日本大学社会情報研究科人間科学専攻２期生　金井泉寿

　2000年の１年間、日本体育大学大学院身体動作学研究室に研修をしまして、その成果の一部を2001年３月末に韓国における日韓合同身体動作学研究会にて発表しました。また共同研究者の高橋君が６月にチューリッヒでの国際バイオメカニクス学会で発表しました。今回は、その発表内容の一部を修正し、説明を加えながら掲載いたします。

 

 

The kinetic knee joint torques with the change of ankle joint angle.

 

Senju Kanai^a, Kentaro Takahashi^b, and Kihachi Ishii^c

^aPhysical Training School, Japan Self Defense Forces, Saitama, Japan

^bGraduate School of Health and Sports science, Nippon Sports Science University, Tokyo, Japan

^cLaboratory for Human Performance, Nippon Sports Science University ,Tokyo, Japan

Abstrtact

Regarding the two-joint muscles, they act not like a single joint muscles which effect simply to one joint.  Two-joint muscle effects to two joints not only in order to exert the force to move simply the body segment but also to coordinate the force and get the stability during the motion. The purpose of this study is a consideration of kinetic knee joint torques under the condition of variety of ankle joint angle with   neutral, dorsiflexion and plantarflexion. Since at this time, these ankle angles have been fixed to each position by taping, we could say their actions should be passive. Electro-goniometer was attached to the lateral side of the ankle joint to measure its angles and electromyography of vastus lateralis, rectus femoris, tibialis anterior and proximal, distal and midpoint of gastrocnemius were recorded. The kinetic knee joint torques of extension and flexion were measured at the angular velocity of 50, 150 and 250 degree per second under the previous three angles using SMETS dynamometer. The object acted 5 times extension and flexion successively under one condition and the peak torque value in it was adopted. Though peak torque was found around the 60 to 70 degrees at extension and around the 10 to 30 degrees at the flexion, there was no significant difference between dorsiflexion and plantarflexion.  However, there was a tendency that the torques of both knee extension and flexion at dorsiflexion were larger at plantarflexion and the difference between them was larger at high angular velocity than at low velocity. This result might show that the change of the length of gastrocnemius stretched by dorsiflexion has some influence to knee exertion torque.

Purpose

To consider the kinetic knee joint torques at three angular velocities under the condition of variety of ankle joint angle with neutral, dorsiflexion and plantar flexion.

 

　人の膝が屈曲、伸展する際には腓腹筋（gastrocnemius）とヒラメ筋(soleus)（この二つはいわゆるふくらはぎと呼ばれます）が関与します。これがどのように作用するかを見ようとするものです。筋肉の力発揮には、力を入れても動かないもの（アイソメトリック：等尺性筋収縮）、同じ速さで動くもの（アイソキネティック：等速性筋収縮）、発揮する筋力が同じもの（アイソトニック：等張性筋収縮）などがありますが、ここではアイソキネティックを主体に測定します。腓腹筋が関与を調べるのに足関節を屈曲・伸展させますが用語は足（くるぶしより下の部分）を甲の方へ曲げるのを足背屈（dorsiflexion）、足の裏の方へ曲げるのを足底屈（plantarflexion）といい、この状態で膝を曲げ伸ばしさせて測定しました。

被検者は、下腿に故障のない競技者１６名です。

 

 

 

 

 

 

Set up of measurement of knee joint torque 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Joint angle velocities are

50, 150, 250 degree/second

 

 

使用した装置は、ＳＭＥＴＳというものですが、ダイナモメータで回転する速度（角速度）を色々に設定できます。

 

 

 

 

 

 

筋力測定装置による測定：自由

 

 

ＳＭＥＴＳで測定している図です。この場合、足関節は、固定せず自由にしてあります。

 

 

 

 

アイソキネティック・１５０度/秒の速度で膝を曲げたときの結果です。足関節は、自由−底屈−背屈の状態です。自由のときの力の大きさを基準値１にしてあります。これから何が読みとれるでしょうか。どうも足首の状態によって発揮できる力の大きさが異なるようです。

 

 

 

 

 

 

 

今度は、足関節のデータを底屈−背屈にしぼりましたので、特徴がはっきりしてきました。

膝を曲げるときには足首を甲の方へ曲げた場合に力がたくさん出るようです。では底屈を基準にして見てみましょう

 

 

 

 

足底屈の出力を基準に規格化してみました。ごらんのように被検者の多くは、足首を甲に曲げた方が大きな力が出ているのがよく分かります。

平均して１．１４培、有意差は0.0002となっていました。

 

Conclusions

 

• Isokinetic flexion torque with dorsiflexion showed  higher value at each three angular velocities.

• Isokinetic knee joint extension and flexion torque were found being influenced by the condition of ankle angle.

• There were significant differences between knee joint torque with the change of ankle angle.

• It might say that a change of gastrocnemius by ankle angle condition gives some influence to the knee joint force.

 

 

 

以上、バイオメカニクスの研究を紹介しました。あまりに重すぎていくつかの写真は割愛しました。詳細をご質問の方は掲載者までご一報下さい。