Relationship between Connective Tissue Morphology and Lower-Limb Stiffness in Endurance Runners. A Prospective Study
Rubio-Peirotén A, García-Pinillos F, Jaén-Carrillo D, et al (2021)
Relationship between Connective Tissue Morphology and Lower-Limb Stiffness in Endurance Runners. A Prospective Study.
Int J Environ Res Pu 18:8453.
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ストライクパターンの変更だけだと、腱への負担が増大する。これは当然のこと。これまで靴が吸収していた衝撃をどこで吸収するか、もちろんアキレス腱や膝蓋腱への役割分担があるが、もっと上部へも思考を巡らせる必要がある。人間は脊椎動物である。そして、環境に適応できる能力を持っている。足からもう少し広い視野へ研究が進まないのかな。裸足ランニングをやって続けてみないとわからない視点。そして人間は裸足で走れる能力はそもそも備わっている。
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Background: The lower limb behaves like a spring compressing and decompressing during running, where lower-limb stiffness is one of the most influential factors. This prospective observational study is aimed at examining the relationship between the connective tissue morphology and lower-limb stiffness and investigating whether the barefoot/shod condition influences on such relationship. Methods: 14 male amateur runners (10-km time trial <50') were included. Data were recorded over one session, where participants ran 2 trials (i.e., barefoot and shod conditions) of 3 minutes at 12 km/h, where running spatiotemporal parameters and vertical (Kvert) and leg stiffness (Kleg) were obtained. Prior to testing trials, thickness and cross-sectional area (CSA) were recorded for Achilles (AT) and patellar tendons (PT) and plantar fascia (PF) with ultrasound. Results: Under barefoot condition, a positive correlation was found between Kleg and AT-thickness and CSA and PF-thickness; and between Kvert and AT-thickness and PF thickness. Under shod condition, a positive correlation was found between Kleg and PT-CSA and PT-thickness, and between Kvert and PT-CSA and PT-thickness. Conclusions: The results reveal a specificity of the relationship between the lower-limb stiffness and the morphology of the connective tissue. Greater tendon shows higher lower-limb stiffness when that tendon is specially demanded by the function. 背景 下肢はランニング中に圧縮・減圧するバネのような挙動をしており、下肢のスティフネスは最も影響力のある要因の1つである。本研究は、結合組織の形態と下肢のスティフネスとの関係を調べ、裸足／靴の状態がその関係に影響を与えるかどうかを検討することを目的とした前向き観察研究である。 方法：男性アマチュアランナー14名（10kmタイムトライアル＜50'）を対象とした。データは1セッションで記録され、参加者は3分間の2つのトライアル（すなわち、裸足と靴を履いた状態）を12km/hで走り、ランニング時空間パラメータと垂直方向（Kvert）および脚のスティフネス（Kleg）が得られた。テスト試行に先立ち，アキレス腱（AT）と膝蓋腱（PT），足底腱膜（PF）の厚さと断面積（CSA）を超音波で記録した。 結果は以下の通り。裸足では、KlegとATの厚さ、CSAとPFの厚さ、KvertとATの厚さ、PFの厚さに正の相関が見られた。靴を履いた状態では、KlegとPT-CSAとPT厚、KvertとPT-CSAとPT厚の間に正の相関が認められた。 結論 今回の結果から、下肢のスティフネスと結合組織の形態との関係に特異性があることがわかった。より大きな腱は、その腱が特別な機能を必要とするときに、より高い下肢のスティフネスを示す。
