおける二関節筋の抑制現象については早くから気付いていたが、実際に表面筋電図を計測すると弱いながらも筋放電は計測される。
一方、最適化手法を用いたコンピューターシミュレーションでは二関節筋の活動はほとんどないのが理想という結果が計算される。力学上は筋収縮の総和を最小にしようとすると二関節筋は活動しないのが最も理想的なのだ。

あるとき、ふと思いついて表面筋電図を計測する２つの電極の間にファインワイヤー電極を刺入してみた。
驚いたことに、表面電極の計測は従来通り弱い収縮を示しているが、ファインワイヤー電極の方は完全にサイレントであったのである。
私はこの現象に「ＣＫＣサイレント」というネーミングをした。
１人や２人では偶然かもしれないと思ったので10人ほど計測してみたが全く同じ結果であった。
静止して両下肢で体重を支持する程度の荷重レベルでは広筋群は活動するが大腿直筋は電気的にサイレントであるということである。しかし、表面筋電図では強力に収縮する広筋群のクロストークが混入するため、このCKCサイレント現象はこれまで知られていなかったものと思われる。

ただし、誤解されると困るので付け加えておくが、「ＣＫＣサイレント」は大腿直筋において、両脚で自分の体重を等尺性の静止した条件で下肢を踏ん張って支えている時に認められる現象である。
最大筋力でレッグプレスを行ったり、動きのあるときには弱い出力でも二関節筋は活発に活動する。

二関節筋の大きな作用は四肢末端の出力の安定化であり、静止して安定した状態ではサイレントであっても、少しでも不安定になる外乱が加われば二関節筋は素早く反応する。

しかし、研究すればするほど人の体の見事な仕組みに感嘆するばかりである。

ＣＫＣトリビア（二関節筋の抑制）

ＣＫＣの研究をやっていると、誰でも気付くのが二関節筋の抑制である。
大腿直筋はＣＫＣでは著明に抑制される。ハムストリングも同様である。

なぜ、二関節筋は抑制されるのだろうか。
17世紀にBorelliは原始的なシミュレーションを行って、同じ荷重を支えても、二関節筋があるモデルではないモデルよりも筋張力の合計はかなり大きくなることを述べている。
当時、神は無意味なものは作るはずはないと考えられていたらしく、なぜこのような無駄な筋肉が人間の体にあるのか不可解だとした(Paradoxical Statement)。

なぜ二関節筋があると無駄な力が必要となるのか。
例えば、大腿直筋は膝伸展に働き重量物を支える役割を果たすが、股関節では屈曲作用が生じるので重量物を支えるにはこの作用を打ち消すために股関節伸筋の大殿筋などが余計に活動しなくてはならなくなる。

おそらくは、二関節筋のこのような不合理な作用を打ち消すために、ＣＫＣでは二関節筋が神経生理学的に抑制されると考えられている。

筋トレスパッツ

シーティングベルトは弾力性がないので、エクササイズ用としては弾力のあるものが欲しくなった。
さらに、着衣のようにはき込めばいちいち装着する手間もなく、一日中身につけて日常生活の中で筋トレができるのではないかと考えた。
それで試作したのが写真のような筋トレスパッツである。
大腿直筋に相当する部分に弾力を持たせた。
着衣の場合、あまり弾性がきついとはいているのが苦痛になり、緩すぎると運動にならないというジレンマがあり、これに関してはまだまだ改良が必要だと考えている。

CKCトリビア（シーティングベルトエクササイズ）

シーティングベルトが完成してからすぐに気づいたのだが、このベルトは突っ張ると下肢の筋トレにも使えることが分かった。
メカニズム的にベルトを突っ張ると股関節伸展の筋力が必要であり、ハムストリングの強い収縮を引き出せるのである。
若年者の場合、少し練習すると椅子に座った姿勢から殿筋とハムストリングをうまく収縮させながら立ち上がり、中腰をとるという運動が可能であった。
しかし、実際に運動が必要な高齢者には難しいので、写真に示すような手すりを持ってお尻を少し浮かせるだけという運動を考案した。
これだと実施は容易で、ハムストリングをはじめ下肢の筋活動が全体的に高まるのである。

もう一つ考えているのは、座ったままでシーティングベルトを引っかけた足を突っ張るという運動である。
これを使用すれば入浴エクササイズのようなCKC運動が椅子に座ったままで可能である。
これからは、入浴エクササイズとあわせて、このシーティングベルトエクササイズも普及できないだろうかなどと考えている。

特許証

うまくいく時は何でもうまくいく。
特許もすんなりと取ることができた。

ただし権利は出願したダイヤ工業が持つ。

それにしても自分が考えたアイデアが特許になり商品として世に出るというのはすばらしいことである。

新聞広告

ダイヤ工業は新商品の認知度を上げるために大々的に新聞広告も出してくれた。

ただ、一つだけ残念なのは「どっこいしょ」のネーミングが受け入れられなかったことである。

シーティングベルト

ダイヤ座位保持ベルトを簡略化して腰痛用ベルトとしてシーティングベルトも商品化された。

このベルトを装着すると腰椎の生理的前弯が保持され、腰が楽になる。
ベルトをつっぱる構造なのであぐらをかいたり、椅子に座って膝を組んだりしても使用できる。

見ただけではその効果が分からないのが残念であるが、私自身も腰痛の時にはお世話になっており、効果は抜群によい。

ダイヤ座位保持ベルト

アイデアは諦めずにいるといつかものになるものである。
いろいろな経緯があったが、岡山の地元企業であるダイヤ工業が特許を出願して私のアイデアを商品にして下さった。
ダイヤ工業は腰痛用ベルトを主に開発販売している企業であるが、時代の要請もありちょうど介護関連商品の開発に乗り出そうとしておりタイミングが良かったのである。