宇宙航空環境医学 Vol. 46, No. 2, 29-32, 2009

短　報

温熱刺激を併用した低強度筋力トレーニングが膝関節伸展最大筋力に及ぼす影響

吉岡 哲¹，笹野 覚²，関 和俊¹，西村 一樹²，小野寺 昇²

¹川崎医療福祉大学大学院 医療技術学研究科・健康科学専攻
²川崎医療福祉大学 医療技術学部 健康体育学科

Effects of the Low Intensity Strength Training Combined with a Heat Stimulation on Maximum Muscle Strength in Knee Extensor

Akira Yoshioka¹, Satoru Sasano², Kazutoshi Seki¹, Kazuki Nishimura², Sho Onodera^2
1Graduate School, Kawasaki University of Medical Welfare
²Kawasaki University of Medical Welfare

ABSTRACT
　It is well known that strength training is useful to prevent a decrease of muscle strength and a loss of muscular protein, which is caused a disuse atrophy during the exposure to space or the simulated microgravity environment and a sarcopenia with aging. In previous study, it was clarified that increase temperature of muscle via heat stimulation facilitated muscle hypertrophy. Furthermore, muscle strength training combined with heat stimulation using a heat- and steam-generating sheet facilitated a increase strength and mass of muscles. We hypothesized that a hot water as well as heat- and stream-generating sheet facilitated a strength training induced physical response. The purpose of this study was to investigate the effects of low intensity strength training combined with a heat stimulation using hot water immersion on maximum muscle strength in knee extensor in young. Seven healthy young males volunteered to participate in this study. The legs of each subject divided into two groups at random;1） a group that performed muscle strength training after immersion in hot water （38.0 （SD : 0.5） degrees Celsius）:Heat Stimulation condition （HS condition）, and 2） a group that performed muscle strength training without heat stimulation:Control condition （C condition）. The single knee extension/flexion strength training was carried out 4 days a week, for 8 weeks, which is 3 sets （30 repetitions）. The intensity of strength training was less than 30 repetition maximum. Six and eight week after the training, the maximum knee extensor strength in HS condition was significantly increased compared with the level of that before training. However, the maximum strength in C condition did not increase. These data suggested that the low intensity strength training combined with heat stimulation using hot water might facilitate increase in muscle strength.

Ⅰ. 緒言
　微小重力環境である宇宙環境への暴露により骨格筋は萎縮する^9）。この骨格筋の萎縮は，主に骨格筋に対する荷重が除去されたことが原因であると考えられ，廃用性萎縮と呼ばれる^5）。廃用性萎縮は，宇宙環境への暴露だけでなく，安静臥床や不活動を強いられることによっても生じる^5）。類似した骨格筋の萎縮として，加齢に伴う退行性の変化としての筋萎縮があり，この筋萎縮を加齢性筋肉減弱症（サルコペニア）という^10）。起居や歩行動作と関連があるとされる下肢筋力は，70歳代で，20歳代より30%低下する^13）。我が国の介護が必要になる要因の上位に，高齢による衰弱が位置し，生活習慣病と並び社会問題となっている。介護予防や歩行機能の維持には，下肢筋力の強化が必要であり^14），筋力の低下を抑制することが有用であると考える。廃用性筋萎縮およびサルコペニアによる筋力低下および筋肉量減少の予防には，生活習慣の改善，運動，筋力トレーニングなどが有用であることは周知の事実である。しかしながら，ウォーキング等の有酸素性運動では，サルコペニアにより引き起こされる速筋線維の萎縮による筋肉量減少を防ぐことは難しい^8）。速筋線維の筋肉量減少の予防には，筋力トレーニングが有効であるが，筋力向上および筋肉量増加のためには，最大筋力の70〜80%の負荷が必要である^6）。しかしながら，高齢者にとって高強度のトレーニングはいきみを伴い，血圧上昇を招く危険性がある^1）。このことから，高齢者には低強度トレーニングが有用であるものと提示されてきた。しかしながら，低強度トレーニングでは，主に筋持久力が向上するものの，筋力の向上には十分な強度が得られないものと考えられる。
　近年，筋に対する温熱刺激の効果が報告され，温熱刺激による筋温の上昇が，筋肥大を促進することが明らかになっている^3,4,7）。さらに，温熱刺激後に低強度筋力トレーニングを実施することにより，筋肥大および最大筋力の向上が大きいことが報告された^4，7）。これらの報告から温熱刺激の併用が，廃用性筋萎縮およびサルコペニアの予防に有用であるものと推察する。
　先行研究では，温熱刺激を与える方法として温熱シートを使用し，上腕を対象部位とした。熱伝導率が高い温水は，温熱シートよりも広範囲を加温でき，且つ汎用性が高い加温方法であるものと推測した。温熱刺激を用いた研究には，膝伸展筋を対象部位とした研究は文献渉猟範囲内になく，この方法により大腿部の筋力が向上すれば，歩行時の歩容改善が期待できるものと考える。以上のことから，本研究は，浸水による温熱刺激を併用した低強度トレーニングが膝関節伸展最大筋力に及ぼす影響について検討することを目的とした。