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はじめに
ランニング中，下肢はバネのように振る舞い，様々な歩行周期で圧縮と減圧を繰り返す [1,2．このバネのようなモデルでは，立脚の偏心期にランナーの体格によって引き起こされる圧縮によって機械的エネルギーが蓄積される [3,4．そのエネルギーの放出は、立脚のコンセントリックフェーズで行われ、その後の動作を促進する[3,4。このような脚部バネ機能の挙動は，フットストライクパターン（FSP）[5，靴の状態[6，性差[7，速度[8，疲労[9，路面タイプ[10など，いくつかの要因によって影響を受ける。走っているときの脚のバネのような挙動の最も重要な要素は，伸張-短縮サイクル（SSC）[11と下肢のスティフネス[12であることが示されている。SSCと下肢のスティフネスのいずれにおいても、筋-腱ユニットが不可欠です。筋-腱ユニットの特性は、SSCが適切に機能するために重要な役割を果たします（すなわち、適切な筋短縮速度により、エネルギーの蓄積と放出を最適化することができます）[13。さらに、腱と下肢のスティフネスの関係が以前に示されている[14。Rogersら[14は、垂直方向の剛性（Kvert）と脚部の剛性（Kleg）の観点から、ATと下肢の剛性との関連を示した。ATのスティフネスが大きいと、ランニングパフォーマンスの向上につながりました[14。下肢のスティフネスに関するこれまでの研究では、このような神経筋メカニズムを特徴づける変数として、KvertとKlegが用いられていました[15。Kvertは、地面の反力を受けた後の重心の垂直方向の変位に対する抵抗力を意味し[16、一方、Klegは、脚の構造部品（すなわち、腱、関節、筋肉）の機械的な挙動が、エキセントリック期の脚長の変化によって示されると定義された[17。KvertとKlegの両方が時空間的なランニングの歩行特性に大きく寄与していることが実証されている[18。下肢のスティフネスは、特定のタスクの背後にある特異性の原理に基づいて動作します[19。したがって、FSPのような特定のタスクが変化すると、その活動における神経筋要素の挙動（すなわち、下肢のスティフネス）が変化する可能性があります。FSPは、靴／裸足の状態に大きく影響されることが知られています[20。一般的に，靴のランナーは後足部のストライクパターンを示し，裸足状態のランナーは中足部または前足部のストライクパターンを示す傾向があります[21。ランニング中、FSPは、いくつかの筋肉が特に必要とされると判断します。このように、靴を履いた状態での後足部のストライクパターンは、膝伸展筋の需要が高く[22、裸足の状態での中足部または前足部のストライクパターンは、足首の足底屈筋の需要が特に高い[23。下肢の主要な結合組織の形態的特徴（厚さや断面積（CSA）など）と、ランニング時の下肢のスティフネスとの関係については、筆者らが知る限り、まだ議論の余地があります。Monteら[24は、AT-CSAが大きいランナーほどKvertが大きいことを明らかにしました。同様に、靴を履いた状態/裸足の状態、ひいてはFSPがこのような関係に影響を与えるかどうかは明らかではありません。そこで、本研究の目的は2つあります。(1）結合組織の形態的特徴と下肢のスティフネスとの関係をKvertとKlegの観点から検討すること、（2）結合組織と下肢のスティフネスとの間の前述の関係にshod/barefoot条件が影響を与えるかどうかを明らかにすること。我々は、特にshod/barefoot条件が対応する結合組織を要求している場合、腱の厚さとCSAの値が大きいと、KvertとKlegの値も大きくなるという仮説を立てた。 結果
AT-CSAの平均値は55.43±10.91mm2、AT厚さは6.28±0.68mmであった。PTについては、PT-CSAの平均値は99.25±22.07mm2、PT厚さは3.54±0.51mmであった。PFの厚さの平均値は2.84±0.36mmでした。結合組織の形態に関連する測定法については、優れた評価者内信頼性が報告された（ICC > 0.989, 95% CI: 0.913-0.996）。FSPについては、靴を履いた状態では、被験者の79%（n = 11）が後足部のストライクパターンを示し、21%（n = 3）が中足部または前足部のストライクパターンを示した。裸足では，86％（n＝12）の被験者が中足または前足のストライクパターンを示し，14％（n＝2）の被験者が後足のストライクパターンを示した。ピアソン相関分析（表1）では、Kvert_shodとATの厚さ（r = -0.577）およびPFの厚さ（r = -0.513）、Kleg_barefootとPFの厚さ（r = 0.516）との間に有意な関係（p < 0.05）が報告された。
考察
本研究では、結合組織の形態的特徴と下肢のスティフネスとの関係をKvertおよびKlegの観点から検討することを目的とした。さらに、前記の関係において、shod/barefoot条件の影響を評価した。その結果，裸足ではAT-CSAとKleg，ATの厚さとPFの厚さ，KvertとKlegの間に正の相関が認められた。しかし、靴を履いた状態では、CSAとPTの厚さ、KvertとKlegの間に小さな正の相関が認められた。これまでの研究では、裸足でのランニングではATの需要が高く[23、靴を履いた状態ではPTの需要が高いことが示されていた[20,22。したがって，これらの結果を踏まえて，本研究の主要な発見は，結合組織の形態的特徴と下肢のスティフネスの機能との関係の特異性であった。我々は、CSAと厚さの点で腱が大きいことが、下肢のスティフネスが大きいことと相関するという仮説を立てた。しかし、この仮説に基づく相関は、対応する結合組織が機能から特別に要求された場合にのみ生じるようです。