Ⅱ. 方法
　1. 対象
　 被験者は，健康な成人男性7名（年齢22±3歳，身長170.8±3.7cm，体重70.7±8.9kg:平均値±標準偏差）とした。被験者には，事前にヘルシンキ宣言に基づいた個人の人権擁護，本研究の目的，方法およびそれに伴う危険性について説明し，研究に参加することの同意を得た。本研究は，川崎医療福祉大学医療技術学部健康体育学科の倫理委員会の承認を得た。
　2. 実験手順
　被験者は，トレーニング前（Pre-Tr）に左右の膝関節伸展最大筋力を測定した。各被験者の両脚を，被験脚とし，各脚を2条件に分けた。片脚は，温水（38.0±0.5°C）による加温後にトレーニングを行う加温条件（Heat Stimulation条件:HS条件），もう一方の脚は，加温無しのトレーニングを行うコントロール条件（Control条件:C条件）とした。各条件の左右への割当は，無作為とした。その後，各条件とも，8週間の低強度膝関節伸展筋力トレーニングを行った。膝関節伸展最大筋力は，トレーニング2週間後（2wks），4週間後（4wks），6週間後（6wks）および8週間後（8wks）に測定した。
3. 膝関節伸展最大筋力の測定
　膝関節伸展最大筋力は，筋力測定・運動機能評価システム（GT-160，オージー技研株式会社）を用いて，Weight Bearing Index（体重指示指数（%）:WBI）を測定した。筋収縮様式は等尺性収縮とし，膝関節角度は90°屈曲位とした。WBIは，体重で補正した相対値であることから体重の影響を除外するためトルクに換算し，最大筋力の指標とした。換算式は，以下に示した。

トルク（N・m）＝WBI（%）×体重（kg） ÷100×9.8（kg/m）×下腿長（m）

4. 温水での加温
　直径40cm，高さ65cmのプラスチック容器に入った温水（38.0±0.5°C）に片脚を浸水させた。加温時間は30分とした。浸水時の姿勢は座位とし，浸水位は，外側広筋の筋腹とした。浸水時の着衣は，上半身はTシャツ，下半身は水着とした。HS条件の浸水前後に，表面型サーミスタ温度プローブ（日機装サーモ株式会社）を用いて，各脚の皮膚温を測定し，皮膚温の変化を確認した。各脚とも，プローブを貼付する位置は，外側広筋の筋腹とした。測定環境は，気温25.0±2.1°C，湿度75.3±5.6%であった。
5. 膝関節伸展筋力トレーニング
　HS条件およびC条件の低強度膝関節伸展筋力トレーニングは，トレーニングマシン（No.1131，KEISER co., ltd.）を用いて行った。HS条件のトレーニングは，加温後，脚の水を拭き取り，直ちに実施した。加温後，トレーニングを開始するまでの時間は，1分以内とした。トレーニング期間は8週間とし，トレーニング頻度は週4日とした。30回の膝関節伸展運動を左右交互に，それぞれ3セット行った。セット間の休憩は2分間とし，運動強度は，30 Repetition Maximum（RM）以下とした。本実験での被験者の30RMは，Pre-Trに測定した膝関節伸展最大筋力の40〜50%であった。膝関節伸展運動のテンポを一定にするためにメトロノームを用いた。メトロノームのテンポは80拍／分とし，各被験者にはメトロノームのテンポに合わせて運動するように指示した。膝関節の可動域は90°屈曲位から膝関節ゼロポジションまでとした。トレーニング時の姿勢は，椅座位（股関節70°屈曲位）とし，体を安定させるためにシートの両脇にあるグリップを握るように指示した。トレーニング脚の下腿前面をトレーニングマシンのアタッチメントパッドに当てるように指示した。また反対脚はアタッチメントパッドに当てず，下垂させ，力を入れないように指示した。アタッチメントパッドは，下腿遠位に位置するように調節した。
　6. 統計処理
　各測定値は，平均値±標準偏差（mean±SD）で示した。トレーニング期間中の膝関節伸展最大筋力値の変化は，加温の有無の条件およびトレーニング期間の2つの要因に分類し，二元配置分散分析反復測定で比較した。Post-hocテストにFisherのPLSDを用いて行った。各条件の皮膚温の変化の検定は，対応ありのTテストを用いて行った。危険率（P）5%未満を有意水準とした。