下肢のスティフネスは、特定のタスクの特異性原理によって決定される[19。ランニングのようなタスクの特性を変更できる要因として，FSPがある（すなわち，フォアフットストライクパターンはランニング中の接地時間を短縮する）[40。これまでに，靴を履いた状態と裸足の状態がランニング中のFSPを変化させることが実証されています[21。Muñoz-Jiménezら[21は，裸足でのランニング経験がない80人のトレーニングを受けたレクリエーション・ランナーの半数が，裸足の状態で走らせると，習慣的な後足の打撃パターンから中足または前足の打撃パターンに切り替わることを示した。裸足でのランニングでは，足首の足底屈伸運動が低下するため，接地時間が短縮される [41。このように、裸足でのランニングでは、ATインパルスとAT負荷率が高くなります[23。これらの知見は、裸足の状態がATを特別に必要とすることを示唆しており、本研究では、裸足の状態でのみ下肢のスティフネス値が高くなるとATの厚さの値が高くなることを説明できるかもしれない。なぜなら、この条件ではATの機能的要求が高く、したがって、ATが高いほど下肢のスティフネスが高くなるからである。著者らの知見と同様に、Monteら[24は、ハーフマラソンのランナーにおいて、Kvertが高いほど、速いランナーほどAT-CSAが高くなることを見出した。本研究では、ATの厚さとAT-CSAの両方を評価し、Klegと正の相関を示し、KvertとATの厚さの間にも正の相関を示したが、裸足の状態でのみであった。しかし、ATの腱の値（すなわち、CSAと厚さ）の両方において、下肢のスティフネスとの相関関係は、靴を履いた状態から裸足の状態へと変化していることが確認された。著者らが知る限り、この研究[24では、ランナーのFSPを制御していませんでした。それらの速いランナーがフォアフットストライクパターンを示したかどうかを知ることは価値があるでしょう。そうであれば、Monteら[24の結果は、機能的にATに多くを要求するランナーは、ATが大きいほど下肢のスティフネスが大きくなることを示しているので、私たちの発見を支持することになります。 上述したように、PTの厚さとCSA、KvertとKlegの間には、靴を履いた状態で正の相関が見られた。この結果も、本研究で得られた結合組織の形態学的特性と下肢のスティフネスとの間の特異性によって説明できる。今回の調査結果では、靴を履いた状態でのランニングでは、ほとんどのランナーが後足部のストライクパターンを示しており、これは先行研究[21でも支持されています。リアフットストライクパターンのランナーは、フォアフットストライクパターンのランナーと比較して、立脚中期の膝の屈曲度が高く[20、それによって膝関節の負荷が高くなることがわかっています[22。導入部で示したように、ランニング中の下肢はバネのように振る舞います[1,2。シューズを履いて走る際の後足部ストライクパターンでは、膝の屈伸運動が大きくなるため、PTのSCCが促進され、この腱への要求が高くなります。これらの結果から、ATの場合と同様に、厚みとCSAの高いPTは、ショッドランニングでKvertとKlegの両方のレベルが高いと言えるかもしれません。下肢のスティフネスに関して各群を比較したところ、この分析結果は上述したのと同じ方向性を示した。一方、ATとPFについては、HSGは、ATがより機能的に要求されている裸足の状態で、両構造ともに高いレベルの厚さを示した。一方、PTについては、HSGは、その腱がより機能的に要求されるときに、靴を履いた状態でより高いレベルの厚さとCSAを示す。結合組織と下肢のスティフネスとの関係には特異性があるが、いくつかの値は有意ではなかった。これらの結果は、下肢のスティフネスに影響を与える要因が非常に多様であることに関して説明できるかもしれない。性差[7、疲労[9、表面タイプ[10などの変数が、この神経筋メカニズムに影響を与えることが以前に示されている。したがって、結合組織の特性のみに基づいて下肢のスティフネスを説明することは不正確である。スプリングマスモデルの文脈で下肢のスティフネスを分析するには、前述のすべての要素を考慮する必要があります。今回報告された知見にもかかわらず、考慮すべきいくつかの限界がある。主な限界は，サンプルの大きさである。我々は，10km走を50分以下で完走できる14人の男性ランナーを評価し，均質なサンプルを得た。同時に、この基準によってサンプルサイズが小さくなったため、下肢のスティフネスと結合組織との間の相関関係の検出力があまり大きくなかったことの説明にもなります。最終的に、参加者は自分のランニングシューズを履いていたので、研究のエコロジーが向上しました。これらの限界にもかかわらず、本研究では、持久系ランナーにおける結合組織の形態的特徴と下肢のスティフネスとの関係を調べた。 結論
本研究では、裸足の状態ではATとPFが大きいほど下肢のスティフネス値が高くなることが明らかになった。一方、PTが大きいと、靴を履いた状態での下肢のスティフネスが高くなることがわかった。これらの結果から、タスクの特異性が、ランニング中の結合組織の形態学的特性と下肢のスティフネスとの関係を決定することがわかりました。したがって、実用的な観点からは、結合組織の形態学的特性（すなわち、CSAと厚さ）は、対応する足の打撃パターンによって結合組織が特別に要求される場合には、ランナーの下肢の剛性、ひいてはランニングのパフォーマンスをより決定づける可能性がある。構造（すなわち、結合組織）と機能（すなわち、下肢のスティフネス）の間に示されたこの特異性は、ランナーが特定のフットストライクパターンに導かれ、それに対応する腱がないと、不十分なパフォーマンスや過度のストレスによる負傷の可能性があることを示唆している。したがって、FSPの変化を期待してフットウェアやランニングテクニックの変更を検討する場合は、このようなフットストライクパターンに対して最も機能的に要求される腱を適応させる必要があります。