Fig.1. Change in maximum knee extensor isometric torque during training period （*;P<0.05:differ from pre training.） black circle;heat stimulation condition, white square;control condition

　Ⅲ. 結果　
　トレーニング期間中の膝関節伸展最大筋力の変化をFig.1に示した。HS条件では，Pre-Trと比較して，6wksおよび8wksで有意に増加した（P<0.05）。C条件では，上昇傾向を示したが，有意な変化ではなかった。トレーニング前およびトレーニング期間中のHS条件およびC条件間の値に，有意な差は観察されなかった。2要因間に交互作用は無かった。また，HS条件の皮膚温は，温水への浸水により32.7±0.9°Cから35.0±0.5°Cに有意に上昇したが， C条件では，皮膚温の変化は観察されなかった（32.8±1.0→32.9±1.2°C）。

　Ⅳ. 考察　
　本研究は，健康な成人男性7名を対象に，浸水による温熱刺激を併用した低強度トレーニングが膝関節伸展筋群の最大筋力に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。その結果，HS条件の膝関節伸展最大筋力は，トレーニング前と比較し，トレーニング6週目および8週目に高値を示した。しかしながら，C条件では有意な変化は観察されなかった。
　Naito et al.^11）は，ラットを用いた実験において，ヒラメ筋に温熱刺激を与えることにより，筋萎縮が軽減することを報告した。このことには，温熱刺激，虚血および酸化ストレスなどによって筋細胞内に発現するタンパク質の一種であり，タンパク質保護およびタンパク質合成促進作用を持つ^4,12）と考えられているHeat Shock Protein （HSP）72発現の増加が関与するとものと考えられている。Goto et al.^4）は，健康成人男性9名を対象とし，上腕二頭筋の低強度トレーニングと温熱刺激の併用が，筋肥大および筋力向上を促進させることを報告した。この結果は，温熱刺激により筋細胞内にHSP72を発現させた後，筋力トレーニングを行うことで，筋力トレーニングによる筋力向上が促進されたものと推察される。Goto et al.,^4）は，温熱方法に温熱シートを使用しているが，本研究は温水を用いた。本研究では，HS条件の最大筋力が有意な増加を示していることから，温熱方法に温水を用いてもGoto et al.^4）の研究と同様の生理応答が引き起こされ，筋力向上が促進されたものと推察する。本研究では，温熱刺激により皮膚温の上昇を確認したが， HSP72発現の増加を引き起こす温度まで筋温が上昇しているかは明らかではない。本研究では，詳細な機序を論じる資料を得ていない。
　本研究の結果から，温熱刺激の併用が，低強度での膝関節伸展筋力トレーニングにおける筋力向上を促進させることが示唆された。しかしながら，筋力向上に有意差がみられたのは， 6週目と8週目である。このことから，温熱刺激を併用した膝関節伸展低強度トレーニングによる筋力向上には，週4回，6週間以上の期間を要することが示唆された。さらに温水が温熱刺激として有用であることが明らかになったことから，入浴等により筋温が上昇した後に低強度筋力トレーニングを実施することが，下肢の筋力強化に有用であると示唆する。これらのことは，一般成人および高齢者に対する筋力トレーニングに応用できるとともに，宇宙環境からの帰還後の宇宙飛行士の筋力回復を助長するものと考える。

　Ⅴ. まとめ　
　温水による温熱刺激を併用した低強度の膝関節伸展筋力トレーニングが，膝伸展筋群の最大筋力に及ぼす影響を検討し，以下の結果を得た。
　HS条件では，トレーニング前と比較して，6週目および8週目に有意な増加を示した。C条件では，上昇傾向を示したが，有意な変化は観察されなかった。
　以上のことから，温水を用いた温熱刺激と低強度トレーニングを併用することにより，膝関節伸展筋力の向上を促進させることが示唆された。温熱刺激を併用する低強度トレーニングでは，筋力を向上させるために6週間以上の期間を要することが示唆された。

文 献

連絡先:〒701-0193
　　　　　岡山県倉敷市松島288 川崎医療福祉大学大学院 健康科学専攻
　　　　　吉岡 哲
　　　　　Tel:086-462-1111（54531）
　　　　　Fax:086-464-1109
　　　　　E-mail: w8507002@mw.kawasaki-m.ac.jp